Digitales stochastisches Magnetfeld-Sensorarray

Digitales stochastisches Magnetfeld-Sensorarray Stefan Rohrer Im Rahmen eines mehrjährigen Forschungsprojektes, gefördert von der Deutschen Forschungsgesellschaft (DFG), wurden am Institut für Mikroelektronik (IPM) der Universität Kassel digitale Magnetfeldsensoren mit einer Breite bis zu 1 µm entwickelt. Die vorliegende Dissertation stellt ein aus diesem Forschungsprojekt entstandenes Magnetfeld-Sensorarray vor, das speziell dazu entworfen wurde, um digitale Magnetfelder schnell und auf minimaler Fläche mit einer guten räumlichen und zeitlichen Auflösung zu detektieren. Der noch in einem 1,0µm-CMOS-Prozess gefertigte Test-Chip arbeitet bis zu einer Taktfrequenz von 27 MHz bei einem Sensorabstand von 6,75 µm. Damit ist er das derzeit kleinste und schnellste digitale Magnetfeld-Sensorarray in einem Standard-CMOS-Prozess. Konvertiert auf eine 0,09µm-Technologie können Frequenzen bis 1 GHz erreicht werden bei einem Sensorabstand von unter 1 µm. In der Dissertation werden die wichtigsten Ergebnisse des Projekts detailliert beschrieben. Basis des Sensors ist eine rückgekoppelte Inverter-Anordnung. Als magnetfeldsensitives Element dient ein auf dem Hall-Effekt basierender Doppel-Drain-MAGFET, der das Verhalten der Kippschaltung beeinflusst. Aus den digitalen Ausgangsdaten kann die Stärke und die Polarität des Magnetfelds bestimmt werden. Die Gesamtanordnung bildet einen stochastischen Magnetfeld-Sensor. In der Arbeit wird ein Modell für das Kippverhalten der rückgekoppelten Inverter präsentiert. Die Rauscheinflüsse des Sensors werden analysiert und in einem stochastischen Differentialgleichungssystem modelliert. Die Lösung der stochastischen Differentialgleichung zeigt die Entwicklung der Wahrscheinlichkeitsverteilung des Ausgangssignals über die Zeit und welche Einflussfaktoren die Fehlerwahrscheinlichkeit des Sensors beeinflussen. Sie gibt Hinweise darauf, welche Parameter für das Design und Layout eines stochastischen Sensors zu einem optimalen Ergebnis führen. Die auf den theoretischen Berechnungen basierenden Schaltungen und Layout-Komponenten eines digitalen stochastischen Sensors werden in der Arbeit vorgestellt. Aufgrund der technologisch bedingten Prozesstoleranzen ist für jeden Detektor eine eigene kompensierende Kalibrierung erforderlich. Unterschiedliche Realisierungen dafür werden präsentiert und bewertet. Zur genaueren Modellierung wird ein SPICE-Modell aufgestellt und damit für das Kippverhalten des Sensors eine stochastische Differentialgleichung mit SPICE-bestimmten Koeffizienten hergeleitet. Gegenüber den Standard-Magnetfeldsensoren bietet die stochastische digitale Auswertung den Vorteil einer flexiblen Messung. Man kann wählen zwischen schnellen Messungen bei reduzierter Genauigkeit und einer hohen lokalen Auflösung oder einer hohen Genauigkeit bei der Auswertung langsam veränderlicher Magnetfelder im Bereich von unter 1 mT. Die Arbeit präsentiert die Messergebnisse des Testchips. Die gemessene Empfindlichkeit und die Fehlerwahrscheinlichkeit sowie die optimalen Arbeitspunkte und die Kennliniencharakteristik werden dargestellt. Die relative Empfindlichkeit der MAGFETs beträgt 0,0075/T. Die damit erzielbaren Fehlerwahrscheinlichkeiten werden in der Arbeit aufgelistet. Verglichen mit dem theoretischen Modell zeigt das gemessene Kippverhalten der stochastischen Sensoren eine gute Übereinstimmung. Verschiedene Messungen von analogen und digitalen Magnetfeldern bestätigen die Anwendbarkeit des Sensors für schnelle Magnetfeldmessungen bis 27 MHz auch bei kleinen Magnetfeldern unter 1 mT. Die Messungen der Sensorcharakteristik in Abhängigkeit von der Temperatur zeigen, dass die Empfindlichkeit bei sehr tiefen Temperaturen deutlich steigt aufgrund der Abnahme des Rauschens. Eine Zusammenfassung und ein ausführliches Literaturverzeichnis geben einen Überblick über den Stand der Technik.

