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Digital output silicon optical sensors

OLEKSANDR MALIK FRANCISCO JAVIER DE LA HIDALGA WADE CARLOS ZUÑIGA ISLAS (2008)

For the first time, a detailed description of lowcost newintelligent (or smart) two-terminal optoelectronic devices without any on-chip circuitry for signal processing is presented. The design of the devices is based on the intelligent integration of micro-sized diodes and metal-oxide-semiconductor (MOS) capacitors. By combining physical processes and a functional voltage bias, such optical sensors transform the received analog input nonmodulated optical signal directly into a pulse-width modulated electrical signal; the duty of the signal depends on the irradiation level, and the whole process is conducted without any integrated or external analog-to-digital converter. When the optical sensors operate under a pulsed irradiation synchronized with the functional voltage bias, unconventional logic properties are obtained that can be used to identify the emission from two equal LEDs.

Article

Silicon Optical sensor Intelligent sensor Digital output CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA

Diseño de un banco de prueba para motores de combustión interna

Diego Fernando Camacho Gomez JOSE MANUEL RIESCO AVILA (2015)

En este trabajo se presenta el diseño de un banco de pruebas de combustión interna y tiene la finalidad de medir y registrar la información necesaria para determinar las condiciones de operación del motor, como el par, el flujo de aire y el consumo de combustible a diferentes velocidades y porcentajes de carga con el fin de determinar sus curvas características. El diseño se basa en seleccionar los componentes electrónicos (hardware y software)capaces de medir las propiedades físicas del motor y diseñarlos diferentes mecanismos (eléctricos, mecánicos, neumáticos e hidráulicos)que sean capaces de mantener un régimen de velocidad del motor para evaluar las prestaciones de este y por ende, registrar sus parámetros a diferentes revoluciones. De esta manera se obtiene una fuente confiable para evaluar las condiciones operativas del motor, logrando hacer pruebas controladas y bajo estas circunstancias y con la información suministrada durante los ensayos,que son pruebas determinantes del comportamiento que tienen los motores, se pueda establecer que los motores de combustión interna pueden ser operados bajo las condiciones más cercanas a las ideales, obteniendo así una reducción en el consumo de combustible y un óptimo aprovechamiento de la potencia que pueda desarrollar el motor

This paper presents the design of a test of internal combustion engines and is intended to measure and record the information required to determine the operating conditions of the engine, and torque, air flow and consumption fuel at different speeds and load percentages order to determine their characteristic curves. The design is based on selecting the electronic components (hardware and software) able to measure the physical properties of engine and and design the different mechanisms (electrical, mechanical, pneumatic and hydraulic) that are able to maintain a constant engine speed regime to evaluate the performance of this and thus register their parameters at different speeds. This way you get a reliable source to evaluate the operating conditions of the engine, achieving do controlled tests and under these circumstances and with the information provided during the trials, which are decisive evidence of behavior that have the engines, it can be established that the internal combustion engine can be operated under the closest to the ideal conditions, thus obtaining a reduction in fuel consumption and optimum utilization of the power that can develop the engine

Article

INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA Freno dinamométrico Bomba de desplazamiento variable Válvula de estrangulamiento Circuito hidráulico Sensor

Diseño de un sistema MUX-f con amplificadores del tipo SQUID para aplicaciones en astronomía milimétrica

EDUARDO IBARRA MEDEL (2012)

En este trabajo se abordan las primeras etapas de diseño y caracterización de un

sistema de multiplexado en frecuencia con futuras aplicaciones para bolómetros TES donde

se aborda un método de amplificación modelando un SQUID. El propósito es alcanzar

una comprensión de las diferentes etapas que involucra un diseño en multiplexado de

bolómetros y determinar los posibles problemas de diseño y construcción que con ello

involucra. Se pretende también presentar una visión general de los diferentes alcances

científicos que involucra la creación de un instrumento de estas características y definir las

perspectivas y trabajo a futuro que conlleva.

En el capítulo uno se explican brevemente las prospectivas científicas y el uso potencial

de la aplicación de esta técnica en la construcción de arreglos multiplexados grandes de

detectores. En el capítulo dos y tres se muestran los principales aspectos del diseño, partiendo

de las características de los bolómetros hasta el arreglo multiplexado y su proceso

de amplificación y lectura. En el capítulo 4 se aborda la construcción y caracterización del

sistema y en los capítulos cinco y seis se habla del trabajo a futuro, los resultados y las

conclusiones.

