Near-field diffraction-based focal length determination technique

An accurate and simple technique for determining the focal length of a lens is presented. It consists of measuring the period of the fringes produced by a diffraction grating at the near field when it is illuminated with a beam focused by the unknown lens. In paraxial approximation, the period of the fringes varies linearly with the distance. After some calculations, a simple extrapolation of data is performed to obtain the locations of the principal plane and the focal plane of the lens. Thus, the focal length is obtained as the distance between the two mentioned planes. The accuracy of the method is limited by the collimation degree of the incident beam and by the algorithm used to obtain the period of the fringes. We have checked the technique with two commercial lenses, one convergent and one divergent, with nominal focal lengths (+100±1) mm and (−100±1) mm respectively. We have experimentally obtained the focal lengths resulting into the interval given by the manufacturer but with an uncertainty of 0.1%, one order of magnitude lesser than the uncertainty given by the manufacturer.

Near-field diffraction of chirped gratings

In this Letter, we analyze the near-field diffraction pattern produced by chirped gratings. An intuitive analytical interpretation of the generated diffraction orders is proposed. Several interesting properties of the near-field diffraction pattern can be determined, such as the period of the fringes and its visibility. Diffraction orders present different widths and also, some of them present focusing properties. The width, location, and depth of focus of the converging diffraction orders are also determined. The analytical expressions are compared to numerical simulation and experimental results, showing a high agreement.

Near-field coupling and resonant cavity modes in plasmonic nanorod metamaterials

Plasmonic resonant cavities are capable of confining light at the nanoscale, resulting in both enhanced local electromagnetic fields and lower mode volumes. However, conventional plasmonic resonant cavities possess large Ohmic losses at metal-dielectric interfaces. Plasmonic near-field coupling plays a key role in a design of photonic components based on the resonant cavities because of the possibility to reduce losses. Here, we study the plasmonic near-field coupling in the silver nanorod metamaterials treated as resonant nanostructured optical cavities. Reflectance measurements reveal the existence of multiple resonance modes of the nanorod metamaterials, which is consistent with our theoretical analysis. Furthermore, our numerical simulations show that the electric field at the longitudinal resonances forms standing waves in the nanocavities due to the near-field coupling between the adjacent nanorods, and a new hybrid mode emerges due to a coupling between nanorods and a gold-film substrate. We demonstrate that this coupling can be controlled by changing the gap between the silver nanorod array and gold substrate.

Tsunami characteristics along the Peru-Chile trench: analysis of the 2015 Mw8.3 Illapel, the 2014 Mw8.2 iquique and the 2010 Mw8.8 maule tsunamis in the near-field

Tsunamis occur quite frequently following large magnitude earthquakes along the Chilean coast. Most of these earthquakes occur along the Peru-Chile Trench, one of the most seismically active subduction zones of the world. This study aims to understand better the characteristics of the tsunamis triggered along the Peru-Chile Trench. We investigate the tsunamis induced by the Mw8.3 Illapel, the Mw8.2 Iquique and the Mw8.8 Maule Chilean earthquakes that happened on September 16th, 2015, April 1st, 2014 and February 27th, 2010, respectively. The study involves the relation between the co-seismic deformation and the tsunami generation, the near-field tsunami propagation, and the spectral analysis of the recorded tsunami signals in the near-field. We compare the tsunami characteristics to highlight the possible similarities between the three events and, therefore, attempt to distinguish the specific characteristics of the tsunamis occurring along the Peru-Chile Trench. We find that these three earthquakes present faults with important extensions beneath the continent which result in the generation of tsunamis with short wavelengths, relative to the fault widths involved, and with reduced initial potential energy. In addition, the presence of the Chilean continental margin, that includes the shelf of shallow bathymetry and the continental slope, constrains the tsunami propagation and the coastal impact. All these factors contribute to a concentrated local impact but can, on the other hand, reduce the far-field tsunami effects from earthquakes along Peru-Chile Trench.

Accelerating wide-angle converging waves in the near field

We show that a wide-angle converging wave may be transformed into a shape-preserving accelerating beam having a beam-width near the diffraction limit. For that purpose, we followed a strategy that is particularly conceived for the acceleration of nonparaxial laser beams, in contrast to the well-known method by Siviloglou et al (2007 Phys. Rev. Lett. 99 213901). The concept of optical near-field shaping is applied to the design of non-flat ultra-narrow diffractive optical elements. The engineered curvilinear caustic can be set up by the beam emerging from a dynamic assembly of elementary gratings, the latter enabling to modify the effective refractive index of the metamaterial as it is arranged in controlled orientations. This light shaping process, besides being of theoretical interest, is expected to open up a wide range of broadband application possibilities.

