Catalytic gates for gas sensors based on SiC technology

En este trabajo se presenta un estudio químico y estructural de las capas metálicas de Pt y TaSix utilizadas como puerta catalítica en sensores de gas de alta temperatura basados en dispositivos MOS de SiC. Para ello se han depositado capas de diferentes espesores sobre substratos de Si. Los resultados muestran que con la reducción del espesor de Pt y con un recocido se consigue aumentar la rugosidad de las capas de puerta, lo que debería aumentar la sensibilidad y la velocidad de respuesta de los dispositivos que las incorporasen. Otro efecto del recocido es la transformación química del material de la puerta que, para capas delgadas de Pt con TaSix, produce la transformación total Pt en Pt2Ta, lo que podría afectar a las características catalíticas de la puerta. Los primeros resultados eléctricos indican que, a pesar de que las capas de Pt empleadas son gruesas y compactas, los diodos MOS túnel de SiC son sensibles a los gases CO y NO2, aunque presentan una velocidad de respuesta bastante lenta.

From Regional Landslide Detection to Site-Specific Slope Deformation Monitoring and Modelling Based on Active Remote Sensors

Landslide processes can have direct and indirect consequences affecting human lives and activities. In order to improve landslide risk management procedures, this PhD thesis aims to investigate capabilities of active LiDAR and RaDAR sensors for landslides detection and characterization at regional scales, spatial risk assessment over large areas and slope instabilities monitoring and modelling at site-specific scales. At regional scales, we first demonstrated recent boat-based mobile LiDAR capabilities to model topography of the Normand coastal cliffs. By comparing annual acquisitions, we validated as well our approach to detect surface changes and thus map rock collapses, landslides and toe erosions affecting the shoreline at a county scale. Then, we applied a spaceborne InSAR approach to detect large slope instabilities in Argentina. Based on both phase and amplitude RaDAR signals, we extracted decisive information to detect, characterize and monitor two unknown extremely slow landslides, and to quantify water level variations of an involved close dam reservoir. Finally, advanced investigations on fragmental rockfall risk assessment were conducted along roads of the Val de Bagnes, by improving approaches of the Slope Angle Distribution and the FlowR software. Therefore, both rock-mass-failure susceptibilities and relative frequencies of block propagations were assessed and rockfall hazard and risk maps could be established at the valley scale. At slope-specific scales, in the Swiss Alps, we first integrated ground-based InSAR and terrestrial LiDAR acquisitions to map, monitor and model the Perraire rock slope deformation. By interpreting both methods individually and originally integrated as well, we therefore delimited the rockslide borders, computed volumes and highlighted non-uniform translational displacements along a wedge failure surface. Finally, we studied specific requirements and practical issues experimented on early warning systems of some of the most studied landslides worldwide. As a result, we highlighted valuable key recommendations to design new reliable systems; in addition, we also underlined conceptual issues that must be solved to improve current procedures. To sum up, the diversity of experimented situations brought an extensive experience that revealed the potential and limitations of both methods and highlighted as well the necessity of their complementary and integrated uses.

Lääkintähuollon ja materiaalihallinnon yhtenäisen RFID-seurannan perusteita

Tässä diplomityössä tarkastellaan radiotaajuisen tunnistamisteknologian (RFID) seurannan yhtenäisiä perusteita puolustusvoimien lääkintähuollolle ja materiaalihallinnolle. Nykytilaa selvitettiin pääpainona lääkintähuollon ja materiaalihallinnon osa-alueet ja samalla tarkasteltiin koko puolustusvoimien RFIDtekniikan käyttöä. Puolustusvoimissa RFID-teknologiaa käytetään myös vaatehuollon ja kulunvalvonnan toiminnoissa. Tämän työn teoriaosuudessa tarkastellaan RFID-tekniikkaa ja sen komponentteja sekä niiden hyödyntämistä eri sektoreilla ja logistiikassa. Työn empiirisessä osuudessa selvitetään, mitkä ovat puolustusvoimien tarpeet RFID:n käytöllä ja vaatimuksia ensihoidon kiireellisyysluokittelulle (TRIAGE) sekä materiaalihallinnon ja niiden kautta saatavalle tilannekuvalle. Työn tuloksena saadaan perusteita puolustusvoimien RFID-ratkaisujen suunnittelun pohjaksi.

