FEM based Virtual Prototyping and Design of Third Harmonic Excitation System for Low Voltage Brushless Alternators

Salient pole brushless alternators coupled to IC engines are extensively used as stand-by power supply units for meeting in- dustrial power demands. Design of such generators demands high power to weight ratio, high e ciency and low cost per KVA out- put. Moreover, the performance characteristics of such machines like voltage regulation and short circuit ratio (SCR) are critical when these machines are put into parallel operation and alterna- tors for critical applications like defence and aerospace demand very low harmonic content in the output voltage. While designing such alternators, accurate prediction of machine characteristics, including total harmonic distortion (THD) is essential to mini- mize development cost and time. Total harmonic distortion in the output voltage of alternators should be as low as possible especially when powering very sophis- ticated and critical applications. The output voltage waveform of a practical AC generator is replica of the space distribution of the ux density in the air gap and several factors such as shape of the rotor pole face, core saturation, slotting and style of coil disposition make the realization of a sinusoidal air gap ux wave impossible. These ux harmonics introduce undesirable e ects on the alternator performance like high neutral current due to triplen harmonics, voltage distortion, noise, vibration, excessive heating and also extra losses resulting in poor e ciency, which in turn necessitate de-rating of the machine especially when connected to non-linear loads. As an important control unit of brushless alternator, the excitation system and its dynamic performance has a direct impact on alternator's stability and reliability. The thesis explores design and implementation of an excitation i system utilizing third harmonic ux in the air gap of brushless al- ternators, using an additional auxiliary winding, wound for 1=3rd pole pitch, embedded into the stator slots and electrically iso- lated from the main winding. In the third harmonic excitation system, the combined e ect of two auxiliary windings, one with 2=3rd pitch and another third harmonic winding with 1=3rd pitch, are used to ensure good voltage regulation without an electronic automatic voltage regulator (AVR) and also reduces the total harmonic content in the output voltage, cost e ectively. The design of the third harmonic winding by analytic methods demands accurate calculation of third harmonic ux density in the air gap of the machine. However, precise estimation of the amplitude of third harmonic ux in the air gap of a machine by conventional design procedures is di cult due to complex geome- try of the machine and non-linear characteristics of the magnetic materials. As such, prediction of the eld parameters by conven- tional design methods is unreliable and hence virtual prototyping of the machine is done to enable accurate design of the third har- monic excitation system. In the design and development cycle of electrical machines, it is recognized that the use of analytical and experimental methods followed by expensive and in exible prototyping is time consum- ing and no longer cost e ective. Due to advancements in com- putational capabilities over recent years, nite element method (FEM) based virtual prototyping has become an attractive al- ternative to well established semi-analytical and empirical design methods as well as to the still popular trial and error approach followed by the costly and time consuming prototyping. Hence, by virtually prototyping the alternator using FEM, the important performance characteristics of the machine are predicted. Design of third harmonic excitation system is done with the help of results obtained from virtual prototype of the machine. Third harmonic excitation (THE) system is implemented in a 45 KVA ii experimental machine and experiments are conducted to validate the simulation results. Simulation and experimental results show that by utilizing third harmonic ux in the air gap of the ma- chine for excitation purposes during loaded conditions, triplen harmonic content in the output phase voltage is signi cantly re- duced. The prototype machine with third harmonic excitation system designed and developed based on FEM analysis proved to be economical due to its simplicity and has the added advan- tage of reduced harmonics in the output phase voltage.

Design and Development of Fiber Grating Based Chemical and Bio-Sensors

International School of Photonics

Design and Development of Spectral Signature Based Chipless RFID Tags

The main objective of this thesis is to design and develop spectral signature based chipless RFID tags Multiresonators are essential component of spectral signature based chipless tags. To enhance the data coding capacity in spectral signature based tags require large number of resonances in a limited bandwidth. The frequency of the resonators have to be close to each other. To achieve this condition, the quality factor of each resonance needs to be high. The thesis discusses about various types of multiresonators, their practical implementation and how they can be used in design. Encoding of data into spectral domain is another challenge in chipless tag design. Here, the technique used is the presence or absence encoding technique. The presence of a resonance is used to encode Logic 1 and absence of a speci c resonance is used to encode Logic 0. Di erent types of multiresonators such as open stub multiresonators, coupled bunch hairpin resonators and shorted slot ground ring resonator are proposed in this thesis.

