B.I.E.M. y estudio de singularidades en problemas de potencial

El objeto del presente artículo es el estudio de singularidades en problemas de Potencial mediante el uso del Método de las Ecuaciones Integrales sobre el contorno del dominio en estudio. Frente a soluciones basadas en la mejora de la discretización, análisis asintótico o introducción de funciones de forma que representen mejor la evolución de la función, una nueva hipótesis es presentada: el término responsable de la singularidad es incluido en la integral sobre el contorno de la función auxiliar. Los resultados obtenidos mejoran los de soluciones anteriores simplificando también el tiempo de cálculo = The subject of this paper is the modelling of singularities in potential problems, using the Boundary Integral Equation Method. As a logical alternative to classical methods (discretization refinement, asymptotic analysis, high order interpolatory functions) a new hypothesis is presented: the singularity responsible term is included in the interpolatory shape function. As shown by several exemples results are splendid and computer time radically shortened.

An approach to a model of the visual cortex: disorders of vision

One of the most challenging problems that must be solved by any theoretical model purporting to explain the competence of the human brain for relational tasks is the one related with the analysis and representation of the internal structure in an extended spatial layout of múltiple objects. In this way, some of the problems are related with specific aims as how can we extract and represent spatial relationships among objects, how can we represent the movement of a selected object and so on. The main objective of this paper is the study of some plausible brain structures that can provide answers in these problems. Moreover, in order to achieve a more concrete knowledge, our study will be focused on the response of the retinal layers for optical information processing and how this information can be processed in the first cortex layers. The model to be reported is just a first trial and some major additions are needed to complete the whole vision process.

Wide bandwidth envelope trackers with reduced switching frequency for RF power amplifier

