Line ratio diagnostics in helium and helium seeded argon plasmas

We investigate the potential use of line ratio diagnostics to evaluate electron temperature in either helium or helium seeded argon plasmas. Plasmas are produced in a helicon plasma source. A rf compensated Langmuir probe is used to measure both the electron temperature and plasma density while a spectrometer is used to measure He I line intensities from the plasma. For all plasma densities where the electron temperature remains at 5 ± 1 eV, three He line ratios are measured. Each experimental ratio is compared with the prediction of three different collisional radiative models. One of these models makes uses of recent R-matrix with pseudo-states calculations for collisional rate coefficients. A discussion related to the different observations and model predictions is presented.

The application of atomic physics within impurity diagnostics for fusion plasmas

With the focus of ITER on the transport and emission properties of tungsten, generating atomic data for complex species has received much interest. Focusing on impurity influx diagnostics, we discuss recent work on heavy species. Perturbative approaches do not work well for near neutral systems so non-perturbative data are required, presenting a particular challenge for these influx diagnostics. Recent results on Mo+ are given as an illustration of how the diagnostic applications can guide the theoretical calculations for such systems.

DEVELOPING AN INTELLIGENT DIGITAL MOCK UP TO INTEGRATE DESIGN AND MANUFACTURING DISCIPLINES

This paper presents an approach to develop an intelligent digital mock-up (DMU) through integration of design and manufacturing disciplines to enable a better understanding of assembly related issues during design evolution. The intelligent DMU will contain tolerance information related to manufacturing capabilities so it can be used as a source for assembly simulations of realistic models to support the manufacturing decision making process within the design domain related to tolerance build ups. A literature review of the contributing research areas is presented, from which identification of the need for an intelligent DMU has been developed. The proposed methodology including the applications of cellular modelling and potential features of the intelligent DMU are presented and explained. Finally a conclusion examines the work to date and the future work to achieve an intelligent DMU.

SWORD: an intelligent vibratory wearable device to improve rehabilitation in stroke patients

Anualmente ocorrem cerca de 16 milhões AVCs em todo o mundo. Cerca de metade dos sobreviventes irá apresentar défice motor que necessitará de reabilitação na janela dos 3 aos 6 meses depois do AVC. Nos países desenvolvidos, é estimado que os custos com AVCs representem cerca de 0.27% do Produto Interno Bruto de cada País. Esta situação implica um enorme peso social e financeiro. Paradoxalmente a esta situação, é aceite na comunidade médica a necessidade de serviços de reabilitação motora mais intensivos e centrados no doente. Na revisão do estado da arte, demonstra-se o arquétipo que relaciona metodologias terapêuticas mais intensivas com uma mais proficiente reabilitação motora do doente. Revelam-se também as falhas nas soluções tecnológicas existentes que apresentam uma elevada complexidade e custo associado de aquisição e manutenção. Desta forma, a pergunta que suporta o trabalho de doutoramento seguido inquire a possibilidade de criar um novo dispositivo de simples utilização e de baixo custo, capaz de apoiar uma recuperação motora mais eficiente de um doente após AVC, aliando intensidade com determinação da correcção dos movimentos realizados relativamente aos prescritos. Propondo o uso do estímulo vibratório como uma ferramenta proprioceptiva de intervenção terapêutica a usar no novo dispositivo, demonstra-se a tolerabilidade a este tipo de estímulos através do teste duma primeira versão do sistema apenas com a componente de estimulação num primeiro grupo de 5 doentes. Esta fase validará o subsequente desenvolvimento do sistema SWORD. Projectando o sistema SWORD como uma ferramenta complementar que integra as componentes de avaliação motora e intervenção proprioceptiva por estimulação, é descrito o desenvolvimento da componente de quantificação de movimento que o integra. São apresentadas as diversas soluções estudadas e o algoritmo que representa a implementação final baseada na fusão sensorial das medidas provenientes de três sensores: acelerómetro, giroscópio e magnetómetro. O teste ao sistema SWORD, quando comparado com o método de reabilitação tradicional, mostrou um ganho considerável de intensidade e qualidade na execução motora para 4 dos 5 doentes testados num segundo grupo experimental. É mostrada a versatilidade do sistema SWORD através do desenvolvimento do módulo de Tele-Reabilitação que complementa a componente de quantificação de movimento com uma interface gráfica de feedback e uma ferramenta de análise remota da evolução motora do doente. Finalmente, a partir da componente de quantificação de movimento, foi ainda desenvolvida uma versão para avaliação motora automatizada, implementada a partir da escala WMFT, que visa retirar o factor subjectivo da avaliação humana presente nas escalas de avaliação motora usadas em Neurologia. Esta versão do sistema foi testada num terceiro grupo experimental de cinco doentes.