Master thesis

Sensor Demodulation Amplitude modulation Multiplexing Detector circuits Magnetic field measurement Magnetic flux Stellar evolution CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA ASTRONOMÍA Y ASTROFÍSICA RADIOASTRONOMÍA

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA PLATAFORMA PARA EL ANÁLISIS EXPERIMENTAL DE LA RESONANCIA DE PLASMÓN SUPERFICIAL EN FIBRA ÓPTICA

Monserrat del Carmen Alonso Murias (2019)

"La Refractometría es una técnica relativamente reciente aunque el índice de refracción es un parámetro fundamental de la materia que ha estado estrechamente ligado a la Óptica desde sus orígenes. De entre las técnicas refractométricas modernas la resonancia de plasmón superficial (SPR, por sus siglas en inglés), tanto en sus versiones de bulto (rejilla o prisma) como en la de guía de onda (plana o cilíndrica) es una de las más utilizadas por su alta sensibilidad. En este trabajo se propone y se demuestra una metodología experimental para fabricar dispositivos de fibra óptica, de manera simple y repetible, en los que se produce la SPR. Para el análisis experimental de la respuesta de estos dispositivos se desarrollaron plataformas que cumple con los requisitos de ser compacta, reconfigurable y de fácil manejo. Una de estas plataformas es una celda microfluídica diseñada y fabricada en el CIO, en la que se introduce la fibra óptica en un canal de 500 m de diámetro, y con la que fue posible hacer mediciones del índice de refracción en volúmenes pequeños de hasta 100 μL y con una sensibilidad de 1000 nm/Unidad de Índice de Refracción (RIU por sus siglas en inglés). Se demuestra además que esta técnica permite medir independiente o simultáneamente el índice de refracción, la temperatura o el nivel de una muestra líquida utilizando una punta de fibra óptica."

Master thesis

Fibras ópticas Resonancia de plasmón superficial Sensor Índice de refracción Microfluído Temperatura Nível CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ÓPTICA FIBRAS ÓPTICAS FIBRAS ÓPTICAS

Diseño de un sensor de potencia para radio frecuencia

OSCAR ADDIEL SESEÑA OSORIO (2011)

Este trabajo de investigación presenta el diseño de un sensor de potencia para

Radio Frecuencia (RF) utilizando componentes Micro Electromecánicos (MEMs).

Los sensores son utilizados en muchos ámbitos de la vida con la finalidad de

interpretar los fenómenos físicos a señales eléctricas, los sensores de potencia

son aquellos que determinan la magnitud de energía que tiene una señal

eléctrica.

La presencia de los sensores de potencia en su mayoría son terminales, esto

significa que la señal eléctrica es disipada, esto ha motivado a la investigación de

otro tipo de sensor de potencia no-terminal, el sensor de potencia through

(no–terminal); es aquel que en el proceso de medición no disipa la señal

eléctrica.

El crecimiento en la investigación de MEMs ha mostrado diversas

características como bajo consumo de energía, alta sensibilidad, alta integración

en chip con dimensiones de escalas micrométricas, por mencionar algunos. En

las áreas de electrónica, óptica, medicina, industria, entre otras. En la rama de

comunicaciones en electrónica se han investigado filtros, conmutadores,

capacitores, entre otros, de los cuales destacan con una respuesta más rápida

comparado con los sistemas macro, siendo ésta la razón para el desarrollo de

dispositivos para los sistemas de comunicación.

Los sistemas de comunicación han detonado un gran desarrollo en muchas

áreas de la investigación, éstos sistemas nos brinda comodidad: movilidad,

rapidez, uso eficiente de energía, por mencionar algunos. Para tener un uso

eficaz de la energía es imprescindible tener un sensor de potencia que monitoreé

su intensidad.

Este trabajo de investigación presenta la utilización de un conmutador como

parte del sensor de potencia. En esta tesis se presentan los diferentes

componentes que conforma el sensor de potencia que son: un conmutador RF

MEMs y una guía de onda.