El requerimiento de proveer alta frecuencia de datos en los modernos sistema de comunicación inalámbricos resulta en complejas señales moduladas de radio-frequencia (RF) con un gran ancho de banda y alto ratio pico-promedio (PAPR). Para garantizar la linealidad del comportamiento, los amplificadores lineales de potencia comunes funcionan típicamente entre 4 y 10 dB de back-o_ desde la máxima potencia de salida, ocasionando una baja eficiencia del sistema. La eliminación y restauración de la evolvente (EER) y el seguimiento de la evolvente (ET) son dos prometedoras técnicas para resolver el problema de la eficiencia. Tanto en EER como en ET, es complicado diseñar un amplificador de potencia que sea eficiente para señales de RF de alto ancho de banda y alto PAPR. Una propuesta común para los amplificadores de potencia es incluir un convertidor de potencia de muy alta eficiencia operando a frecuencias más altas que el ancho de banda de la señal RF. En este caso, la potencia perdida del convertidor ocasionado por la alta frecuencia desaconseja su práctica cuando el ancho de banda es muy alto. La solución a este problema es el enfoque de esta disertación que presenta dos arquitecturas de amplificador evolvente: convertidor híbrido-serie con una técnica de evolvente lenta y un convertidor multinivel basado en un convertidor reductor multifase con control de tiempo mínimo. En la primera arquitectura, una topología híbrida está compuesta de una convertidor reductor conmutado y un regulador lineal en serie que trabajan juntos para ajustar la tensión de salida para seguir a la evolvente con precisión. Un algoritmo de generación de una evolvente lenta crea una forma de onda con una pendiente limitada que es menor que la pendiente máxima de la evolvente original. La salida del convertidor reductor sigue esa forma de onda en vez de la evolvente original usando una menor frecuencia de conmutación, porque la forma de onda no sólo tiene una pendiente reducida sino también un menor ancho de banda. De esta forma, el regulador lineal se usa para filtrar la forma de onda tiene una pérdida de potencia adicional. Dependiendo de cuánto se puede reducir la pendiente de la evolvente para producir la forma de onda, existe un trade-off entre la pérdida de potencia del convertidor reductor relacionada con la frecuencia de conmutación y el regulador lineal. El punto óptimo referido a la menor pérdida de potencia total del amplificador de evolvente es capaz de identificarse con la ayuda de modelo preciso de pérdidas que es una combinación de modelos comportamentales y analíticos de pérdidas. Además, se analiza el efecto en la respuesta del filtro de salida del convertidor reductor. Un filtro de dampeo paralelo extra es necesario para eliminar la oscilación resonante del filtro de salida porque el convertidor reductor opera en lazo abierto. La segunda arquitectura es un amplificador de evolvente de seguimiento de tensión multinivel. Al contrario que los convertidores que usan multi-fuentes, un convertidor reductor multifase se emplea para generar la tensión multinivel. En régimen permanente, el convertidor reductor opera en puntos del ciclo de trabajo con cancelación completa del rizado. El número de niveles de tensión es igual al número de fases de acuerdo a las características del entrelazamiento del convertidor reductor. En la transición, un control de tiempo mínimo (MTC) para convertidores multifase es novedosamente propuesto y desarrollado para cambiar la tensión de salida del convertidor reductor entre diferentes niveles. A diferencia de controles convencionales de tiempo mínimo para convertidores multifase con inductancia equivalente, el propuesto MTC considera el rizado de corriente por cada fase basado en un desfase fijo que resulta en diferentes esquemas de control entre las fases. La ventaja de este control es que todas las corrientes vuelven a su fase en régimen permanente después de la transición para que la siguiente transición pueda empezar muy pronto, lo que es muy favorable para la aplicación de seguimiento de tensión multinivel. Además, el control es independiente de la carga y no es afectado por corrientes de fase desbalanceadas. Al igual que en la primera arquitectura, hay una etapa lineal con la misma función, conectada en serie con el convertidor reductor multifase. Dado que tanto el régimen permanente como el estado de transición del convertidor no están fuertemente relacionados con la frecuencia de conmutación, la frecuencia de conmutación puede ser reducida para el alto ancho de banda de la evolvente, la cual es la principal consideración de esta arquitectura. La optimización de la segunda arquitectura para más alto anchos de banda de la evolvente es presentada incluyendo el diseño del filtro de salida, la frecuencia de conmutación y el número de fases. El área de diseño del filtro está restringido por la transición rápida y el mínimo pulso del hardware. La rápida transición necesita un filtro pequeño pero la limitación del pulso mínimo del hardware lleva el diseño en el sentido contrario. La frecuencia de conmutación del convertidor afecta principalmente a la limitación del mínimo pulso y a las pérdidas de potencia. Con una menor frecuencia de conmutación, el ancho de pulso en la transición es más pequeño. El número de fases relativo a la aplicación específica puede ser optimizado en términos de la eficiencia global. Otro aspecto de la optimización es mejorar la estrategia de control. La transición permite seguir algunas partes de la evolvente que son más rápidas de lo que el hardware puede soportar al precio de complejidad. El nuevo método de sincronización de la transición incrementa la frecuencia de la transición, permitiendo que la tensión multinivel esté más cerca de la evolvente. Ambas estrategias permiten que el convertidor pueda seguir una evolvente con un ancho de banda más alto que la limitación de la etapa de potencia. El modelo de pérdidas del amplificador de evolvente se ha detallado y validado mediante medidas. El mecanismo de pérdidas de potencia del convertidor reductor tiene que incluir las transiciones en tiempo real, lo cual es diferente del clásico modelos de pérdidas de un convertidor reductor síncrono. Este modelo estima la eficiencia del sistema y juega un papel muy importante en el proceso de optimización. Finalmente, la segunda arquitectura del amplificador de evolvente se integra con el amplificador de clase F. La medida del sistema EER prueba el ahorro de energía con el amplificador de evolvente propuesto sin perjudicar la linealidad del sistema. ABSTRACT The requirement of delivering high data rates in modern wireless communication systems results in complex modulated RF signals with wide bandwidth and high peak-to-average ratio (PAPR). In order to guarantee the linearity performance, the conventional linear power amplifiers typically work at 4 to 10 dB back-off from the maximum output power, leading to low system efficiency. The envelope elimination and restoration (EER) and envelope tracking (ET) are two promising techniques to overcome the efficiency problem. In both EER and ET, it is challenging to design efficient envelope amplifier for wide bandwidth and high PAPR RF signals. An usual approach for envelope amplifier includes a high-efficiency switching power converter operating at a frequency higher than the RF signal's bandwidth. In this case, the power loss of converter caused by high switching operation becomes unbearable for system efficiency when signal bandwidth is very wide. The solution of this problem is the focus of this dissertation that presents two architectures of envelope amplifier: a hybrid series converter with slow-envelope technique and a multilevel converter based on a multiphase buck converter with the minimum time control. In the first architecture, a hybrid topology is composed of a switched buck converter and a linear regulator in series that work together to adjust the output voltage to track the envelope with accuracy. A slow envelope generation algorithm yields a waveform with limited slew rate that is lower than the maximum slew rate of the original envelope. The buck converter's output follows this waveform instead of the original envelope using lower switching frequency, because the waveform has not only reduced slew rate but also reduced bandwidth. In this way, the linear regulator used to filter the waveform has additional power loss. Depending on how much reduction of the slew rate of envelope in order to obtain that waveform, there is a trade-off between the power loss of buck converter related to the switching frequency and the power loss of linear regulator. The optimal point referring to the lowest total power loss of this envelope amplifier is identified with the help of a precise power loss model that is a combination of behavioral and analytic loss model. In addition, the output filter's effect on the response is analyzed. An extra parallel damping filter is needed to eliminate the resonant oscillation of output filter L and C, because the buck converter operates in open loop. The second architecture is a multilevel voltage tracking envelope amplifier. Unlike the converters using multi-sources, a multiphase buck converter is employed to generate the multilevel voltage. In the steady state, the buck converter operates at complete ripple cancellation points of duty cycle. The number of the voltage levels is equal to the number of phases according the characteristics of interleaved buck converter. In the transition, a minimum time control (MTC) for multiphase converter is originally proposed and developed for changing the output voltage of buck converter between different levels. As opposed to conventional minimum time control for multiphase converter with equivalent inductance, the proposed MTC considers the current ripple of each phase based on the fixed phase shift resulting in different control schemes among the phases. The advantage of this control is that all the phase current return to the steady state after the transition so that the next transition can be triggered very soon, which is very favorable for the application of multilevel voltage tracking. Besides, the control is independent on the load condition and not affected by the unbalance of phase current. Like the first architecture, there is also a linear stage with the same function, connected in series with the multiphase buck converter. Since both steady state and transition state of the converter are not strongly related to the switching frequency, it can be reduced for wide bandwidth envelope which is the main consideration of this architecture. The optimization of the second architecture for wider bandwidth envelope is presented including the output filter design, switching frequency and the number of phases. The filter design area is restrained by fast transition and the minimum pulse of hardware. The fast transition needs small filter but the minimum pulse of hardware limitation pushes the filter in opposite way. The converter switching frequency mainly affects the minimum pulse limitation and the power loss. With lower switching frequency, the pulse width in the transition is smaller. The number of phases related to specific application can be optimized in terms of overall efficiency. Another aspect of optimization is improving control strategy. Transition shift allows tracking some parts of envelope that are faster than the hardware can support at the price of complexity. The new transition synchronization method increases the frequency of transition, allowing the multilevel voltage to be closer to the envelope. Both control strategies push the converter to track wider bandwidth envelope than the limitation of power stage. The power loss model of envelope amplifier is detailed and validated by measurements. The power loss mechanism of buck converter has to include the transitions in real time operation, which is different from classical power loss model of synchronous buck converter. This model estimates the system efficiency and play a very important role in optimization process. Finally, the second envelope amplifier architecture is integrated with a Class F amplifier. EER system measurement proves the power saving with the proposed envelope amplifier without disrupting the linearity performance.