Metabonomics of human amniotic fluid for prenatal diagnostics

O trabalho apresentado nesta tese teve como principais objectivos contribuir para o conhecimento da composição do líquido amniótico humano (LA), colhido no 2º trimestre de gravidez, assim como investigar possíveis alterações na sua composição devido à ocorrência de patologias pré-natais, recorrendo à metabonómica e procurando, assim, definir novos biomarcadores de doenças da grávida e do feto. Após uma introdução descrevendo o estado da arte relacionado com este trabalho (Capítulo 1) e os princípios das metodologias analíticas usadas (Capítulo 2), seguida de uma descrição dos aspectos experimentais associados a esta tese (Capítulo 3), apresentam-se os resultados da caracterização da composição química do LA (gravidez saudável) por espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN), assim como da monitorização da sua estabilidade durante o armazenamento e após ciclos de congelamento-descongelamento (Capítulo 4). Amostras de LA armazenadas a -20°C registaram alterações significativas, tornando-se estas menos pronunciadas (mas ainda mensuráveis) a -70°C, temperatura recomendada para o armazenamento de LA. Foram também observadas alterações de composição após 1-2 ciclos de congelamento-descongelamento (a ter em conta aquando da reutilização de amostras), assim como à temperatura ambiente (indicando um período máximo de 4h para a manipulação e análise de LA). A aquisição de espectros de RMN de 1H de alta resolução e RMN acoplado (LC-NMR/MS) permitiu a detecção de 75 compostos no LA do 2º trimestre, 6 dos quais detectados pela primeira vez no LA. Experiências de difusão (DOSY) permitiram ainda a caracterização das velocidades de difusão e massas moleculares médias das proteínas mais abundantes. O Capítulo 5 descreve o estudo dos efeitos de malformações fetais (FM) e de cromossomopatias (CD) na composição do LA do 2º trimestre de gravidez. A extensão deste trabalho ao estudo dos efeitos de patologias no LA que ocorrem no 3º trimestre de gravidez é descrita no Capítulo 6, nomeadamente no que se refere ao parto pré-termo (PTD), pré-eclampsia (PE), restrição do crescimento intra-uterino (IUGR), ruptura prematura de membranas (PROM) e diabetes mellitus gestacional (GDM). Como complemento a estes estudos, realizou-se uma análise preliminar da urina materna do 2º trimestre para o estudo de FM e GDM, descrita no Capítulo 7. Para interpretação dos dados analíticos, obtidos por espectroscopia RMN de 1H, cromatografia líquida de ultra eficiência acoplada a espectrometria de massa (UPLC-MS) e espectroscopia do infravermelho médio (MIR), recorreu-se à análise discriminante pelos métodos dos mínimos quadrados parciais e o método dos mínimos quadrados parciais ortogonal (PLS-DA e OPLS-DA) e à correlação espectral. Após análise por validação cruzada de Monte-Carlo (MCCV), os modelos PLS-DA de LA permitiram distinguir as FM dos controlos (sensibilidades 69-85%, especificidades 80-95%, taxas de classificação 80-90%), revelando variações metabólicas ao nível do metabolismo energético, dos metabolismos dos aminoácidos e glícidos assim como possíveis alterações ao nível do funcionamento renal. Observou-se também um grande impacto das FM no perfil metabólico da urina materna (medido por UPLC-MS), tendo no entanto sido registados modelos PLS-DA com menor sensibilidade (40-60%), provavelmente devido ao baixo número de amostras e maior variabilidade da composição da urina (relativamente ao LA). Foram sugeridos possíveis marcadores relacionados com a ocorrência de FM, incluindo lactato, glucose, leucina, valina, glutamina, glutamato, glicoproteínas e conjugados de ácido glucurónico e/ou sulfato e compostos endógenos e/ou exógenos (<1 M) (os últimos visíveis apenas na urina). No LA foram também observadas variações metabólicas devido à ocorrência de vários tipos de cromossomopatias (CD), mas de menor magnitude. Os perfis metabólicos de LA associado a pré- PTD produziram modelos que, apesar do baixo poder de previsão, sugeriram alterações precoces no funcionamento da unidade fetoplacentária, hiperglicémia e stress oxidativo. Os modelos obtidos para os grupos pré- IUGR pré- PE, pré- PROM e pré-diagnóstico GDM (LA e urina materna) registaram baixo poder de previsão, indicando o pouco impacto destas condições na composição do LA e/ou urina do 2º trimestre. Os resultados obtidos demonstram as potencialidades da análise dos perfis metabólicos do LA (e, embora com base em menos estudos, da urina materna) do 2º trimestre para o desenvolvimento de novos e complementares métodos de diagnóstico, nomeadamente para FM e PTD.

