INANOE Repositorio (Inst- Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica
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Calibración e instalación de un detector Cherenkov de agua del sitio LAGO Sierra Negra
No full textEn este trabajo se presenta la instrumentación de un detector Cherenkov de agua
de LAGO (Latin American Giant Observatory) en Sierra Negra, con una configuración
seccionada. Se incluye el diseño del encapsulado, la caracterización e instalación
de los fototubos a 4530 m de altitud. Las simulaciones, usando los software CORSIKA
y GEANT4, determinaron que la colocación de PMTs a una distancia de 2 m
respecto del centro del detector y el uso de paredes reflejantes de Tyvek ®, maximizan
la colección de fotones. Se simuló el arreglo completo para obtener la curva de
área efectiva de LAGO, la cual es comparada con la de HAWC(High Altitude Water
Cherenkov) en diferentes fases de su construcción. LAGO en Sierra Negra, está conformado
por 3 detectores Cherenkov de agua de 1 m de altura y 7.3 m de diámetro,
llenos de agua ultra pura, seccionados en 4 partes iguales y con un tubo fotomultiplicador
en cada sección. Se obtuvieron curvas de corriente oscura, linealidad, respuesta a
un fotoelectrón y ganancia, completando la calibración de los fototubos en laboratorio,
así como curvas de carga, amplitud, tiempo 10% - 50% y tiempo 10% - 90% con datos
tomados de cada sector del detector de manera individual y en modo coincidencia,
usando electrónica especializada para altas energías. Asimismo, se obtuvieron datos
de conteos del detector con la electrónica oficial de LAGO en el sitio
Transferencia de energía Förster en la cercanía de dos nano-esferas metálicas (dímero)
Get PDFWe present a detailed theoretical analysis of the Förster energy transfer process
when a pair of molecules (donor and acceptor) is located nearby a cluster of two
metallic nanospheres (dimer). We consider the case in which plasmonic resonances
are within the overlap between the donor emission and acceptor absorption
spectra, as well as the case that excludes such resonances from the aforementioned
spectral overlap. Moreover we explore the dependence of the Förster energy transfer
rate on different dimer congurations (size and separation of nanospheres) and
several dipole orientations of molecules. The dimer perturbs strongly the Förster
energy transfer rate when plasmons are excited, donor dipole is oriented along the
longitudinal axis of the dimer, and the radii of nanospheres and the sphere-gap
distance are on the order of a few nanometers. In case of plasmonic excitation, the
Förster energy transfer rate is degraded as the sphere-gap distance and size of the
nanoparticles increase due to the dephasing of the electronic motion arising from
ohmic losses of metal. Also we study the Förster efficiency influenced by the dimer,
finding that the high efficiency region (delimited by the Förster radius curve) is
reduced as a consequence of the signicant enhancement of the direct donor decay
rate. Our study could impact applications that involve Förster energy transfer.Se presenta un análisis teórico detallado del proceso de transferencia de energía
Förster cuando un par de moléculas (donador y aceptor) está en la vecindad de
dos nano-esferas metálicas (dímero). Se considera el caso en el cual las resonancias
plasmónicas están dentro del traslape entre los espectros de emisión del donador
y absorción del aceptor, de igual manera, el caso que excluye tales resonancias de
dicho traslape espectral. Además se explora la dependencia de la rapidez de la
transferencia de energía Förster con diferentes configuraciones del dímero (tamaño
y separación de las nano-esferas) y diversas orientaciones dipolares de las moléculas.
