Simulación y diseño de un sensor acústico piezoeléctrico para detección de partículas

Las cámaras de burbujas empleadas en los detectores para la detección de materia oscura, utilizan sensores piezoeléctricos con el fin de detectar y discriminar las señales acústicas emitidas por las burbujas, que se generan a partir de la interacción de partículas subatómicas con el fluido sobrecalentado, presente en el interior de dicha cámara. El grupo de Investigación en Acústica Aplicada a la Detección de Astropartículas de la UPV desarrolla un detector de partículas, cuyos sensores acústicos irán pegados a las paredes exteriores de la cámara, y sus resultados serán diseñados y presentados a lo largo de esta tesina. Con el objetivo de entender el comportamiento y optimizar el funcionamiento del sensor, se realizan tanto modelos analíticos y numéricos (simulados), así como pruebas experimentales para su caracterización. Los resultados de estos estudios permitirán tener un criterio de diseño para la construcción concreta de tales sensores.Bubble chambers used in detectors for detecting dark matter use piezoelectric sensors in order to detect and discriminate the acoustic signals from bubbles growth in the superheated liquid when an interaction particle occurs. Meanwhile, the Research Group in Applied Acoustics to Astroparticles Detection from UPV develops a particle detector, whose acoustic sensors shall be attached to the outer walls of the chamber, which results will be designed and presented in this dissertation. In order to optimize the operation of the sensor, both analytical and numerical models (simulated), as experimental tests for characterization of sensors design were performed. The results of these studies allows a particular design criterion for the construction of such sensorCampo Valera, MM. (2016). Simulación y diseño de un sensor acústico piezoeléctrico para detección de partículas. Universitat Politècnica de València. http://hdl.handle.net/10251/71389TFG