Precise Near-Field Focusing exploiting Bessel Beam Launchers for Wireless Power Transfer at millimeter waves

Wireless Power Transfer has become a promising technology to overcome the limits of wired solutions. Within this framework, the objective of this thesis is to study a WPT link at millimeter waves involving a particular type of antenna working in the radiative near-field, known as Bessel Beam (BB) Launcher. This antenna has been chosen for its peculiarity of generating a Bessel Beam which is by nature non-diffractive, showing good focusing and self-healing capabilities. In particular, a Bull-Eye Leaky Wave Antenna is designed and analysed, fed by a loop antenna and resonating at approximately 30 GHz. The structure excites a Hybrid-TE mode showing zeroth-order Bessel function over the z-component of the magnetic field. The same antenna is designed with two different dimensions, showing good wireless power transport properties. The link budgets obtained for different configurations are reported. With the aim of exploiting BB Launchers in wearable applications, a further analysis on the receiving part is conducted. For WPT wearable or implantable devices a reduced dimension of the receiver system must be considered. Therefore, an electrically large loop antenna in planar technology is modified, inserting phase shifters in order to increase the intensity of the magnetic field in its interrogation zone. This is fundamental when a BB Launcher is involved as transmitter. The loop antenna, in reception, shows a further miniaturization level since it is built such that its interrogation zone corresponds to the main beam dimension of transmitting BB Launcher. The link budget is evaluated with the new receiver showing comparable results with respect to previous configurations, showing an efficient WPT link for near-field focusing. Finally, a matching network and a full-wave rectifying circuit are attached to two of the different receiving systems considered. Further analysis will be carried out about the robustness of the square loop over biological tissues.

Sistema de gestão e disponibilização de conteúdos através de NFC

A introdução de capacidades RFID (Radio Frequency IDentification) em dispositivos móveis não é recente. No entanto, a indústria nunca se mostrou muito interessada nesta vertente, porque não existia uma entidade que regulasse a normalização dos diversos aspectos relacionados, nomeadamente a forma como os dados são transferidos entre os dispositivos e de que forma são guardados esses dados nas tags RFID (dispositivos compostos por circuito integrado e antena, que podem armazenar dados e transferi-los por rádio frequência). A inexistência de normas que pudessem ser adoptadas pelos fabricantes levaria a que cada um tivesse que definir o seu próprio conjunto de formas de transferência e armazenamento, o que conduziria inevitavelmente à fragmentação do mercado. Estes problemas foram resolvidos com a criação da associação industrial sem fins lucrativos NFC Forum, que é composta por diversos fabricantes com interesse na área. Desde a sua criação, esta associação tem vindo a desenvolver protocolos com o objectivo de unificar dispositivos e soluções de vários fabricantes. O termo NFC, ou Near Field Communication, foi criado para identificar esta nova geração de dispositivos móveis, que combinam as capacidades de processamento e interacção com o utilizador de um dispositivo móvel, com a comodidade associada à utilização de cartões sem contacto. Apesar de ser o elemento central nesta nova tecnologia, os dispositivos móveis não são os únicos que compõem esta nova família de tecnologias. Dela fazem também parte tags NFC, baseadas nos mesmos princípios das tags RFID, com a diferença que, nas primeiras, a forma como são organizados os dados é especificada pelas normas do NFC Forum. Uma das áreas de aplicação da tecnologia NFC é a disponibilização de conteúdos presentes em tags ou em outros dispositivos NFC, e exibição desses conteúdos no dispositivo móvel. No presente trabalho, são analisadas as normas publicadas pelo NFC Forum de forma a identificar a forma de estender a estrutura de mensagens proposta. A fase de análise incluiu também a identificação das características dos diversos dispositivos envolvidos nesta nova tecnologia (telemóveis, leitores desktop e tags). São apresentados os resultados do estudo de alguns projectos que utilizam tecnologia NFC, de forma a verificar até que ponto é interessante generalizar a plataforma a desenvolver neste projecto, bem como quais as funcionalidades mínimas desejáveis. Com base nesta análise, são definidos alguns conceitos base para a solução que envolvem tópicos como os protocolos de transporte, assim como o formato dos dados utilizado para transportar o conteúdo entre os vários componentes da solução. O resultado é uma solução híbrida que admite um vasto leque de aplicações. Verificou-se que as soluções actuais poderiam ser implementadas com recurso à solução aqui apresentada e, nos casos em que tal não acontece directamente, a solução actual pode ser estendida para o tornar possível.

