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

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)

High spatial resolution and high contrast optical speckle imaging with FASTCAM at the ORM

In this paper, we present an original observational approach, which combines, for the first time, traditional speckle imaging with image post-processing to obtain in the optical domain diffraction-limited images with high contrast (1e-5) within 0.5 to 2 arcseconds around a bright star. The post-processing step is based on wavelet filtering an has analogy with edge enhancement and high-pass filtering. Our I-band on-sky results with the 2.5-m Nordic Telescope (NOT) and the lucky imaging instrument FASTCAM show that we are able to detect L-type brown dwarf companions around a solar-type star with a contrast DI~12 at 2" and with no use of any coronographic capability, which greatly simplifies the instrumental and hardware approach. This object has been detected from the ground in J and H bands so far only with AO-assisted 8-10 m class telescopes (Gemini, Keck), although more recently detected with small-class telescopes in the K band. Discussing the advantage and disadvantage of the optical regime for the detection of faint intrinsic fluxes close to bright stars, we develop some perspectives for other fields, including the study of dense cores in globular clusters. To the best of our knowledge this is the first time that high contrast considerations are included in optical speckle imaging approach.Comment: Proceedings of SPIE conference - Ground-based and Airborne Instrumentation for Astronomy III (Conference 7735), San Diego 201

FastCam: Un instrumento de alta resolución espacial para astronomía

FastCam es un instrumento de alta resolución espacial desarrollado por la Universidad Politécnica de Cartagena y por el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC). Este instrumento está diseñado para corregir los efectos no deseados que las turbulencias atmosféricas producen en las imágenes astronómicas. FastCam ha sido probada con exito en telescopios terrestres de 2 a 4 metros de apertura obteniendo imágenes comparables a las obtenidas por el telescopio espacial Hubble.Fundación Séneca. Plan de Ciencia y Tecnología de la Región de Murcia. Código: 08801/PI/0

Laboratory and telescope demonstration of the TP3-WFS for the adaptive optics segment of AOLI

AOLI (Adaptive Optics Lucky Imager) is a state-of-art instrument that combines adaptive optics (AO) and lucky imaging (LI) with the objective of obtaining diffraction limited images in visible wavelength at mid- and big-size ground-based telescopes. The key innovation of AOLI is the development and use of the new TP3-WFS (Two Pupil Plane PositionsWavefront Sensor). The TP3-WFS, working in visible band, represents an advance over classical wavefront sensors such as the Shack-Hartmann WFS (SH-WFS) because it can theoretically use fainter natural reference stars, which would ultimately provide better sky coverages to AO instruments using this newer sensor. This paper describes the software, algorithms and procedures that enabled AOLI to become the first astronomical instrument performing real-time adaptive optics corrections in a telescope with this new type of WFS, including the first control-related results at the William Herschel Telescope (WHT)This work was supported by the Spanish Ministry of Economy under the projects AYA2011-29024, ESP2014-56869-C2-2-P, ESP2015-69020-C2-2-R and DPI2015-66458-C2-2-R, by project 15345/PI/10 from the Fundación Séneca, by the Spanish Ministry of Education under the grant FPU12/05573, by project ST/K002368/1 from the Science and Technology Facilities Council and by ERDF funds from the European Commission. The results presented in this paper are based on observations made with the William Herschel Telescope operated on the island of La Palma by the Isaac Newton Group in the Spanish Observatorio del Roque de los Muchachos of the Instituto de Astrofísica de Canarias. Special thanks go to Lara Monteagudo and Marcos Pellejero for their timely contributions

