REDUCCIÓN DE CROSS-TALKING POR MEDIO DEL USO DE FOCALIZADORES EN APLICACIONES DE ULTRASONIDO

ResumenEn el presente artículo, se pretende plantear un método para evitar la aparición del fenómeno llamado Cross-talking que no es único de los sensores ultrasónicos pero sin embargo suele presentarse en ellos. Este fenómeno ocurre cuando dos o más sensores ultrasónicos se encuentran trabajando uno cerca del otro y las ondas transmitidas por ellos son captadas por los receptores del otro sensor. Con la ayuda de una herramienta que se le denominó focalizador, el cual tiene una forma cilíndrica con un vaciado del diámetro de los transductores del sensor, se logró disminuir este fenómeno concentrando tanto el lóbulo de onda ultrasónica emitida por el transmisor como el lóbulo del receptor del sensor, aumentando la selectividad de los sensores ultrasónicos y su fidelidad en la medición de distancias.Palabras Claves: Focalizador, lóbulo, sensor, ultrasónico.REDUCTION OF CROSS-TALKING THROUGH THE USE OF FOCUSERS IN ULTRASOUND APPLICATIONSAbstractIn the present article, it is tried to propose a method to avoid the appearance of the phenomenon The Cross-talking that is not unique of the ultrasonic sensors but nevertheless sounds to appear in them. This phenomenon occurs when more ultrasonic sensors are found working near each other and the waves are transmitted by them are captured by the receivers of the other sensor. With the aid of a tool that is the focal name, which has a cylindrical shape with a diameter emptying of the sensor transducers, the effect of this phenomenon is reduced by concentrating both the ultrasonic wave lobe emitted by the transmitter and the lobe Of the sensor receiver, increasing the selectivity of the ultrasonic sensors and their fidelity in the measurement of distances.Keywords: Focalizer, lobe, sensor, ultrasonic

High sensitivity interferometric sensors for optoacoustic imaging in biomedical applications