Untersuchungen zu kumulativen psychischen und physiologischen Effekten des fliegenden Personals auf der Kurzstrecke

Die fliegerische Tätigkeit auf der Kurzstrecke in der zivilen Luftfahrt unterliegt arbeitsspezifischen Belastungsfaktoren, die sich in wesentlichen Punkten von denen auf der Langstrecke unterscheiden. Eine hohe Arbeitsbelastung auf der Kurzstrecke ist mit vielen Starts und Landungen am Tag verbunden. Neben der Anzahl der Flugabschnitte können auch lange Flugdienstzeiten und/oder unregelmäßige Arbeitszeiten sowie der Zeitdruck während der Einsätze auf der Kurzstrecke zur Belastung für Cockpitbesatzungsmitglieder werden und zu Ermüdungserscheinungen führen. Bisher wurden flugmedizinische und -psychologische Daten hauptsächlich auf der Langstrecke in Bezug auf die Auswirkungen der Jet-Leg Symptomatik und kaum auf der Kurzstrecke erhoben. Deshalb wurde im Rahmen des DLR- Projekts „Untersuchungen zu kumulativen psychischen und physiologischen Effekten des fliegenden Personals auf der Kurzstrecke“ eine Langzeituntersuchung zur Belastung/Beanspruchung, Ermüdung sowie Erholung des Cockpitpersonals auf der Kurzstrecke über jeweils 56 Tage durchgeführt. In Zusammenarbeit mit der Deutschen Lufthansa AG dauerte die Untersuchung zu den Auswirkungen arbeitsspezifischer Belastungsfaktoren auf die Cockpitbesatzungsmitglieder der Boeing 737-Flotte von 2003 bis 2006. ZIEL: Unter Berücksichtigung theoretisch fundierter arbeitspsychologischer Konzepte war das Ziel der Studie, kumulative und akute Effekte auf das Schlaf-Wach-Verhalten, auf die Belastung/Beanspruchung sowie auf die Müdigkeit zu identifizieren, die durch aufeinander folgende Einsätze auf der Kurzstrecke innerhalb eines Zeitraums von acht Wochen auftreten können. Hierfür wurden Daten von 29 Piloten (N=13 Kapitäne; N=16 Erste Offiziere) aufgezeichnet. Das Durchschnittsalter lag bei 33,8 ± 7,9 Jahren (Kapitäne: 42,0 ± 3,8 Jahre; Erste Offiziere: 27,4 ± 2,2 Jahre). METHODEN: Über ein Handheld PC konnten effizient Fragebögen bearbeitet und das Sleep Log sowie das Flight Log geführt werden. Die subjektive Ermüdung und Arbeitsbeanspruchung wurden durch standardisierte Fragebögen (z.B. Ermüdungsskala von Samn & Perelli (1982), NASA-TLX) operationalisiert. Im Sleep Log und im Flight Log wurden das Schlaf-Wach-Verhalten sowie flugspezifische Daten dokumentiert (z.B. Dienstbeginn, Dienstende, Flugabschnitte, Zielorte, etc.). Der Schlaf-Wach-Zyklus wurde mittels der Aktimetrie während des gesamten Messverlaufs aufgezeichnet. Die objektive Leistungsfähigkeit wurde täglich morgens und abends mit Hilfe einer computergestützten Psychomotor Vigilance Task (PVT) nach Dinges & Powell (1985) erfasst. Die Leistung in der PVT diente als Indikator für die Ermüdung eines Piloten. Zusätzliche Befragungen mit Paper-Pencil-Fragebögen sollten Aufschluss über relevante, psychosoziale Randbedingungen geben, die bei den täglichen Erhebungen nicht berücksichtigt wurden (z.B. Arbeitszufriedenheit; Essgewohnheiten; Kollegenbeziehungen). ERGEBNISSE: Unter Beachtung kumulativer Effekte wurde über die Studiendauer keine Veränderung in der Schlafqualität und im Schlafbedürfnis festgestellt. Die Müdigkeit nahm dagegen während der achtwöchigen Untersuchung zu. Die Reaktionszeit in der PVT zeigte an Flugdiensttagen eine Verschlechterung über die Zeit. Insgesamt wurden keine kritischen längerfristigen Effekte analysiert. Akute signifikante Effekte wurden bei der Ermüdung, der Gesamtbelastung und der Leistungsfähigkeit an Flugdiensttagen gefunden. Die Ermüdung als auch die Gesamtbelastung stiegen bei zunehmender Flugdienstdauer und Leganzahl und die Leistung nahm in der PVT ab. Der „time on task“ Effekt zeigte sich besonders in der Ermüdung durch die fliegerische Tätigkeit ab einer Flugdienstzeit von > 10 Stunden und > 4 Legs pro Tag. SCHLUSSFOLGERUNG: Mit diesen Ergebnissen konnte eine wissenschaftliche Datenbasis geschaffen werden aus der Empfehlungen resultieren, wie die Einsatzplanung für das Cockpitpersonal auf der Kurzstrecke unter flugmedizinischen und flugpsychologischen Gesichtspunkten optimiert werden kann. Zudem kann ein sachgerechter Beitrag im Rahmen der Diskussion zur Flugdienst- und Ruhezeitenregelung auf europäischer Ebene geleistet werden.