Contribuciones al análisis de problemas supercomplejos de toma de decisiones

Los fundamentos de la Teoría de la Decisión Bayesiana proporcionan un marco coherente en el que se pueden resolver los problemas de toma de decisiones. La creciente disponibilidad de ordenadores potentes está llevando a tratar problemas cada vez más complejos con numerosas fuentes de incertidumbre multidimensionales; varios objetivos conflictivos; preferencias, metas y creencias cambiantes en el tiempo y distintos grupos afectados por las decisiones. Estos factores, a su vez, exigen mejores herramientas de representación de problemas; imponen fuertes restricciones cognitivas sobre los decisores y conllevan difíciles problemas computacionales. Esta tesis tratará estos tres aspectos. En el Capítulo 1, proporcionamos una revisión crítica de los principales métodos gráficos de representación y resolución de problemas, concluyendo con algunas recomendaciones fundamentales y generalizaciones. Nuestro segundo comentario nos lleva a estudiar tales métodos cuando sólo disponemos de información parcial sobre las preferencias y creencias del decisor. En el Capítulo 2, estudiamos este problema cuando empleamos diagramas de influencia (DI). Damos un algoritmo para calcular las soluciones no dominadas en un DI y analizamos varios conceptos de solución ad hoc. El último aspecto se estudia en los Capítulos 3 y 4. Motivado por una aplicación de gestión de embalses, introducimos un método heurístico para resolver problemas de decisión secuenciales. Como muestra resultados muy buenos, extendemos la idea a problemas secuenciales generales y cuantificamos su bondad. Exploramos después en varias direcciones la aplicación de métodos de simulación al Análisis de Decisiones. Introducimos primero métodos de Monte Cario para aproximar el conjunto no dominado en problemas continuos. Después, proporcionamos un método de Monte Cario basado en cadenas de Markov para problemas con información completa con estructura general: las decisiones y las variables aleatorias pueden ser continuas, y la función de utilidad puede ser arbitraria. Nuestro esquema es aplicable a muchos problemas modelizados como DI. Finalizamos con un capítulo de conclusiones y problemas abiertos.---ABSTRACT---The foundations of Bayesian Decisión Theory provide a coherent framework in which decisión making problems may be solved. With the advent of powerful computers and given the many challenging problems we face, we are gradually attempting to solve more and more complex decisión making problems with high and multidimensional uncertainty, múltiple objectives, influence of time over decisión tasks and influence over many groups. These complexity factors demand better representation tools for decisión making problems; place strong cognitive demands on the decison maker judgements; and lead to involved computational problems. This thesis will deal with these three topics. In recent years, many representation tools have been developed for decisión making problems. In Chapter 1, we provide a critical review of most of them and conclude with recommendations and generalisations. Given our second query, we could wonder how may we deal with those representation tools when there is only partial information. In Chapter 2, we find out how to deal with such a problem when it is structured as an influence diagram (ID). We give an algorithm to compute nondominated solutions in ID's and analyse several ad hoc solution concepts.- The last issue is studied in Chapters 3 and 4. In a reservoir management case study, we have introduced a heuristic method for solving sequential decisión making problems. Since it shows very good performance, we extend the idea to general problems and quantify its goodness. We explore then in several directions the application of simulation based methods to Decisión Analysis. We first introduce Monte Cario methods to approximate the nondominated set in continuous problems. Then, we provide a Monte Cario Markov Chain method for problems under total information with general structure: decisions and random variables may be continuous, and the utility function may be arbitrary. Our scheme is applicable to many problems modeled as IDs. We conclude with discussions and several open problems.

