Study on fatigue and energy-dissipation properties of nanolayered Cu/Nb thin films

Energy dissipation and fatigue properties of nano-layered thin films are less well studied than bulk properties. Existing experimental methods for studying energy dissipation properties, typically using magnetic interaction as a driving force at different frequencies and a laser-based deformation measurement system, are difficult to apply to two-dimensional materials. We propose a novel experimental method to perform dynamic testing on thin-film materials by driving a cantilever specimen at its fixed end with a bimorph piezoelectric actuator and monitoring the displacements of the specimen and the actuator with a fibre-optic system. Upon vibration, the specimen is greatly affected by its inertia, and behaves as a cantilever beam under base excitation in translation. At resonance, this method resembles the vibrating reed method conventionally used in the viscoelasticity community. The loss tangent is obtained from both the width of a resonance peak and a free-decay process. As for fatigue measurement, we implement a control algorithm into LabView to maintain maximum displacement of the specimen during the course of the experiment. The fatigue S-N curves are obtained.

Relatório de Estágio na Inficon AG e na PT Inovação & Sistemas

This document focuses the projects developed during two independent internships, which were carried out at Inficon AG and PT Inovação & Sistemas. Since the research areas of both internships are unrelated, individual abstracts are presented.

Inlinefähige Charakterisierung von konzentrierten Dispersionen auf Basis einer statistischen Auswertung von Ultraschall-Partikelreflexionen

Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung der Eignung eines neuen Verfahrens zur Charakterisierung von hochkonzentrierten Dispersionen für die lückenlose Überwachung der Dispergiergüte direkt im Compoundierungsprozess. Dafür werden mit einer Ultraschallsonde in Reflexionsanordnung Schallwellen in eine Dispersion eingekoppelt und die durch die Partikel erzeugten Rückstreusignale nach einem statistischen Verfahren verarbeitet. Zunächst wird ein Überblick über die Prozessbedingungen beim Compoundieren gegeben und die Theorie hinter dem Messverfahren vorgestellt. Danach wird der physikalische Aufbau des genutzten Messsystems sowie die Verarbeitung der Messdaten durch die in LabView erstellte Messsoftware beschrieben. Anschließend werden Experimente durchgeführt um die Auswirkung von Messparametern wie z.B.die Anzahl der Einzelmessungen, die Art des Anregungssignals oder den Einfluss von Temperaturschwankungen auf die Messergebnisse zu untersuchen. Die Experimente zeigen, dass das neue Messverfahren grundsätzlich funktioniert. Allerdings weisen die Messergebnisse aufgrund der noch nicht optimal an das Messverfahren angepassten Ultraschallsonde eine hohe Empfindlichkeit gegenüber Temperaturschwankungen auf. Zum Abschluss der Arbeit werden daher einige Verbesserungsvorschläge bezüglich des Designs der Ultraschallsonde gemacht.

Analisi comparativa di soluzioni per la post-elaborazione di dati sperimentali

Durante l’esecuzione di prove al banco su motori a combustione interna vengono acquisiti dati contenenti le caratteristiche del motore testato al regime di funzionamento scelto, sotto l’azione di alcuni o numerosi parametri variabili in base ai risultati che si vogliono ottenere dalla prova stessa ed in determinate condizioni ambientali. Per questo motivo è di fondamentale importanza disporre di uno strumento che consenta una rapida, ma allo stesso tempo precisa e quanto più possibile completa visualizzazione ed elaborazione di tali dati. A tale scopo con questo elaborato si vogliono valutare diverse soluzioni, in termini di software, per l’analisi di dati sperimentali, con particolare attenzione rivolta agli ambienti NI LabVIEW, The MathWorks MATLAB e NI DIAdem, e ad alcuni strumenti attualmente in uso, cercando sempre il giusto compromesso tra necessità riscontrate in ambito visualizzazione ed analisi dati ed il contenimento dei costi. Vengono, in seguito, esposte le motivazioni che hanno portato alla scelta di DIAdem per implementare le procedure di post-elaborazione dei dati.