Thermal Noise Behavior of the Bridge Circuit

This paper considers a connection between the deterministic and noisy behavior of nonlinear networks. Specifically, a particular bridge circuit is examined which has two possibly nonlinear energy storage elements. By proper choice of the constitutive relations for the network elements, the deterministic terminal behavior reduces to that of a single linear resistor. This reduction of the deterministic terminal behavior, in which a natural frequency of a linear circuit does not appear in the driving-point impedance, has been shown in classical circuit theory books (e.g. [1, 2]). The paper shows that, in addition to the reduction of the deterministic behavior, the thermal noise at the terminals of the network, arising from the usual Nyquist-Johnson noise model associated with each resistor in the network, is also exactly that of a single linear resistor. While this result for the linear time-invariant (LTI) case is a direct consequence of a well-known result for RLC circuits, the nonlinear result is novel. We show that the terminal noise current is precisely that predicted by the Nyquist-Johnson model for R if the driving voltage is zero or constant, but not if the driving voltage is time-dependent or the inductor and capacitor are time-varying

Estrategia de intervención militar de Estados Unidos en Medio Oriente: dinámicas y consecuencias del uso de drones en Yemen y Pakistán entre 2009 a 2013

Este es un estudio sobre la estrategia de guerra estadounidense en Medio Oriente basada en el uso sistemático de drones durante el periodo comprendido entre 2009 y 2013. Se busca explicar de qué manera puede considerarse el uso de este tipo de armamento como una práctica basada en la proyección de poder sin mayor vulnerabilidad. Los casos de Pakistán y Yemen son abordados, ya que evidencian las características de las operaciones selectivas por las que ha abogado el Presidente Obama. El estudio se inscribe dentro del realismo ofensivo, haciendo también referencia a sus limitaciones explicativas. Empero, se afirma que las dinámicas y consecuencias de la utilización de drones son intrínsecas a la necesidad estadounidense de combatir actores no estatales mediante prácticas que garanticen su seguridad y pretensiones hegemónicas a pesar de las implicaciones políticas , legales y sociales en las que puede incurrir.

La pelota no se mancha: Un estudio histórico sobre el desarrollo y la política en FIFA

Esta investigación se centra en la Fédération Internationale de Football Association (FIFA) como organización política. Intenta responder dos interrogantes primordiales: 1) ¿cómo la FIFA ha constituido el poder que tiene actualmente y, así, hacerse del monopolio indiscutido del fútbol? Y 2) ¿cómo ha cambiado en el tiempo la política interna de FIFA y su vínculo con la política internacional? Para lograr esto, se realiza un estudio histórico, basado principalmente en documentos, que intenta caracterizar y analizar los cambios de la organización en el tiempo. Se enfatizan las últimas dos presidencias de FIFA, de João Havelange y Joseph Blatter, como casos de estudio.