El diseñó de la guía de onda coplanar se realizó a una impedancia de 50Ω para

obtener un buen acoplamiento, el conmutador consta de una membrana que es

suspendida por una red de resortes. Además, se realizó una compensación en

impedancia debido a la combinación de ambos obteniendo una mejora en el

desempeño.

El diseño incluye consideraciones o reglas de diseño para el proceso de

fabricación SUMMiT V de los Laboratorios Nacionales de Sandia en los Estados

Unidos, siendo compatible para la fabricación de circuitos integrados CMOS (CI

CMOS).

Los valores obtenidos en simulación son de S21= –1.0dB y S11= –18dB hasta

una frecuencia de 10GH

Master thesis

Sensor Power measurement Micromechanical system Directional power sensors CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA

Dopaje con nitrógeno y funcionalización in-situ de nanolistones grafíticos y su aplicación en sensores de etanol

JOSE DANIEL SANCHEZ VASQUEZ (2018)

"La detección y medición digital de propiedades físicas y moleculares es hoy en día una de las necesidades esenciales para la implementación del Internet de las cosas, cuya meta principal es la integración de los dispositivos electrónicos en la vida cotidiana. La electrónica orgánica se acopla perfectamente a este concepto por contar con características naturalmente viables para este tipo de aplicaciones. Las nanoestructuras de carbono, están generando una alta expectativa en la elaboración de sistemas electrónicos complejos, principalmente debido a su simple fabricación que permite el control de sus escalas nanométricas a través de las condiciones experimentales de síntesis. En este trabajo se sintetizaron nanolistones grafíticos usando la metodología de deposición química de vapores asistida por aerosol (AA-CVD). Tres diferentes precursores de nitrógeno se utilizaron variando dos porcentajes de concentración (Piridina, pirazina y pirrol a 1% y 2% respectivamente), permitiendo diferentes dopajes de átomos de nitrógeno en la red de grafito. Imágenes de SEM demostraron una alta cantidad de nanolistones con poco material amorfo y los espectros de XPS se comprueba la existencia de nitrógeno enlazado con el carbono presente en los nanolistones, espectroscopía Raman indicó que las muestras con mejor nivel de grafitización son las elaboradas con pirazina. Algunas de las muestras obtenidas en la síntesis fueron empleadas para la fabricación de sensores de electrodos interdigitados. Un parámetro importante para el los sensores es la dispersión de las muestras sobre la superficie del electrodo y esto se observó usando microscopía óptica. Estos electrodos fueron expuestos al interior de una cámara con una concentración conocida de vapores de alcohol y el cambio de resistencia se midió a través de una interfaz de comunicación con Arduino."

"Nowadays, detection and digital measurement of physical and molecular properties is becoming an essential part for the implementation of the so-called Internet of Things, which principal approach is to fully integrate the electronic devices in the daily life. Organic electronics is one of the best candidates to this approach because of its natural characteristics. Carbon nanostructures are creating a high expectative around its use in complex electronic systems, mainly due to its simple fabrication, which allows controlling its nanometric scale via the experimental parameters and synthesis conditions. In this work, graphene nanoribbons were synthetized by using the aerosol assisted chemical vapor deposition method (AACVD). Three different nitrogen precursors were used and two different concentrations (pyridine, pyrazine and pyrrole at 1% and 2% respectively), allowing different N-doping onto the graphite lattice. SEM measurements demonstrated a high presence of carbon nanoribbons and the XPS spectra showed the presence of nitrogen atoms bonded to the carbon atoms in the nanoribbons. Raman spectroscopy indicated that the samples with the highest level of graphitization were those synthesized with pyrazine. Some of the synthesized samples were used for the fabrication of interdigitated electrodes sensors. An important parameter for the gas sensor was the nanostructure dispersions on the electrode and this was observed using optical microscopy. These electrodes were exposed to a chamber filled with a known concentration of ethanol vapor and the resistance changes were measured using an Arduino interface."

