INANOE Repositorio (Inst- Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica
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Multimodal information fusion for deception detection in videos
No full textDeception (the action of deliberately causing someone to believe something that is not true) can have many different repercussions and it is inherent to our daily life. However, detecting lies is inherently complex for humans despite our continuous contact with them. Due to this, not only there is uncertainty on which features could or should be used as cues for (automatic) deception detection, but also labeled data is scarce. In this thesis, we explore features that can be automatically extracted from videos for affective computing and study their performance for the specific task of deception detection in videos. Additionally, we present a study on different multimodal fusion methods meant to improve the individual performance of the different feature sets extracted, including a novel set of methods based on boosting. For this study, high-level features are extracted using open automatic tools on the visual, acoustical and textual modalities, respectively. Experiments are conducted using a real-life trial dataset as well as a novel Mexican deception detection dataset using Spanish as the spoken language. Summarizing, in this thesis we study high-level features and perform a multimodal complementarity analysis between them to support the idea that multimodal fusion is a good approach for deception detection; with such evidence, we present one of the first works focused on multimodal deception detection methods further than early concatenation of features, including the first study (to the best of our knowledge) on automatic deception detection in clips from Mexican subjects speaking Spanish.El engaño (la acción de causar deliberadamente que alguien crea algo que no es cierto) puede tener varias diferentes repercusiones y es parte inherente de nuestra vida diaria. Sin embargo, detectar mentiras es inherentemente complejo para los humanos a pesar de nuestro continuo contacto con ellas. Debido a esto, no sólo hay incertidumbre en cuáles atributos podrían o deberían ser usados como pistas para detección (automática) de engaño, sino que también los datos etiquetados son escasos. En esta tesis, exploramos atributos que pueden ser automáticamente extraídos de videos para cómputo afectivo y estudiamos su desempeño para la tarea específica de detección de engaño en videos. Además, presentamos un estudio de diferentes métodos de fusión multimodal destinados a mejorar el desempeño individual de los diferentes conjuntos de atributos extraídos, incluyendo un nuevo conjunto de métodos basados en boosting. Para este estudio, atributos de alto nivel son extraídos usando herramientas automáticas de uso libre en las modalidades visual, acústica y textual, respectivamente. Los experimentos se llevan a cabo usando una base de datos de juicios de la vida real así como una nueva base de datos mexicana para detección de engaño usando el español como la lengua hablada. Resumiendo, en esta tesis estudiamos atributos de alto nivel y realizamos un análisis de complementariedad multimodal entre ellos para apoyar la idea de que la fusión multimodal es un buen acercamiento para la detección de engaño; con dicha evidencia, presentamos uno de los primeros trabajos enfocados en detección de engaño multimodal más allá de una concatenación temprana de atributos, incluyendo el primer estudio (hasta donde sabemos) en detección automática de engaño en videoclips de sujetos mexicanos hablando español
Modeling energy distribution of cool dwarfs in the optical and near-infrared
No full textM dwarf stars are the dominant stellar component of the Galaxy, and therefore they contain fundamental information about galactic structure and evolution. Furthermore, Mdwarfs were recognized as promising targets for the detection of potentially habitable planets. We present the homogeneous analysis of a sample of Southern early-type M dwarfs in the Solar neighborhood (d<60pc), in an attempt to determine the physical properties of the stars, as well as to constrain and to improve the methods that are used for this purpose. In order to create a complete sample of known, brightMdwarfs, we have merged the recent datasets of low-mass stars and obtained a list of about 13,000 objects. For the objects from our sample we collected the available high-resolution La Silla/HARPS spectra, and mid-resolution VLT/X-shooter optical spectra using the ESO Science Archive Facility. The stars form two subsamples: the ones having HARPS spectra (HARPS sample; N=420), and the ones having X-shooter spectra (X-shooter sample, N=153). We also gathered the observed broadband photometric data in the optical and nearinfrared. For 295 stars from the HARPS sample