Método para el análisis independiente de problemas

habilidades de comprensión y resolución de problemas. Tanto es así que se puede afirmar con rotundidad que no existe el método perfecto para cada una de las etapas de desarrollo y tampoco existe el modelo de ciclo de vida perfecto: cada nuevo problema que se plantea es diferente a los anteriores en algún aspecto y esto hace que técnicas que funcionaron en proyectos anteriores fracasen en los proyectos nuevos. Por ello actualmente se realiza un planteamiento integrador que pretende utilizar en cada caso las técnicas, métodos y herramientas más acordes con las características del problema planteado al ingeniero. Bajo este punto de vista se plantean nuevos problemas. En primer lugar está la selección de enfoques de desarrollo. Si no existe el mejor enfoque, ¿cómo se hace para elegir el más adecuado de entre el conjunto de los existentes? Un segundo problema estriba en la relación entre las etapas de análisis y diseño. En este sentido existen dos grandes riesgos. Por un lado, se puede hacer un análisis del problema demasiado superficial, con lo que se produce una excesiva distancia entre el análisis y el diseño que muchas veces imposibilita el paso de uno a otro. Por otro lado, se puede optar por un análisis en términos del diseño que provoca que no cumpla su objetivo de centrarse en el problema, sino que se convierte en una primera versión de la solución, lo que se conoce como diseño preliminar. Como consecuencia de lo anterior surge el dilema del análisis, que puede plantearse como sigue: para cada problema planteado hay que elegir las técnicas más adecuadas, lo que requiere que se conozcan las características del problema. Para ello, a su vez, se debe analizar el problema, eligiendo una técnica antes de conocerlo. Si la técnica utiliza términos de diseño entonces se ha precondicionado el paradigma de solución y es posible que no sea el más adecuado para resolver el problema. En último lugar están las barreras pragmáticas que frenan la expansión del uso de métodos con base formal, dificultando su aplicación en la práctica cotidiana. Teniendo en cuenta todos los problemas planteados, se requieren métodos de análisis del problema que cumplan una serie de objetivos, el primero de los cuales es la necesidad de una base formal, con el fin de evitar la ambigüedad y permitir verificar la corrección de los modelos generados. Un segundo objetivo es la independencia de diseño: se deben utilizar términos que no tengan reflejo directo en el diseño, para que permitan centrarse en las características del problema. Además los métodos deben permitir analizar problemas de cualquier tipo: algorítmicos, de soporte a la decisión o basados en el conocimiento, entre otros. En siguiente lugar están los objetivos relacionados con aspectos pragmáticos. Por un lado deben incorporar una notación textual formal pero no matemática, de forma que se facilite su validación y comprensión por personas sin conocimientos matemáticos profundos pero al mismo tiempo sea lo suficientemente rigurosa para facilitar su verificación. Por otro lado, se requiere una notación gráfica complementaria para representar los modelos, de forma que puedan ser comprendidos y validados cómodamente por parte de los clientes y usuarios. Esta tesis doctoral presenta SETCM, un método de análisis que cumple estos objetivos. Para ello se han definido todos los elementos que forman los modelos de análisis usando una terminología independiente de paradigmas de diseño y se han formalizado dichas definiciones usando los elementos fundamentales de la teoría de conjuntos: elementos, conjuntos y relaciones entre conjuntos. Por otro lado se ha definido un lenguaje formal para representar los elementos de los modelos de análisis – evitando en lo posible el uso de notaciones matemáticas – complementado con una notación gráfica que permite representar de forma visual las partes más relevantes de los modelos. El método propuesto ha sido sometido a una intensa fase de experimentación, durante la que fue aplicado a 13 casos de estudio, todos ellos proyectos reales que han concluido en productos transferidos a entidades públicas o privadas. Durante la experimentación se ha evaluado la adecuación de SETCM para el análisis de problemas de distinto tamaño y en sistemas cuyo diseño final usaba paradigmas diferentes e incluso paradigmas mixtos. También se ha evaluado su uso por analistas con distinto nivel de experiencia – noveles, intermedios o expertos – analizando en todos los casos la curva de aprendizaje, con el fin de averiguar si es fácil de aprender su uso, independientemente de si se conoce o no alguna otra técnica de análisis. Por otro lado se ha estudiado la capacidad de ampliación de modelos generados con SETCM, para comprobar si permite abordar proyectos realizados en varias fases, en los que el análisis de una fase consista en ampliar el análisis de la fase anterior. En resumidas cuentas, se ha tratado de evaluar la capacidad de integración de SETCM en una organización como la técnica de análisis preferida para el desarrollo de software. Los resultados obtenidos tras esta experimentación han sido muy positivos, habiéndose alcanzado un alto grado de cumplimiento de todos los objetivos planteados al definir el método.---ABSTRACT---Software development is an inherently complex activity, which requires specific abilities of problem comprehension and solving. It is so difficult that it can even be said that there is no perfect method for each of the development stages and that there is no perfect life cycle model: each new problem is different to the precedent ones in some respect and the techniques that worked in other problems can fail in the new ones. Given that situation, the current trend is to integrate different methods, tools and techniques, using the best suited for each situation. This trend, however, raises some new problems. The first one is the selection of development approaches. If there is no a manifestly single best approach, how does one go about choosing an approach from the array of available options? The second problem has to do with the relationship between the analysis and design phases. This relation can lead to two major risks. On one hand, the analysis could be too shallow and far away from the design, making it very difficult to perform the transition between them. On the other hand, the analysis could be expressed using design terminology, thus becoming more a kind of preliminary design than a model of the problem to be solved. In third place there is the analysis dilemma, which can be expressed as follows. The developer has to choose the most adequate techniques for each problem, and to make this decision it is necessary to know the most relevant properties of the problem. This implies that the developer has to analyse the problem, choosing an analysis method before really knowing the problem. If the chosen technique uses design terminology then the solution paradigm has been preconditioned and it is possible that, once the problem is well known, that paradigm wouldn’t be the chosen one. The last problem consists of some pragmatic barriers that limit the applicability of formal based methods, making it difficult to use them in current practice. In order to solve these problems there is a need for analysis methods that fulfil several goals. The first one is the need of a formal base, which prevents ambiguity and allows the verification of the analysis models. The second goal is design-independence: the analysis should use a terminology different from the design, to facilitate a real comprehension of the problem under study. In third place the analysis method should allow the developer to study different kinds of problems: algorithmic, decision-support, knowledge based, etc. Next there are two goals related to pragmatic aspects. Firstly, the methods should have a non mathematical but formal textual notation. This notation will allow people without deep mathematical knowledge to understand and validate the resulting models, without losing the needed rigour for verification. Secondly, the methods should have a complementary graphical notation to make more natural the understanding and validation of the relevant parts of the analysis. This Thesis proposes such a method, called SETCM. The elements conforming the analysis models have been defined using a terminology that is independent from design paradigms. Those terms have been then formalised using the main concepts of the set theory: elements, sets and correspondences between sets. In addition, a formal language has been created, which avoids the use of mathematical notations. Finally, a graphical notation has been defined, which can visually represent the most relevant elements of the models. The proposed method has been thoroughly tested during the experimentation phase. It has been used to perform the analysis of 13 actual projects, all of them resulting in transferred products. This experimentation allowed evaluating the adequacy of SETCM for the analysis of problems of varying size, whose final design used different paradigms and even mixed ones. The use of the method by people with different levels of expertise was also evaluated, along with the corresponding learning curve, in order to assess if the method is easy to learn, independently of previous knowledge on other analysis techniques. In addition, the expandability of the analysis models was evaluated, assessing if the technique was adequate for projects organised in incremental steps, in which the analysis of one step grows from the precedent models. The final goal was to assess if SETCM can be used inside an organisation as the preferred analysis method for software development. The obtained results have been very positive, as SETCM has obtained a high degree of fulfilment of the goals stated for the method.