Técnicas acústicas no lineales para las comunicaciones submarinas

[SPA] Las comunicaciones en entornos submarinos se han convertido en un campo de investigación de gran interés en los últimos años por sus múltiples aplicaciones como, por ejemplo, monitorizar el medio marino para mantener la biodiversidad, perfilar el subfondo marino y avanzar en su conocimiento, controlar la navegación y el tránsito naval, defensa y seguridad, entre otros. Dado que la ondas acústicas presentan ciertas ventajas para su propagación en el medio marino, el desarrollo de transductores acústicos submarinos ha experimentado un aumento significativo como tecnologías de transmisión para sistemas de comunicación subacuática. Sin embargo, la propagación de las ondas en el mar tiene limitaciones, debido a la atenuación y absorción de la señal en el medio, la presencia de ruido, y especialmente, el efecto multicamino; mecanismos que pueda llegar a provocar una importante distorsión en la que se registra la señal en el receptor respecto a la que fue emitida. En aras de salvar este efecto, en esta tesis se plantean métodos de comunicación basados en el fenómeno de propagación no lineal llamado efecto paramétrico, que permite una comunicación directiva mediante el uso de transductores de alta frecuencia y alta intensidad cuyas ondas no lineales dan lugar, en su propagación, a la aparición de bajas frecuencias en el medio. Con esto, se prevén varias ventajas: comunicarse solo en la dirección deseada, y disminuir en su mayoría las múltiples reflexiones que podrían empeorar la calidad de la comunicación en aguas poco profundas. Además, en la presente tesis se aborda una forma particular de modulación basada en la concatenación de señales de banda ancha tipo sweep, en contraste con las técnicas clásicas de modulación tipo seno. Este tipo de modulación, estudiada desde el punto de vista del efecto paramétrico, permitirá un elevado grado de detección y disminución de tasas de error mejorando, aún más, las prestaciones de la comunicación. A pesar de las múltiples aplicaciones de este fenómeno en las comunicaciones acústicas, sus aplicaciones en otros ámbitos de la ingeniería no están lo suficientemente extendidas debido a que la conversión de energía del paramétrico es ineficaz. Sin embargo, en los últimos años, debido a la diversidad de nodos en las redes de (UAC1) y al aumento de la empleabilidad de equipos no tripulados (UUV2) de gran tamaño, se empiezan a abordar los problemas de suministro de energía. Por lo tanto, las comunicaciones acústicas paramétricas generan mayor interés en su estudio y aplicación, utilizándose tanto en aplicaciones de detección y en comunicaciones submarinas, como para otros propósitos y desarrollos. Esta tesis consiste en 5 capítulos. El primero, trata de los fundamentos teóricos de la acústica no lineal prestando atención a aquellos fenómenos que conciernen a la generación paramétrica y sus características, aplicando al presente problema de las comunicaciones, sentando las bases para su entendimiento y, posteriormente, utilizarlo en el desarrollo de esta tesis. En segundo lugar, se estudian las técnicas de modulación empleadas en las comunicaciones acústicas submarinas y su implementación mediante el efecto paramétrico. El tercer capítulo, aborda las técnicas de detección y procesado de señales acústicas utilizadas para analizar las señales medidas y extracción de sus características principales. En cuarto lugar, se caracteriza el campo acústico generado por el transductor submarino utilizado en los experimentos, tanto su componente lineal como no lineal (efecto paramétrico). Por último, en el quinto capítulo, se presentan los resultados obtenidos de utilizar las diferentes modulaciones estudiadas, tanto las clásicas basadas en senos como las propuestas mediante sweeps, todas ellas bajo el fenómeno de propagación no-lineal y, así, obtener su capacidad de detección y calidad de cada una de las comunicaciones estudiadas.[ENG] Communications in underwater environments have become a field of research of great interest in recent years due to its applications, such as, for example, monitoring the marine environment to maintain biodiversity, profiling the seabed and advancing its knowledge, controlling the navigation and naval traffic, defense and security, among others. Since acoustic waves have certain advantages for their propagation in the marine environment, the development of underwater acoustic transducers has experienced a significant increase as transmission technologies for underwater communication systems. However, underwater acoustic has several limitations, due to the attenuation and absorption of the signal in the medium, the presence of noise, and especially, the multipath effect; mechanisms that can cause a significant distortion in which the signal is registered in the receiver with respect to which it is emitted. In order to overcome this effect, in this work communication methods based on the phenomenon of non-linear propagation called the parametric effect are proposed, that allows directive communication by using of high-frequency and high intensity transducers whose non-linear waves give rise, in their propagation, to the occurrence of low frequencies in the middle. With this, several advantages are foreseen: communicating only in the desired direction, and mostly reducing the multiple reflections that could worsen the quality of communication in shallow waters. Furthermore, this work deals with a particular form of modulation based on the concatenation of broadband sweep signals, in contrast to the classic techniques of sine-type modulation. This type of modulation, studied from the point of view of the parametric effect, will allow a high degree of detection and a reduction in error rates, further improving communication performance.Escuela Internacional de Doctorado de la Universidad Politécnica de CartagenaUniversidad Politécnica de CartagenaPrograma de Doctorado en Tecnologías de la Información y las Comunicacione

A novel 1D-FDTD Scheme to Solve the Nonlinear Second-order Thermoviscous Hydrodynamic Model

In this paper, we present a novel and simple Yee Finite-Difference Time-Domain (FDTD) scheme to solve numerically the nonlinear second-order thermoviscous Navier–Stokes and the Continuity equations. In their original form, these equations cannot be discretized by using the Yee’s mesh, at least, easily. As it is known, the use of the Yee’s mesh is recommended because it is optimized in order to obtain higher computational performance and remains at the core of many current acoustic FDTD softwares. In order to use the Yee’s mesh, we propose to rewrite the aforementioned equations in a novel form. To achieve this, we will use the substitution corollary. This procedure is novel in the literature. Although the scheme can be extended to more than one dimension, in this paper, we will focus only on the one-dimensional solution because it can be validated with two analytical solutions to the Burgers equation: the Mendousse mono-frequency solution and the Lardner bi-frequency solution. Numerical solutions are excellently consistent with the analytical solution, which demonstrates the effectiveness of our formulation.This work was partially supported by the “Research Programme for Groups of Scientific Excellence at Region of Murcia” of the Seneca Foundation (Agency for Science and Technology of the Region of Murcia, Spain - 19895/GERM/15). María Campo-Valera is grateful for postdoctoral program Margarita Salas - Spanish Ministry of Universities (financed by European Union - NextGenerationEU)