La tomografía optoacústica (OAT) es una técnica de bioimagen emergente que combina las ventajas de las técnicas de imagen ópticas, como el alto contraste y las capacidades espectroscópicas, con la excelente resolución de las técnicas de imagen ultrasónicas. La absorción óptica de un pulso láser corto por los cromóforos endógenos o exógenos presentes en los tejidos blandos produce un incremento instantáneo de su temperatura. Debido al efecto termoacústico se generan pulsos de ultrasonidos. Esta conversión de energía óptica en acústica se conoce como efecto optoacústico. El típico espectro de esta emisión acústica cubre un amplio rango de frecuencias desde 100 kHz a decenas de megahercios. Por ello, la detección de señales optoacústicas requiere el uso de sensores de gran ancho de banda y alta sensibilidad para poder resolver las estructuras absorbentes de diferentes tamaños presentes en los tejidos. El éxito de las técnicas de imagen optoacústica como nueva modalidad de imagen médica y la diversidad de sus aplicaciones dependen del desarrollo de transductores de ultrasonidos de banda ultra ancha y alta sensibilidad que actualmente no están presentes comercialmente. La tecnología de detección tradicionalmente usada en imágenes convencionales de ultrasonidos está basada en transductores piezoeléctricos resonantes. Éstos ofrecen una alta sensibilidad pero presentan un ancho de banda estrecho. Por esto, los transductores piezoeléctricos convencionales no están especialmente indicados para su uso como sensores en sistemas optoacústicos de imagen. Como alternativa se han propuesto nuevos transductores basados en películas finas de polímero piezoeléctrico, como el PVDF, que pueden tener un gran ancho de banda usando materiales de adaptación adecuados. Sin embargo, su sensibilidad decrece cuando su tamaño se reduce. Esto supone un problema para la detección a altas frecuencias, donde la necesidad de un elemento transductor de grosor y anchura pequeños, para tener una alta resolución axial y lateral, reduce su sensibilidad. Otras desventajas de los sensores piezoeléctricos son que dada su naturaleza eléctrica no son inmunes a la interferencia electromagnética y contienen partes metálicas por lo que no se pueden combinar con otras técnicas de imágenes como la resonancia magnética nuclear (RMN). La detección óptica de ultrasonidos ha sido estudiada como alternativa a la tecnología piezoeléctrica desde hace más de 30 años. Podemos distinguir dos tipos de sensores ópticos de ultrasonidos: los que registran los desplazamientos inducidos por la presión en membranas o en cavidades ópticas resonantes, y los que se basan en la variación del índice de refracción inducido por la presión dentro o alrededor del material sensor. Todos estos sensores ópticos, al contrario que los transductores piezoeléctricos, son inmunes a perturbaciones electromagnéticas externas u otros efectos como el ruido eléctrico o las señales térmicas producidas por la iluminación directa del pulso láser. Además, en general, presentan un gran ancho de banda de detección y una gran resolución ya que el área sensible es tan pequeña como la región donde la luz está confinada. En particular, la fabricación de sensores interferométricos intrínsecos de fibra óptica es simple e involucra materiales de bajo coste. La sensibilidad puede ser mejorada por medio de un plegado o arrollamiento apropiado de la fibra aumentando la longitud en la que el campo acústico interacciona con la luz. Esta tesis está dedicada al estudio de sensores interferométricos, en su mayoría de fibra óptica, desarrollados para la detección de ondas generadas optoacústicamente. Utilizando este tipo de sensores se implementó un sistema de mamografía optoacústico. Se obtuvieron imágenes de fantomas (phantoms) que imitan las propiedades ópticas y mecánicas de los tejidos blandos. Se compararon los resultados con los obtenidos con prototipos comerciales basados en tecnología piezoeléctrica. El presente trabajo también está centrado en la búsqueda del aumento de la sensibilidad de los sensores interferométricos para la detección de ultrasonidos. Se ha realizado una caracterización de la sensibilidad acústica intrínseca a frecuencias ultrasónicas de los diferentes tipos de fibra óptica disponibles actualmente para su uso como sensores. Demostramos experimentalmente por primera vez que la sensibilidad ultrasónica de los sensores interferométricos de fibra óptica monomodo de polímero de salto de índice (SMPOF) es superior en un orden de magnitud que sus homólogos de sílice. Sin embargo, las SMPOF ya no están disponibles comercialmente y el rendimiento óptico de las muestras fue muy pobre. Esto las hace muy poco prácticas para su implementación en la aplicación final. La falta de buenas SMPOF nos llevó a explorar el uso de fibras ópticas de polímero multimodo de gradiente de índice a costa de la degradación de la visibilidad de la interferencia resultado de la interacción de los múltiples modos presentes en la fibra. Aunque estas fibras mostraron una muy buena respuesta acústica, la interferencia era muy inestable. Finalmente, los recientes avances en fibras ópticas microestructuradas de polímero han proporcionado las mejores fibras ópticas disponibles actualmente para la detección ultrasónica por su combinación de gran sensibilidad y buenas propiedades ópticas para su aplicación optoacústica. Por último, este trabajo sobre interferometría láser de fibra óptica ha motivado el desarrollo de un nuevo algoritmo de demodulación homodina pasiva para la extracción de la fase y de todos los parámetros que caracterizan el estado del interferómetro. Presentamos este algoritmo, basado en el análisis espectral de la señal interferencial, que permite, entre otras muchas aplicaciones, la caracterización de los moduladores de fase empleados