El dímero perturba fuertemente la rapidez de la transferencia de energía Förster
cuando: los plasmones son excitados, el dipolo donador está orientado a lo largo del
eje longitudinal del dímero y el radio de las nano-esferas y separación entre esferas
es del orden de unos cuantos nanómetros. En el caso de excitación plasmónica, la
rapidez de la transferencia de energía Förster es degradada conforme la separación
entre las esferas y el tamaño de las mismas se incrementan debido al desfase
del movimiento electrónico originado por las pérdidas óhmicas del metal. También
se estudia la influencia del dímero sobre la eficiencia de Förster, encontrando
que la región de alta eciencia (delimitada por la curva del radio de Förster) es
reducida como una consecuencia del aumento significante de la rapidez del decaimiento
directo del donador en presencia del dímero. Este estudio podría impactar
en aplicaciones que involucran a la transferencia de energía Förster
Grabado de objetos de fase mediante holografía de polarización
Get PDFLos hologramas sintéticos de fase (synthetic phase holograms, SPHs) actualmente son una importante herramienta para la generación de campos ópticos complejos. Para la construcción de los SPHs se considera el campo escalar complejo a codificar el cual se representa mediante una función matemática. Un SPH es modulado en fase y puede ser grabado o desplegado de diferentes maneras, en una máscara de fase, un modulador espacial de luz, entre otras. Después del desarrollo de los SPHs surgió otro tipo de hologramas más novedosos: los hologramas de polarización. A diferencia de la holografía convencional donde sólo se graban las variaciones de intensidad del patrón de interferencia de la onda del objeto y la onda de referencia, la holografía de polarización emplea haces con polarizaciones diferentes para codificar la información del campo, ya sea utilizando un objeto real o bien empleando un SPH para generarlo. Para grabar hologramas de polarización es necesario utilizar un medio fotosensible que tenga respuesta a la polarización, éste puede ser algún tipo de azo-polímero amorfo entre otros. Esto permite almacenar información de la polarización del campo, lo cual es una característica fundamental de los hologramas de polarización. La holografía de polarización es un método de grabado directo, el cual proporciona importantes ventajas, tales como un tiempo corto de escritura, bajas intensidades de grabado, 100% de eficiencia de difracción y un sistema estable. En este trabajo de tesis se presenta el grabado de campos complejos empleando SPHs y utilizando la técnica de holografía de polarización, la cual, se basa en la interferencia de dos ondas polarizadas ortogonalmente, una de estas ondas fue la onda del objeto que se hizo interferir con un haz gaussiano. En donde, la superposición genera una modulación espacial del estado de polarización y resulta estar en función de la diferencia de fase entre los haces. Los hologramas de polarización fueron grabados en una muestra de azo-polímero amorfo y en celdas de cristal líquido nemático
Análisis EEG de presencia de dolor en voluntarios orientado a la detección en pacientes no-comunicativos
Get PDFIn this work, a complete process of EEG signal analysis was carried out to detect the presence of pain in volunteers, setting up a system of robust bio-markers with the aim to apply in the future to the detection of pain in non-communicative patients. The development of this process involved the execution of each of the steps in a research work with EEG signals, such as: the acquisition of signals, which was carried out in the INAOE facilities in the Bio-signals laboratory, with volunteers under resting state and pain stimulation by immersion of the left hand in cold water; pre-processing, applying the pre-processing tool based on EEGLab provided by COMA Science Group of Belgium; the extraction of descriptors or bio-markers that could highlight characteristics of the EEG signals that allow differentiating between rest and pain state, including the proposal of a modified phase index (TPLI) and the application of indices that had not been tested for the detection of pain in the state of the art; the evaluation of the performance of the tested descriptors, by means of statistical tools such as ROC curves and p-values, applying the Bonferroni correction for multiple comparisons; interpretation of the results of the selected descriptors of better performance, which were PSD, Spectral