Una plataforma para facilitar el aprendizaje en ingeniería acústica

En este trabajo se presenta una plataforma que facilita la realización de diversas actividades y prácticas asociadas a contenidos en el ámbito de lo que se viene denominando “ingeniería acústica”. El sistema central de esta plataforma es una tarjeta de adquisición de datos para la que se han programado diversas aplicaciones en Labview. Se pueden distinguir distintas áreas entre las que destacamos: el estudio de los transductores (con emisión audible y ultrasónicos) y la acústica de salas. También se han implementado aplicaciones concretas para la realización de medidas con técnicas ultrasónicas (emisor-receptor y eco-impulso). A lo largo del documento se explican, en primer lugar los fundamentos teóricos de las aplicaciones. A continuación se indica la estrategia a seguir por el profesor tanto en una sesión de prácticas presencial como en una lección magistral demostrativa. La utilización de plataformas como las que se presentan en este documento es un elemento de motivación para el alumnado, ya que puede comprobar que es capaz de desarrollar herramientas que compiten (y a veces aventajan) con las comerciales.

Sistema sensor em fibra ótica para deteção de gás

O presente trabalho descreve duas técnicas de deteção de gás baseadas em fibra ótica e apresenta dois sistemas sensores testados em ambiente laboratorial, usando técnicas de processamento de sinal usualmente associadas à espetroscopia de absorção. O estudo inicial do estado da arte dos sensores baseados em fibra ótica para a deteção de gases apresenta soluções com elevada seletividade, sensibilidade e resolução que permitem tempos de resposta curtos e esquemas de multiplexagem versáteis. A técnica de espetroscopia de absorção direta (DAS) permite a deteção de gases de forma simples e com alguma eficácia, mas com uma baixa relação-sinal-ruido. A espetroscopia por modulação de comprimento de onda (WMS) é uma técnica muito eficaz e de elevada sensibilidade para a deteção de gases, dado que a deteção é deslocada para frequências afastadas do ruído base, melhorando significativamente a relação-sinal-ruído. Estas técnicas foram escolhidas para a implementação de dois sistemas optoeletrónicos, totalmente controlados pelas respetivas aplicações em LabVIEW para a deteção e monitorização de amónia (NH3), dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4). O trabalho é finalizado com a caraterização laboratorial dos sistemas e avaliação do desempenho, permitindo a otimização dos sistemas e técnicas implementados. De referir que o trabalho realizado nas instalações da Unidade de Optoeletrónica e Sistemas Eletrónicos (UOSE) do Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores (INESC), Tecnologia e Ciência (TEC), laboratório associado coordenado pelo INESC Porto, permitiu, excelentes condições de trabalho, essenciais para implementar de forma prática os diversos conceitos estudados, bem como testar e caraterizar todos os sistemas desenvolvidos em ambiente laboratorial. O trabalho desenvolvido enquadra-se no âmbito do projeto europeu ECOAL-MGT (Gestão ecológica de pilhas de resíduos de carvão), que será implementado para monitorização remota de parâmetros fundamentais de uma escombreira de carvão em auto-combustão em S.ºPedro da Cova, Portugal.

Strumenti e metodi per la tracciabilità della catena logistica agroalimentare: simulazione e diagnostica di una camera climatica