Analisi sperimentale del funzionamento di un sistema micro-ORC

Questa tesi tratta nello specifico lo studio di un impianto micro-ORC, capace di sfruttare acqua alla temperatura di circa 70-90°C come sorgente termica. Questo sistema presenta una potenza dichiarata dal costruttore pari a 3kW e un rendimento del 9%. In primo luogo, si descrivono le caratteristiche principali dei fluidi organici, in particolare quelle del freon R134a, impiegato nel banco prova. Vengono illustrati dettagliatamente l’impianto e la sensoristica utilizzata per le misurazioni delle varie grandezze fisiche. Tramite esse, con l’utilizzo di un programma di acquisizione dati appositamente relizzato in ambiente LabVIEW, è stato possibile calcolare in tempo reale tutti i parametri di funzionamento, necessari per la caratterizzazione del sistema. Per una veloce ed efficiente elaborazione dei dati registrati durante le prove in laboratorio, è stato realizzato un programma in linguaggio VBA. L’utilizzo di questo codice ha permesso, in primo luogo, di individuare e correggere eventuali errori di calcolo e acquisizione presenti in ambiente LabVIEW e, in secondo luogo, si è reso indispensabile per comprendere il funzionamento dell’impianto nelle varie fasi, come accensione, spegnimento e produzione di potenza. Sono state inoltre identificate le modalità di risposta del sistema al variare dei comandi impostabili dall’utente, quali il numero di giri della pompa e la variazione della temperatura della sorgente calda. Si sono poi osservate le risposte del sistema al variare delle condizioni esterne, come ad esempio la temperatura dell’acqua di condensazione. Una specifica prova è stata analizzata in questo elaborato. Durante tale prova il sistema ha lavorato in forte off-design, erogando una potenza elettrica pari a 255 W, raggiungendo un basso valore del rendimento (pari a 1.8%). L’analisi dei dati ha portato ad identificare nuovi limiti di funzionamento, legati ad esempio alla quantità di fluido interna al sistema.

Sviluppo e test di un sistema BCI SSVEP-based

Una Brain Computer Interface (BCI) è un dispositivo che permette la misura e l’utilizzo di segnali cerebrali al fine di comandare software e/o periferiche di vario tipo, da semplici videogiochi a complesse protesi robotizzate. Tra i segnali attualmente più utilizzati vi sono i Potenziali Evocati Visivi Steady State (SSVEP), variazioni ritmiche di potenziale elettrico registrabili sulla corteccia visiva primaria con un elettroencefalogramma (EEG) non invasivo; essi sono evocabili attraverso una stimolazione luminosa periodica, e sono caratterizzati da una frequenza di oscillazione pari a quella di stimolazione. Avendo un rapporto segnale rumore (SNR) particolarmente favorevole ed una caratteristica facilmente studiabile, gli SSVEP sono alla base delle più veloci ed immediate BCI attualmente disponibili. All’utente vengono proposte una serie di scelte ciascuna associata ad una stimolazione visiva a diversa frequenza, fra le quali la selezionata si ripresenterà nelle caratteristiche del suo tracciato EEG estratto in tempo reale. L’obiettivo della tesi svolta è stato realizzare un sistema integrato, sviluppato in LabView che implementasse il paradigma BCI SSVEP-based appena descritto, consentendo di: 1. Configurare la generazione di due stimoli luminosi attraverso l’utilizzo di LED esterni; 2. Sincronizzare l’acquisizione del segnale EEG con tale stimolazione; 3. Estrarre features (attributi caratteristici di ciascuna classe) dal suddetto segnale ed utilizzarle per addestrare un classificatore SVM; 4. Utilizzare il classificatore per realizzare un’interfaccia BCI realtime con feedback per l’utente. Il sistema è stato progettato con alcune delle tecniche più avanzate per l’elaborazione spaziale e temporale del segnale ed il suo funzionamento è stato testato su 4 soggetti sani e comparato alle più moderne BCI SSVEP-based confrontabili rinvenute in letteratura.