Entropy and PLI and WPLI Phase indices; settlement of an inference system that would allow to detect the presence of pain with EEG signals, which obtained a 90% pain detection percentage applied in a new set of data with pain stimulation. Additionally, a set of exploratory works of bio-marker applications to study the resting state in non-communicative patients were developed and included in this work.En este trabajo se realizó un proceso completo de análisis de señales EEG con objetivo de detectar la presencia dolor en voluntarios conformando un sistema de bio-marcadores robustos para aplicar en un futuro a la detección de dolor en pacientes no comunicativos. El desarrollo de este proceso involucró la ejecución de cada uno de los pasos en una investigación con señales EEG, como: la adquisición de señales, la cual se realizó en los recintos de INAOE en el laboratorio de Bio-señales, con voluntarios en estado de descanso y estimulación de dolor por medio de inmersión de la mano izquierda en agua fría; el pre-procesamiento, aplicando la herramienta de pre-procesamiento basada en EEGLab proporcionada por COMA Science Group de Bélgica; la extracción de descriptores o bio-marcadores que pudieran resaltar características de las señales EEG que permitieran diferenciar entre estado de descanso y de dolor, incluyendo la propuesta de un índice de fase modificado y la aplicación de índices que no habían sido probados en la detección de dolor en el estado del arte; la evaluación del desempeño de los descriptores probados, por medio de herramientas estadísticas como curvas ROC y valores p, aplicando la corrección Bonferroni para múltiples comparaciones; interpretación de resultados de los descriptores seleccionados de mejor desempeño, que fueron PSD, Entropía Espectral e índices de Fase PLI y WPLI; conformación de un sistema de inferencia que permitiera detectar la presencia de dolor con señales EEG, el cual obtuvo un porcentaje de detección de dolor del 90% aplicado en un conjunto nuevo de datos con estimulación de dolor. Adicionalmente, se desarrolló e incluyó en este trabajo un conjunto de trabajos exploratorios de aplicaciones con bio-marcadores para estudiar el estado de descanso en pacientes no comunicativo
Síntesis de alto nivel de algoritmo CoSaMP para reconstrucción de señales a partir de muestras incompletas
No full textCompressed sensing is a novel technique recently developed whose objective
is the recovery of a signal with sparse representation or compressed on a vector
space with much less samples stablished by the sampling theorem. On this thesis,
the development of the CoSaMP algorithm for signal reconstruction is presented,
and making use of the tool Vivado HLS from Xilinx, different arquitectures are
proposed for a future implementation on a FPGA. The robustness of the algorithm
is tested under reconstruction experiments using synthetic clean signals, noisy
signals and real signals with aplication on the sensing of EEG signals. Comparative
results on reliability, hardware utilization and latency are presented using a Virtex-
7 FPGA from Xilinx.El sensado comprimido es una técnica desarrollada en años recientes cuyo objetivo
es la adquisición de una señal con representación dispersa o comprimible en
determinado espacio vectorial, con una cantidad de muestras por debajo del límite
establecido por el Teorema de Nyquist. En esta tesis se presenta el desarrollo
del algoritmo de reconstrucción de señales CoSaMP a través de síntesis de alto
nivel, haciendo uso de la herramienta Vivado HLS de la empresa Xilinx para una
posterior implementación en un FPGA. Se analiza robustez del algoritmo bajo
experimentos de reconstrucción de señales sintéticas limpias, señales con ruido y
finalmente señales reales con aplicación al sensado de señales EEG. Se presentan
resultados comparativos relacionados con la fiabilidad de las señales reconstruidas,
el uso de recursos de hardware y la latencia con un FPGA Virtex-7 de la empresa
Xilinx
An advanced spectrum analysis of radio-wave signals using non-collinear anomalous light scattering