I fenomeni di globalizzazione in atto hanno radicalmente modificato il consumo e la distribuzione dei prodotti agroalimentari e dilatato le distanze tra l’origine delle materie prime e consumo finale. Obiettivo del progetto interuniversitario "Food Supply Chain" è studiare le condizioni di trasporto di prodotti agroalimentari. Una delle attività principali è tracciare ed analizzare i fattori critici di spedizioni dal momento in cui i prodotti lasciano lo stabilimento produttivo in Italia fino ai consumatori situati in EU o extra-EU. La tesi si inserisce all’interno di questo progetto e descrive la realizzazione di due Piattaforme in ambiente LabVIEW per la consultazione e la simulazione dei viaggi logistici, le cui caratteristiche sono conservate e organizzate in appositi database. La "Piattaforma LabVIEW per la consultazione a analisi" permette di consultare il database attraverso interrogazioni multiple, estrarre le informazioni più significative, riprodurre le spedizioni in apposite interfacce e produrre dei report riassuntivi per comunicazioni alle imprese La "Piattaforma LabVIEW per la simulazione in camera climatica" rappresenta il sistema di controllo attraverso cui gestire la simulazione dei singoli viaggi in camera climatica, realizzata nel Laboratorio MECCANICA del DIN della Scuola di Ingegneria e Architettura dell’Università di Bologna. Si potranno così valutare e comparare tra loro soluzioni alternative rispetto ad una medesima catena logistica in termini di packaging, imballaggio e protezioni supplementari della spedizione. Infine si potranno confrontare rotte commerciali differenti relative allo stesso prodotto. I risultati ottenuti in camera climatica costituiranno la base per le successive analisi biochimiche sui prodotti e valutazione finale della sostenibilità dell’intera catena logistica.

Verhalten von Ladungsverstärkern bei verschiedenen Eingangsimpulsformen und -zeiten

In dieser Arbeit wird das Verhalten eines Ladungsverstärkers bei verschiedenen Eingangsimpulsformen und -zeiten untersucht. Als erstes wird der derzeitige Stand der Technik dargelegt und die Funktionsweise eines Ladungsverstärkers erläutert. Um die Messungen am Ladungsverstärker durchzuführen, wurde ein Messprogramm in LabView geschrieben und das verwendete Messsystem auf seine Tauglichkeit untersucht. Dazu wurde unter anderem eine Software entwickelt, die einen Ladungsverstärker simuliert. Nach einer kurzen Betrachtung möglicher Fehlereinflüsse, die bei der Digitalisierung von Messsignalen auftreten können, wurde eine Messunsicherheitsbetrachtung nach dem „Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement“ (GUM) durchgeführt. Um den gemessenen Übertragungskoeffizienten des Ladungsverstärkers mit dem herkömmlichen Kalibrierverfahren (sinusförmiges Eingangssignal) vergleichbar zu machen, wurde eine Fourier-Analyse der Messsignale angewendet. Für den Frequenzbereich unterhalb von 20 kHz ergibt sich eine gute Übereinstimmung des Übertragungsverhaltens des Ladungsverstärkers mit dem herkömmlichen Kalibierverfahren bei Anregungen mit verschiedenen impulsförmigen Eingangssignalen. Oberhalb von 20 kHz weichen die Ergebnisse der zwei Messverfahren voneinander ab, da die maximale Signalanstiegsrate des Ladungsverstärkers überschritten wird.