para la estabilización homodina activa de los sensores interferométricos.Optoacoustic tomography (OAT) is an emerging bioimaging technique that combines the advantages of the optical procedures, as high contrast and spectroscopic capabilities, with the excellent resolution of the ultrasonic imaging methods. The optical absorption of a short laser pulse by the endogenous or exogenous chromophores present in soft tissues, produces a rapid heating. Ultrasonic pulses are generated due to the thermoacoustic effect. This conversion of optical energy into acoustic energy is known as optoacoustic effect. The typical spectrum of this acoustic emission covers a broad range of frequencies from 100 kHz to tens of megaherzs. Therefore the detection of optoacoustic signals requires the use of sensors with high bandwidth and high sensitivity to be able of resolving the absorption regions of different sizes present in the tissue. The success of the optoacoustic imaging techniques as a new modality of biomedical imaging and the variety of its applications depends on the development of ultrawideband and high sensitivity ultrasonic transducers not currently commercially available. The technology of detection traditionally used in conventional ultrasonic imaging is based on piezoelectric resonant transducers. These offer high sensitivity but have a narrow bandwidth. Thereby, conventional piezoelectric transducers are not especially recommended for their use as sensors for optoacoustic imaging systems. As an alternative, it have been proposed new transducers based on thin layers of piezoelectric polymer, as PVDF, which may have a high bandwidth employing suitable adaptive materials. Nevertheless, their sensitivity decreases when its size is reduced. This means a problem when considering the detection of high ultrasonic frequencies, where both the small thickness of the detector (required for high axial resolution) and the small width of the transducer element (needed for high lateral resolution and improved image fidelity), reduce its sensitivity. Other drawbacks of the piezoelectric sensors are that they are not immune to electromagnetic interference, given its electric nature, and contain metallic parts thus they cannot be combined with other imaging approaches such as magnetic nuclear resonance (MNR). Ultrasound optical detection has been studied as alternative to piezoelectric technology for more than 30 years. We can distinguish two kind of ultrasonic optical sensors: those that monitorize pressure induced displacements of a membrane or resonant optical cavity; and those based on a pressure induced refractive index variation in or around the sensor material. All these optical sensors, as opposed to to the piezoelectric transducers, are immune to the external electromagnetic perturbations or other effects as the electrical noise or the thermal signals produced by the direct illumination of the laser pulse. Furthermore, they generally exhibit a high detection bandwidth and a high resolution since the sensitive area is as small as the region where the light is confined. Particularly, the manufacture of interferometric intrinsic fiber optic sensors is straighforward and involves low cost materials. The sensitivity can be improved by a correct wound or folding of the fiber, increasing the interaction length between the acoustic field and the light. This dissertation is aimed to the study of interferometric sensors, mostly of optical fiber, developed for the detection of optoacoustically generated waves. Using this kind of sensors, an optoacoustic mammographic system was implemented. Images of phantoms that mimic the optical and mechanical properties of soft tissues were obtained. The results were compared with those acquired with commercial prototypes based on piezoelectric technology. The current work is focused as well on the search for increased sensitivity of interferometric sensors for ultrasound detection. A characterization of the intrinsic acoustic sensitivity at ultrasonic frequencies of the different kinds of optical fiber currently obtainable for its use as sensors has been performed. We experimentally demonstrate, for the first time, than the ultrasonic sensitivity of the interferometric sensors of step index single-mode polymer optical fiber (SMPOF) is greater than one order of magnitude than its silica counterparts. However, the SMPOF rarely are commercially available and the optical performance of the samples were quite poor. This makes them not suitable for its implementation in the end application. The lack of good quality SMPOF motivated us to explore the use of gradient index multimode polymer optical fiber at the expense of the degradation of the interferometric visibility resulting from the interaction between the multiple modes present in the fiber. Although these fibers showed an excellent acoustic response, the interference was highly unstable. Finally, the recent advances in microstructured polymer optical fibers have provided the best optical fiber currently available for ultrasonic detection due to the combination of high sensitivity and good optical properties for its optoacoustic application. Lastly, this work on fiber optic laser interferometry has led to the development of a new algorithm of passive homodyne demodulation for the phase recovery and all the parameters defining the interferometric state. We present this algorithm based on the spectral analysis of the interferometric signal that allows, among other applications, the characterization of phase modulators employed for the active homodyne stabilization of the interferometric sensor.Programa Oficial de Doctorado en Ingeniería Eléctrica, Electrónica y AutomáticaPresidente: Ana Pilar González Marcos.- Secretario: María Carmen Vázquez García.- Vocal: Gijs Van Soes