Hindfoot Kinematics of Healthy Subjects Using Lateral Wedge Insoles in a Biplane Fluoroscopy System

Thesis (Master's)--University of Washington, 2016-08

Sistema de emulação de aerogeradores para aplicação em geração distribuída de energia elétrica

Power generation from alternative sources is at present the subject of numerous research and development in science and industry. Wind energy stands out in this scenario as one of the most prominent alternative in the generation of electricity, by its numerous advantages. In research works, computer reproduction and experimental behavior of a wind turbine are very suitable tools for the development and study of new technologies and the use of wind potential of a given region. These tools generally are desired to include simulation of mechanical and electrical parameters that directly affect the energy conversion. This work presents the energy conversion process in wind systems for power generation, in order to develop a tool for wind turbine emulation testing experimental, using LabVIEW® software. The purpose of this tool is to emulate the torque developed in an axis wind turbine. The physical setup consists of a three phase induction motor and a permanent magnet synchronous generator, which are evaluated under different wind speed conditions. This tool has the objective to be flexible to other laboratory arrangements, and can be used in other wind power generation structures in real time. A modeling of the wind power system is presented, from the turbine to the electrical generator. A simulation tool is developed using Matlab/Simulink® with the purpose to pre-validate the experiment setup. Finally, the design is implemented in a laboratory setup.

Arquitetura para o desenvolvimento de unidades de medição fasorial sincronizada no monitoramento a nível de distribuição

This work presents a low cost architecture for development of synchronized phasor measurement units (PMU). The device is intended to be connected in the low voltage grid, which allows the monitoring of transmission and distribution networks. Developments of this project include a complete PMU, with instrumentation module for use in low voltage network, GPS module to provide the sync signal and time stamp for the measures, processing unit with the acquisition system, phasor estimation and formatting data according to the standard and finally, communication module for data transmission. For the development and evaluation of the performance of this PMU, it was developed a set of applications in LabVIEW environment with specific features that let analyze the behavior of the measures and identify the sources of error of the PMU, as well as to apply all the tests proposed by the standard. The first application, useful for the development of instrumentation, consists of a function generator integrated with an oscilloscope, which allows the generation and acquisition of signals synchronously, in addition to the handling of samples. The second and main, is the test platform, with capabality of generating all tests provided by the synchronized phasor measurement standard IEEE C37.118.1, allowing store data or make the analysis of the measurements in real time. Finally, a third application was developed to evaluate the results of the tests and generate calibration curves to adjust the PMU. The results include all the tests proposed by synchrophasors standard and an additional test that evaluates the impact of noise. Moreover, through two prototypes connected to the electrical installation of consumers in same distribution circuit, it was obtained monitoring records that allowed the identification of loads in consumer and power quality analysis, beyond the event detection at the distribution and transmission levels.

Spatial and temporal measurements using polyoxometalate, enzymatic and biofilm layers on a CMOS 0.35 μm 64 X 64-pixel I.S.F.E.T. array sensor

This thesis presents the achievements and scientific work conducted using a previously designed and fabricated 64 x 64-pixel ion camera with the use of a 0.35 μm CMOS technology. We used an array of Ion Sensitive Field Effect Transistors (ISFETs) to monitor and measure chemical and biochemical reactions in real time. The area of our observation was a 4.2 x 4.3 mm silicon chip while the actual ISFET array covered an area of 715.8 x 715.8 μm consisting of 4096 ISFET pixels in total with a 1 μm separation space among them. The ion sensitive layer, the locus where all reactions took place was a silicon nitride layer, the final top layer of the austriamicrosystems 0.35 μm CMOS technology used. Our final measurements presented an average sensitivity of 30 mV/pH. With the addition of extra layers we were able to monitor a 65 mV voltage difference during our experiments with glucose and hexokinase, whereas a difference of 85 mV was detected for a similar glucose reaction mentioned in literature, and a 55 mV voltage difference while performing photosynthesis experiments with a biofilm made from cyanobacteria, whereas a voltage difference of 33.7 mV was detected as presented in literature for a similar cyanobacterial species using voltamemtric methods for detection. To monitor our experiments PXIe-6358 measurement cards were used and measurements were controlled by LabVIEW software. The chip was packaged and encapsulated using a PGA-100 chip carrier and a two-component commercial epoxy. Printed circuit board (PCB) has also been previously designed to provide interface between the chip and the measurement cards.

