A-scan ultrasound system for real-time puncture safety assessment during percutaneous nephrolithotomy

Background: Kidney stone is a major universal health problem, affecting 10% of the population worldwide. Percutaneous nephrolithotomy is a first-line and established procedure for disintegration and removal of renal stones. Its surgical success depends on the precise needle puncture of renal calyces, which remains the most challenging task for surgeons. This work describes and tests a new ultrasound based system to alert the surgeon when undesirable anatomical structures are in between the puncture path defined through a tracked needle. Methods: Two circular ultrasound transducers were built with a single 3.3-MHz piezoelectric ceramic PZT SN8, 25.4 mm of radius and resin-epoxy matching and backing layers. One matching layer was designed with a concave curvature to work as an acoustic lens with long focusing. The A-scan signals were filtered and processed to automatically detect reflected echoes. Results: The transducers were mapped in water tank and tested in a study involving 45 phantoms. Each phantom mimics different needle insertion trajectories with a percutaneous path length between 80 and 150 mm. Results showed that the beam cross-sectional area oscillates around the ceramics radius and it was possible to automatically detect echo signals in phantoms with length higher than 80 mm. Conclusions: This new solution may alert the surgeon about anatomical tissues changes during needle insertion, which may decrease the need of X-Ray radiation exposure and ultrasound image evaluation during percutaneous puncture.

Kuailous ou Po tau ya : imagens no feminino sobre os portugueses em Macau

Tendo Macau por contexto, quinze anos após a transferência da sua administração para a República Popular da China e cinco séculos de presença portuguesa, o estudo efetua uma abordagem às representações e estereótipos sociais dos portugueses, a partir de um inquérito a cento e setenta e cinco mulheres chinesas desta Região Administrativa Especial (RAEM). Tendo como marcos conceptuais a Teoria das Representações Sociais, de Moscovici, e a Teoria da Identidade Social, de Tajfel, o estudo procura explicitar os saberes sociais construídos por esse grupo de referência, determinantes na forma como se processa a comunicação e a interação grupal com portugueses e âncora para a construção de estereótipos com os quais esses processos são simplificados, mas também enviesados. Antevendo-se, num horizonte não muito longínquo, decisões quanto à manutenção do princípio “um país, dois sistemas”, que viabiliza a preservação de marcas portuguesas (como a língua) e uma abertura especial à presença de portugueses em Macau, a compreensão das imagens e metáforas sobre esta comunidade constitui estratégia relevante para a perspetivação, no presente como no futuro, das relações intergrupais que a envolvem. O estudo conclui que as representações sobre os portugueses são, no essencial, de pendor positivo e exibem uma abertura à proximidade social e à participação desta comunidade nas dinâmicas sociais da RAEM. Mas assinala também áreas de potencial maior conflitualidade na defesa, pelo endogrupo, de áreas vitais de afirmação dessa nova ordem social pós- transferência.

Conversor estático de potência tolerante a falhas

O trabalho apresentado nesta dissertação refere-se à concepção, projecto e realização experimental de um conversor estático de potência tolerante a falhas. Foram analisados trabalhos de investigação sobre modos de falha de conversores electrónicos de potência, topologias de conversores tolerantes a falhas, métodos de detecção de falhas, entre outros. Com vista à concepção de uma solução, foram nomeados e analisados os principais modos de falhas para três soluções propostas de conversores com topologias tolerantes a falhas onde existem elementos redundantes em modo de espera. Foram analisados os vários aspectos de natureza técnica dos circuitos de potência e guiamento de sinais onde se salientam a necessidade de tempos mortos entre os sinais de disparo de IGBT do mesmo ramo, o isolamento galvânico entre os vários andares de disparo, a necessidade de minimizar as auto-induções entre o condensador DC e os braços do conversor de potência. Com vista a melhorar a fiabilidade e segurança de funcionamento do conversor estático de potência tolerante a falhas, foi concebido um circuito electrónico permitindo a aceleração da actuação normal de contactores e outro circuito responsável pelo encaminhamento e inibição dos sinais de disparo. Para a aplicação do conversor estático de potência tolerante a falhas desenvolvido num accionamento com um motor de corrente contínua, foi implementado um algoritmo de controlo numa placa de processamento digital de sinais (DSP), sendo a supervisão e actuação do sistema realizados em tempo-real, para a detecção de falhas e actuação de contactores e controlo de corrente e velocidade do motor utilizando uma estratégia de comando PWM. Foram realizados ensaios que, mediante uma detecção adequada de falhas, realiza a comutação entre blocos de conversores de potência. São apresentados e discutidos resultados experimentais, obtidos usando o protótipo laboratorial.