Development and Implementation of High Power Diode Lasers Systems for the Generation of Optoacoustic Signals in Biomedical Applications

Las técnicas de imágenes ópticas son ampliamente usadas en medicina para obtener imágenes biomédicas por medio de la interacción entre la luz y los tejidos, permitiendo adquirir informaciones biológicas de cromóforos específicos. Por otro lado, las técnicas de imagen ultrasónicas permiten obtener información estructural de partes internas del cuerpo mediante la interacción de los ultrasonidos con los cambios de impedancia acústicas que presentan de forma natural los diferentes tipos de tejidos. Estas técnicas de imagen permiten mejorar los diagnostico de enfermedades como el cáncer, detectando células malignas en etapas precoces de evolución, aparte de otras enfermedades. La técnica de imágenes optoacústica combina las ventajas de las imágenes ópticas y ultrasónicas, como el alto contrastes y capacidad de detección espectroscópica de la luz y la alta resolución espacial de los ultrasonidos. La generación optoacústicas transforma pulsos ópticos laser de corta duración a ondas ultrasónicas por medio de un efecto termoelástico. Se está utilizando en varios escenarios, como imágenes anatómicas, funcionales y moleculares. Además de permitir la generación de ultrasonidos por medio de laser, logrando anchos de banda muy superiores a la generación tradicional de ultrasonidos. Típicamente, los láseres de estado sólido son las fuentes de luz usadas en las técnicas de imágenes optoacústicas, ya que pueden producir pulsos ópticos de duraciones cortas y de alta energía. Sin embargo, son voluminosos, caros y la velocidad de adquisición de imágenes es limitada debido a su baja tasa de repetición, lo que está lastrando su introducción en el ámbito clínico. Los diodos laser de alta potencia son una alternativa prometedora para obtener imágenes optoacústicas de pequeños volúmenes, ya que son compactos, asequibles y permiten altas tasas de repetición. Sin embargo, proporcionan potencias ópticas relativamente baja en comparación con los láseres de estado sólido. Los diodos laser de alta potencia necesitan drivers (controladores) con una electrónica especializada capaces de generar pulsos de alta corriente de alta velocidad con anchuras de pulso muy reducida para ser aplicados en las técnicas optoacústicas. El objetivo de esta tesis es incrementar las potencias y energías obtenidas con diodos laser de alta potencia para mejorar sus prestaciones como fuentes de generación optoacústica. Se han diseñado e implementado varios drivers de corriente basados en MOSFETs de radiofrecuencia y FETs de nitruro de galio, optimizados para generar pulsos de cientos de amperios con anchuras inferiores a 50ns. Por primera se ha estudiado varios diodos laser de alta potencia comerciales fuera de las especificaciones máxima de potencia óptica de pico mediante la inyección de corrientes muy superiores a las máximas permitidas (técnica de la sobrecorriente), pero empleando pulsos cortos que permiten que el diodo laser no experimente daños, alcanzando potencias de pico un 408% superiores a la potencia máxima nominal. Con el funcionamiento de los diodos laser de alta potencia en el régimen de sobrecorriente mejoramos la resolución y contraste de las imágenes optoacústicas en comparación de su utilización en el régimen de funcionamiento nominal. También se generaron imagen optoacústicas con un stacks de diodos laser y un driver personalizado, realizando una comparativa con las imágenes obtenidas por un láser de estado sólido. Se han generados por primera vez ultrasonidos con gran ancho de banda empleando diodos laser de alta potencia y compuesto basados en carbono, construyendo un transductor de ultrasonidos compacto y de bajo coste con capacidad de generación de imágenes ultrasónicas. Por último, se obtuvieron imágenes bimodales con sistema optoacústico y ultrasónico basado en diodos laser de alta potencia.Optical imaging techniques are widely used in medicine to obtain biomedical images through the interaction between light and tissues, allowing the acquisition of biological information from specific chromophores. On the other hand, ultrasonic imaging techniques make it possible to obtain structural information on internal parts of the body through the interaction of ultrasound with the changes in acoustic impedance that distinct types of tissues naturally present. These imaging techniques make it possible to improve the diagnosis of diseases such as cancer, detecting malignant cells in initial stages of evolution, apart from other diseases. The optoacoustic imaging technique combines the advantages of optical and ultrasonic imaging, such as the high contrast and spectroscopic detection capabilities of light and the high spatial resolution of ultrasound. Optoacoustic generation transforms short duration optical laser pulses into ultrasonic waves by means of a thermoacoustic effect. It is being used in various scenarios such as anatomical, functional, and molecular imaging. In addition to allowing the generation of ultrasound with laser. Solid-state lasers are typically the light sources used in optoacoustic imaging techniques, as they can produce high-energy, short-duration optical pulses. However, they are bulky, expensive, and the speed of image acquisition is limited due to their low repetition rate. This is hindering its introduction into the clinical field. High power diode lasers are a promising alternative for optoacoustic imaging of small volumes, as they are compact, affordable, and allow high repetition rates. However, they supply relatively low peak optical power compared to solid-state lasers. High power laser diodes require current pulse drivers with specialized high speed electronics and high current capacity to generate the light pulses. The aim of this thesis is to increase the powers and energies obtained with high power laser diodes to improve their characteristics as optoacoustic generation sources. Several current drivers based on radio frequency MOSFETs and gallium nitride FETs have been designed and implemented, optimized to generate pulses of hundreds of amperes with widths less than 50ns. For the first time, several commercial high-power laser diodes outside the maximum peak optical power specifications have been studied by injecting currents much higher than the maximum allowed (overcurrent technique) using short pulses that allow the laser diode not to experience damage, reaching peak powers 408% higher than maximum power. With the operation of high power diode lasers in the overcurrent regime, we improve the resolution and contrast of the optoacoustic images in comparison with their use in the nominal operation regime. In addition, optoacoustic images were generated with a laser diode stack and a custom driver, making a comparison with the images obtained by a solid state laser. High-bandwidth ultrasound has been generated for the first time using carbon-based composite and high-power laser diodes, building a compact and low-cost ultrasound transducer with ultrasonic imaging capability. Finally, bimodal images were obtained with an optoacoustic and ultrasonic system based on high power laser diodes.Programa de Doctorado en Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Automática por la Universidad Carlos III de MadridPresidenta: María Carmen Vázquez García.- Secretario: Ignacio Esquivias Moscardó.- Vocal: Xosé Luís Deán Be