Correlação entre o sinal mecanomiográfico e a escala modificada de Ashworth durante avaliação clínica da espasticidade

Spasticity is a common disorder in people who have upper motor neuron injury. The involvement may occur at different levels. The Modified Ashworth Scale (MAS) is the most used method to measure involvement levels. But it corresponds to a subjective evaluation. Mechanomyography (MMG) is an objective technique that quantifies the muscle vibration during the contraction and stretching events. So, it may assess the level of spasticity accurately. This study aimed to investigate the correlation between spasticity levels determined by MAS with MMG signal in spastic and not spastic muscles. In the experimental protocol, we evaluated 34 members of 22 volunteers, of both genders, with a mean age of 39.91 ± 13.77 years. We evaluated the levels of spasticity by MAS in flexor and extensor muscle groups of the knee and/or elbow, where one muscle group was the agonist and one antagonist. Simultaneously the assessment by the MAS, caught up the MMG signals. We used a custom MMG equipment to register and record the signals, configured in LabView platform. Using the MatLab computer program, it was processed the MMG signals in the time domain (median energy) and spectral domain (median frequency) for the three motion axes: X (transversal), Y (longitudinal) and Z (perpendicular). For bandwidth delimitation, we used a 3rd order Butterworth filter, acting in the range of 5-50 Hz. Statistical tests as Spearman's correlation coefficient, Kruskal-Wallis test and linear correlation test were applied. As results in the time domain, the Kruskal-Wallis test showed differences in median energy (MMGME) between MAS groups. The linear correlation test showed high linear correlation between MAS and MMGME for the agonist muscle as well as for the antagonist group. The largest linear correlation occurred between the MAS and MMG ME for the Z axis of the agonist muscle group (R2 = 0.9557) and the lowest correlation occurred in the X axis, for the antagonist muscle group (R2 = 0.8862). The Spearman correlation test also confirmed high correlation for all axes in the time domain analysis. In the spectral domain, the analysis showed an increase in the median frequency (MMGMF) in MAS’ greater levels. The highest correlation coefficient between MAS and MMGMF signal occurred in the Z axis for the agonist muscle group (R2 = 0.4883), and the lowest value occurred on the Y axis for the antagonist group (R2 = 0.1657). By means of the Spearman correlation test, the highest correlation occurred between the Y axis of the agonist group (0.6951; p <0.001) and the lowest value on the X axis of the antagonist group (0.3592; p <0.001). We conclude that there was a significantly high correlation between the MMGME and MAS in both muscle groups. Also between MMG and MAS occurred a significant correlation, however moderate for the agonist group, and low for the antagonist group. So, the MMGME proved to be more an appropriate descriptor to correlate with the degree of spasticity defined by the MAS.

Sviluppo di un sistema integrato per rampe isocrone di temperatura

Lo scopo del presente lavoro è la realizzazione e l'ottimizzazione di un software che, tramite l'utilizzo di un controllo automatico Proporzionale-Integrativo-Derivativo: PID, gestisca la temperatura di un fornetto in camera a vuoto. È necessario che il sistema sia in grado di eseguire rampe regolari di temperatura di diversa pendenza scelta dall'utente, in modo che possa essere utilizzato in futuro per esperimenti di Desorbimento Termico da parte di vari materiali. La tesi è così suddivisa, nel primo capitolo sono illustrati i concetti teorici di base utilizzati nello sviluppo dei controlli automatici. Nel secondo capitolo è descritta la parte hardware: sono mostrate le diverse sezioni che compongono il fornetto e la camera a vuoto, è inoltre illustrato il cablaggio che permette l'interfaccia del forno alla scheda Arduino ed al software LabVIEW. La terza sezione è dedicata agli studi svolti per la realizzazione del sistema di controllo PID e per la sua ottimizzazione. Il quarto capitolo è invece dedicato alla descrizione del software creato per la gestione del fornetto. Nel quinto capitolo sono infine mostrati i metodi utilizzati per il calcolo delle costanti operative del PID ed i risultati sperimentali ottenuti.