Get PDFWe present principally new acousto-optical cell providing an advanced wide-band spectrum analysis of ultra-high frequency radio-wave signals. For the first time we apply recently developed approach with the tilt angle to a one-phonon non-collinear anomalous light scattering. In contrast to earlier cases, now one can exploit a regime with the fixed optical wavelength for processing a great number of acoustic frequencies simultaneously in the linear regime. The chosen for cell rutile-crystal combines a moderate acoustic velocity with low acoustic attenuation and allows us a wide-band data processing within GHz-frequency acoustic waves. We have created and experimentally tested a 6 cm aperture rutile-made acousto-optical cell providing the central frequency 2.0 GHz, frequency bandwidth ~ 0.52 GHz with the frequency resolution about 68.3 kHz and ~ 7620 resolvable spots. Similar cell permits designing an advanced ultra-high-frequency arm within recently developed multi-band radio-wave acousto-optical spectrometer for astrophysical studies. This spectrometer is intended to operate with a few parallel optical arms for processing the multi-frequency data flows within astrophysical observations. Keeping all the instrument’s advantages of previous schematic arrangement, now one can create the highest-frequency arm using the developed rutile-based acousto-optical cell. It permits optimizing the performances inherent in that arm via regulation of both the central frequency and the frequency bandwidth for spectrum analysis
Estudio de propiedades fotoeléctricas de películas delgadas de semiconductores orgánicos para aplicación en celdas solares
Get PDFEn la actualidad las celdas solares inorgánicas han mostrado un gran desarrollo, sin embargo el alto costo de producción ha imposibilitado su amplio uso. Por otro lado, el empleo de materiales orgánicos en la fabricación de celdas es una alternativa considerada por diversos grupos de investigación. Los retos principales para las celdas orgánicas son el incremento de la eficiencia de conversión de energía solar en eléctrica, la reducción en sus costos de fabricación y el alcanzar un mayor tiempo de vida. Las fuentes principales de energía en los siglos anteriores fueron mayormente no renovables mientras que las celdas solares orgánicas son fuentes de energía renovables.
Las ventajas de los semiconductores orgánicos frente a los inorgánicos es la flexibilidad mecánica de los materiales que ayuda en facilitar el depósito de películas delgadas en diversos tipos de sustratos, simplicidad respecto a los inorgánicos en el proceso de fabricación y la facilidad manipular las propiedades ópticas y eléctricas mediante tratamientos térmicos, velocidades de giro para depósito, etc.
El presente trabajo está enfocado en el estudio de características ópticas y eléctricas de películas delgadas de semiconductores orgánicos (P3HT, PTB7, P3HT:PC60BM y PTB7:PC70BM). Así como la optimización de parámetros del proceso de depósito de películas delgadas y comportamiento debido a tratamiento térmico
Formal approaches to textual entailment, polarity, and pronominal anaphora
Get PDFThis dissertation is about the interaction of computational semantics and formal methods,
in the aim of finding answers to the question: How does natural language work? On the
last three decades, statistical and machine learning methods have taken command giving
good results in solving very specific tasks. Unfortunately, good results does not mean
good understanding. To know that a ninety per cent of the times I will get certain result
does not mean that I am comprehending the phenomenon under study.
This work shows how three aspects of computational semantics have been solved from
the point of view of formal methods. The main goal was to solve the problem of Recognizing
Textual Entailment, but very soon aspects of polarity computing and anaphora
resolution had to be considered as well. Fortunately, a characterization of the entailments
that can be done with Natural Logic have been found. Also, the computable concept
of polarity has coincided with respect to the algorithms analyzed. About pronominal
anaphora resolution it should be said that a method to solve anaphora in parsing time
has been found, without the need of a logical form. The method can solve Donkey, intra
and intersentencial anaphora.Esta tesis trata de la interacción entre semántica computacional y métodos formales, con
el objetivo de encontrar respuestas a la pregunta: ¿Cómo funciona el lenguaje natural?
En las ´ ultimas tres décadas, los método estadísticos y de aprendizaje computacional han
dominado y dado buenos resultados al resolver tareas muy especıficas. Desafortunadamente,
buenos resultados no significan buen entendimiento. Saber que el noventa por
ciento de las veces se obtiene cierto resultado no significa que se está comprendiendo el
fenómeno estudiado.