Master thesis

Sensor Carbono Grafeno CVD BIOLOGÍA Y QUÍMICA QUÍMICA QUÍMICA

Resonador sensor de masa: desarrollo y métodos de medición

SALVADOR ALCANTARA INIESTA BLANCA SUSANA SOTO CRUZ Wilfrido Calleja Arriaga GABRIEL ROMERO PAREDES RUBIO MARGARITA GALINDO MENTLE (2010)

The cantilevers are one of the most simple mechanical resonator structure used to detect a mass variations from its resonance frequency. In microelectronic field, is possible to fabricate this kind of detector with the whole electronic circuit on the same substrate, extending the applications even in biological and chemical environment. The performance of these sensors depends of its dimensions, material, excitation electronic stage, and displacement amplitude. In this work, we present the fabrication process to obtain a sensor with dimensions of 100X20X15μm from silicon semiconductor technology and bulk micromachining techniques. Also, we describe the characterization method through a Matlab data acquisition system and IR sensors, in order to obtain the frequency resonance and amplitude of these cantilevers with resolutions of Hz and μm respectively. The results obtained show that the methods proposed are useful to detect mass variations from deposited films or adsorbed materials on these silicon cantilevers in orders to μg.

Un resonador mecánico tipo trampolín es una estructura sencilla con la que se logra la detección de masa a partir de cambios de frecuencia de resonancia. Es posible fabricar este tipo de detector con técnicas de microelectrónica, lo cual lo convierte en un potencial sensor para ser integrado con el circuito de acondicionamiento y ser usado en aplicaciones químicas o biológicas. El desempeño de estos sensores dependerá de sus dimensiones, del tipo de material, de la eficacia de excitación y de la exacta transducción de la amplitud de desplazamiento del resonador. En este trabajo se presenta el proceso para la obtención de trampolines de silicio de 100x20x15μm, fabricados con tecnología planar y técnicas de micromaquinado en espesor. Se describe el método de caracterización de trampolines en frecuencia y amplitud mediante un programa y adquisición de datos en PC y un sensor de IR reflectivo, con resolución del orden de Hz y μm. Ambos métodos pueden ser útiles en las mediciones de los trampolines de silicio para la detección de masa de materiales depositados o adsorbidos en la superficie con resolución de μg.

Article

Resonator Cantelever Resonance Sensor Mass Microelectronic Bulk micromachining Resonador Trampolín Resonancia Sensor Masa Microelectrónica Micromaquinado en espesor CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA ELECTRÓNICA

Evaluación de un transductor integral para determinar la magnitud del error de medición

RONALDO GALINDO CASTILLO (2018)

"Esta investigación presenta la estimación de la magnitud del error entre un Sensor Integral de Fuerzas (SIF), conectado a los tres puntos de enganche del tractor y dos sensores individuales acoplados a las herramientas de trabajo, para el monitoreo de las fuerzas de reacción del suelo en implementos integrales. Para esto se llevaron a cabo pruebas en laboratorio empleando un equipo de calibración del SIF, realizando evaluaciones con diferentes brazos de palanca y diferentes cargas, el registro de la información se llevó acabo empleando un sistema de adquisición de datos DaqBook-2000 y un acondicionador de señales DBK43A de la empresa Iotech. Los resultados obtenidos en laboratorio nos indica que el SIF es sensible a la posición de la carga, equivalente a la profundidad de laboreo, en un rango de error del 2.0 al 10.0%. Se llevaron a cabo evaluaciones en campo, con diferentes arreglos de profundidad de cinceles, para corroborar la magnitud del error obtenida en laboratorio, encontrando errores entre el 13.07 al 41.72 % de los cuales el menor error fue para el arreglo de cinceles 0.30 m de profundidad para cinceles frontales y de 0.30 m para el cincel trasero (0.30-0.30 m). Aplicando la corrección de calibración del 10% obtenida en laboratorio para un largo de cincel de 0.70 a 0.90 m, se obtuvo una magnitud del error 3.07%. Se compararon estadísticamente los métodos de análisis espectral y área bajo la curva, equivalente al valor de energía, para la obtención del error mostrando que no existe diferencia significativa entre ambos métodos"