and 61 stars from the X-shooter sample we obtained the effective temperature (Teff ) and metallicity ([Fe/H]) by comparing observed and theoretical broad-band photometry in optical and near-infrared. We also performed the estimation of metallicity based on the J - K empirical calibration. We applied the MCAL technique, based on the empirical calibration of pseudo equivalent widths (pEW), to derive the effective temperature T eff, metallicity [Fe/H] and activity index ia(Hα) of 420 M stars using HARPS spectra. We found systematic underestimation of our MCAL temperatures of 110 - 160 K in comparison with the literature. We concluded that the MCAL temperatures should be used only in combination with other methods, because of its sensitivity to multiple factors (signal-to-noise ratio of spectra, stellar activity and limits of applicability of the method). Nevertheless, the MCAL metallicities are in good consistency with the literature with standard deviations around 0.1 dex. The effective temperature Teff, surface gravity log g, metallicity [Fe/H] and projected rotational velocity Vrotsini of 153 M0-M6 dwarfs were determined by fitting the observed intermediate-resolution spectra from the VIS arm of VLT/X-shooter with a grid of BT-Settl stellar atmosphere models.Las estrellas enanas de tipo M son el componente estelar dominante de la galaxia, y por lo tanto contienen información fundamental acerca de la estructura y evolución galáctica. Además, la enanas M han sido identificadas como objetivos prometedores para la detección de planetas potencialmente habitables. En este trabajo se presenta un análisis homogéneo de una muestra de estrellas enanas tempranas de tipo M, del hemisferio sur, en el vecindario local (d < 60 pc), en un intento por determinar las propiedades física de estas estrellas, así como de restringir y mejorar los métodos que se utilizan con este propósito. Para construir una muestra completa de estrellas enanas M conocidas y brillantes, se han unido los conjuntos de datos recientes de estrellas de baja masa, obteniendo una lista de alrededor de 13,000 objetos. Para los objetos de esta muestra, se han conseguido los espectros ópticos disponibles de alta resolución de La Silla/HARPS y de resolución intermedia del VLT/X-shooter, utilizando el Science Archive Facility de la ESO. Estas estrellas forman dos submuestras: las que tienen espectros HARPS (muestra HARPS; N = 420) y las que tienen espectros X-shooter (muestra X-shooter, N = 153). También se han conseguido los datos fotométricos de banda ancha observados en el óptico e infrarrojo cercano. Para 295 estrellas de la muestra HARPS y 61 de la muestra X-shooter se han obtenido su temperatura efectiva (Teff) y metalicidad ([Fe/H]) comparando la fotometría de banda ancha observada con la teórica, en el óptico e infrarrojo cercano. También se realizó la estimación de la metalicidad con base en la calibración empírica J - K. Se aplicó la técnica MCAL, basada en la calibración empírica de pseudo anchos equivalentes (pEW), para derivar la temperatura efectiva Teff, metalicidad [Fe/H] e índice de actividad ia(Hα) de 420 estrellas del tipo M utilizando los espectros HARPS. Se encontró una subestimación sistemática, de las temperaturas derivadas por la técnica MCAL, de entre 110 y 160 K, en comparación con la literatura. Se concluye que lastemperaturas derivadas por la técnica MCAL se deben utilizar solamente en combinación con otros métodos, debido a su sensibilidad a múltiples factores (señal a ruido del espectro, actividad estelar y límites de aplicabilidad del método). Sin embargo, las metalicidades derivadas por la técnica MCAL son consistentes con la literatura con una desviación estándar de alrededor de 0.1 dex
Generación de chorros líquidos mediante el enfocamiento de ondas acústicas
Get PDFThe thesis presents the study of the propagation of an acoustic wave inside an elliptical cavity to achieve high speed jets, which are intended to be used in needleless injection devices. The device that was used is based on the focusing of waves with the aim of concentrating the greatest pressure at the exit of this. This work is based on the phenomenon of thermocavitation which can be explained as the creation, growth and collapse of a vapor bubble inside a liquid from the absorption of a laser light source. When the bubble collapses, it emits a high intensity pressure wave that travels through a vessel, which when it reaches the liquid-air interface generates a jet. Studies using the COMSOL Multiphysics® software show that the use of a cone at the exit of the device increases the pressure at the exit of the device, as well as reducing the size of the cavity and decreasing the diameter of the nozzle; In addition, the attribution of the material with which the device is manufactured. The use of this software also allows us to get an idea of