Circuitos y funciones electrónicas

El propósito de este libro es servir de guía a la asignatura Circuitos y Funciones Electrónicas, asignatura común en los Grados en Ingeniería en Sistemas de Telecomunicación y en Ingeniería Telemática de la E.T.S. de Ingeniería de Telecomunicación de la Universidad Politécnica de Cartagena. Se trata de una asignatura impartida en el segundo curso de estas titulaciones que parte de los conocimientos adquiridos por el alumno en asignaturas previas del plan de estudios correspondientes a las materias básicas y a parte de las materias comunes a la rama de telecomunicación, en particular: Álgebra, Física, Sistemas y Circuitos, y Componentes y Dispositivos Electrónicos. Esta asignatura supone el primer contacto del alumno con las funciones electrónicas básicas, tanto analógicas como digitales, y los circuitos electrónicos con los que se construyen. Se pretende que el alumno adquiera la base científica y tecnológica necesaria para el análisis y diseño de los circuitos que componen los sistemas electrónicos, y proporcionarle las competencias necesarias para permitirle resolver problemas de análisis y síntesis de sistemas electrónicos de mediana complejidad con componentes mayoritariamente integrados. La estructura de este texto sigue la de la asignatura a la que va dirigido, en la que se establecen tres bloques temáticos: funciones y circuitos electrónicos analógicos, funciones y circuitos lógicos combinacionales y funciones lógicas secuenciales. La amplitud de contenidos de esta asignatura y la estricta limitación en el número de créditos que tiene asignados en el plan de estudios han exigido a los autores de esta guía una selección cuidadosa de los contenidos y un considerable esfuerzo para aquilatar de forma muy precisa el equilibrio extensión-profundidad de los temas, que se han acompañado de un extensa colección de ejercicios resueltos para facilitar la fijación de los conceptos presentados

Prácticas de circuitos y funciones electrónicas

El objetivo de este libro es guiar al alumno en la realización de las prácticas de la asignatura Circuitos y Funciones Electrónicas, asignatura común en los Grados en Ingeniería en Sistemas de Telecomunicación y en Ingeniería Telemática de la E.T.S. de Ingeniería de Telecomunicación de la Universidad Politécnica de Cartagena. Estas prácticas son el complemento de la parte teórica y se deben realizar en el laboratorio, utilizando el material electrónico y la instrumentación disponibles. El conjunto de las prácticas se divide en dos bloques: analógica y digital. En el primer bloque se realizan cuatro prácticas. En las tres primeras el alumno montará y verificará el comportamiento de diversas funciones electrónicas analógicas y en la cuarta práctica se simularán fuentes conmutadas. En el segundo bloque, se realizan siete prácticas de funciones electrónicas digitales. Cada práctica está estructurada de manera que guíe al alumnado en la realización de la misma, indicando los montajes y medidas que debe realizar. Al final de este manual se han incluido diversos Anexos con información complementaria para la realización de las prácticas y del Informe de Prácticas que debe presentarse a la finalización de las mismas

A low mass cluster of extremely red galaxies at z=1.10 in the GOODS Southern Field

We have studied the spatial clustering of high redshift (z > 1) extremely red objects (EROs) as a function of photometric redshift in the GOODS Southern Field using public data. A remarkable overdensity of extremely red galaxies (I-Ks > 4) is found at an average photometric redshift z=1.10. Nine objects (six are EROs) within 50 arcsec of the brightest infrared galaxy in this overdensity present spectroscopic redshifts in the range 1.094 < z < 1.101 with a line-of-sight velocity dispersion of 433 km/s typical of an Abell richness class R=0 cluster. Other potential members of this cluster, designated as GCL J0332.2-2752, have been identified using photometric redshifts and the galaxy density profile studied as a function of radius. The mass of the cluster is preliminary estimated at M ~ 5-7 x 10^{13} M_{\sun}. Using available Chandra data, we limit the rest-frame X-ray luminosity of the cluster to less than L_X = 7.3 x 10^{42} erg/s (0.5-2.0 keV). This low-mass, low L_X cluster at z > 1 shows the potential of EROs to trace clusters of galaxies at high redshift.Comment: Accepted for publication in MNRAS, 18 Feb 0

Euclid: una misión espacial con participación de la UPCT

La Agencia Espacial Europea aprobó en octubre de 2011 la misión científica Euclid dentro del programa Cosmic Vision 2015-2025. El objetivo de esta misión es medir parámetros relativos a la energía y materia oscura del universo con una precisión sin precedentes. Para ello,el satélite Euclid estará equipado con un telescopiode 1.2 metros y dos instrumentos: El instrumento VIS(VisibleImager) y el instrumento NISP (Near-Infrared Spectrometer Photometer). La Universidad Politécnica de Cartagena junto con el Institutode Astrofísica de Canarias son responsables del diseño, construcción y validación de la electrónica de control del instrumento NISP.Plan Nacional de I+D+