Avances en espectroscopía Mössbauer: nuevas estrategias para experimentos de velocidad programable

La técnica Mössbauer es una herramienta fundamental para el estudio de la estructura nanoscópica de diversos materiales que representan un rol clave en el desarrollo tecnológico, especialmente el hierro y sus compuestos. La técnica de medición fue desarrollada en la década del 70, período en que se diseñó y perfeccionó el instrumental que actualmente se utiliza en la mayoría de los laboratorios. Desde entonces son pocas las modificaciones que se han realizado a la instrumentación asociada con este tipo de observación nuclear. Las técnicas Mössbauer tradicionales de aceleración constante y de velocidad constante encuentran limitaciones en alguna experiencias particulares, sobre todo en lo que se refiere al estudio de la dinámica de los materiales ante variaciones de parámetros externos, como temperatura, campo magnético, presión o grado de evolución de una transición de fase. En esta tesis se introduce una nueva técnica de medición, llamada de velocidad programable, que es una combinación de las dos técnicas mencionadas. Se realiza la especificación, diseño e implementación de la instrumentación necesaria para aplicar la nueva metodología en un laboratorio de espectroscopia nuclear tradicional. Se incluyen varios aspectos originales relacionados con la optimización de la detección de eventos resonantes y con la operación de los transductores a velocidad constante. El nuevo modo de operación presenta ventajas relevantes respecto de los anteriores, principalmente en lo que se refiere a eficiencia y tiempo de adquisición, manteniendo la exactitud y precisión de sus predecesores. Al habilitar la adquisición automática de espectros parciales de absorción, facilita la realización de experimentos que permiten estudiar la estructura de los materiales en forma dinámica. La aplicación de nuevas tecnologías al diseño del instrumental resultó en la implementación de un espectrómetro más versátil que sus antecesores, que consigue ampliar el espectro de aplicación al agregar nueva funcionalidad a los instrumentos. Resulta así un universo de nuevos experimentos realizables que permiten la medición de nuevos parámetros físicos, como así también una gran cantidad de experimentos de larga duración que pueden ser automatizados.Facultad de Ingenieri

Sistemas jerárquicos de tiempo real para adquisición de datos y control

En esta tesis se introducen, en primera instancia, los aspectos fundamentales de los sistemas de tiempo real, junto con un análisis de cómo los sistemas UNIX en general, y el Linux en particular, se insertan dentro de los sistemas de adquisición y control para experimentos. Se profundiza luego el estudio de la capacidad del Linux y sus extensiones de tiempo real en el manejo de tareas con estrictos requerimientos en sus tiempos de ejecución. Se presentan algunas mediciones efectuadas que permiten caracterizar la capacidad de respuesta de dicho sistema operativo a interrupciones externas, como así también a eventos sincronizados con el reloj interno de la PC. Se dedica además un capítulo al estudio de algunos aspectos internos del sistema operativo Linux, y especialmente a su capacidad de interactuar con el hardware a través de sus device drivers. Se presenta también una descripción de las herramientas disponibles para el desarrollo de interfaces gráficas, programas de control y conectividad a través de redes locales e Internet.Facultad de Ingenierí

Diseño y caracterización de un núcleo orientado a aplicaciones dedicadas

En este trabajo se presentan los criterios de diseño de un kernel portable para aplicaciones dedicadas o monopropósito, escrito enteramente en Pascal. El núcleo utiliza la asignación dedicada de recursos y la planificación cooperativa de hilos a fin de optimizar el desempeño en entornos multicore. Se compara su desempeño con dos sistemas operativos de propósitos generales, utilizando un algoritmo de ordenamiento paralelizable.Sección: Diseño de Soft, SO y otrosCentro de Técnicas Analógico-Digitale

Microcontroladores en tiempo real

Se presenta una estrategia para la programación de microcontroladores de propósitos generales en la implementación de sistemas de tiempo real utilizando los conceptos básicos de un sistema multitarea basado en prioridades. Esta estrategia aplicada al escribir los programas de aplicación puede proveer la solucion a diferentes casos con estrictos requerimientos en tiempo, sin utilizar software adicional ni microcontroladores sofisticados. Se analizan dos implementaciones de software de fácil programación, que permiten organizar las tareas que lleva a cabo el microcontrolador. Esta organización redunda en tiempos de respuesta predecibles, lo cual es altamente deseable en sistemas que se encuentran en contacto con el mundo real. Ambas implementaciones se basan en asociar las diferentes tareas que debe realizar el microcontrolador con interrupciones de hardware. De esta manera se utiliza el manejo de interrupciones del cual dispone el microcontrolador como parte del scheduler, resultando un kernel compacto y simple de programar.Eje: Procesamiento distribuido y paralelo. Tratamiento de señalesRed de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI

A Modular Pipelined Processor for High Resolution Gamma-Ray Spectroscopy

The design of a digital signal processor for gamma-ray applications is presented in which a single ADC input can simultaneously provide temporal and energy characterization of gamma radiation for a wide range of applications. Applying pipelining techniques, the processor is able to manage and synchronize very large volumes of streamed real-time data. Its modular user interface provides a flexible environment for experimental design. The processor can fit in a medium-sized FPGA device operating at ADC sampling frequency, providing an efficient solution for multi-channel applications. Two experiments are presented in order to characterize its temporal and energy resolution.Facultad de Ciencias Exacta

A Pulse Generator with Poisson-Exponential Distribution for Emulation of Radioactive Decay Events

We present an FPGA-synthesizable version of a pseudo-random pulse generator that can be used to emulate radioactive source activity. It is intended for debugging real-time digital pulse processing applications, beyond the capabilities of periodic generators. The proposed module delivers a discrete random sequence that follows the Poisson inter-arrival distribution. Operation is based on a barrel-shifted maximal-length linear feedback shift register, operating as uniform random number generator, followed by an implementation of the Bernoulli trial to emulate exponential inter-arrival times. Due to its simple design, it can operate at high clock frequencies, providing a minimum time between events of two FPGA clock cycles operating at full-speed. A small footprint Verilog module is proposed for embedding in digital processors. Attainable performance and required resources are calculated. Additionally, it is shown how digital output pulses can be width-modulated to generate, with minimum conditioning, the analog signals present in a spectroscopy detection chain.Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señale

A Fully-Differential DC Restoration Circuit

Modern instrumentation is moving towards fully differential conditioning circuits. They provide an elegant and efficient way to adapt differential signals, like those provided by balanced sensors, to differential-input analog-to-digital converters (ADC). For that to be possible, many well-known Single-Ended (SE) conditioning circuits must be converted to their Fully-Differential (FD) versions. This work presents a FD dc servo circuit, able to restore both common mode and differential mode dc levels to their desirable values, suited to those required by the ADC to optimize its input range. The general scheme and the design procedure to adapt the circuit to particular needs are presented. Also experimental data obtained from a FD dc restoration circuit are presented.Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señale

Microcontroladores en tiempo real

Se presenta una estrategia para la programación de microcontroladores de propósitos generales en la implementación de sistemas de tiempo real utilizando los conceptos básicos de un sistema multitarea basado en prioridades. Esta estrategia aplicada al escribir los programas de aplicación puede proveer la solucion a diferentes casos con estrictos requerimientos en tiempo, sin utilizar software adicional ni microcontroladores sofisticados. Se analizan dos implementaciones de software de fácil programación, que permiten organizar las tareas que lleva a cabo el microcontrolador. Esta organización redunda en tiempos de respuesta predecibles, lo cual es altamente deseable en sistemas que se encuentran en contacto con el mundo real. Ambas implementaciones se basan en asociar las diferentes tareas que debe realizar el microcontrolador con interrupciones de hardware. De esta manera se utiliza el manejo de interrupciones del cual dispone el microcontrolador como parte del scheduler, resultando un kernel compacto y simple de programar.Eje: Procesamiento distribuido y paralelo. Tratamiento de señalesRed de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI

Optimal configuration for programmable Mössbauer experiments

Based on channel independency of recently developed Mössbauer instrumentation an approximation to optimal configuration of experiments is presented. The analysis relies on the presumption that all the available channels of the spectrum are not equally efficient for a given experimental application. A quantification of this concept is presented and a method for different channel layout comparison is proposed. The optimization of recorded spectra is important in dynamic experiments where efficiency in data taking imposes feasibility limits as well as in static applications as a way of reducing experimental time.Facultad de Ciencias Exacta

SoC-FPGA systems for the acquisition and processing of electroencephalographic signals

Real-time acquisition and processing of electroencephalographic signals have promising applications in the implementation of brain-computer interfaces. These devices allow the user to control a device without performing motor actions, and are usually made up of a biopotential acquisition stage and a personal computer (PC). This structure is very flexible and appropriate for research, but for final users it is necessary to migrate to an embedded system, eliminating the PC from the scheme. The strict real-time processing requirements of such systems justify the choice of a system on a chip field-programmable gate arrays (SoC-FPGA) for its implementation. This article proposes a platform for the acquisition and processing of electroencephalographic signals using this type of device, which combines the parallelism and speed capabilities of an FPGA with the simplicity of a general-purpose processor on a single chip. In this scheme, the FPGA is in charge of the real-time operation, acquiring and processing the signals, while the processor solves the high-level tasks, with the interconnection between processing elements solved by buses integrated into the chip. The proposed scheme was used to implement a brain-computer interface based on steady-state visual evoked potentials, which was used to command a speller. The first tests of the system show that a selection time of 5 seconds per command can be achieved. The time delay between the user’s selection and the system response has been estimated at 343 µs.Fil: Oliva, Matias Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señales. Universidad Nacional de La Plata. Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señales; ArgentinaFil: Arias García, Pablo Andrés. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señales. Universidad Nacional de La Plata. Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señales; ArgentinaFil: Spinelli, Enrique Mario. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señales. Universidad Nacional de La Plata. Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señales; ArgentinaFil: Veiga, Alejandro Luis. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señales. Universidad Nacional de La Plata. Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señales; Argentin