Estudo e desenvolvimento de sistema de cobrança de portagens baseado em NFC

Tese para obter o grau de Mestre em Engenharia Electrónica e Telecomunicações

Accommodation management system using mobile devices

Os dispositivos móveis são pessoais, intransmissíveis e cada vez mais utilizados, tornando-se assim numa boa ferramenta para a realização de um conjunto de serviços na indústria hoteleira. Entre esses serviços que necessitam da identificação pessoal, encontram-se a possibilidade do cliente reservar um quarto ou utilizar o serviço de quartos. Atualmente é muito utilizado, nos locais de alojamento, um smart card que possibilite ao cliente ter acesso a alguns dos serviços disponíveis. O objetivo deste documento é apresentar uma alternativa ao sistema de cartões, utilizando para o efeito, dispositivos móveis. De modo a garantir a segurança e uma utilização semelhante ao sistema de cartões existentes foi utilizada a tecnologia NFC (Near Field Communication) que, ao permitir o modo de emulação de cartão, facilita a transação do sistema de smart card existente, para o da utilização de dispositivos móveis na realização das mesmas funções. Mais concretamente, será abordada a utilização de smartphones para o processo de abertura de portas. Para que exista uma melhor compreensão e para que haja um conhecimento das suas capacidades e limites foram estudados casos de uso da tecnologia NFC. Este documento apresenta ainda os processos de desenvolvimento de uma aplicação nativa para o sistema operativo Android, cujo objetivo é proporcionar ao cliente de um local de alojamento um novo modo de acesso ao quarto, utilizando a tecnologia NFC. Para além desta funcionalidade a aplicação permite ainda ao utilizador fazer reservas, fazer o check-in, fazer o check-out entre outras. Posteriormente serão apresentadas as conclusões e possíveis trabalhos futuros.

Protótipo Eurobolso

O projeto idealizado para a realização da presente tese de mestrado tem como finalidade o desenvolvimento de uma aplicação móvel para o sistema Android. Esta aplicação permitirá que, através da passagem do dispositivo móvel por um leitor NFC, seja possível realizar apostas no jogo Euromilhões da Santa Casa, onde os dados ficam gravados numa conta associada a cada jogador. Esta aplicação terá ainda muitas outras funcionalidades que permitirão criar chaves de jogo, gerir o cartão individual de cada jogador, consultar os prémios e outras informações do jogo. A realização deste projeto está dividida em três fases. A primeira fase consistiu na aquisição de todo o material necessário e estabelecimento da comunicação entre o dispositivo móvel e o desktop, por intermédio da tecnologia NFC. A segunda fase centrou-se no desenvolvimento da aplicação móvel e do servidor web, onde foram integradas as várias funcionalidades. Estabeleceu-se também a comunicação entre estes dois sistemas. Na terceira e última fase, foi realizada a criação da aplicação desktop, capaz de interagir por intermédio da tecnologia NFC, com a aplicação móvel, possibilitando a comunicação entre os dois sistemas.