Causas de abandono do desporto escolar

RESUMO: Numa sociedade cada vez mais exigente, onde o acesso a estudos e estatísticas se torna cada vez mais fácil, deve consciencializar-se os intervenientes no contexto desportivo para a falta de actividade física e desportiva dos nossos jovens no seu dia-a-dia, bem como o seu abandono precoce da prática desportiva. Esse abandono apresenta-se como um fenómeno multifactorial, na medida em que são diversos os contextos e motivos que o determinam. Na actividade diária de professores/treinadores, os aspectos relacionados com os factores que conduzem ao abandono dos praticantes devem merecer uma atenção permanente. Torna-se importante responder às perguntas “o abandono surge porquê?”; “Quais as causas?” ou “Quais os factores?”, sendo esse o principal objectivo deste estudo. A amostra foi constituída por alunos de ambos os sexos, de diversas escolas de Lisboa, num total de 174 inquiridos dos ensinos básico e secundário, que abandonaram a prática do desporto escolar durante o ano lectivo 2011/2012. Foi aplicado como instrumento de medida o Questionário de Razões para o Abandono da Prática do Desporto Escolar – QRAPDE versão adaptada para o desporto escolar com base num instrumento similar desenvolvido por Cruz e colaboradores (1988; 1995). Os resultados evidenciam como causas mais importantes para o abandono as questões relacionadas com a dimensão “Falta de tempo” com média de 1,84, seguida da dimensão “Orientação desportiva” apresentando uma média de 1,44 e, como causa menos importante, a dimensão “Indicadores de treino e competição” (1,26). A todos os intervenientes desportivos, especialmente professores, cabe uma introspecção sobre os factores de abandono. Acreditamos que com uma orientação consciente e sustentada será possível inverter o abandono do desporto escolar pelos alunos.ABSTACT: In an increasingly demanding society, where access to studies and statistics is becoming rather easy, all subjects for sport activities must be aware concerning the lack of physical and sports activity of our young people in their day-to-day life, as well as the early withdrawn. This dropout mus be presented as a multifactorial phenomenon, as there are several contexts and motives which determine it. In daily work of teachers/coaches, aspects related to the factors that lead to the abandonment of the youngsters deserve continued attention. Therefore, it is important to answer the questions "Why does abandonment arises?" "What are the causes?" or "What are the factors? This is the key issue and the goal of this study. The sample was 174 students of both genders, of elementary and secondary school grade, from several schools in Lisbon, who had abandoned the practice of school sports during the academic year 2011/2012. To determine the reasons of dropout we use the Questionnaire of Reasons for the Abandonment of School Sports – QRAPDE, version adapted for school sports based on a similar instrument developed by Cruz et al (1988; 1995) The results show that the most important causes for the abandonment are related to the dimension "lack of time" with an average of 1.84, followed by the dimension "Sports Guidance" with an average of 1.44, and, as the less important cause, the "Indicators of training and competition" (1.26). All responsible intervenients, namely teachers, should thoroughly reflect about the factors of dropout. We believe that with a conscious and sustainable guidance it will be possible to reverse the abandonment of school sports by students.

Facebook e inovação pedagógica : um projeto de autoformação

A investigadora fixou o objetivo de se atualizar a nível profissional, por autoformação. Considera ser relevante para o ensino que se aposte em estratégias /atividades inovadoras sob um ponto de vista pedagógico, assentes nas novas tecnologias. Neste contexto, a questão de partida foi: como pode a docente inovar na sua prática pedagógica com impacto no desenvolvimento das suas competências digitais e profissionais? Pode inovar, explorando, a nível educativo, as caraterísticas de uma rede social como o Facebook, que é intuitiva e permite o acesso por computador. Além disso, aposta na natureza ubíqua, desenhada para Tablet ou telemóvel, em mobilidade. Possibilita a comunicação síncrona e assíncrona. Pode ser rentabilizada em dois níveis: no da Web 1.0, para pesquisa e arquivo; e no da Web 2.0, para criação/cocriação. Nesta investigação, o paradigma da Web 2.0 facultou a conceção de uma Wiki e de outros produtos criativos. Sendo inábil em tecnologia digital, a docente investigadora pretendeu inverter a situação ao começar pelo Facebook, que se revelou uma forma muito pragmática de ir aprendendo, paulatinamente, a operar outras ferramentas digitais e de consolidar uma autoformação em espiral ascendente. O Trabalho de Projeto, de que ora se lavra este relatório, seguiu a metodologia de investigação-ação, pelo modelo de Whitehead (1989). Foram cinco fases distintas: desde a identificação do problema até à sua superação, passando pelas fases intermédias de planificação do trabalho e de implementação. A última fase foi a reformulação, isto é, a planificação do ano letivo seguinte, com base na experimentação anterior e nos resultados obtidos. Dos resultados obtidos, destacam-se os seguintes: os discentes empenharam-se nas inovações digital e pedagógica porque compreenderam que a docente as concebeu para eles e eram adequadas às suas capacidades; elucidaram a docente, quando esta teve dúvidas de ordem digital; aprovaram o método eclético que concilia o tradicional com o moderno, sem exageros; apreciaram que a docente se implicasse, conferindo um cunho pessoal às aulas; aceitaram bem a entrada do Facebook em meio escolar, com a associação do telemóvel, para partilha de informação e de conhecimento; o Facebook ajudou a docente a desenvolver as aprendizagens tecnológicas e a comunicar com os alunos; os intervenientes reconheceram que podem criar produtos propositadamente para exibir na página, entrando portanto, na Web 2.0.