Characterization of a piezoelectric acoustic sensor fabricated for low-frequency applications: a comparative study of three methods

Piezoelectric transducers are widely used for generating acoustic energy, and choosing the right radiating element is crucial for efficient energy conversion. In recent decades, numerous studies have been conducted to characterize ceramics based on their elastic, dielectric, and electromechanical properties, which have improved our understanding of their vibrational behavior and aided in the manufacturing of piezoelectric transducers for ultrasonic applications. However, most of these studies have focused on the characterization of ceramics and transducers using electrical impedance to obtain resonance and anti-resonance frequencies. Few studies have explored other important quantities such as acoustic sensitivity using the direct comparison method. In this work, we present a comprehensive study that covers the design, manufacturing, and experimental validation of a small-sized, easy-to-assemble piezoelectric acoustic sensor for low-frequency applications, using a soft ceramic PIC255 from PI Ceramic with a diameter of 10 mm and a thickness of 5 mm. We present two methods, analytical and numerical, for sensor design, followed by experimental validation, allowing for a direct comparison of measurements with simulated results. This work provides a useful evaluation and characterization tool for future applications of ultrasonic measurement systems.This workwas supported by the grants PID2020-116329GB-C22 and TED2021-129336B-I00 funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033 and by the European Union NextGenerationEU/PRTR. This work is also a result of an internship funded by the Autonomous Community of the Región of Murcia through the Fundación Séneca—Agencia de Ciencia y Tecnología de la Región de Murcia (Seneca Foundation—Agency for Science and Technology in the Region of Murcia) and the European Union’s NextGenerationEU program

Técnica de modulación obtenida a partir del efecto paramétrico: Aplicación a sistemas acústicos submarinos de comunicaciones

[SPA] Desde hace años, en el campo de la acústica submarina, se ha desarrollado una línea de investigación con especial relevancia para aplicaciones de vigilancia ambientaly seguridad marítima que explora las posibilidades de los fenómenos no lineales de propagación del sonido, especialmente el referido al efecto paramétrico. Este artículo muestra los resultados de utilizar una nueva técnica de modulación basada en señales de barrido senoidal. Para esta modulación se presenta una cadena de información de 16 bits, con una frecuencia portadora de 200 kHz y mediante la aplicación del método de la correlación cruzada, se evalúan las limitaciones y mejoras de esta técnica de procesamiento. Esto permite alcanzar mejoras en la discriminación de los bits. Finalmente, se realiza una simulación de la influencia de la propagación en una señal acústica para un dispositivo acústico convencional y paramétrico.[ENG] For years, in the field of underwater acoustics, a line of research with special relevance for applications of environmental monitoring and maritime security has been developed that explores the possibilities of non-linear phenomena of sound propagation, especially the referring to the so-called parametric effect or self-modulation. This work shows the results of using a new modulation technique based on sine-sweep signals. For this modulation, a 16-bit strings of information is presented with 200 kHz carrier frequency and, by applying the cross-correlation method, the limitations and improvements of this processing technique are evaluated. This allows to achieve improvements in the discrimination of the bits used in underwater parametric acoustic communications. Finally, a simulation of the influence of propagation on an acoustic signal is performed for a conventional and a parametric acoustic device

Simulación y diseño de un sensor acústico piezoeléctrico para detección de partículas