Dynamic stability of long axisymmetric liquid bridges

This paper deals with the non-linear forced oscillations of axisymmetric long liquid bridges between equal disks. The dynamics of the liquid bridge has been analyzed by using a self-similar, one-dimensional model already used in similar problems. The influence of the dynamics on the static stability limits, as well as the main characteristics of the non-linear behaviour of long liquid bridges, have been studied with in the range of validity of the mathematical model used here.

Differential elimination by differential specialization of Sylvester style matrices

Differential resultant formulas are defined, for a system $\cP$ of $n$ ordinary Laurent differential polynomials in $n-1$ differential variables. These are determinants of coefficient matrices of an extended system of polynomials obtained from $\cP$ through derivations and multiplications by Laurent monomials. To start, through derivations, a system $\ps(\cP)$ of $L$ polynomials in $L-1$ algebraic variables is obtained, which is non sparse in the order of derivation. This enables the use of existing formulas for the computation of algebraic resultants, of the multivariate sparse algebraic polynomials in $\ps(\cP)$, to obtain polynomials in the differential elimination ideal generated by $\cP$. The formulas obtained are multiples of the sparse differential resultant defined by Li, Yuan and Gao, and provide order and degree bounds in terms of mixed volumes in the generic case.

Design and development of compact optical systems = Diseño y desarrollo de sistemas ópticos compactos

Esta tesis considera dos tipos de aplicaciones del diseño óptico: óptica formadora de imagen por un lado, y óptica anidólica (nonimaging) o no formadora de imagen, por otro. Las ópticas formadoras de imagen tienen como objetivo la obtención de imágenes de puntos del objeto en el plano de la imagen. Por su parte, la óptica anidólica, surgida del desarrollo de aplicaciones de concentración e iluminación, se centra en la transferencia de energía en forma de luz de forma eficiente. En general, son preferibles los diseños ópticos que den como resultado sistemas compactos, para ambos tipos de ópticas (formadora de imagen y anidólica). En el caso de los sistemas anidólicos, una óptica compacta permite tener costes de producción reducidos. Hay dos razones: (1) una óptica compacta presenta volúmenes reducidos, lo que significa que se necesita menos material para la producción en masa; (2) una óptica compacta es pequeña y ligera, lo que ahorra costes en el transporte. Para los sistemas ópticos de formación de imagen, además de las ventajas anteriores, una óptica compacta aumenta la portabilidad de los dispositivos, que es una gran ventaja en tecnologías de visualización portátiles, tales como cascos de realidad virtual (HMD del inglés Head Mounted Display). Esta tesis se centra por tanto en nuevos enfoques de diseño de sistemas ópticos compactos para aplicaciones tanto de formación de imagen, como anidólicas. Los colimadores son uno de los diseños clásicos dentro la óptica anidólica, y se pueden utilizar en aplicaciones fotovoltaicas y de iluminación. Hay varios enfoques a la hora de diseñar estos colimadores. Los diseños convencionales tienen una relación de aspecto mayor que 0.5. Con el fin de reducir la altura del colimador manteniendo el área de iluminación, esta tesis presenta un diseño de un colimador multicanal. En óptica formadora de imagen, las superficies asféricas y las superficies sin simetría de revolución (o freeform) son de gran utilidad de cara al control de las aberraciones de la imagen y para reducir el número y tamaño de los elementos ópticos. Debido al rápido desarrollo de sistemas de computación digital, los trazados de rayos se pueden realizar de forma rápida y sencilla para evaluar el rendimiento del sistema óptico analizado. Esto ha llevado a los diseños ópticos modernos a ser generados mediante el uso de diferentes técnicas de optimización multi-paramétricas. Estas técnicas requieren un buen diseño inicial como punto de partida para el diseño final, que será obtenido tras un proceso de optimización. Este proceso precisa un método de diseño directo para superficies asféricas y freeform que den como resultado un diseño cercano al óptimo. Un método de diseño basado en ecuaciones diferenciales se presenta en esta tesis para obtener un diseño óptico formado por una superficie freeform y dos superficies asféricas. Esta tesis consta de cinco capítulos. En Capítulo 1, se presentan los conceptos básicos de la óptica formadora de imagen y de la óptica anidólica, y se introducen las técnicas clásicas del diseño de las mismas. El Capítulo 2 describe el diseño de un colimador ultra-compacto. La relación de aspecto ultra-baja de este colimador se logra mediante el uso de una estructura multicanal. Se presentará su procedimiento de diseño, así como un prototipo fabricado y la caracterización del mismo. El Capítulo 3 describe los conceptos principales de la optimización de los sistemas ópticos: función de mérito y método de mínimos cuadrados amortiguados. La importancia de un buen punto de partida se demuestra mediante la presentación de un mismo ejemplo visto a través de diferentes enfoques de diseño. El método de las ecuaciones diferenciales se presenta como una herramienta ideal para obtener un buen punto de partida para la solución final. Además, diferentes técnicas de interpolación y representación de superficies asféricas y freeform se presentan para el procedimiento de optimización. El Capítulo 4 describe la aplicación del método de las ecuaciones diferenciales para un diseño de un sistema óptico de una sola superficie freeform. Algunos conceptos básicos de geometría diferencial son presentados para una mejor comprensión de la derivación de las ecuaciones diferenciales parciales. También se presenta un procedimiento de solución numérica. La condición inicial está elegida como un grado de libertad adicional para controlar la superficie donde se forma la imagen. Basado en este enfoque, un diseño anastigmático se puede obtener fácilmente y se utiliza como punto de partida para un ejemplo de diseño de un HMD con una única superficie reflectante. Después de la optimización, dicho diseño muestra mejor rendimiento. El Capítulo 5 describe el método de las ecuaciones diferenciales ampliado para diseños de dos superficies asféricas. Para diseños ópticos de una superficie, ni la superficie de imagen ni la correspondencia entre puntos del objeto y la imagen pueden ser prescritas. Con esta superficie adicional, la superficie de la imagen se puede prescribir. Esto conduce a un conjunto de tres ecuaciones diferenciales ordinarias implícitas. La solución numérica se puede obtener a través de cualquier software de cálculo numérico. Dicho procedimiento también se explica en este capítulo. Este método de diseño da como resultado una lente anastigmática, que se comparará con una lente aplanática. El diseño anastigmático converge mucho más rápido en la optimización y la solución final muestra un mejor rendimiento. ABSTRACT We will consider optical design from two points of view: imaging optics and nonimaging optics. Imaging optics focuses on the imaging of the points of the object. Nonimaging optics arose from the development of concentrators and illuminators, focuses on the transfer of light energy, and has wide applications in illumination and concentration photovoltaics. In general, compact optical systems are necessary for both imaging and nonimaging designs. For nonimaging optical systems, compact optics use to be important for reducing cost. The reasons are twofold: (1) compact optics is small in volume, which means less material is needed for mass-production; (2) compact optics is small in size and light in weight, which saves cost in transportation. For imaging optical systems, in addition to the above advantages, compact optics increases portability of devices as well, which contributes a lot to wearable display technologies such as Head Mounted Displays (HMD). This thesis presents novel design approaches of compact optical systems for both imaging and nonimaging applications. Collimator is a typical application of nonimaging optics in illumination, and can be used in concentration photovoltaics as well due to the reciprocity of light. There are several approaches for collimator designs. In general, all of these approaches have an aperture diameter to collimator height not greater than 2. In order to reduce the height of the collimator while maintaining the illumination area, a multichannel design is presented in this thesis. In imaging optics, aspheric and freeform surfaces are useful in controlling image aberrations and reducing the number and size of optical elements. Due to the rapid development of digital computing systems, ray tracing can be easily performed to evaluate the performance of optical system. This has led to the modern optical designs created by using different multi-parametric optimization techniques. These techniques require a good initial design to be a starting point so that the final design after optimization procedure can reach the optimum solution. This requires a direct design method for aspheric and freeform surface close to the optimum. A differential equation based design method is presented in this thesis to obtain single freeform and double aspheric surfaces. The thesis comprises of five chapters. In Chapter 1, basic concepts of imaging and nonimaging optics are presented and typical design techniques are introduced. Readers can obtain an understanding for the following chapters. Chapter 2 describes the design of ultra-compact collimator. The ultra-low aspect ratio of this collimator is achieved by using a multichannel structure. Its design procedure is presented together with a prototype and its evaluation. The ultra-compactness of the device has been approved. Chapter 3 describes the main concepts of optimizing optical systems: merit function and Damped Least-Squares method. The importance of a good starting point is demonstrated by presenting an example through different design approaches. The differential equation method is introduced as an ideal tool to obtain a good starting point for the final solution. Additionally, different interpolation and representation techniques for aspheric and freeform surface are presented for optimization procedure. Chapter 4 describes the application of differential equation method in the design of single freeform surface optical system. Basic concepts of differential geometry are presented for understanding the derivation of partial differential equations. A numerical solution procedure is also presented. The initial condition is chosen as an additional freedom to control the image surface. Based on this approach, anastigmatic designs can be readily obtained and is used as starting point for a single reflective surface HMD design example. After optimization, the evaluation shows better MTF. Chapter 5 describes the differential equation method extended to double aspheric surface designs. For single optical surface designs, neither image surface nor the mapping from object to image can be prescribed. With one more surface added, the image surface can be prescribed. This leads to a set of three implicit ordinary differential equations. Numerical solution can be obtained by MATLAB and its procedure is also explained. An anastigmatic lens is derived from this design method and compared with an aplanatic lens. The anastigmatic design converges much faster in optimization and the final solution shows better performance.