Declines of Aerial Insectivores in North America Follow a Geographic Gradient

North American birds that feed on aerial insects are experiencing widespread population declines. An analysis of the North American Breeding Bird Survey trend estimates for 1966 to 2006 suggests that declines in this guild are significantly stronger than in passerines in general. The pattern of decline also shows a striking geographical gradient, with aerial insectivore declines becoming more prevalent towards the northeast of North America. Declines are also more acute in species that migrate long distances compared to those that migrate short distances. The declines become manifest, almost without exception, in the mid 1980s. The taxonomic breadth of these downward trends suggests that declines in aerial insectivore populations are linked to changes in populations of flying insects, and these changes might be indicative of underlying ecosystem changes.

Can the dynamical impact of the stratosphere on the troposphere be described by large-scale adjustment to the stratospheric PV distribution?

Recent numerical experiments have demonstrated that the state of the stratosphere has a dynamical impact on the state of the troposphere. To account for such an effect, a number of mechanisms have been proposed in the literature, all of which amount to a large-scale adjustment of the troposphere to potential vorticity (PV) anomalies in the stratosphere. This paper analyses whether a simple PV adjustment suffices to explain the actual dynamical response of the troposphere to the state of the stratosphere, the actual response being determined by ensembles of numerical experiments run with an atmospheric general-circulation model. For this purpose, a new PV inverter is developed. It is shown that the simple PV adjustment hypothesis is inadequate. PV anomalies in the stratosphere induce, by inversion, flow anomalies in the troposphere that do not coincide spatially with the tropospheric changes determined by the numerical experiments. Moreover, the tropospheric anomalies induced by PV inversion are on a larger scale than the changes found in the numerical experiments, which are linked to the Atlantic and Pacific storm-tracks. These findings imply that the impact of the stratospheric state on the troposphere is manifested through the impact on individual synoptic-scale systems and their self-organization in the storm-tracks. Changes in these weather systems in the troposphere are not merely synoptic-scale noise on a larger scale tropospheric response, but an integral part of the mechanism by which the state of the stratosphere impacts that of the troposphere.

Radar studies of the vertical distribution of insects migrating over southern Britain: the influence of temperature inversions on nocturnal layer concentrations

Insects migrating over two sites in southern UK (Malvern in Worcestershire, and Harpenden in Hertfordshire) have been monitored continuously with nutating vertical-looking radars (VLRs) equipped with powerful control and analysis software. These observations make possible, for the first time, a systematic investigation of the vertical distribution of insect aerial density in the atmosphere, over temporal scales ranging from the short (instantaneous vertical profiles updated every 15 min) to the very long (profiles aggregated over whole seasons or even years). In the present paper, an outline is given of some general features of insect stratification as revealed by the radars, followed by a description of occasions during warm nights in the summer months when intense insect layers developed. Some of these nocturnal layers were due to the insects flying preferentially at the top of strong surface temperature inversions, and in other cases, layering was associated with higher-altitude temperature maxima, such as those due to subsidence inversions. The layers were formed from insects of a great variety of sizes, but peaks in the mass distributions pointed to a preponderance of medium-sized noctuid moths on certain occasions.

Purpose built teaching equipment for a laboratory based course in three phase machines and drives

The hazards associated with high voltage three phase inverters and the rotating shafts of large electrical machines have resulted in most of the engineering courses covering these topics to be predominantly theoretical. This paper describes a set of purpose built, low voltage and low cost teaching equipment which allows the "hands on" instruction of three phase inverters and rotating machines. By using low voltages, the student can experiment freely with the motors and inverter and can access all of the current and voltage waveforms, which until now could only be studied in text books or observed as part of laboratory demonstrations. Both the motor and the inverter designs are optimized for teaching purposes cost around $25 and can be made with minimal effort.

Three-phase machines and drives - equipment for a laboratory-based course

The hazards associated with high-voltage three-phase inverters and high-powered large electrical machines have resulted in most of the engineering courses covering three-phase machines and drives theoretically. This paper describes a set of purpose-built, low-voltage, and low-cost teaching equipment that allows the hands-on instruction of three-phase inverters and rotating machines. The motivation for moving towards a system running at low voltages is that the students can safely experiment freely with the motors and inverter. The students can also access all of the current and voltage waveforms, which until now could only be studied in textbooks or observed as part of laboratory demonstrations. Both the motor and the inverter designs are for teaching purposes and require minimal effort and cost