Controlo tolerante a falhas de um canal de rega

A presente dissertação pretende conceber e implementar um sistema de controlo tolerante a falhas, no canal experimental de rega da Universidade de Évora, utilizando um modelo implementado em MATLAB/SIMULINK®. Como forma de responder a este desafio, analisaram-se várias técnicas de diagnóstico de falhas, tendo-se optado por técnicas baseadas em redes neuronais para o desenvolvimento de um sistema de detecção e isolamento de falhas no canal de rega, sem ter em conta o tipo de sistema de controlo utilizado. As redes neuronais foram, assim, os processadores não lineares utilizados e mais aconselhados em situações onde exista uma abundância de dados do processo, porque aprendem por exemplos e são suportadas por teorias estatísticas e de optimização, focando não somente o processamento de sinais, como também expandindo os horizontes desse processamento. A ênfase dos modelos das redes neuronais está na sua dinâmica, na sua estabilidade e no seu comportamento. Portanto, o trabalho de investigação do qual resultou esta Dissertação teve como principais objectivos o desenvolvimento de modelos de redes neuronais que representassem da melhor forma a dinâmica do canal de rega, de modo a obter um sistema de detecção de falhas que faça uma comparação entre os valores obtidos nos modelos e no processo. Com esta diferença de valores, da qual resultará um resíduo, é possível desenvolver tanto o sistema de detecção como de isolamento de falhas baseados nas redes neuronais, possibilitando assim o desenvolvimento dum sistema de controlo tolerante a falhas, que engloba os módulos de detecção, de isolamento/diagnóstico e de reconfiguração do canal de rega. Em síntese, na Dissertação realizada desenvolveu-se um sistema que permite reconfigurar o processo em caso de ocorrência de falhas, melhorando significativamente o desempenho do canal de rega.

Análise dos métodos de medição dos parâmetros geométricos de via e correlação entre os dados obtidos

A razão atribuída à escolha do tema do T.F.M. em Caminhos-de-ferro, tem a ver com o facto de ser uma via de comunicação específica. Contrariamente ao que acontece na execução de auto-estradas, no caminho-de-ferro, a gestora da infra-estrutura responsabiliza-se pela execução, exploração (sinalização e controlo de circulação), abastecimento de energia fornecida às vias que dispõem de catenária (tracção eléctrica), manutenção e conservação da via. O processo de análise e inspecção de geometria de via, é usado quando e necessário preservar a infra-estrutura. Este processo iniciou-se nos caminhos-de-ferro portugueses, há muitos anos, depois da inauguração do primeiro troco de linha férrea. A primeira viagem ocorre em Outubro de 1856, sendo o início do processo em 1968, com a dresina “Matisa PV-6”. Em 1991 a C.P. adquiriu outro veículo de inspecção de via, tendo sido escolhido o VIV02 EM 120 da marca Plasser & Theurer, para substituir “Matisa PV-6”. O tema Análise dos Métodos de Medição dos Parâmetros Geométricos de Via e Correlação entre os Dados Obtidos está directamente relacionado com a manutenção e conservação de via. Na Unidade Operacional Sul (hoje ROS – Região Operacional Sul), local onde desenvolvi o T.F.M., não existem obras de construção de caminhos-de-ferro que pudesse acompanhar e constituir tema para o meu trabalho. Na realidade, com a falta de investimento que se perspectiva no futuro próximo, a manutenção da infra-estrutura passa a ser a actividade principal desenvolvida pela REFER, de modo a assegurar a comodidade, segurança e rapidez na deslocação de cargas e pessoas. A Analise Geométrica de Via e actualmente uma das principais actividades no âmbito da manutenção, que é feita por diagnóstico, contrariamente ao que acontecia no passado em que a conservação metódica era realizada num determinado ano num troço seleccionado independentemente da necessidade ou não da mesma. Uma ajuda preciosa, no que se refere à decisão de se realizar um determinado trabalho de conservação, e a do veículo VIV02 EM 120 que faz inspeções ao longo de toda a rede ferroviária e permite recolher dados e classificar através do desvio padrão, troços com extensão de 200 metros, obtendo os dados relevantes sobre a necessidade de intervenção. Para além do referido veículo existem também equipamentos ligeiros de inspecção dos parâmetros geométricos de via. Um desses equipamentos designa-se por Trólei, não sendo motorizado, pois o mesmo é movido manualmente por um operador. Obviamente que este equipamento não faz a inspecção a toda a rede pois a operação de medição é morosa, sendo contudo utilizado para análise de defeitos geométricos em pequenos trocos, tornando-se assim uma mais-valia, evitando o deslocar de um equipamento “pesado” como o VIV 02 EM 120. Para atingir os objectivos deste trabalho realizaram-se testes de medição com ambos (veiculo e equipamento ligeiro), no mesmo espaço temporal e com as mesmas características físicas, como a temperatura, humidade etc. Os resultados, de acordo com os objectivos, são a comparação entre as medições de ambos, com vista a comprovar a sua utilidade e necessidade, de acordo com os vários tipos de superstruturas constituintes da rede ferroviária nacional.