RELAXAMENTO PSICOFÍSICO EM CRIANÇAS

Trabalho de natureza monográfica bibliográfica investiga o relaxamento psicofísico na área da saúde, em crianças, por um intervalo de oito anos, entre janeiro de 1997 e novembro de 2004. Inicialmente, com base em literatura neuropsicológica, descreve o papel do relaxamento na busca da homeostase e da consciência corporal saudável, enfocando comportamentos de prazer e dor. A seguir, descreve e analisa diversas técnicas de relaxamento, Relaxamento Progressivo de Jacobson, Autógeno de Schultz e Relaxamento de Michaux. A fim de desenvolver sua pesquisa utiliza-se de 27 bases de dados, devido a pouca produção encontrada sobre o tema, por base. Como resultados, levanta ao todo 500 artigos sobre relaxamento, sendo 200 em crianças. São artigos nacionais e internacionais, com predomínio do idioma inglês. A seguir, classifica esses artigos por ano de produção, constatando um crescimento significativo, porém não sistemático em seu número, de 14 artigos em 1997, para 39, em 2004. Quanto à temática, os dados revelam em primeiro lugar, um interesse em dor, em segundo em problemas respiratórios, e, em terceiro lugar, em ansiedade. Os artigos sobre dor, por serem os mais numerosos levantados, sofrem análise mais detalhada, com discriminação da quantidade de artigos por ano e dos tipos de situação e de patologia caracterizados por quadro álgico. Finalmente é feita uma classificação dos artigos segundo a utilização do relaxamento junto à problemática clínica predominantemente física, a de fundo psíquico afetivo-emocional, sem utilização de fármacos e, a de fundo psíquico, com intervenção psiquiátrica farmacológica. Na discussão dos resultados, vários artigos pesquisados são também comentados. Dada a riqueza dos dados, evidenciando interesse crescente de profissionais da área da Saúde na literatura levantada, sugere-se pesquisa complementar.