Estudi de viabilitat tecnològica de tags RFID sobre diferents substrats

En aquest projecte s’han dissenyat i simulat diferents models de tags RFID per a la banda UHF sobre diferents classes de substrats i tintes conductores amb l’objectiu d’estudiar la viabilitat de la tecnologia de Printed Electronics per a la seva d’implementació física. A partir de dues configuracions ja existents a la literatura, aquestes etiquetes RFID s’han modelat electromagnèticament mitjançant el software ADS i s’ha simulat la seva resposta freqüencial. En segon terme, a fi d’avaluar el seu rendiment, també s’ha representat el read range d’aquests tags RFID en funció d’aquestes tintes conductores i substrats. Posteriorment, s’han realitzat diferents proves de fabricació mitjançant un mètode basat en la serigrafia, així com d’obtenció experimental de la seva distància de lectura. Finalment, en base als resultats obtinguts s’ha pogut concloure que és viable realitzar tags RFID segons aquesta tècnica d’impressió, però a falta d’una verificació experimental únicament a nivell de simulació.

Microcontroller-based interface circuit for inductive sensors

This work proposes a fully-digital interface circuit for the measurement of inductive sensors using a low-cost microcontroller (µC) and without any intermediate active circuit. Apart from the µC and the sensor, the circuit just requires an external resistor and a reference inductance so that two RL circuits with a high-pass filter (HPF) topology are formed. The µC appropriately excites such RL circuits in order to measure the discharging time of the voltage across each inductance (i.e. sensing and reference) and then it uses such discharging times to estimate the sensor inductance. Experimental tests using a commercial µC show a non-linearity error (NLE) lower than 0.5%FSS (Full-Scale Span) when measuring inductances from 1 mH to 10 mH, and from 10 mH to 100 mH.

Software per al cronometratge de temps mitjançant sensors digitals

L’Slot, conegut per tots amb el nom d’Scalextric, s’ha implantat com a una forma d’oci habitual, la pràctica del qual no queda restringida als més petits, sinó que cada vegada crea més afició entre els grans. El fet que l’Slot s’hagi extès entre els adults n’ha revolucionat la pràctica. L’entrada al mercat de l’Slot de gent adulta, i amb poder adquisitiu molt superior als adolescents, ha provocat que les marques especialitzades vagin evolucionant els seus productes cada vegada més. Totes les marques s’han vist obligades a desenvolupar vehicles més competitius i alhora treure al mercat accessoris que augmentin la realitat del joc. Una de les necessitats que s’ha creat és la de competir entre jugadors. Aquesta competició tan pot ser en forma de carrera entre diversos participants, com de forma individual, cronometrant el temps de cada participant en un circuit. L’objectiu principal del projecte és crear un sistema capaç de realitzar cronometratges en temps real mitjançant sensors digitals ja existents en el mercat de l’Slot i poder controlar i visualitzar la informació des d’un PC. Per a poder captar els senyals dels sensors s’ha utilitzat un sistema microcontrolat, que garanteix gran velocitat d’adquisició, processament de dades i transmissió. La comunicació del Microcontrolador amb el PC s’ha realizat mitjançant el bus USB. El PC serà el controlador del sistema i donarà les ordres al Microcontrolador, podent així tenir control total sobre el funcionament del programa. També serà el PC el que tractarà els crocometratges enregistrats i els mostrarà per pantalla

RFID-teknologian hyödyntäminen puolustusvoimien yksilöseurattavan materiaalin hallinnassa - CASE: maavoimat, Karjalan Prikaati