the speed that the liquid jet can reach, also of the influence that the channel has on it. The results obtained when manufacturing the device are encouraging, because speeds of 30 m / s and jet lengths of approximately 7 cm were obtained with a large device, since due to manufacturing problems the optimal cavity could not be had, which is intended to be done in the future and with this make tests on skin substitutes.En la tesis se presenta el estudio de la propagación de una onda acústica dentro de una cavidad elíptica para conseguir chorros de alta velocidad, los cuales se pretenden usar en dispositivos de inyecciones sin aguja. El dispositivo que se utilizó se basa en el enfocamiento de ondas con el objetivo de concentrar la mayor presión a la salida de este. Este trabajo se basa en el fenómeno de termocavitación el cual se puede explicar como la creación, crecimiento y colapso de una burbuja de vapor dentro de un líquido a partir de la absorción de una fuente de luz láser. Al colapsar la burbuja emite una onda de presión de alta intensidad que viaja a través de un recipiente, la cual al llegar a la interfaz líquido-aire genera un chorro. Los estudios mediante el uso del software COMSOL Multiphysics® muestran que el uso de un cono a la salida del dispositivo aumenta la presión a la salida de este, así como la reducción del tamaño de la cavidad y el disminuir el diámetro de la boquilla; además, de la atribución que tiene el material con que se fabrique el dispositivo. El uso de este software también nos permite darnos una idea de la velocidad que puede llegar a alcanzar el chorro líquido, también de la influencia que tiene el canal sobre este. Los resultados obtenidos al fabricar el dispositivo son alentadores, porque se obtuvieron velocidades de 30 m/s y longitudes del chorro de aproximadamente 7 cm con un dispositivo grande, ya que por problemas de fabricación no se pudo tener la cavidad optima, la cual se pretende hacer en un futuro y con esta hacer pruebas en sustitutos de piel
Estudio fotométrico y espectroscópico de los alrededores de la galaxia TXS 0506+056 con el Gran Telescopio Canarias
Get PDFEl ambiente de diferentes clases de AGN ha sido analizado mediante fotometría, algunos estudios fueron orientados a blazares pero hay muy pocos con el uso de espectroscopia. La importancia de examinar los alrededores de núcleos activos es que la intensa actividad nuclear observada esta asociada a la presencia de galaxias compañeras cercanas. En el caso de BL Lacs, un porcentaje de ~67% son miembros de grupos de galaxias. El desarrollo de instrumentos con capacidad de realizar espectroscopia sobre decenas de fuentes simultáneamente, permite optimizar la observación del ambiente alrededor de blazares. Este tipo de AGN, domina en observaciones en el rango de fotones de muy altas energías, como lo han demostrado los telescopios Fermi y Cherenkov atmosféricos. Con la detección de un neutrino ultra-energético con su origen asociado a la fuente TXS 0506+056, los blazares se posicionan como los aceleradores de partículas que producen los más energéticos rayos cósmicos y neutrinos. En este trabajo se presenta el estudio del ambiente alrededor del BL Lac TXS 0506+056 con observaciones fotométricas y de espectroscopia multi-objeto con el
Gran Telescopio Canarias. Para ello, primero se analizó la fotometría en las bandas u, g, r, i y z permitiendo seleccionar a fuentes clasificadas como galaxias en el campo de visión del instrumento OSIRIS. Se estimaron los corrimientos al rojo fotométricos zfot de las fuentes mencionadas, empleando la aplicación de aprendizaje automático Photoraptor. La distribución de los valores zfot presenta una sobredensidad alrededor del zespec=0.3365 de TXS 0506+056, sugiriendo que hay un grupo, del cual este BL Lac es un miembro. Se observaron 28 fuentes con MOS-OSIRIS, de las cuales se obtuvo el corrimiento al rojo espectroscópico zespec a 18 de ellas. La fuente de la rendija MOS-7 tiene la menor diferencia respecto al zespec de TXS 0506+056, con una velocidad radial de ~3400 km s⁻¹ con referencia a este blazar. Algunos cúmulos presentan galaxias con velocidades radiales de ~3000 km s⁻¹ o superiores y dispersión de velocidades σᵤ≳1000 km s⁻¹. Con la espectroscopia realizada, no es posible confirmar la existencia de un grupo o de galaxias compañeras cercanas como lo sugieren los resultados de corrimiento al rojo fotométrico. Por este motivo, es necesario ampliar la muestra de objetos con espectroscopia alrededor de TXS 0506+056
Semitransparent organic solar cells: from theoretical design to real-conditions measurements