RELAXAMENTO PSICOFÍSICO EM CRIANÇAS

Trabalho de natureza monográfica bibliográfica investiga o relaxamento psicofísico na área da saúde, em crianças, por um intervalo de oito anos, entre janeiro de 1997 e novembro de 2004. Inicialmente, com base em literatura neuropsicológica, descreve o papel do relaxamento na busca da homeostase e da consciência corporal saudável, enfocando comportamentos de prazer e dor. A seguir, descreve e analisa diversas técnicas de relaxamento, Relaxamento Progressivo de Jacobson, Autógeno de Schultz e Relaxamento de Michaux. A fim de desenvolver sua pesquisa utiliza-se de 27 bases de dados, devido a pouca produção encontrada sobre o tema, por base. Como resultados, levanta ao todo 500 artigos sobre relaxamento, sendo 200 em crianças. São artigos nacionais e internacionais, com predomínio do idioma inglês. A seguir, classifica esses artigos por ano de produção, constatando um crescimento significativo, porém não sistemático em seu número, de 14 artigos em 1997, para 39, em 2004. Quanto à temática, os dados revelam em primeiro lugar, um interesse em dor, em segundo em problemas respiratórios, e, em terceiro lugar, em ansiedade. Os artigos sobre dor, por serem os mais numerosos levantados, sofrem análise mais detalhada, com discriminação da quantidade de artigos por ano e dos tipos de situação e de patologia caracterizados por quadro álgico. Finalmente é feita uma classificação dos artigos segundo a utilização do relaxamento junto à problemática clínica predominantemente física, a de fundo psíquico afetivo-emocional, sem utilização de fármacos e, a de fundo psíquico, com intervenção psiquiátrica farmacológica. Na discussão dos resultados, vários artigos pesquisados são também comentados. Dada a riqueza dos dados, evidenciando interesse crescente de profissionais da área da Saúde na literatura levantada, sugere-se pesquisa complementar.

Colaboração interprofissional na Estratégia Saúde da Família e a produção do cuidado em saúde durante o pré-natal

Introdução: Uma das mudanças mais importantes na produção do cuidado à saúde é a reorganização do processo de trabalho para a atuação de equipes multiprofissionais com abordagens interdisciplinares. A colaboração interprofissional tem sido apontada como um recurso que pode ser mobilizado para elevar a efetividade dos sistemas de saúde, e como estratégia inovadora, ela pode desempenhar um importante papel para enfrentar problemas do modelo de atenção e da força de trabalho em saúde. Objetivo: Descrever as percepções e atitudes de profissionais de saúde da Estratégia de Saúde da Família sobre as relações interprofissionais na atenção ao pré-natal, construir coletivamente e testar um protocolo de atenção à gestante para impulsionar as competências no trabalho colaborativo com vistas ao incremento da qualidade do cuidado. Métodos: Para isso, realizou-se previamente um estudo observacional descritivo para seleção de duas unidades de saúde. Na sequência foi realizado um estudo de intervenção do tipo antes e depois, com um grupo de controle pós-teste, incluindo métodos mistos. A população do estudo compreendeu oito profissionais de saúde (médicos, dentistas, enfermeiros e técnicos em saúde bucal) e 60 gestantes cadastradas em duas unidades de saúde da família do município de Uberlândia, sendo 36 incluídas no grupo intervenção e 24 no grupo controle. Dados numéricos, narrativas provenientes de entrevistas e registros de diário de campo foram usados para identificar mudanças na autoavaliação da saúde bucal, na qualidade de vida relacionada à saúde bucal medida pelo OHIP-14, na percepção das gestantes sobre o trabalho em equipe e nas práticas profissionais. Testes estatísticos para detectar diferenças de significância e análise temática de conteúdo foram empregados para interpretar os desfechos. Resultados: Em geral, observou-se percepção/atitude favorável dos profissionais em relação à colaboração interprofissional. Diferenças entre as categorias profissionais podem representar uma barreira subjetiva à implementação de protocolos que demandariam maior grau de trabalho colaborativo. Diferenças entre as unidades de atenção primária mostraram que a interação entre membros das equipes multiprofissionais pode sobrepujar dificuldades decorrentes do modo isolado e distinto no qual cada categoria profissional é formada. Foi produzido um Protocolo de Atenção à Gestante abrangendo o fluxo e a dinâmica dos processos de trabalho dentro de uma perspectiva de colaboração interprofissional. Segundo os profissionais, a intervenção apesar do seu caráter desafiador, estimulou o comprometimento da equipe para reorientar o processo de trabalho resultando em maior interação profissional colaborativa. Em relação às gestantes, a maioria era jovem (menos de 26 anos de idade) e tinha ensino médio incompleto ou completo sem diferenças significativas entre os grupos teste e controle. Gestantes do grupo intervenção perceberam que os profissionais trabalhavam mais em equipe do que as gestantes do grupo controle. De modo geral, as gestantes avaliaram que a saúde bucal e a qualidade de vida decorrente da saúde bucal melhoraram após a intervenção. Conclusões: Concluiu-se que apesar da percepção geral dos profissionais favorável à colaboração interprofissional, recursos formais e organizacionais não estavam sendo empregados. O método ZOPP se mostrou flexível e adequado para o desenvolvimento de competências para o trabalho colaborativo e para a construção de um protocolo de organização de serviços na atenção primária à saúde. O Protocolo de Atenção à Gestante testado provocou tensões e produziu efeitos positivos na colaboração interprofissional e na qualidade de vida relacionada à saúde bucal contribuindo para qualificar a atenção ao pré-natal oferecido.