Incident-Reporting-Systeme als Möglichkeit zum organisationalem Lernen (nicht nur) aus Fehlern und kritischen Ereignissen

Die vorliegende Dissertation betrachtet institutionsinterne lokale (Critical-)Incident-Reporting-Systeme ((C)IRS) als eine Möglichkeit zum Lernen aus Fehlern und unerwünschten kritischen Ereignissen (sogenannte Incidents) im Krankenhaus. Die Notwendigkeit aus Incidents zu lernen, wird im Gesundheitswesen bereits seit den 1990er Jahren verstärkt diskutiert. Insbesondere risikoreichen Organisationen, in denen Incidents fatale Konsequenzen haben können, sollten umfassende Strategien erarbeiten, die sie vor Fehlern und unerwünschten Ereignissen schützen und diese als Lernpotenzial nutzen können. Dabei können lokale IRS als ein zentraler Bestandteil des Risikomanagements und freiwillige Dokumentationssysteme im Krankenhaus ein Teil dieser Strategie sein. Sie können eine Ausgangslage für die systematische Erfassung und Auswertung von individuellen Lerngelegenheiten und den Transfer zurück in die Organisation schaffen. Hierfür sind eine lernförderliche Gestaltung, Implementierung und Einbettung lokaler IRS eine wichtige Voraussetzung. Untersuchungen über geeignete lerntheoretisch fundierte und wirkungsvolle IRS-Modelle und empirische Daten fehlen bisher im deutschsprachigen Raum. Einen entsprechenden Beitrag leistet die vorliegende Fallstudie in einem Schweizer Universitätsspital (800 Betten, 6.100 Mitarbeitende). Zu diesem Zweck wurde zuerst ein Anforderungsprofil an lernförderliche IRS aus der Literatur abgeleitet. Dieses berücksichtigt zum einen literaturbasierte Kriterien für die Gestaltung und Nutzung aus der IRS-Literatur, zum anderen die aus der Erziehungswissenschaft und Arbeitspsychologie entlehnten Gestaltungsbedingungen und Erfolgskriterien an organisationales Lernen. Das Anforderungsprofil wurde in drei empirischen Teilstudien validiert und entsprechend adaptiert. In der ersten empirischen Teilstudie erfolgte eine Standortbestimmung der lokalen IRS. Die Erhebung erfolgte in vier Kliniken mittels Dokumentenanalyse, leitfadengestützter Interviews (N=18), sieben strukturierter Gruppendiskussionen und teilnehmender Beobachtungen über einen Zeitraum von 22 Monaten. Erfolgskritische IRS-Merkmale wurden identifiziert mit dem Ziel einer praxisgerechten lernförderlichen Systemgestaltung und Umsetzung von Incident Reporting unter Betrachtung von organisationalen Rahmenbedingungen, Lernpotenzialen und Barrieren. Die zweite Teilstudie untersuchte zwei Fallbeispiele organisationalen Lernens mittels Prozessbegleitung, welche zu einem verwechslungssicheren Design bei einem Medizinalprodukt und einer verbesserten Patientenidentifikation in Zusammenhang mit Blutentnahmen führten. Für das organisationale Lernen im Spital wurden dabei Chancen, Barrieren und Gestaltungsansätze abgeleitet, wie erwünschte Veränderungen und Lernen unter Nutzung von IRS initiiert werden können und dabei ein besseres Gesundheitsresultat erreicht werden kann. Die dritte Teilstudie überprüfte, inwiefern die Nutzung und Implementierung lokaler IRS mittels einer Mitarbeitervollbefragung zur Sicherheitskultur gefördert werden kann. Hierfür wurde eine positive Interaktion, zwischen einer starken Sicherheitskultur und der Bereitschaft ein IRS zu implementieren und Incidents zu berichten, angenommen. Zum Einsatz kam eine deutschsprachige Version des Hospital Survey on Patient Safety Culture (Patientensicherheitsklimainventar) mit einem Rücklauf von 46.8% (2.897 gültige Fragebogen). In 23 von 37 Kliniken führte laut einer Nachbefragung die Sicherheitskulturbefragung zum Implementierungsentscheid. Dies konnte durch Monitoring der IRS-Nutzung bestätigt werden. Erstmals liegen mit diesen Studien empirische Daten für eine wirkungsvolle und lernförderliche Gestaltung und Umsetzung von lokalen IRS am Beispiel einer Schweizer Gesundheitsorganisation vor. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen Chancen und Barrieren für IRS als Berichts- und Lernsysteme im Krankenhaus auf. Als Resultat unsachgemäss gestalteter und implementierter IRS konnte dabei vor allem Lernverhinderung infolge IRS aufgezeigt werden. Blinder Aktionismus und eine fehlende Priorisierung von Patientensicherheit, unzureichende Kompetenzen, Qualifikationen und Ressourcen führten dabei zur Schaffung neuer Fehlerquellen mit einer Verstärkung des Lernens erster Ordnung. Eine lernförderliche Gestaltung und Unterhaltung der lokalen IRS, eingebettet in eine klinikumsweite Qualitäts- und Patientensicherheitsstrategie, erwiesen sich hingegen als wirkungsvoll im Sinne eines organisationalen Lernens und eines kontinuierlichen Verbesserungsprozesses. Patientensicherheitskulturbefragungen erwiesen sich zudem bei entsprechender Einbettung als effektives Instrument, um die Implementierung von IRS zu fördern. Zwölf Thesen zeigen in verdichteter Form auf, welche Gestaltungsprinzipien für IRS als Instrument des organisationalen Lernens im Rahmen des klinischen Risikomanagements und zur Förderung einer starken Patientensicherheitskultur zu berücksichtigen sind. Die Erkenntnisse aus den empirischen Studien münden in ein dialogorientiertes Rahmenmodell organisationalen Lernens unter Nutzung lokaler IRS. Die Arbeit zeigt damit zum einen Möglichkeiten für ein Lernen auf den verschiedenen Ebenen der Organisation auf und weist auf die Notwendigkeit einer (Re-)Strukturierung der aktuellen IRS-Diskussion hin.