Get PDFIn the past few years, organic photovoltaics (OPV) have been intensively researched due to their high clean energy potential, offering Borne attractive traits in comparison to crystalline silicon such as low-cost solution processing, inherent semitransparency, tuneability of optoelectronic properties an.d short energy payback time. These unique properties make OPV a promising candidate for building-integrated PV applications such as energy-harvesting windows and facades. When desigrling a semitransparent organic solar cell (ST-OSC), a delicate balance must bc achieved bctwccn thc power convergían cfficiency (PCE), thc average visible transparency (AVT) and the long-term stability under operation conditions. However, it remains a difficult challenge trying to satisfy all three parameters without compromising one another. In arder to increase the A VT beyond 50%, a mínimum requirement for window PV applications, the organic active layer (AL) must be thin enough while generating the maximum photocurrent possible. In this sense, the use of novel wavelength-selective organics that preferentially absorb in the ultraviolet and near-infrared (NIR) but not in the visible wavelengths, has permitted a great advance in both the PCE and AVT of ST devices. Likewise, highly transparent electro des (either conductive oxides or ultra-thin metal films) should also be implemented without causing resistance losses to the device. By considering all of the above factors, ST -OSC devices were designed in thi& thesis work with the aim to obtain an A VT≥50% and the highest PCE possible.En los últimos años, la energía fotovoltaica orgánica (OPV) ha sido intenso tema de investigación debido a su alto potencial en la generación de energía limpia, ofreciendo algunos rasgos atractivos en comparación con el silicio cristalino como el procesamiento en solución de bajo costo, la semitransparencia inherente, la capacidad de ajuste de las propiedades opto electrónicas y el tiempo corto de retribución. Estas propiedades únicas hacen de la OPV un candidato prometedor para aplicaciones fotovoltaicas en edificios, como ventanas y fachadas de captación de energía. Al diseñar una celda solar orgánica semitransparente (ST-OSC), debe lograrse un equilibrio delicado entre la eficiencia de conversión de energía (PCE), la transparencia visible promedio (AVT) y la estabilidad a largo plazo en condiciones de operación. Sin embargo, sigue siendo un reto difícil tratar de satisfacer los tres parámetros sin comprometer alguno de estos. Para aumentar la AVT más allá del 50 %, el cual es un requisito mínimo para aplicaciones en ventanas fotovoltaicas, la capa activa orgánica debe ser lo suficientemente delgada corno para generar la máxima foto corriente posible
Visualización de vasos sanguíneos en imágenes de contraste basado en la descomposición de la transformada wavelet discreta.
Get PDFThe visualization of blood vessels is a fundamental task in the assessment of the state and health of biological tissues. Besides, blood vessel visualization is related to changes in the relative velocity of blood ow and has been used for diagnostic purposes in biomedical applications. The visualization of blood vessels in speckle images has been approached from different approaches, with contrast representation being the most used to visualize blood vessels. However, the contrast representation has certain limitations due to the noise that increases with the depth of the blood vessel. The proposed model improves the visualization of blood vessels in-vitro in contrast images based on the decomposition of Transformed Wavelet Discrete as a noise reduction method. The main reason for using a noise reduction approach based on the information of the approximation and detail coefficients during the decomposition of the Discrete Wavelet Transform is the need for a model that allows high and low-frequency noise to be selectively separated in the region corresponding to the blood vessels. First, the contrast images are processed with the Discrete Wavelet Transform and a noise-based criterion, obtaining a low-frequency contrast image. The low-frequency contrast images are then processed using a morphological approach to obtain the region corresponding to the blood vessels. Finally, the contrast is recalculated using a low-frequency contrast map to improve the visualization of the blood vessels. A set of 112 contrast images in-vitro was used to evaluate the model's performance. The set contains straight and bifurcated blood vessels labeled and distributed in eight depth levels up to 1000μm. The proposed model improves the visualization of superficial blood vessels (up to 500μm depth), and allows the blood vessel region to be located with an average value of 55;43 ± 6;6% compared to the reference labels on the input set.La visualización de vasos sanguíneos es una tarea fundamental en la valoración del estado y salud de los tejidos biológicos. Además, la visualización de vasos sanguíneos está relacionada a los cambios de velocidad relativa del ujo sanguíneo y ha sido utilizada para diagnóstico en aplicaciones