Nuevas estrategias para la interacción y la movilidad de niños con parálisis cerebral según un modelo convergente

Premio Extraordinario de Doctorado de la UAH en 2013Esta tesis doctoral presenta la concepción, la implementación y la validación de nuevas estrategias para la interacción y la movilidad de niños con parálisis cerebral (PC) y síndromes afines, todo ello siguiendo un modelo convergente. Inicialmente, se plantea el desarrollo de un vehículo robótico para promover las aptitudes físicas y cognitivas a través de experiencias de movilidad. Pese a la versatilidad del vehículo, muchos de estos niños presentan limitaciones neuromotoras graves, que le impiden interactuar con la consola de conducción del vehículo en las diferentes modalidades. Por ello, para mejorar la accesibilidad del vehículo, no basta dotar a éste de diferentes modos de conducción y de mando, sino que de forma complementaria, se propone una nueva interfaz persona-máquina que potencie la actividad voluntaria y reduzca los efectos de los movimientos involuntarios. La motivación de este trabajo se basa en que la autonomía de locomoción es esencial para el desarrollo perceptivo, motor y social en los primeros años de vida. La revisión del estado del arte de los dispositivos de apoyo a la movilidad para personas con PC, muestra que pocos de ellos tienen como objetivo potenciar el desarrollo integral de la persona. Por otro lado, la interacción entre la máquina y el usuario con PC resulta un factor crítico. Un estudio bibliográfico de las interfaces persona-computador para usuarios con PC mostró que, aunque existen diversas soluciones, la usabilidad de las interfaces decrece drásticamente cuando existen afectaciones motoras graves, que dificultan el control voluntario. De acuerdo a estas consideraciones, se han detectado las siguientes necesidades: Mejorar la interacción del niño con su entorno físico y social a través de experiencias de movilidad como medio esencial del desarrollo integral del niño. Caracterizar las limitaciones de control causadas por las alteraciones de postura y movimiento de estos colectivos. Facilitar la interacción entre el niño y el dispositivo de apoyo a través de estrategias de filtrado del movimiento involuntario. En este contexto, las principales aportaciones científicas han sido: Propuesta de un modelo conceptual para formalizar la aplicación de las tecnologías de apoyo a personas con PC. El modelo define tres tipos de dispositivos de apoyo: general, personal y de entorno que han de interactuar de forma convergente para aproximar el dispositivo al usuario, y ambos, al entorno. Diseño y construcción de un nuevo vehículo robótico preindustrial como dispositivo de apoyo al desarrollo integral de los niños con PC. Diseño y evaluación de un algoritmo para estimación precisa y fiable de distancias a obstáculos empleando sensores ultrasónicos, para apoyar al niño en la conducción del vehículo. Desarrollo de una herramienta para la captura y el análisis del ejercicio de conducción para la objetivación del proceso terapéutico. Diseño y construcción de una nueva interfaz persona-máquina basada en tecnología inercial. Caracterización de la postura y del movimiento alterados de las personas con PC en el control del dispositivo inercial mediante el registro y el análisis de parámetros relacionados con estas alteraciones y la definición de métricas para su objetivación. Diseño y validación de una estrategia eficaz de filtrado para la reducción del efecto del movimiento involuntario en el control de la interfaz inercial. Validación funcional de la interfaz inercial como dispositivo de entrada al computador para su uso en aplicaciones diversas. Validación funcional de la interfaz inercial como dispositivo específico para la conducción del vehículo. Implementación práctica y validación del modelo conceptual de interacción convergente propuesto. Las soluciones y métodos planteados han sido validados de manera experimental con personas con PC. El criterio de selección de los participantes ha incluido a personas con graves dificultades para acceder a interfaces convencionales e incluso avanzadas. Los resultados obtenidos muestran que se han obtenido mejoras funcionales altamente positivas, que son expuestas en la memoria. El vehículo se ha mostrado como una herramienta eficaz para motivar al niño a interactuar con su entorno. La interfaz inercial ha demostrado ser un canal de interacción adecuado para estas personas, tanto para el acceso al computador como para la conducción del vehículo. Con todo, el resultado más significativo de esta tesis doctoral ha sido la creación de los dispositivos de apoyo (vehículo e interfaz) según un modelo de tecnología convergente de apoyo, con lo que se pretende aportar mayor autonomía y calidad de vida a las personas con PC