Solução Industrial para Controlo de OEE

É cada vez mais forte e natural o desenvolvimento de aplicações móveis. Hoje em dia qualquer pessoa seja de forma amadora ou profissional tenta tirar o máximo partido do seu dispositivo móvel, através de aplicações desenvolvidas para as mais diversas áreas. Um dos sistemas operativos que mais programadores apostam é no Android devido à sua versatilidade e ás suas capacidades enquanto sistema operativo dentro de um smartphone. Para além dessas mais-valias, desenvolver uma aplicação para Android não tem qualquer custo, apenas terá, caso seja uma aplicação para adicionar a Google Play Store, caso contrário pode desenvolver-se qualquer tipo de aplicação sem custos, o que não acontece com outros sistemas operativos. Tendo em conta os custos, é normal as pequenas e médias empresas tentarem investir neste tipo de desenvolvimento, pois evitam gastos em licenciamentos para produzir os seus produtos. Seguindo este contexto, esta dissertação insere-se nesse perfil, isto é, tentar encontrar uma solução com baixos custos e que produza os resultados pretendidos. Através das mais diversas API’s é possível adaptar o sistema operativo Android a qualquer área apenas basta enquadrar da melhor maneira ideias e dar asas à imaginação. Desta forma, esta dissertação irá centrar-se na área industrial, na qual o Android pode e deve ser bastante útil, se for usado com rigor. Irá ser abordado o desenvolvimento de aplicações móveis e serão analisadas as tecnologias envolventes no projeto assim como algumas das principais soluções já implementadas e desenvolvidas por empresas no setor e para o sector industrial. O projeto aborda também de que forma é possível aliar o sistema operativo Android á área industrial de forma a permitir um melhor desempenho por parte de todos em prol da empresa á qual está associado. A necessidade de criação desta aplicação, surgiu numa perspectiva de melhoria contínua, com o objectivo de abandonar o procedimento instituído, que era realizado manualmente, passando a fazê-lo de uma forma automática e mais interativa. O processo será realizado pelos colaboradores e terá sempre o seu contributo, mas de uma forma mais rigorosa, simples e eficiente, aumentando a qualidade do serviço.

Sistema de apoio a rondas de segurança

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Eletrónica Industrial e Computadores

Sistema integral de guiado y localización de objetivos en interiores para personas con discapacidades visuales basado en dispositivos móviles libres

Este trabajo propone un sistema basado en terminales móviles que permite a las personas con deficiencias visuales la localización e identificación de objetos previamente seleccionados, en estantes o lineales. Para ello el sistema combina comunicaciones en Campo Cercano (NFC), mediante la lectura de etiquetas pasivas de Identificación de Radio-Frecuencia (RFID) para la localización de los productos objetivos en el lineal, y la localización y decodificación de códigos de barras para su identificación.

Liikkuvan kenttätyön hallinta etätunnistusta ja paikannusta hyödyntävällä mobiilijärjestelmällä

Liikkuvan kenttätyön työntekijät suorittavat työpäivän aikana työtä useassa eri työkohteessa. Työkohteilla suoritettujen työtehtävien kirjaus tapahtuu usein jälkikäteen ja muistinvaraisesti. Diplomityön tavoitteena on esittää ratkaisu liikkuvan kenttätyön työkirjausten automatisointiin. Tavoitteen mukaisen etätunnistusta ja paikannusta hyödyntävän mobiilijärjestelmän avulla työntekijöiden käsinkirjoitetut ja mahdollisesti puutteelliset työkirjaukset korvataan automaattisilla ja täsmällisillä kirjauksilla. Järjestelmän tavoitteena on vähentää työntekijöiden työkuormaa. Työssä arvioidaan etätunnistuksen hyödyntämistä mobiilisovelluksen käyttöä helpottavana tekniikkana. Parhaimmillaan etätunnistus poistaa kokonaan mobiililaitteen näppäilytarpeen, mutta aiheuttaa osaltaan lisää työtä järjestelmän ylläpitoon. Työn tuloksissa esitetään myös satelliittipaikannuksen todettu tarkkuus ja soveltuvuus liikkuvan kenttätyön tarpeisiin taajama- ja kaupunkialueella. Varsinkin kaupunkialueella satelliittiperustaisen paikkatiedon tehokas hyödyntäminen edellyttää suodatusta ja älykkyyttä paikkatiedon prosessointiin.

Security, trust and privacy supported by context-aware middleware

Driven by new network and middleware technologies such as mobile broadband, near-field communication, and context awareness the so-called ambient lifestyle will foster innovative use cases in building automation, healthcare and agriculture. In the EU project Hydra1 highlevel security, trust and privacy concerns such as loss of control, profiling and surveillance are considered at the outset. At the end of this project the Hydra middleware development platform will have been designed so as to enable developers to realise secure ambient scenarios especially in the user domains of building automation, healthcare, and agriculture. This paper gives a short introduction to the Hydra project, its user domains and its approach to ensure security by design. Based on the results of a focus group analysis of the building automation domain typical threats are evaluated and their risks are assessed. Then, specific security requirements with respect to security, privacy, and trust are derived in order to incorporate them into the Hydra Security Meta Model. How concepts such as context security, semantic security, and virtualisation support the overall Hydra approach will be introduced and illustrated on the basis of a technical building automation scenario.