Patient classification for intelligent wheelchair adaptation

A importância e preocupação dedicadas à autonomia e independência das pessoas idosas e dos pacientes que sofrem de algum tipo de deficiência tem vindo a aumentar significativamente ao longo das últimas décadas. As cadeiras de rodas inteligentes (CRI) são tecnologias que podem ajudar este tipo de população a aumentar a sua autonomia, sendo atualmente uma área de investigação bastante ativa. Contudo, a adaptação das CRIs a pacientes específicos e a realização de experiências com utilizadores reais são assuntos de estudo ainda muito pouco aprofundados. A cadeira de rodas inteligente, desenvolvida no âmbito do Projeto IntellWheels, é controlada a alto nível utilizando uma interface multimodal flexível, recorrendo a comandos de voz, expressões faciais, movimentos de cabeça e através de joystick. Este trabalho teve como finalidade a adaptação automática da CRI atendendo às características dos potenciais utilizadores. Foi desenvolvida uma metodologia capaz de criar um modelo do utilizador. A investigação foi baseada num sistema de recolha de dados que permite obter e armazenar dados de voz, expressões faciais, movimentos de cabeça e do corpo dos pacientes. A utilização da CRI pode ser efetuada em diferentes situações em ambiente real e simulado e um jogo sério foi desenvolvido permitindo especificar um conjunto de tarefas a ser realizado pelos utilizadores. Os dados foram analisados recorrendo a métodos de extração de conhecimento, de modo a obter o modelo dos utilizadores. Usando os resultados obtidos pelo sistema de classificação, foi criada uma metodologia que permite selecionar a melhor interface e linguagem de comando da cadeira para cada utilizador. A avaliação para validação da abordagem foi realizada no âmbito do Projeto FCT/RIPD/ADA/109636/2009 - "IntellWheels - Intelligent Wheelchair with Flexible Multimodal Interface". As experiências envolveram um vasto conjunto de indivíduos que sofrem de diversos níveis de deficiência, em estreita colaboração com a Escola Superior de Tecnologia de Saúde do Porto e a Associação do Porto de Paralisia Cerebral. Os dados recolhidos através das experiências de navegação na CRI foram acompanhados por questionários preenchidos pelos utilizadores. Estes dados foram analisados estatisticamente, a fim de provar a eficácia e usabilidade na adequação da interface da CRI ao utilizador. Os resultados mostraram, em ambiente simulado, um valor de usabilidade do sistema de 67, baseado na opinião de uma amostra de pacientes que apresentam os graus IV e V (os mais severos) de Paralisia Cerebral. Foi também demonstrado estatisticamente que a interface atribuída automaticamente pela ferramenta tem uma avaliação superior à sugerida pelos técnicos de Terapia Ocupacional, mostrando a possibilidade de atribuir automaticamente uma linguagem de comando adaptada a cada utilizador. Experiências realizadas com distintos modos de controlo revelaram a preferência dos utilizadores por um controlo compartilhado com um nível de ajuda associado ao nível de constrangimento do paciente. Em conclusão, este trabalho demonstra que é possível adaptar automaticamente uma CRI ao utilizador com claros benefícios a nível de usabilidade e segurança.

On-line diagnostics of transformer winding insulation failures, by Park`s vector approach

This paper presents a non-invasive approach for diagnosing winding insulation failures in three-phase transformers, which is based on the on-line monitoring of the primary and secondary current Park's Vector. Experimental and simulated results demonstrate the effectiveness of the proposed technique, for detecting winding inter-turn insulation faults in operating three-phase transformers.

Transformers on-load exciting current Park`s vector approach as a tool for winding faults diagnostics

This paper presents the development of a new approach for diagnosing the occurrence of inter-turn short-circuits in the windings of three-phase transformers, which is based on the on-line monitoring of the on-load exciting current Park's Vector patterns. Experimental and simulated results demonstrate the effectiveness of the proposed technique for detecting winding inter-turn insulation faults in operating three-phase transformers.

Condition monitoring and diagnostics of power transformers

This paper addresses the subject of condition monitoring and diagnostics of power transformers. The main results of two reliability surveys, carried out under the auspices of CIGRE and IEEE in order to assemble objective data on the performance of transformers in service, are presented, providing useful information on the main causes of transformer failures, the most likely affected components and the related outages times. A survey of the most important methods, actually in use, for condition monitoring and diagnostics of power transformers is also given, which stresses the need for the development of new diagnostic methods, that can be applied without taking the transformers out of service, and that can also provide a fault severity criteria, in particular for determining transformers windings integrity. Preliminary results, concerning the on-going research activity on the development of a new approach for inter-turn winding fault diagnosis in three-phase transformers, are also reported in the paper.