biomédicas. La visualización de vasos sanguíneos en imágenes de speckle ha sido abordada desde diferentes enfoques, siendo la representación de contraste la más utilizada para visualizar vasos sanguíneos. Sin embargo, la representación de contraste tiene ciertaslimitaciones debido al ruido que aumenta con la profundidad del vaso sanguíneo. El modelo propuesto mejora la visualización de vasos sanguíneos in-vitro en imágenes de contraste basado en la descomposición de Transformada Wavelet Discreta como un método de reducción de ruido. El principal motivo de utilizar un enfoque de reducción de ruido basado en la información de los coeficientes de aproximación y detalle durante la descomposición de la Transformada Wavelet Discreta es la necesidad de un modelo que permita separar el ruido de alta y baja frecuencia de forma selectiva en la región correspondiente a los vasos sanguíneos. En primer lugar, las imágenes de contraste son procesadas con la Transformada Wavelet Discreta y un criterio basado en ruido, obteniendo una imagen de contraste baja frecuencia. Luego, las imágenes de contraste de baja frecuencia son procesadas mediante un enfoque morfológico para obtener la región correspondiente a los vasos sanguíneos. Finalmente, el contraste es recalculado utilizando un mapa de contraste de baja frecuencia mejorando la visualización de los vasos sanguíneos. Para evaluar el desempeño del modelo fue usado un conjunto de 112 imágenes de contraste in-vitro. El conjunto contiene vasos sanguíneos rectos y bifurcados etiquetados y distribuidos en ocho niveles de profundidad hasta 1000μm. El modelo propuesto mejora la visualización de vasos sanguíneos in-vitro super ficiales (hasta 500μm de profundidad), y permite localizar la región del vaso sanguíneo con un valor medio de 55;43± 6;6% comparado con las etiquetas de referencia del conjunto de entrada
Estudio de procesos térmicos rápidos para la fabricación y optimización de celdas solares de c-Si
Get PDFThe electrical energy that is generated from the conversion of solar energy, is one of the main alternate sources of energy, because it is a clean source that can replace the use of fossil fuels. It is thanks to the photovoltaic effect that devices such as solar cells can capture sunlight and generate a photocurrent from it, the above is why the study of solar cells is a subject of great potential.
The present work focuses on the development of solar cell manufacturing processes implementing the use of an RTP system (Rapid Thermal Processing). The RTP system was used for two purposes, the first was a solar cell manufacturing process in which the use of standard ovens was substituted by a RTP system and gaseous doping sources were substituted by Spin on Dopant (SOD). The cells manufactured in this process have an emitter formed with a n-type SOD (P509) and a BSF formed with a p-type SOD (B150), both surfaces of the substrate are texturized and have a Anti-reflective film of silicon oxide deposited by CVD and metallic contacts made of aluminum. Conditions under which 12% efficiencies were obtained.
As a second part, the fill factor of solar cells of 1cm² of area was increased, this with the addition of a BSF (Back Surface Field). The BSF was formed from the diffusion of aluminum with a rapid thermal treatment. Those cells were constituted by a substrate of crystalline silicon with textured surfaces, an emitter formed by phosphine (PH₃), antireflective film of silicon oxide (SiO₂) or silicon carbide (a-siC: H) and a BSF formed by diffusion of aluminum. As a result of this process, efficiencies larger than 16% were achieved with a fill factor of 78%.La energía eléctrica que se genera a partir de la conversión de energía solar, es una de las principales fuentes alternas de energía, debido a que es una fuente limpia que sustituye el uso de los combustibles fósiles. Es gracias al efecto fotovoltaico que dispositivos como las celdas solares pueden captar la luz solar y generar una fotocorriente a partir de esta, razón por la cual el estudio de las celdas solares es un tema de gran potencial.
El presente trabajo se centra en el desarrollo de procesos de fabricación de celdas solares implementando el uso de un sistema RTP (Rapid Thermal Processing). El sistema RTP se empleó para dos propósitos, el primero fue realizar un proceso de fabricación de celdas solares en el que se sustituyó el uso de hornos convencionales por el sistema RTP y las fuentes dopantes gaseosas por Spin on Dopant (SOD). Las celdas fabricadas en este proceso tienen un emisor formado a partir de SOD tipo n (P509) y un BSF formado por SOD tipo p (B150), ambas superficies del sustrato se encuentran texturizadas y cuenta con una película antirreflejante de óxido de silicio depositado por CVD y contactos metálicos hechos de aluminio. Condiciones bajo las cuales se obtuvieron eficiencias del 12%.