Factores de riesgo del comportamiento y readiness de aficionados inscritos a carreras atléticas de fondo de 18-64 años en Bogotá D.C., 2014”

La participación en carreras atléticas de calle ha aumentado; esto requiere detectar riesgos previos al esfuerzo físico. Objetivo. Identificar factores de riesgo del comportamiento y readiness de inscritos a una carrera. Método. Estudio transversal en aficionados de 18-64 años. Encuesta digital con módulos de IPAQ, PARQ+ y STEP. Muestreo aleatorio sistemático con n=510, para una inactividad física esperada de 35% (±5%). Se evaluó nivel de actividad física, consumo de alcohol (peligroso), de fruta, verdura, tabaco y sal, y readiness. Resultados. El cumplimiento de actividad física fue 97,4%; 2,4% consume nivel óptimo de fruta o verdura (diferencias por edad, sexo y estrato), 3,7% fuma y 44,1% consumo peligroso de alcohol. El 19,8% reportó PARQ+ positivo y 5,7% requiere supervisión. Hay diferencias por trabajo y estudio. Discusión. Los aficionados cumplen el nivel de actividad física; pero no de otros factores. Una estrategia de seguridad en el atletismo de calle es evaluar los factores de riesgo relacionados con el estilo de vida así como el readiness.

Extensión de la especificación IMS Learning Design desde la adaptación e integración de unidades de aprendizaje. `Extension of the IMS Learnin Design specification based on adaptation and integration of units of learning´.

La tesis se centra en el aprendizaje personalizado y en la integración de Unidades de Aprendizaje. El objetivo fundamental es mejorar la expresividad pedagógica de IMS-LD, refinando estructuras de modelado y arquitectura existentes y desarrollando estructuras complementarias que permitan una formalización más precisa, versátil y sencilla de procesos de aprendizaje adaptativo y de mecanismos y procesos de integración con sistemas de aprendizaje y otras especificaciones. En esta tesis se estudia la especificación desde la base, analizando su modelo de información y cómo se construyen Unidades de Aprendizaje. Se analiza la estructura de la especificación, basándose en un estudio teórico y una investigación práctica fruto del modelado de Unidades de Aprendizaje reales y ejecutables que proporcionan una información útil de base. A partir de este estudio, se analiza la integración de Unidades de Aprendizaje con otros sistemas y especificaciones, abarcando desde la integración mínima mediante un enlace directo hasta compartir variables y estados que permiten una comunicación en tiempo real de ambas partes. La conclusión es que IMS-LD necesita una reestructuración y modificación de ciertos elementos, así como la incorporación de otros nuevos, para mejorar una expresividad pedagógica y una capacidad de integración con otros sistemas de aprendizaje y estándares eLearning, si se pretenden alcanzar: la personalización del proceso de aprendizaje y la interoperabilidad real. La implantación de la especificación se vería mejorada si existieran unas herramientas de más alto nivel, preferiblemente con planteamiento visual, que permitieran un modelado sencillo por parte de los usuarios finales reales de este tipo de especificaciones, como son los profesores, los creadores de contenido y los pedagogos-didactas que diseñan la experiencia de aprendizaje.