Implementação de WDM com dispositivos semicondutores

Este trabalho utiliza uma estrutura pin empilhada, baseada numa liga de siliceto de carbono amorfo hidrogenado (a-Si:H e/ou a-SiC:H), que funciona como filtro óptico na zona visível do espectro electromagnético. Pretende-se utilizar este dispositivo para realizar a demultiplexagem de sinais ópticos e desenvolver um algoritmo que permita fazer o reconhecimento autónomo do sinal transmitido em cada canal. O objectivo desta tese visa implementar um algoritmo que permita o reconhecimento autónomo da informação transmitida por cada canal através da leitura da fotocorrente fornecida pelo dispositivo. O tema deste trabalho resulta das conclusões de trabalhos anteriores, em que este dispositivo e outros de configuração idêntica foram analisados, de forma a explorar a sua utilização na implementação da tecnologia WDM. Neste trabalho foram utilizados três canais de transmissão (Azul – 470 nm, Verde – 525 nm e Vermelho – 626 nm) e vários tipos de radiação de fundo. Foram realizadas medidas da resposta espectral e da resposta temporal da fotocorrente do dispositivo, em diferentes condições experimentais. Variou-se o comprimento de onda do canal e o comprimento de onda do fundo aplicado, mantendo-se constante a intensidade do canal e a frequência de transmissão. Os resultados obtidos permitiram aferir sobre a influência da presença da radiação de fundo e da tensão aplicada ao dispositivo, usando diferentes sequências de dados transmitidos nos vários canais. Verificou-se, que sob polarização inversa, a radiação de fundo vermelho amplifica os valores de fotocorrente do canal azul e a radiação de fundo azul amplifica o canal vermelho e verde. Para polarização directa, apenas a radiação de fundo azul amplifica os valores de fotocorrente do canal vermelho. Enquanto para ambas as polarizações, a radiação de fundo verde, não tem uma grande influência nos restantes canais. Foram implementados dois algoritmos para proceder ao reconhecimento da informação de cada canal. Na primeira abordagem usou-se a informação contida nas medidas de fotocorrente geradas pelo dispositivo sob polarização inversa e directa. Pela comparação das duas medidas desenvolveu-se e testou-se um algoritmo que permite o reconhecimento dos canais individuais. Numa segunda abordagem procedeu-se ao reconhecimento da informação de cada canal mas com aplicação de radiação de fundo, tendo-se usado a informação contida nas medidas de fotocorrente geradas pelo dispositivo sob polarização inversa sem aplicação de radiação de fundo com a informação contida nas medidas de fotocorrente geradas pelo dispositivo sob polarização inversa com aplicação de radiação de fundo. Pela comparação destas duas medidas desenvolveu-se e testou-se o segundo algoritmo que permite o reconhecimento dos canais individuais com base na aplicação de radiação de fundo.