RFID-teknologian käyttöönotto on vakaassa kasvussa ja kiinnostus tekniikan soveltami-seen on erityisesti yksilöseurannan alueella. Diplomityössä on tutkittu RFID -teknologian mahdollisuuksia puolustusvoimien normaaliolojen kriittisen yksilöseurattavan materiaalin hallintaan. Case-joukko-osastona tutkimuksessa on toiminut Karjalan Prikaati. Tutkimus-aihetta on tarkasteltu prosessiajattelun näkökulmasta, mutta myös tiedon keräämistä on käsitelty. RFID-pohjainen tieto eroaa perinteisellä tavalla kerätystä tiedosta. RFID-teknologian hyödyntäminen tarjoaa kuitenkin entistä monipuolisemman ja virheettö-mämmän tiedon keräämisen reaaliajassa, joten se tukee hyvin prosessimaista toimintaa. Tutkimuksen painopisteenä on ollut logistiikan resurssien käytön tehostaminen RFID-teknologiaan tukeutuvan prosessimaisen toiminnan kautta. Tehokas prosessimainen toi-minta soveltuu hyvin sotilasorganisaatioihin. Prosessien määrittely ja kuvaaminen autta-vat tunnistamaan niissä ilmeneviä ongelmia ja samalla kuvaamaan mahdollisten muutos-ten vaikutukset prosesseihin sekä organisaatioihin. Perusteet prosessien uudelleen suun-nittelulle lähtevät prosessimaisen toiminnan tunnistamisesta ja kuvaamisesta. Case-joukko-osaston nykytilan kartoituksessa havaittiin, että joukko-osastotasolta on tähän asti puuttunut kokonaisvaltainen prosessimainen toimintatapa. Nykytila-analyysin pohjalta tutkimustyössä rakennettiin yksilöseurattavan materiaalin käsittelyä kuvaava toimintaprosessi, joka muodostui kuudesta eri osaprosessista. Tutki-mustyölle valitun painopisteen mukaisesti osaprosesseista viisi liittyi logistiikkaan ja kun-nossapitoon yksi. Tämän jälkeen keskityttiin tutkiman RFID-tekniikan avulla saavutetta-via keskeisiä hyötyjä. RFID-teknologian ja prosessimaisen toiminnan avulla joukko-osastotasolla on saavutettavissa useita hyötyjä verrattuna nykytilan toimintaan. Uudessa toimintatavassa keskeisiä tunnistettuja hyötyjä ovat toiminnan automatisoituminen, teho-kas tiedonkeruu, toiminnan hyvä laatu ja tehokkuus. Toiminnan tehokkuutta organisaati-on logistisissa toiminnoissa on siis mahdollista kasvattaa ja samalla lisätä näkyvyyttä toimitusketjun sisälle ja sen eri vaiheisiin. Lisäksi RFID-teknologian käyttöönotolla pys-tytään tukemaan hyvin puolustusvoimien kunnossapidon strategista kumppanuutta.

Kustannukset ja kannattavuus RFID- ja toiminnanohjausjärjestelmien integrointiprojektissa

Maailmantalouden jyrkkä lasku vuonna 2008 ajoi yritykset säästökuurille. Säästöjä pyritään saamaan esimerkiksi automatisoimalla toimintoja. Yksi tapa luoda kustannussäästöjä on käyttää RFIDteknologiaa varastoinnin toimien tehostukseen. Tämän tutkimuksen pääasiallisena tavoitteena on ollut rakentaa yksinkertainen laskentamalli RFID- ja toiminnanohjausjärjestelmien integrointiprojektin kustannusten ja kannattavuuden laskemiseen. Toisena tavoitteena on ollut selvittää, mitkä tekijät vaikuttavat investoinnin kannattavuuteen. Tutkimus rajattiin tarkastelemaan varaston saapuvan tavaran vastaanoton prosessia ja sen toimintojen automatisointia RFID-järjestelmän avulla. Laskentamalli muodostuu kolmesta osasta: investoinnin kokonaiskustannusten arvioinnista, investoinnista saatavien kustannussäästöjen arvioinnista ja kannattavuuslaskelmista. Investointien kokonaiskustannusten arviointia varten rakennettiin luettelo yleisimmistä kustannuslajeista. Investoinnista saatavien kustannussäästöjen arviointi tehtiin analysoimalla nykyprosesseja ja etsimällä niistä toimintoja, jotka tehostuvat RFID-järjestelmän avulla. Varsinaisina kannattavuuslaskentamenetelminä käytettiin investoinnin takaisinmaksuajan menetelmää sekä pääoman tuottoasteen menetelmää. Tutkimuksen tuloksena todettiin rakennetun laskentamallin soveltuvan hyvin investoinnin kustannusten ja kannattavuuden arviointiin. Samalla havaittiin yrityksen toimialan, saapuvien lähetysten määrän ja lähetysten rivimäärän vaikuttavan merkittävästi RFID- jatoiminnanohjausjärjestelmän integrointiprojektin kannattavuuteen.