[EN] Bubble chambers used in detectors for detecting dark matter use piezoelectric sensors in order to detect and discriminate the acoustic signals from bubbles growth in the superheated liquid when a particle interaction occurs. The Research Group in Applied Acoustics to Astroparticles Detection from UPV developed a particle detector, whose acoustic sensors are attached to the outer walls of the chamber. In order to optimize the operation of the sensor, both analytical and numerical models are developed, as well as experimental tests for characterization of sensors design were performed. The results of these studies allows a particular design criterion for the construction of such sensor for future dark matter bubble chamber detectors.[ES] Las cámaras de burbujas empleadas en los detectores para la detección de materia oscura, utilizan sensores piezoeléctricos para detectar y discriminar las señales acústicas emitidas por las burbujas que se generan a partir de la interacción de partículas con el fluido sobrecalentado presente en el interior de dicha cámara. El grupo de Investigación en Acústica Aplicada a la Detección de Astropartículas de la UPV ha desarrollado un modelo de detector de partículas, cuyos sensores acústicos se encuentran pegados en las paredes exteriores de la cámara. Con el objetivo de entender el comportamiento y optimizar el funcionamiento del sensor, se desarrollan modelos analíticos y numéricos, así como pruebas experimentales para su caracterización. Los resultados de estos estudios permiten tener un criterio de diseño para la adecuada construcción de tales sensores en futuras cá- maras de burbujas para la detección de materia oscuraCampo-Valera, MM.; Ardid Ramírez, M.; Felis-Enguix, I.; Martínez Mora, JA. (2018). Simulación y diseño de un sensor acústico piezoeléctrico para detección de partículas. Revista de Acústica. 49(1-2):11-18. http://hdl.handle.net/10251/102342S1118491-

Underwater Communication Using Acoustic Parametric Arrays

[EN] This paper presents a study of different types of parametric signals with application to submarine acoustic telecommunications. In all of them, the carrier frequency is 200 kHz, which corresponds to that resonation of the transducer under study, while they differ by the different modulations they present. In this sense, we study modulations with sweeps (4 to 40 kHz), in which represent binary codes (zeros and ones), getting closer to the application in acoustic telecommunications. The different properties of the transmitting signals in terms of communication speed, directivity, efficiency and power needed are discussed as well.We acknowledge the financial support of Plan Estatal de Investigación, ref. FPA2015-65150-C3-2-P (MINECO/FEDER), and of the Generalitat Valenciana, Grant PrometeoII/2014/079.Ardid Ramírez, M.; Campo-Valera, MM.; Tortosa, DD.; Felis-Enguix, I.; Llorens Alvarez, CD.; Martínez Mora, JA. (2018). Underwater Communication Using Acoustic Parametric Arrays. Proceedings. 2(139):1-7. https://doi.org/10.3390/ecsa-4-04907S17213

Guía de Terapéutica Antimicrobiana del Área Aljarafe, 3ª edición

Coordinadora: Rocío Fernández Urrusuno. Co-coordinadora: Carmen Serrano Martino.YesEstas guías son un recurso indispensable en los Programas de Optimización de Antibióticos (PROA). No sólo constituyen una herramienta de ayuda para la toma de decisiones en los principales síndromes infecciosos, proporcionando recomendaciones para el abordaje empírico de dichos procesos, sino que son el patrón/estándar de referencia que permitirá determinar la calidad o adecuación de los tratamientos realizados. Las guías pueden ser utilizadas, además, como herramienta de base para la formación y actualización en antibioterapia, ya que permiten mantener actualizados los conocimientos sobre las nuevas evidencias en el abordaje de las infecciones. Por último, deberían incorporar herramientas que faciliten el proceso de toma de decisiones compartidas con el paciente. El objetivo de esta guía es proporcionar recomendaciones para el abordaje de las enfermedades infecciosas más prevalentes en la comunidad, basadas en las últimas evidencias disponibles y los datos de resistencias de los principales patógenos que contribuyan a mejorar la calidad de la prescripción de antimicrobianos