Estudo comparativo entre sistemas RoF com modulação directa e com modulação externa

O RoF (Radio over Fiber) é uma tecnologia que permite a transmissão de sinais rádio de elevada largura de banda, fornecida pela fibra óptica, e simultaneamente mantêm a característica de mobilidade das redes de comunicação móvel. Esta dissertação de mestrado tem como objectivo estudar, simular e comparar sistemas RoF com modulação directa e com modulação externa, utilizando um sinal WiMAX, por ser uma tecnologia recente e com potencial de utilização futura. Desta forma foram avaliados três tipos de moduladores externos, sendo que o modulador EA (Electro-Absorption) é o que permite obter melhores valores de EVM e de SNR devido ao facto deste ter menores perdas de inserção na fibra. Da comparação entre o esquema com modulação directa e o esquema com modulação externa, é possível concluir que para larguras de banda mais baixas a utilização de modulação directa é mais eficiente que a modulação externa, mas à medida que a largura de banda aumenta a modulação externa apresenta claramente melhor desempenho. Isto deve-se ao facto de a modulação directa produzir mais chirp que a modulação externa, sendo que o chirp limita a largura de banda e o comprimento da fibra. De forma a melhorar o desempenho do sistema com modulação directa foi introduzido uma fibra com compensação de dispersão. Foi possível concluir que a utilização de fibra com compensação de dispersão é uma boa solução quando se pretende transmitir sinais de elevada largura de banda em esquemas com modulação directa.

Non-selective optical wavelength-division multiplexing devices based on a-SiC:H multilayer heterostuctures

In this paper we present results on the optimization of multilayered a-SiC:H heterostructures for wavelength-division (de) multiplexing applications. The non selective WDM device is a double heterostructure in a glass/ITO/a-SiC:H (p-i-n) /a-SiC:H(-p) /a-Si:H(-i')/a-SiC:H (-n')/ITO configuration. The single or the multiple modulated wavelength channels are passed through the device, and absorbed accordingly to its wavelength, giving rise to a time dependent wavelength electrical field modulation across it. The effect of single or multiple input signals is converted to an electrical signal to regain the information (wavelength, intensity and frequency) of the incoming photogenerated carriers. Here, the (de) multiplexing of the channels is accomplished electronically, not optically. This approach offers advantages in terms of cost since several channels share the same optical components; and the electrical components are typically less expensive than the optical ones. An electrical model gives insight into the device operation.

Colour filtering in a-SiC : H based p-i-n-p-i-n cells: A trade-off between bias polarity and absorption regions

A large area colour imager optically addressed is presented. The colour imager consists of a thin wide band gap p-i-n a-SiC:H filtering element deposited on the top of a thick large area a-SiC:H(-p)/a-Si:H(-i)/a-SiC:H(-n) image sensor, which reveals itself an intrinsic colour filter. In order to tune the external applied voltage for full colour discrimination the photocurrent generated by a modulated red light is measured under different optical and electrical bias. Results reveal that the integrated device behaves itself as an imager and a filter giving information not only on the position where the optical image is absorbed but also on it wavelength and intensity. The amplitude and sign of the image signals are electrically tuneable. In a wide range of incident fluxes and under reverse bias, the red and blue image signals are opposite in sign and the green signal is suppressed allowing blue and red colour recognition. The green information is obtained under forward bias, where the blue signal goes down to zero and the red and green remain constant. Combining the information obtained at this two applied voltages a RGB colour image picture can be acquired without the need of the usual colour filters or pixel architecture. A numerical simulation supports the colour filter analysis.