Como segunda parte, se incrementó del factor de llenado de celdas solares de 1cm² de área, esto con la adición de un BSF (Back Surface Field). Dichas celdas están constituidas por un sustrato de silicio cristalino con superficies texturizadas, un emisor formado por difusión de fosfina (PH₃), película antirreflejante de óxido de silicio (SiO₂) o carburo de silicio (a-SiC:H) y un BSF formado por la difusión de aluminio. Como resultado de este proceso se lograron eficiencias mayores al 16% con un factor de llenado de 78%
Análisis de contraste y modelado de frente de onda orientados a la visualización de vasos sanguíneos profundos
Get PDFEn este trabajo se presenta el enfoque teórico y experimental de tres métodos de análisis de imágenes empleando imágenes de speckle generado por la iluminación de luz coherente sobre un medio altamente esparcidor. Los métodos de análisis de imágenes analizados son: el modelo de contraste espacial y temporal de LSCI que considera la influencia de esparcidores estáticos contenidos en un medio esparcidor (maniquíes de piel y diente), el modelado de frente de onda aplicado a la propagación de luz estructurada a través de un medio altamente esparcidor y el modelo de contraste espacial aplicado a LSCI empleando un análisis de correlaciones entre pixeles vecinos. En el caso de los dos primeros modelos se presenta la implementación experimental de cada uno de ellos, en el caso del último modelo únicamente se presenta su análisis teórico. Además, utilizando el modelo de contraste teórico que emplea correlaciones entre pixeles vecinos se presenta una nueva técnica para la medición del tamaño de la mota de speckle. Esta técnica parece ser una solución a los problemas de resolución y medición local de tamaños de mota muy pequeños (incluso más pequeños que un pixel) y tamaños al rededor del tamaño del pixel
Diseño de una extensión óptica para oximetría para la sala de resonancia magnética nuclear
No full textOne of the most powerful methods for diagnosis, at present, is nuclear magnetic resonance (NMR), which produces images of various tissues and organs. This is called magnetic resonance imaging (MRI). In many hospitals in Mexico and the world, these types of studies are increasingly used. However, due to their conditions, patients often have to be sedated and even anesthetized, with the consequent risk that this implies. For this procedure, a specialist must be present, who in addition to administering the sedative or anesthesia, monitors the patient's response in real time. The most commonly used method to monitor them is oximetry, that is, the measurement of oxygen saturation in the blood (relative concentration of oxyhemoglobin (O₂Hb)). If there is any problem, the low concentration of the levels considered normal (a condition called hypoxia). The device used to measure the concentration of oxyhemoglobin in blood is called an oximeter. At present there is a great facility to get cheap and good quality oximeters, even existing prototypes for platforms such as Arduino. Current oximeters are placed on a finger (although it can also be placed on a toe or earlobe), with the input signal on one side (for example, on the nail) and the output on the other side. the other (in the yolk). The oximeter consists of an optical part, where two wavelengths are used to distinguish the absorption in the oxygenated blood from the non-oxygenated blood, and an electronic part, which is the set of elements used to process the optical input and output signals and calculate the oxyhemoglobin concentration. The oximeter consists of an optical part, where two wavelengths are used to distinguish the absorption in the oxygenated blood from the non-oxygenated blood, and an electronic part, which is the set of elements used to process the optical input and output signals and calculate the oxyhemoglobin concentration.Uno de los métodos más poderosos para el diagnóstico, en la actualidad, es la resonancia magnética nuclear (RMN), con la que se producen imágenes de diversos tejidos y órganos. A esto se le conoce como imagenología de resonancia magnética (IRM). En muchos hospitales de México y el mundo, se utilizan cada vez más este tipo de estudios. Sin embargo, por sus condiciones, los pacientes tienen que ser en muchas ocasiones sedados e incluso anestesiados, con el consiguiente riesgo que esto implica. Para este procedimiento tiene que estar presente un especialista, que además de administrar el sedante o la anestesia, monitorea la respuesta del paciente en tiempo real. El método más usado para vigilarlos es la oximetría, es decir, la medición de la saturación de oxígeno en la sangre (concentración relativa de oxihemoglobina (O₂Hb)). Si hay algún problema, la concentración baja de los niveles considerados normales (una condición llamada hipoxia). El dispositivo usado para medir la concentración de oxihemoglobina en sangre se llama oxímetro. En la actualidad hay una gran facilidad para conseguir oxímetros económicos y de buena calidad, existiendo incluso prototipos para plataformas como Arduino. Los oxímetros actuales se colocan en un dedo de la mano (aunque puede colocarse también en un dedo del pie o el lóbulo de la oreja), con la señal de entrada por un lado (por ejemplo, en la uña) y la de salida por el otro (en la yema). El oxímetro consta de una parte óptica, donde se usan dos longitudes de onda para distinguir la absorción en la sangre oxigenada de la no oxigenada, y una parte electrónica, que es el conjunto de los elementos usados para procesar las señales ópticas de entrada y salida y calcular la concentración de oxihemoglobina