Evaluation of gas diffusion electrodes as detectors in amperometric hydrogen sensors

This work is directed to the study and evaluation of gas diffusion electrodes as detectors in hydrogen sensors. Electrochemical experiments were carried out with rotating disk electrodes with a thin porous coating of the catalyst as a previous step to select useful parameters for the sensor. An experimental arrangement made in the laboratory that simulates the sensor was found appropriate to detect volumetric hydrogen percentages above 0.25% in mixtures H2:N2. The system shows a linear response for volumetric percentages of hydrogen between 0.25 and 2 %.

RFID tekniikan käyttömahdollisuudet betonituoteteollisuuden varastonhallinnassa

Lujabetoni Oy:n kappaletavaran varastonhallinnassa on todettu paljon kehitettävää. Kappaletavaran varasto-otot eivät perustu todellisiin määriin, varastonkierto on hidasta, varastointi sitoo paljon pääomaa ja inventointi on työlästä. Tähän ongelmaan haetaan ratkaisua RFID –teknologiasta. Työn teoriaosassa on käsitelty RFID –teknologian teoriaa ja nykytilaa, sekä varastoinnin peruskäsitteitä ja varastonohjausmenetelmiä. Empiirisessä osassa on laadittu RFID –järjestelmän toteutussuunnitelma. Työn tuloksena on RFID –järjestelmän kuvaus sekä toteutussuunnitelma, joilla saavutetaan tavoitellut hyödyt. Työssä löydettiin menetelmät joilla komponentit voidaan luotettavasti tunnistaa, sekä suunniteltiin todellisiin tapahtumiin perustuva, automaattiset vastaanotto- ja varasto-otto –kirjaukset mahdollistava RFID –järjestelmä. Näiden ansiosta varastotyö ja varastoihin sitoutuva pääoma vähenevät, jolloin saavutetaan säästöjä varastointikustannuksissa.

Comparison and Evaluation of Eddy Current Sensors

In the work eddy current sensors are described and evaluated. Theoretical part includes physical basics of the eddy currents, overview of available commercial products and technologies. Industrial sensors operation was assessed based on several working modes. Apart from this, the model was created in Matlab Simulink with Xilinx Blockset and then translated into a Xilinx ISE Design Suite compatible project. The performance of the resulting implementation was compared to the existing implementation in the Xilinx Spartan 3 FPGA board with the custom made sensor. Additionally, an introduction to FPGAs and VHDL is presented.