Nuevas estrategias para la interacción y la movilidad de niños con parálisis cerebral según un modelo convergente

En esta memoria de tesis doctoral se presenta la concepción, la implementación y la validación de nuevas estrategias para la interacción y la movilidad de niños parálisis cerebral (PC) y síndromes afines, todo ello siguiendo un modelo convergente. Inicialmente, se plantea el desarrollo de un vehículo robótico para promover las aptitudes físicas y cognitivas a través de experiencias de movilidad. Pese a la versatilidad del vehículo, muchos de estos niños presentan limitaciones neuromotoras graves, que le impiden interactuar con la consola de conducción del vehículo en las diferentes modalidades. Por ello, para mejorar la accesibilidad del vehículo, no basta dotar a éste de diferentes modos de conducción y de mando, sino que de forma complementaria, se propone una nueva interfaz persona-máquina que potencie la actividad voluntaria y reduzca los efectos de los movimientos involuntarios. La motivación de este trabajo se basa en que la autonomía de locomoción es esencial para el desarrollo perceptivo, motor y social en los primeros años de vida. La revisión del estado del arte de los dispositivos de apoyo a la movilidad para personas con PC, muestra que pocos de ellos tienen como objetivo potenciar el desarrollo integral de la persona. Por otro lado, la interacción entre la máquina y el usuario con PC resulta un factor crítico. Un estudio bibliográfico de las interfaces persona-computador para usuarios con PC mostró que, aunque existen diversas soluciones, la usabilidad de las interfaces decrece drásticamente cuando existen afectaciones motoras graves, que dificultan el control voluntario. De acuerdo a estas consideraciones, se han detectado las siguientes necesidades: Mejorar la interacción del niño con su entorno físico y social a través de experiencias de movilidad como medio esencial del desarrollo integral del niño. Caracterizar las limitaciones de control causadas por las alteraciones de postura y movimiento de estos colectivos. Facilitar la interacción entre el niño y el dispositivo de apoyo a través de estrategias de filtrado del movimiento involuntario. En este contexto, las principales aportaciones científicas han sido: Propuesta de un modelo conceptual para formalizar la aplicación de las tecnologías de apoyo a personas con PC. El modelo define tres tipos de dispositivos de apoyo: general, personal y de entorno que han de interactuar de forma convergente para aproximar el dispositivo al usuario, y ambos, al entorno. Diseño y construcción de un nuevo vehículo robótico preindustrial como dispositivo de apoyo al desarrollo integral de los niños con PC.Diseño y evaluación de un algoritmo para estimación precisa y fiable de distancias a obstáculos empleando sensores ultrasónicos, para apoyar al niño en la conducción del vehículo. Desarrollo de una herramienta para la captura y el análisis del ejercicio de conducción para la objetivación del proceso terapéutico. Diseño y construcción de una nueva interfaz persona-máquina basada en tecnología inercial. Caracterización de la postura y del movimiento alterados de las personas con PC en el control del dispositivo inercial mediante el registro y el análisis de parámetros relacionados con estas alteraciones y la definición de métricas para su objetivación. Diseño y validación de una estrategia eficaz de filtrado para la reducción del efecto del movimiento involuntario en el control de la interfaz inercial. Validación funcional de la interfaz inercial como dispositivo de entrada al computador para su uso en aplicaciones diversas. Validación funcional de la interfaz inercial como dispositivo específico para la conducción del vehículo. Implementación práctica y validación del modelo conceptual de interacción convergente propuesto. Las soluciones y métodos planteados han sido validados de manera experimental con personas con PC. El criterio de selección de los participantes ha incluido a personas con graves dificultades para acceder a interfaces convencionales e incluso avanzadas. El trabajo se ha realizado en el marco de los proyectos PALMIBER (IBEROEKA), ENLAZA (IMSERSO) e HYPER (CONSOLIDER-Ingenio). En todo el transcurso de esta tesis se ha trabajado con un equipo de profesionales multidisciplinar desde el estudio de las necesidades del usuario hasta la construcción y validación de los dispostivos de apoyo desarrollados. Los resultados obtenidos muestran que se han obtenido mejoras funcionales altamente positivas, que son expuestas en la memoria. El vehículo se ha mostrado como una herramienta eficaz para motivar al niño a interactuar con su entorno. La interfaz inercial ha demostrado ser un canal de interacción adecuado para estas personas, tanto para el acceso al computador como para la conducción del vehículo. Con todo, el resultado más significativo de esta tesis doctoral ha sido la creación de los dispositivos de apoyo (vehículo e interfaz) según un modelo de tecnología convergente de apoyo, con lo que se pretende aportar mayor autonomía y calidad de vida a las personas con PC.Entidades que han financiado los proyectos PALMIBER (CYTED-BEROEKA), ENLAZA (IMSERSO) e HYPER (CONSOLIDER-Ingenio 2010)Peer reviewe