Este trabajo muestra como tres aspectos de la semántica computacional han sido
resueltos desde el punto de vista de los método formales. El principal objetivo era
resolver el problema del Reconocimiento de Implicación Textual, pero muy pronto
también se tuvieron que considerar aspectos como el cálculo de polaridad y la resolución
de anáfora. Afortunadamente, se ha encontrado una caracterización de las implicaciones
que se pueden hacer con Lógica Natural. También, que el concepto computable de
polaridad coincide con respecto a los algoritmos analizados. Sobre la resolución de
anáfora pronominal se debe decir que se ha encontrado un método para resolverla al
momento de hacer el análisis sintáctico, sin necesitar alguna forma lógica. El método
puede resolver anáforas tipo Donkey, intra e intersentenciales
Evaluación comparativa de estrategias de control predictivo del par para máquinas síncronas de imanes permanentes usando un FPGA
Get PDFThis thesis focuses on the finite set model predictive control (MPC) strategies for
the torque control of a permanent magnet synchronous machine (PMSM). MPC is a
well-known modern control technique that is characterized by its ability to control constrained
systems. In the field of power electronics it has recently gained large attention
due to its natural discrete control of the power converters. Particularly, for electrical
drives the application of MPC for the torque control can be divided into two control
principles: the application of a single voltage space vector (VSV) during the whole control
cycle, and the application of one active VSV and one zero VSV in each control
cycle. These two principles can lead to different steady and dynamic performance of the
torque of the machine, which due to the large variation into the experimental setups
used during the development and testing of the predictive schemes, make impossible
to perform a quantitative evaluation of the characteristics obtained for each predictive
scheme.
This thesis addresses this limitation and aims to reduce the gap in quantitative
evaluation between predictive schemes by two main contributions: A method to obtain
the parameters of a PMSM in an off-line mode; and a comprehensive comparison of four
predictive torque control schemes for a PMSM, which are the finite set model predictive
control (FS-MPC), simplified FS-MPC (SFS-MPC), predictive direct torque control
(PDTC), and model predictive torque control (MPTC). The last method is modified to
obtain a simplified MPTC which provides reduced calculations and guarantees optimal
performance of torque control.El presente trabajo de tesis está centrado en las estrategias de control predictivo
basado en modelo (MPC, del inglés, model predictive control ) de conjunto finito para
el control del par de una maquina síncrona de imanes permanentes (PMSM, del
inglés, permanent magnet synchronous machine). El MPC es una técnica de control
moderna bien conocida que se caracteriza por su capacidad para controlar sistemas
con restricciones. En el campo de la electrónica de potencia, recientemente ha ganado
gran atención debido a su control totalmente discreto de los convertidores de potencia.
Particularmente, para los accionamientos eléctricos, la aplicación del MPC para
el control del par de máquinas eléctricas se puede dividir en dos principios de control:
la aplicación de un vector espacial de voltaje (VSV, del inglés, voltage space vector )
durante todo el ciclo de control, y la aplicación de un VSV activo y un VSV cero en
cada ciclo de control. Estos dos principios pueden conducir a diferentes desempeños en
el estado estable y dinámico del par de la máquina, y debido a la gran variación en
las configuraciones experimentales utilizadas durante el desarrollo y la prueba de los
esquemas predictivos, se vuelve imposible realizar una evaluación cuantitativa de las
características obtenidas para cada esquema predictivo.
El presente trabajo de tesis aborda esta limitación y tiene como objetivo reducir
la brecha en la evaluación cuantitativa entre los esquemas predictivos mediante dos
contribuciones principales: Un método para obtener los parámetros de una PMSM en
un modo fuera de l´ınea; y una comparación exhaustiva de cuatro esquemas de control
predictivo del par para una PMSM, que son el control predictivo basado en modelo
de conjunto finito (FS-MPC, del inglés, finite set model predictive control ), el FS-MPC
simplificado (SFS-MPC, del inglés, simplified FS-MPC), el control predictivo directo
del par (PDTC, del inglés, predictive direct torque control ) y el control predictivo del
par basado en modelo (MPTC, del inglés, model predictive torque control ). El ´ultimo
método se modifica para obtener un MPTC simplificado que proporciona cálculos
reducidos y garantiza un rendimiento óptimo del control del par
Efficient design methods for FIR digital filters
Get PDFThe design of low-complexity linear-phase Finite Impulse Response (FIR) filters is investigated in this thesis. The proposals developed here are particularly useful for digital communication applications.