Lämpötila-anturit betonielementeissä

Yleinen tapa betonin kuivumisnopeuden mittaamiseen on käyttää pieniä testivaluja kuivumisen arvioimiseen. Tälle epätarkalle tekniikalle olisi hyvä löytää korvaaja. Tässä kandidaatintyössä tutkitaan soveltuvatko lämpötila-anturilliset RFID-tunnisteet betonin kuivumisnopeuden mittaamiseen ja onko tällä tekniikalla potentiaalia syrjäyttää vanhat toimintatavat. Tämän lisäksi työssä tutkitaan laajemmin RFID-tekniikan ja erityisesti anturillisten RFID-tunnisteiden hyödyntämistä rakennusteollisuudessa. RFID-tekniikka soveltuu moniin rakennusteollisuuden käyttökohteisiin, kuten tiedon hallinnointiin ja rakenteiden kunnon seurantaan. Erilaisten elementtien, materiaalien, työkalujen yms. identifioinnilla pystytään saavuttamaan selkeitä hyötyjä ja RFID on oiva työkalu tähän. Rakenteiden kunnon seurannassa on yleistä käyttää anturiverkkoja. Näiden osalta yleisempää on käyttää langallisia verkkoja, mutta langattomuus on yleistymässä näissäkin. RFID tarjoaa myös näiden osalta uusia hyötyjä. Lämpötila-anturilliset RFID-tunnisteet soveltuvat hyvin betonin kuivumisnopeuden mittaamiseen. Tunnisteiden avulla lämpötila pystytään mittaamaan betonin sisältä. Sisäinen lämpötilan avulla betonin kuivumisnopeus pystytään määrittämään tarkemmin. Tämä tekniikka on myös nopeampi ja edullisempi kuin vanhat toimintatavat.

Design of RFID-system for industrial after-sale service

RFID-tekniikka on radiotaajuudella toimivaa etätunnistusta, jossa hyödynnetään RFID-tunnisteiksi kutsuttuja tageja, sekä RFID-lukijoita. RFID-tekniikan käyttökohteet ovat erittäin laajat. Tässä kandidaatintyössä tutkitaan RFID-tekniikan hyödyntämismahdollisuuksia teollisuuden huoltopalvelusuhteessa. Työ keskittyy huollettavien laitteiden etätunnistamiseen mobiileja RFID-lukijoita hyödyntäen. Laitteiden tiedot noudetaan olemassa olevasta tietokannasta web-käyttöliittymän kautta. Koska laitteet koostuvat pääosin metallista, joudutaan tunnistetyyppien valintaa pohtimaan tarkasti. Metallipinnat sekä nesteet vaikuttavat erittäin negatiivisesti useiden tunnisteiden lukuetäisyyteen. Työssä keskitytään vaadittavan järjestelmän suunnittelemiseen aikaisempia tutkimuksia hyödyntäen, mutta itse järjestelmän toteutus ei kuulu tähän kandidaatintyöhön. Lopussa järjestelmän alustava suunnitelma esitellään.

Modelling of potentiometric ion sensors

Potentiometric ion sensors are a very important subgroup of electrochemical sensors, very attractive for practical applications due to their small size, portability, low-energy consumption, relatively low cost and not changing the sample composition. They are investigated by the researchers from many fields of science. The continuous development of this field creates the necessity for a detailed description of sensor response and the electrochemical processes important in the practical applications of ion sensors. The aim of this thesis is to present the existing models available for the description of potentiometric ion sensors as well as their applicability and limitations. This includes the description of the diffusion potential occurring at the reference electrodes. The wide range of existing models, from most idealised phase boundary models to most general models, including migration, is discussed. This work concentrates on the advanced modelling of ion sensors, namely the Nernst-Planck-Poisson (NPP) model, which is the most general of the presented models, therefore the most widely applicable. It allows the modelling of the transport processes occurring in ion sensors and generating the potentiometric response. Details of the solution of the NPP model (including the numerical methods used) are shown. The comparisons between NPP and the more idealized models are presented. The applicability of the model to describe the formation of diffusion potential in reference electrode, the lower detection limit of both ion-exchanger and neutral carrier electrodes and the effect of the complexation in the membrane are discussed. The model was applied for the description of both types of electrodes, i.e. with the inner filling solution and solidcontact electrodes. The NPP model allows the electrochemical methods other than potentiometry to be described. Application of this model in Electrochemical Impedance Spectroscopy is discussed and a possible use in chrono-potentiometry is indicated. By combining the NPP model with evolutionary algorithms, namely Hierarchical Genetic Strategy (HGS), a novel method allowing the facilitation of the design of ion sensors was created. It is described in detail in this thesis and its possible applications in the field of ion sensors are indicated. Finally, some interesting effects occurring in the ion sensors (i.e. overshot response and influence of anionic sites) as well as the possible applications of NPP in biochemistry are described.