Diseño de bloques analógicos para aplicaciones biomédicas usando resistores de alto valor
No full textThe realization of analog filters for very low frequencies (< 100Hz) completely integrated in silicon is considered a design challenge, since a low cutoff frequency implies a large RC time constant. For its realization a high value resistor (G Ω) or a high value capacitor (nF) is required. However, in integrated circuits the values of R and C fail to reach these values because they are limited to the range of M Ω (with low degree of accuracy) and tens of pF with a considerable consumption of silicon area. This work presents different circuits that can emulate the behavior of resistors that reach very high values (also called Pseudo-Resistors (PRs)). The main idea of these circuits is to use the MOS transistor operating in subthreshold where there is no carrier inversion layer, so the transistor channel has a high associated resistance. The main problem of the MOS transistor used as a resistor in this region is that the current Id has an exponential behavior with respect to the drain, source and gate terminals that generates distortion in the processed signal. To solve this problem, circuits have been proposed in the literature that maintain the resistance independent of the voltajes applied to the terminals of the PR, but all of them introduce distortion that increases gradually as the voltage applied to its terminals increases. In this thesis we study the conditions under which it is possible to reduce the distortion of the Pseudo-resistors so that their behavior resembles that of an ideal resistance. From these conditions, 3 Pseudo-resistor topologies are proposed. Using the proposed resistors, two amplifiers were designed for biomedical applications with band pass response, which were sized using the gm=Id technique. The results show that the circuits obtained have better characteristics than others reported in the literature. Finally, two notch filters tuned at 60Hz were designed, one using a PR from the literature and another with one from the proposed PR. The simulations show that both the linear excursion and the quality factor improve while maintaining a distortion below 1 %. All simulations were performed in HSPICE and 0.5μm in On-semi technology.La realización de filtros analógicos para muy bajas frecuencias (<100Hz) completamente integrados en silicio es considerado un desafió de diseño, ya que una frecuencia de corte baja implica una constante de tiempo RC grande. Para su realización se requiere un resistor de valor alto (G Ω) o un capacitor de valor alto (nF). Sin embargo, en circuitos integrados los valores de R y C no logran alcanzar estos valores pues están limitados al rango de M Ω (con bajo grado de exactitud) y decenas de pF con un consumo considerable de área de silicio. En este trabajo se presentan diferentes circuitos que pueden emular el comportamiento de resistores que alcanzan valores muy altos (llamados también Pseudo-Resistores (PRs)). La idea principal de estos circuitos consiste usar el transistor MOS operando en subumbral donde no existe capa de inversi´on de portadores, por ello el canal del transistor tiene una alta resistencia asociada. El principal problema del transistor MOS usado como resistor en esta región es que la corriente Id tiene un comportamiento exponencial respecto a los terminales de drenaje, fuente y compuerta que genera distorsión en la señal procesada. Para solucionar este problema, en la literatura se han propuesto circuitos que mantienen la resistencia independiente de los voltajes aplicados en los terminales del PR, pero todas ellas introducen distorsión que se incrementa gradualmente conforme aumenta el voltaje aplicado en sus terminales. En esta tesis se estudian las condiciones bajo las cuales es posible reducir la distorsión de los Pseudo-resistores para que su comportamiento asemeje al de una resistencia ideal. A partir de estas condiciones se proponen 3 topologías de Pseudo-resistores. Usando los resistores propuestos, se realizó el diseño de dos amplificadores para aplicaciones biom´edicas con respuesta pasa banda, los cuales fueron dimensionados utilizando la técnica gm=Id. Los resultados muestran que los circuitos obtenidos tienen mejores características que otros reportados en la literatura. Finalmente, se diseñaron dos filtros de rechazabanda sintonizados a 60Hz, uno usando un PR de la literatura y otro con uno del PR propuesto. Las simulaciones muestran que tanto la excursión lineal como el factor de calidad mejoran manteniendo una distorsión por debajo del 1 %. Todas las simulaciones se realizaron en HSPICE y 0,5 μm en tecnología On-semi