Condition monitoring and diagnostics of power transformers

This paper addresses the subject of condition monitoring and diagnostics of power transformers. The main results of two reliability surveys, carried out under the auspices of CIGRE and IEEE in order to assemble objective data on the performance of transformers in service, are presented, providing useful information on the main causes of transformer failures, the most likely affected components and the related outages times. A survey of the most important methods, actually in use, for condition monitoring and diagnostics of power transformers is also given, which stresses the need for the development of new diagnostic methods, that can be applied without taking the transformers out of service, and that can also provide a fault severity criteria, in particular for determining transformers windings integrity. Preliminary results, concerning the on-going research activity on the development of a new approach for inter-turn winding fault diagnosis in three-phase transformers, are also reported in the paper.

Intelligent predictive control for thermal comfort and energy savings in public buildings

This talk addresses the problem of controlling a heating ventilating and air conditioning system with the purpose of achieving a desired thermal comfort level and energy savings. The formulation uses the thermal comfort, assessed using the predicted mean vote (PMV) index, as a restriction and minimises the energy spent to comply with it. This results in the maintenance of thermal comfort and on the minimisation of energy, which in most operating conditions are conflicting goals requiring some sort of optimisation method to find appropriate solutions over time. In this work a discrete model based predictive control methodology is applied to the problem. It consists of three major components: the predictive models, implemented by radial basis function neural networks identifed by means of a multi-objective genetic algorithm [1]; the cost function that will be optimised to minimise energy consumption and provide adequate thermal comfort; and finally the optimisation method, in this case a discrete branch and bound approach. Each component will be described, with a special emphasis on a fast and accurate computation of the PMV indices [2]. Experimental results obtained within different rooms in a building of the University of Algarve will be presented, both in summer [3] and winter [4] conditions, demonstrating the feasibility and performance of the approach. Energy savings resulting from the application of the method are estimated to be greater than 50%.

Special section on intelligent control systems and signal processing

The IFAC International Conference on Intelligent Control Systems and Signal Processing (ICONS 2003) was organized under the auspices of the recently founded IFAC Technical Committee on Cognition and Control, and it was the first IFAC event specifically devoted to this theme. Recognizing the importance of soft-computing techniques for fields covered by other IFAC Technical Committees, ICONS 2003 was a multi-track Conference, co-sponsored by four additional Technical Committees: Computers for Control, Optimal Control, Control in Agriculture, and Modelling, Identification and Signal Processing. The Portuguese Society for Automatic Control (APCA) hosted ICONS 2003, which was held at the University of Algarve, Faro, Portugal.

Intelligent control and signal processing

SYSID is organized every three years. This will be the first SYSID symposium in the 3rd millenium and the second SYSID symposium to take place in The Netherlands. The symposium covers all major aspects of system identification, experimental modelling, signal processing and adaptive control from theoretical and methodological developments to practical applications in a wide range of application areas. The aim of the meeting is to promote the research activities and the cooperation between researchers in these areas. To enhance the applications and industrial perspective of the symposium, participation from industrial authors is particularly encouraged. This will be the first Council meeting after the World Congress in Barcelona last year. The year that has passed has been very active indeed. Following the restructuring of the Technical Board which was endorsed in Barcelona, the 39 Technical Committees within the Technical Board have taken up their work and, after a year, we may say that work is proceeding very smoothly and a lot of activities are going on which will be reported on in greater detail after the meeting of the Technical Board in Rotterdam. The scopes of all these 39 Technical Committees have been revised and were published in Issue 1, 2003 of the IFAC Newsletter, which was published on the web. Shortly a document for download with all the scopes will be available on the web.

On-line operation of an intelligent seismic detector

This study describes the on-line operation of a seismic detection system to act at the level of a seismic station providing similar role to that of a STA /LTA ratio-based detection algorithms. The intelligent detector is a Support Vector Machine (SVM), trained with data consisting of 2903 patterns extracted from records of the PVAQ station, one of the seismographic network's stations of the Institute of Meteorology of Portugal (IM). Records' spectral variations in time and characteristics were reflected in the SVM input patterns, as a set of values of power spectral density at selected frequencies. To ensure that all patterns of the sample data were within the range of variation of the training set, we used an algorithm to separate the universe of data by hyper-convex polyhedrons, determining in this manner a set of patterns that have a mandatory part of the training set. Additionally, an active learning strategy was conducted, by iteratively incorporating poorly classified cases in the training set. After having been trained, the proposed system was experimented in continuous operation for unseen (out of sample) data, and the SVM detector obtained 97.7% and 98.7% of sensitivity and selectivity, respectively. The same type of ANN presented 88.4 % and 99.4% of sensitivity and selectivity when applied to data of a different seismic station of IM. © 2013 Springer-Verlag Berlin Heidelberg.

Intelligent modelling of temperature propagation induced by therapeutic ultrasound

Dissertação de Mestrado, Engenharia Electrónica e Telecomunicações, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015