Contribución al estudio de la aplicación de ultrasonidos de potencia en el secado convectivo de alimentos

Una de las principales limitaciones del secado convectivo es la baja velocidad de secado. La aplicación de ultrasonidos de potencia puede aumentar la velocidad de secado sin producir un aumento significativo de la temperatura del material, lo cual resulta especialmente interesante en el secado de materiales sensibles al calor o en procesos realizados a bajas temperaturas. El principal objetivo de este trabajo ha sido determinar el efecto de los ultrasonidos de potencia en procesos de secado convectivo estableciendo la influencia de las principales variables del proceso. El sistema de aplicación de ultrasonidos consistió en un cilindro vibrante, que constituye la cámara de secado y transfiere la energía acústica a las partículas al ser excitado por un transductor piezoeléctrico tipo sándwich (21.7 kHz). A partir de las experiencias de secado de diferentes productos agroalimentarios (zanahoria, albaricoque, caqui y piel de limón) y su modelización, se pudo establecer una influencia significativa de la aplicación de ultrasonidos tanto en la resistencia interna como en la externa a la transferencia de materia. La intensidad de los efectos provocados por los ultrasonidos dependió del valor de las diferentes variables del proceso: velocidad y temperatura del aire, tipo de material tratado, densidad de carga y potencia aplicada.García Pérez, JV. (2007). Contribución al estudio de la aplicación de ultrasonidos de potencia en el secado convectivo de alimentos [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1890Palanci

Tone burst generator for a Non-Destructive Testing system based on ultrasonic guided waves

English: This PFC provides a design of a tested and specific tone-burst generator circuit for a Non-Destructive System based on ultrasonid guided waves. This circuit includes a complementary protection circuit for the NDT system working in a pulse-echo configuration. In this paper, a brief state f art about different driving circuits employed in distinct NDE systems is presented.Castellano: El PFC proporciona un diseño electrónico específico y probado de un circuito excitador de salvas (CES) para un sistema de ensayos no destructivos (END) basado en ondas ultrasónicas guiadas. Este CES incluye un circuito complementario de protección del sistema de END durante el funcionamiento en configuración pulso-eco. En este trabajo también se presenta brevemente un estado del arte de diferentes circuitos de excitación empleados en distintos sistemas de END.Català: Aquest PFC proporciona un disseny electrònic específic i provat d'un circuit excitador de salves (CES) per a un sistema d'assajos no destructius (AND) basats en ones ultrasòniques guiades. Aquest CES inclou un circuit complementari de protecció del sistema de AND durant el funcionament en configuració pols-eco. En aquest treball també es presenten breument un estat de l'art de diferents circuits de excitació utilitzats en diferents sistemes d'AND

Posible aplicación de los materiales piezoeléctricos a las energías renovables

Lo que se presenta en este proyecto es un dispositivo capaz de aprovechar el efecto de la resonancia, para producir movimiento o deformación en un material piezoeléctrico y así transformar la energía de la resonancia, en energía de deformación y esta en energía eléctrica. Los dos principales problemas que se me plantean para el prototipo son: A) Calculo de la frecuencia característica de resonancia del material piezoeléctrico (Generador) B) Procedimientos y cálculos para conseguir una determinada frecuencia a partir de una corriente de air

Monitorización de la actividad de descargas parciales en sistemas aislantes papel-aceite mediante la detección y análisis de sus emisiones acústicas