An efficient and essential method to achieve low complexity is to split the filters into simple subfilters, and among the most important subfilters for such purpose are the comb and cosine filters. These filters have a low computational complexity and a low utilization of hardware resources but very poor magnitude characteristics. In this sense, novel architectures have been developed in the present thesis using the comb and cosine filters as a basis. The resulting architectures, especially useful for low-pass narrowband filtering in sampling rate conversion, achieve better magnitude characteristics and better trade-offs in power, area and speed compared with previous systems recently developed in literature that rely in simple subfilters as well.
For filters with constant coefficients, an effective method to realize low-complexity filters is to express the coefficients without multipliers, which are the most expensive elements in terms of area, power and speed. For this case, the proposed contribution focuses on the implementation of the constant multiplications as a network of additions and shifts. Novel theoretical lower bounds for the number of pipelined operations that are needed in Single Constant Multiplication (SCM) and Multiple Constant Multiplication (MCM) blocks have beendeveloped here. These lower bounds have been stablished under the consideration that every operation (addition or subtraction) can have n inputs, and the cost of a pipelined operation is the same as the cost of a single pipeline register. The aforementioned consideration is particularly important because it occurs in the newest families of Field Programmable Gate Arrays (FPGAs), which currently are a preferred platform for the implementation of DSP algorithms.En esta tesis se llevo a cabo la investigación del diseño de filtros de fase lineal con respuesta al impulso finita (FIR, Finite Impulse Response) de baja complejidad. Las propuestas desarrolladas son particularmente útiles para aplicaciones en comunicaciones digitales.
Un método para disminuir la complejidad, que ha resultado fundamental y eficiente, consiste en dividir los filtros en subfiltros simples, dentro de los subfiltros más importantes para tal propósito se encuentran los filtros comb y coseno. Estos filtros tienen baja complejidad computacional y utilizan pocos recursos de hardware sin embargo presentan una característica en magnitud pobre. Por tal motivo, nuevas arquitecturas han sido desarrolladas en esta tesis usando los filtros comb y coseno como base. Las arquitecturas resultantes, especialmente útiles para filtrado pasa bajas de banda angosta para conversión de tazas de muestreo, presentan mejor característica de magnitud y mejor trade-offs en potencia, área y velocidad en comparación con sistemas previos recientemente desarrollados en la literatura que también dependen de subfiltros simples.
Para filtros con coeficientes constantes, un método que ha resultado efectivo para diseñar filtros de baja complejidad consiste en expresar los coeficientes sin multiplicadores, los cuales son los elementos más costosos en términos de área, potencia y velocidad. Para este caso, la contribución aquí propuesta está enfocada en la implementación de las multiplicaciones por constantes como una red de adiciones y desplazamientos. Se desarrollaron nuevos límites inferiores teóricos para el número de operaciones con pipelining que son necesarias en bloques de multiplicaciones por una constante (SCM, Single Constant Multiplication) y multiplicaciones por múltiples constantes (MCM, Multiple Constant Multiplication). Estos límites inferiores se establecieron bajo la consideración que cada operación (suma o resta) puede tener n entradas, y el costo de una operación con pipelining es igual al costo de un registro simple de pipelining. El argumento anterior es particularmente importante porque así se considera en las familias más nuevas de arreglos de compuertas programables en campo (FPGAs, Field Programmable Gate Arrays), cuya plataforma es preferida actualmente para la implementación de algoritmos DSP