New stacked photodevices for signal multiplexing and demultiplexing applications in the visible spectrum

Results on the use of a double a-SiC:H p-i-n heterostructure for signal multiplexing and demultiplexing applications in the visible range are presented. Pulsed monochromatic beams together (multiplexing mode), or a single polychromatic beam (demultiplexing mode) impinge on the device and are absorbed, accordingly to their wavelength. Red, green and blue pulsed input channels are transmitted together, each one with a specific transmission rate. The combined optical signal is analyzed by reading out, under different applied voltages, the generated photocurrent. Results show that in the multiplexing mode the output signal is balanced by the wavelength and transmission rate of each input channel, keeping the memory of the incoming optical carriers. In the demultiplexing mode the photocurrent is controlled by the applied voltage allowing regaining the transmitted information. A physical model supported by a numerical simulation gives insight into the device operation.

Optical demultiplexer device operating in the visible spectrum

In this paper, we present results on the use of multilayered a-SiC:H heterostructures as a device for wavelength-division demultiplexing of optical signals. These devices are useful in optical communications applications that use the wavelength division multiplexing technique to encode multiple signals into the same transmission medium. The device is composed of two stacked p-i-n photodiodes, both optimized for the selective collection of photo generated carriers. Band gap engineering was used to adjust the photogeneration and recombination rate profiles of the intrinsic absorber regions of each photodiode to short and long wavelength absorption in the visible spectrum. The photocurrent signal using different input optical channels was analyzed at reverse and forward bias and under steady state illumination. A demux algorithm based on the voltage controlled sensitivity of the device was proposed and tested. An electrical model of the WDM device is presented and supported by the solution of the respective circuit equations.

Stacked pin Devices for Imaging Applications

In this paper we present results on the optimization of device architectures for colour and imaging applications, using a device with a TCO/pinpi'n/TCO configuration. The effect of the applied voltage on the color selectivity is discussed. Results show that the spectral response curves demonstrate rather good separation between the red, green and blue basic colors. Combining the information obtained under positive and negative applied bias a colour image is acquired without colour filters or pixel architecture. A low level image processing algorithm is used for the colour image reconstruction.

Power Electronics Didactic Modules for Direct Current Machine Control

Several didactic modules for an electric machinery laboratory are presented. The modules are dedicated for DC machinery control and get their characteristic curves. The didactic modules have a front panel with power and signal connectors and can be configurable for any DC motor type. The three-phase bridge inverter proposed is one of the most popular topologies and is commercially available in power package modules. The control techniques and power drives were designed to satisfy static and dynamic performance of DC machines. Each power section is internally self-protected against misconnections and short-circuits. Isolated output signals of current and voltage measurements are also provided, adding versatility for use either in didactic or research applications. The implementation of such modules allowed experimental confirmation of the expected performance.

Detection of Change in Fluorescence Between Reactive Cyan and the Yellow Fluorophores Usinga-SiC:H Multilayer Transducers

Optical colour sensors based on multilayered a-SiC:H heterostructures can act as voltage controlled optical filters in the visible range. In this article we investigate the application of these structures for Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET) detection, The characteristics of a-SiC:H multilayered structure are studied both theoretically and experimentally in several wavelengths corresponding to different fluorophores. The tunable optical p-i'(a-SiC:H)-n/p-i(a-Si:H)-n heterostructures were produced by PECVD and tested for a proper fine tuning in the violet, cyan and yellow wavelengths. The devices were characterized through transmittance and spectral response measurements, under different electrical bias and frequencies. Violet, cyan and yellow signals were applied in simultaneous and results have shown that they can be recovered under suitable applied bias. A theoretical analysis supported by numerical simulation is presented.

Mass spectrometry improvement on an high current ion implanter

The development of accurate mass spectrometry, enabling the identification of all the ions extracted from the ion source in a high current implanter is described. The spectrometry system uses two signals (x-y graphic), one proportional to the magnetic field (x-axes), taken from the high-voltage potential with an optic fiber system, and the other proportional to the beam current intensity (y-axes), taken from a beam-stop. The ion beam mass register in a mass spectrum of all the elements magnetically analyzed with the same radius and defined by a pair of analyzing slits as a function of their beam intensity is presented. The developed system uses a PC to control the displaying of the extracted beam mass spectrum, and also recording of all data acquired for posterior analysis. The operator uses a LabView code that enables the interfacing between an I/O board and the ion implanter. The experimental results from an ion implantation experiment are shown. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.