Medical image registration based on random line sampling

One of the key aspects in 3D-image registration is the computation of the joint intensity histogram. We propose a new approach to compute this histogram using uniformly distributed random lines to sample stochastically the overlapping volume between two 3D-images. The intensity values are captured from the lines at evenly spaced positions, taking an initial random offset different for each line. This method provides us with an accurate, robust and fast mutual information-based registration. The interpolation effects are drastically reduced, due to the stochastic nature of the line generation, and the alignment process is also accelerated. The results obtained show a better performance of the introduced method than the classic computation of the joint histogram

Catadioptric stereo based on structured light projection

La percepció per visió es millorada quan es pot gaudir d'un camp de visió ampli. Aquesta tesi es concentra en la percepció visual de la profunditat amb l'ajuda de càmeres omnidireccionals. La percepció 3D s'obté generalment en la visió per computadora utilitzant configuracions estèreo amb el desavantatge del cost computacional elevat a l'hora de buscar els elements visuals comuns entre les imatges. La solució que ofereix aquesta tesi és l'ús de la llum estructurada per resoldre el problema de relacionar les correspondències. S'ha realitzat un estudi sobre els sistemes de visió omnidireccional. S'han avaluat vàries configuracions estèreo i s'ha escollit la millor. Els paràmetres del model són difícils de mesurar directament i, en conseqüència, s'ha desenvolupat una sèrie de mètodes de calibració. Els resultats obtinguts són prometedors i demostren que el sensor pot ésser utilitzat en aplicacions per a la percepció de la profunditat com serien el modelatge de l'escena, la inspecció de canonades, navegació de robots, etc.

Research based design: competition proposal for the Cyprus news agency

The paper attempts to explore the interrelation between a) the architects’ individualism and “pre-structures” b) research- based findings during the design process through experimentation and c)an integrated design approach, where morphology, construction and bioclimatic design are integrated from an early design stage. Through a thorough presentation and analysis of a competition proposal for the Cyprus News Agency, we discuss a number of important findings in relation to the present and possibly future form of the design studio. We suggest that the designer’s “prestructures” may not only be the basis for creative action, but also the basis for understanding and interpretation. Design informed and enriched at every stage by a research-based process, might well be the transmission and transformation of “prestructures”, a process of elaboration and discovery which facilitates and enhances design creativity and possibly allows for a multiplicity of approaches through a range of possibilities. Furthermore, an integrated approach from the early stages of the design process facilitates innovation in materials and systems.

Land Cover Sampling Biases Associated with Roadside Bird Surveys

Roadside surveys such as the Breeding Bird Survey (BBS) are widely used to assess the relative abundance of bird populations. The accuracy of roadside surveys depends on the extent to which surveys from roads represent the entire region under study. We quantified roadside land cover sampling bias in Tennessee, USA, by comparing land cover proportions near roads to proportions of the surrounding region. Roadside surveys gave a biased estimate of patterns across the region because some land cover types were over- or underrepresented near roads. These biases changed over time, introducing varying levels of distortion into the data. We constructed simulated population trends for five bird species of management interest based on these measured roadside sampling biases and on field data on bird abundance. These simulations indicated that roadside surveys may give overly negative assessments of the population trends of early successional birds and of synanthropic birds, but not of late-successional birds. Because roadside surveys are the primary source of avian population trend information in North America, we conclude that these surveys should be corrected for roadside land cover sampling bias. In addition, current recommendations about the need to create more early successional habitat for birds may need reassessment in the light of the undersampling of this habitat by roads.

Sampling the soil in long-term forest plots: The implications of spatial variation

Long-term monitoring of forest soils as part of a pan-European network to detect environmental change depends on an accurate determination of the mean of the soil properties at each monitoring event. Forest soil is known to be very variable spatially, however. A study was undertaken to explore and quantify this variability at three forest monitoring plots in Britain. Detailed soil sampling was carried out, and the data from the chemical analyses were analysed by classical statistics and geostatistics. An analysis of variance showed that there were no consistent effects from the sample sites in relation to the position of the trees. The variogram analysis showed that there was spatial dependence at each site for several variables and some varied in an apparently periodic way. An optimal sampling analysis based on the multivariate variogram for each site suggested that a bulked sample from 36 cores would reduce error to an acceptable level. Future sampling should be designed so that it neither targets nor avoids trees and disturbed ground. This can be achieved best by using a stratified random sampling design.

The importance of precision in sampling sludges, biowastes and treated soils in a regulatory framework

As part of the European Commission (EC)'s revision of the Sewage Sludge Directive and the development of a Biowaste Directive, there was recognition of the difficulty of comparing data from Member States (MSs) because of differences in sampling and analytical procedures. The 'HORIZONTAL' initiative, funded by the EC and MSs, seeks to address these differences in approach and to produce standardised procedures in the form of CEN standards. This article is a preliminary investigation into aspects of the sampling of biosolids, composts and soils to which there is a history of biosolid application. The article provides information on the measurement uncertainty associated with sampling from heaps, large bags and pipes and soils in the landscape under a limited set of conditions, using sampling approaches in space and time and sample numbers based on procedures widely used in the relevant industries and when sampling similar materials. These preliminary results suggest that considerably more information is required before the appropriate sample design, optimum number of samples, number of samples comprising a composite, and temporal and spatial frequency of sampling might be recommended to achieve consistent results of a high level of precision and confidence. (C) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.