Desenvolvimento de um Produto para Determinação do Tipo Sanguíneo de Humanos

Esta dissertação relata o desenvolvimento de um produto para determinação do tipo san-guíneo de humanos. A necessidade de criar um produto eficiente e capaz de determinar o tipo sanguíneo em situações de emergências surge da possibilidade das análises serem realizadas em momentos críticos, onde se pretende eliminar o erro humano e minimizar os riscos de incompatibi-lidade nas transfusões sanguíneas. A proposta pretende resolver problemas dos procedimentos realizados na análise do tipo sanguíneo em situações de emergência, que são realizados pelos técnicos da saúde, em ambien-tes da saúde, fixos ou móveis. Atualmente, o processo de análise de grupo sanguíneo, nestas si-tuações, ocorre manualmente através do procedimento de teste em lâmina. Este consiste na reco-lha de sangue e respectiva mistura com os reagentes específicos, a fim de determinar a aglutina-ção do sangue. Os resultados são observados macroscopicamente. Com base na técnica da tipagem manual, desenvolveu-se um produto com os mesmos princípios, semiautomático e com um rápido tempo de resposta, sem interferência humana na in-terpretação dos resultados, eliminando possíveis erros. Para solucionar os aspetos técnicos e me-cânicos, incorporaram-se tecnologias inovadoras, sendo elas resultado do trabalho interdisciplinar com das áreas do Design Industrial e as Engenharias Eletrónica e Mecânica. O sistema eletrónico incorporado utiliza o sistema de controlo Lilliput. Este sistema processa a informação recorrendo a processamento de imagem (através do software LabVIEW) e deteta automaticamente a ocorrência de aglutinação. O tipo sanguíneo é assim determinado num curto intervalo de tempo (aproxima-damente, dois minutos), o que viabiliza a utilização da técnica em situações de emergências. O projeto mecânico do sistema foi desenvolvido com recurso ao software Solidworks. Fo-ram realizadas simulações e testes com um rotary motor para viabilizar o funcionamento do meca-nismo. O sistema mecânico de agitação das amostras é simples, inovador e possui um elevado valor acrescentado, sendo nesse caso uma mais-valia na segurança dos utilizadores. O produto desenvolvido consegue atingir o objetivo do trabalho, realizando a determinação do tipo sanguíneo dos humanos em 5 minutos, sendo eficaz e funcional. É um produto com aspec-to formal que atribui a sua ergonomia adaptada ao utilizador, sendo assim portátil, de fácil uso e manuseio.

Advanced fibre gratings and their applications

This thesis describes a detailed study of advanced fibre grating devices using Bragg (FBG) and long-period (LPG) structures and their applications in optical communications and sensing. The major contributions presented in this thesis are summarised below. One of the most important contributions from the research work presented in this thesis is a systematic theoretical study of many distinguishing structures of fibre gratings. Starting from the Maxwell equations, the coupled-mode equations for both FBG and LPG were derived and the mode-overlap factor was analytically discussed. Computing simulation programmes utilising matrix transform method based on the models built upon the coupled-mode equations were developed, enabling simulations of spectral response in terms of reflectivity, bandwidth, sidelobes and dispersion of gratings of different structures including uniform and chirped, phase-shifted, Moiré, sampled Bragg gratings, phase-shifted and cascaded long-period gratings. Although the majority of these structures were modelled numerically, analytical expressions for some complex structures were developed with a clear physical picture. Several apodisation functions were proposed to improve sidelobe suppression, which guided effective production of practical devices for demanding applications. Fibre grating fabrication is the other major part involved in the Ph.D. programme. Both the holographic and scan-phase-mask methods were employed to fabricate Bragg and long-period gratings of standard and novel structures. Significant improvements were particularly made in the scan-phase-mask method to enable the arbitrarily tailoring of the spectral response of grating devices. Two specific techniques - slow-shifting and fast-dithering the phase-mask implemented by a computer controlled piezo - were developed to write high quality phase-shifted, sampled and apodised gratings. A large number of LabVIEW programmes were constructed to implement standard and novel fabrication techniques. In addition, some fundamental studies of grating growth in relating to the UV exposure and hydrogenation induced index were carried out. In particular, Type IIa gratings in non-hydrogenated B/Ge co-doped fibres and a re-generated grating in hydrogenated B/Ge fibre were investigated, showing a significant observation of thermal coefficient reduction. Optical sensing applications utilising fibre grating devices form the third major part of the research work presented in this thesis. Several experiments of novel sensing and sensing-demodulating were implemented. For the first time, an intensity and wavelength dual-coding interrogation technique was demonstrated showing significantly enhanced capacity of grating sensor multiplexing. Based on the mode-splitting measurement, instead of using conventional wavelength-shifting detection technique, successful demonstrations were also made for optical load and bend sensing of ultra-high sensitivity employing LPG structures. In addition, edge-filters and low-loss high-rejection bandpass filters of 50nm stop-band were fabricated for application in optical sensing and high-speed telecommunication systems

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.