Avaliação de técnicas cromatográficas acopladas a espectrometria de massas para análise de morfolina em manga

A constante preocupação com o aumento do uso de agrotóxicos nas lavouras e os riscos gerados pelos resíduos destes compostos fazem com que os órgãos responsáveis pela fiscalização de alimentos no Brasil controlem a presença dessas substâncias nos produtos que chegam à mesa do consumidor. Atualmente, um dos grandes problemas na produção de alimentos é a utilização de substâncias proibidas em lavouras, muitas das quais não possuem estudos nem limites máximos de resíduos (LMR) estabelecidos, assim como a utilização de substâncias já registradas, mas em quantidades ou métodos de manejo incorretos. Ambos os casos podem resultar em sérios problemas à saúde humana. O objetivo deste estudo foi a avaliação da determinação de morfolina em amostras de manga utilizando técnicas como a Extração em Fase Sólida e a Cromatografia Gasosa acoplada à Espectrometria de Massas (SPE-GC-MS), assim como a Microextração em Sorvente Empacotado e Cromatografia Gasosa acoplada à Espectrometria de Massas (MEPS-GC-MS). Um segundo objetivo deste estudo consistiu em desenvolver, validar e avaliar uma metodologia analítica capaz de identificar quantitativamente a morfolina em amostras de manga por Cromatografia Líquida de Ultra Eficiência acoplada a Espectrometria de Massas em tandem (UHPLC-MS/MS). Para análise por GC-MS fez-se necessária a etapa de derivatização do analito, de forma que o mesmo aumentasse sua volatilidade e diminuísse a polaridade. A comparação entre as técnicas SPE e MEPS não foi possível devido ao efeito de matriz causado pela contaminação do liner e da coluna cromatográfica. Já a metodologia validada por UHPLC-MS/MS seguiu os critérios exigidos pelo Manual de Garantia da Qualidade Analítica, do Ministério da Agricultura Pecuária e Abastecimento (MAPA). O método foi aplicado em mangas de diferentes variedades obtidas no comércio local. Não foram encontrados resíduos de morfolina em nenhuma das amostras investigadas, de acordo com a metodologia proposta. Os resultados apresentados neste trabalho estabelecem metodologias eficientes, rápidas e de baixo custo na determinação de morfolina em amostras de manga.

Caracterização tecnológica do minério de ouro da Mina Morro do Ouro - Paracatu, MG.

As unidades de beneficiamento de minério de ouro buscam cada vez mais uma produção de baixo custo e maximização dos ganhos financeiros. A caracterização tecnológica está inserida em uma abordagem multidisciplinar que permite agregar conhecimento, alternativas de otimização e redução nos custos de operação. Inserida como uma ferramenta na caracterização tecnológica, a análise de imagens automatizada tem importante papel no setor mineral principalmente pela rapidez das análises, robustez estatística e confiabilidade nos resultados. A técnica pode ser realizada por meio de imagens adquiridas em microscópio eletrônico de varredura, associada a microanálises químicas sendo utilizada em diversas etapas de um empreendimento mineiro. Este estudo tem como objetivo a caraterização tecnológica de minério de ouro da Mina Morro do Ouro, Minas Gerais na qual foi utilizado a técnica de análise de imagens automatizada por MLA em um conjunto de 88 amostras. Foi possível identificar que 90% do ouro está na fração acima de 0,020 mm; o quartzo e mica representam cerca de 80% da massa total do minério; os sulfetos apresentam diâmetro de círculo equivalente entre 80 e 100 ?m e são representados por pirita e arsenopirita, com pirrotita, calcopirita, esfalerita e galena subordinada. Também foi possível observar que o ouro está majoritariamente associado à pirita e arsenopirita e com o aumento de teor de arsênio, cresce a parcela de ouro associado à arsenopirita. As medianas das distribuições de tamanho dos grãos de ouro apresentam um valor médio de 19 ?m. Verificou-se que a composição dos grãos de ouro é bastante diversa, em média 77% de ouro e 23% de prata. Para material abaixo de 0,50 mm observa-se uma parcela expressiva de perímetro exposto dos grãos de ouro (média 73%); o ouro incluso (21% do total dos grãos de ouro) está associado a pirita e arsenopirita, sendo que em 14 das 88 amostras este valor pode superar 40% do total de ouro contido. A ferramenta da análise de imagens automatizada mostrou-se bastante eficiente definindo características particulares o que fornece de forma objetiva subsídios para os trabalhos de planejamento de mina e processamento mineral.

Influencia del esquema aditivo en el desarrollo del razonamiento proporcional

El objetivo de este estudio es analizar la influencia del esquema aditivo en el desarrollo del razonamiento proporcional en estudiantes de educación secundaria. 558 estudiantes de educación secundaria respondieron a un cuestionario de problemas proporcionales y no proporcionales. Los resultados indican (i) que la capacidad de los estudiantes en identificar las relaciones proporcionales en los problemas proporcionales no implica necesariamente que sean capaces de identificar correctamente las relaciones aditivas en los problemas no proporcionales y viceversa; y (ii) que el tipo de relación multiplicativa entre las cantidades (entera o no entera) influía en el nivel de éxito en la resolución de los problemas proporcionales y no proporcionales.

Estrategias didácticas para la promoción de la química en la enseñanza secundaria y bachillerato

El alarmante descenso del número de alumnos que estudian química en bachillerato hace necesaria la búsqueda de herramientas para recuperar los niveles de finales de la pasada década. Los autores proponen algunas estrategias, aplicables en todos los niveles de enseñanza no universitaria, que van desde experiencias de laboratorio para alumnos de primaria, hasta la creación de una serie de personajes de ficción, que intervienen en los enunciados de los problemas de química, poner a disposición de los alumnos colecciones de problemas resueltos y la participación en pruebas como las olimpiadas de química.