Los sistemas aislantes papel-aceite son una parte crítica en el diseño y en el correcto funcionamiento de los transformadores de potencia. Debido a las condiciones de operación del transformador, el sistema aislante está sometido a un estrés continuo, provocando una degradación constante en el mismo hasta su fallo. Para diagnosticar con la suficiente antelación la aparición de daño en el aislante y anticipar el fallo del transformador es necesario monitorizar un fenómeno que esté asociado a la degradación del sistema aislante. En este sentido, las descargas parciales (DP) han demostrado que son un marcador fiable del envejecimiento del aislante, ya que son a su vez síntoma y causa de dicho envejecimiento. Las DP son un fenómeno físico complejo que consiste en descargas eléctricas localizadas causadas por la ruptura parcial del medio aislante bajo la influencia de la tensión del campo eléctrico local. Se manifiestan como pulsos de corriente extremadamente rápidos (duración menor que 1 μs) y de baja magnitud (menor que 10000 pC). Son además un proceso estocástico, por lo que una DP no es significativa de la presencia de un fallo en el aislante, y es necesario un acercamiento estadístico sobre un conjunto de medidas de DP. La monitorización de DP se puede realizar por procedimientos eléctricos (corrientes inducidas) y acústicos (impulsos de ultrasonidos), los cuales resultan ser complementarios. De la medida eléctrica, además de la posible identificación del tipo de descargas, se obtiene una referencia de tiempos cero para calcular el tiempo de vuelo de las señales acústicas detectadas, permitiendo con ello la localización del origen de la DP. El objetivo del presente trabajo es monitorizar DP a través de sus emisiones acústicas, utilizando como referencia de tiempos la señal eléctrica, para obtener información relacionada con el grado de envejecimiento del aislante. Para alcanzar este objetivo se han marcado cuatro hitos principales. El primero consiste en diseñar una plataforma de ensayo que permita generar y estudiar distintos tipos de descargas parciales. Con este estudio se pretende caracterizar sus señales eléctricas y las emisiones acústicas asociadas, así como conocer los efectos producidos sobre el aislante por la presencia de distintos tipos de descargas. El segundo hito está relacionado con la dificultad para detectar e identificar las emisiones acústicas de DP debido a la atenuación y a la degradación. Por ello se presentan varias técnicas de procesamiento que permiten analizar las señales acústicas y eléctricas de las DP. Posteriormente, se caracteriza la respuesta de cada técnica mediante una simulación creada específicamente para ese fin. El tercer hito es el diseño y programación de un algoritmo en Matlab® que permite la monitorización de la actividad de DP con distintos tipos de sensores. Por último, el cuarto hito consiste en aplicar el sistema de monitorización a un problema real y conocido dentro de la plataforma de ensayo y estudiar su viabilidad para utilizarlo en entornos más complejos.Paper-oil insulation systems are a critical part of the design and operation of power transformers. Due to the operating conditions of the transformer, the insulation system is subjected to a continuous stress, causing a constant degradation in it until its failure. To diagnose the existence of damage in the insulation and anticipate the failure of the transformer, it is necessary to monitor a phenomenon that is associated with the degradation of the insulation system. In this sense, partial discharges (PD) have shown that they are a reliable marker of the aging of the insulation, since they are a symptom and a cause of this aging. PD are a complex physical phenomenon consisting of a localized electric discharge caused by the partial break of the insulation medium under the influence of local electric field voltage. They appear as an extremely fast current pulse (duration below 1 μs) and low magnitude (charge below 10000 pC). They are also a stochastic process, so a PD is not significant of the presence of a failure in the insulation, and a statistical approach of a set of PD measurements is necessary. PD monitoring can be performed by electrical (induced currents) and acoustic (ultrasonic pulses) procedures, which are complementary. From the electrical measurement, besides the possibility of PD identification, a zero-time reference is obtained to calculate the flight time of the detected acoustic signals, allowing the location of the origin of the PD. The objective of the present work is to monitor PD through its acoustic emissions, using as a zero-time reference the electrical signal, to obtain information on the degree of aging of the insulation. To reach this objective four key milestones have been marked. The first one is the design of a test bench to generate and study different types of PD. From this study, it is expected to characterize its associated electrical and acoustic emissions, as well as knowing the effects produced by the presence of different types of PD in the insulation. The second milestone is related to the difficulty in detecting and identifying acoustic PD emissions due to the attenuation and the degradation. Therefore, several signal processing techniques are presented which allow the analysis of the acoustic and electrical signals of PD. Subsequently, the response of each technique is characterized, through a simulation created expressly for that purpose. The third milestone is the design and the programming of an algorithm in Matlab® that allows the monitoring of PD activity with different kind of sensors. Finally, the fourth milestone consists of applying the monitoring system to a real and known problem within the test bench and study its feasibility for use in more complex environments.Programa Oficial de Doctorado en Ingeniería Eléctrica, Electrónica y AutomáticaPresidente: Javier Sanz Feito.- Secretario: Fernando Machado Domínguez.- Vocal: Miguel A. Sánchez-Urán Gonzále