"This research presents the estimation of the magnitude of the error between an Integral Force Sensor (SIF), connected to the three points of engagement of the tractor and two individual sensors coupled to the work tools, for the monitoring of the soil reaction forces in integral implements. The laboratory evaluations were carried out using an SIF, making evaluations with different lever arms and different weights, the information was recorded using a DaqBook-2000 data acquisition system and a signal conditioner. DBK43A of the Iotech Company. The results obtained in the laboratory indicate that the SIF is sensitive to the position of the load, equivalent to the depth of tillage, in a range of error from 2.0 to 10.0%. Field evaluations were carried out, with different chisels depth arrangements to corroborate the magnitude of the error obtained in the laboratory, finding errors between 13.07 and 41.72% of which the smallest error was for the chisels arrangement of 0.30 m depth for front chisels and 0.30 m for the rear chisel. Applying the 10% correction of calibration obtained in the laboratory for a chisel length of 0.70 to 0.90 m, the error of 3.07% was obtained. The two methods of spectral analysis and area under the curve, equivalent to the energy used, to obtain the error showing that there is no significant difference between both methods"

Master thesis

Sensor Magnitud Fuerza Reacción CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA

Designing adaptive conditioning electronics for smart sensing

MARIA TERESA SANZ PASCUAL (2010)

This paper presents a robust digitally programmable CMOS analogue processor designed for sensor output conditioning in embedded applications. In addition, system adaptability allows for correction of the deviations in circuit operation due to ageing, mismatch or environmental effects, lending a smart nature to the devices. In order to tune the free parameters of the system, two training strategies based on perturbative algorithms are compared. The processor performance is validated by adjusting the response of an angular position sensor and the insensitivity to parameter mismatch is demonstrated through high-level simulations based on Monte Carlo electrical simulation data.

Article

Adaptive signal processing Intelligent sensors Mixed analog-digital integrated circuits CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA ELECTRÓNICA

Instrucción de tareas a un robot con retroalimentación en línea proporcionada por voz

ANA CECILIA TENORIO GONZALEZ (2010)

Robots are increasingly common in our daily lives and therefore they need

to work in environments shared with humans. In service robotics they need

to adapt to changing environments, interact naturally with non-expert users

and also work with time restrictions. Trying to solve these needs, some methods

have been proposed to program robots for those situations, between

them, reinforcement learning and learning by demonstration. These methods

have been widely used and although good results have been obtained with

them, they have some problems that should be solved. Reinforcement learning

has long times for training and some problems with methods working

in continuous spaces, which require a lot of experience and therefore spend

so long, and sometimes they do not converge. Reward shaping has been used

in reinforcement learning algorithms to accelerate learning, however, it requires

a priori domain knowledge and therefore, it is static because it can

not be adjusted during the learning process. On the other hand, the success

of learning by demonstration is based on the knowledge and the abilities of

the user who provides examples to the robot, and also this learning does

not cover all the space of possibilities in the task domain. Addressing these

problems, this thesis presents an algorithm of reinforcement learning based

on Sarsa(λ ), with initial task demonstration by voice, and includes additional

on-line feedback to the traditional reinforcements, feedback is provided

through commands and qualifiers by voice. Speech provides a way of natural

instruction, accessible to non-expert users, and its inclusion works as a reward

shaping method in the learning algorithm. Unless the most widely used

reward shaping approaches, additional feedback provided by voice is variable

along time, so it works as a dynamic method of reward shaping that does

not need a prior knowledge or designs (of functions). At the same time a new

simple representation to work on-line with continuous spaces is proposed.

Experiments done with navigation tasks and one handling task show how

the proposed algorithm works with continuous spaces and on-line feedback,

and how learning time can be reduced significantly compared to traditional

reinforcement learning algorithms, obtaining very similar policies.

Los robots se encuentran inmersos en nuestra vida diaria cada vez más y

por consiguiente necesitan estar capacitados para cumplir satisfactoriamente

tareas comunes en ambientes compartidos con humanos. Específicamente,

los robots de servicio requieren adaptarse a los ambientes cambiantes donde

operan, interactuar de forma natural con humanos inexpertos (sin conocimientos

de robótica) y trabajar con restricciones de tiempo. Tratando

de resolver estas necesidades han surgido diversos métodos, entre ellos, el

aprendizaje por refuerzo y el aprendizaje por demostración. Estos métodos

han sido ampliamente usados y aunque han dado buenos resultados, tienen

algunos problemas que deben ser resueltos. En aprendizaje por refuerzo se

tienen largos tiempos de entrenamiento y problemas con los métodos que

trabajan con espacios continuos, que suelen requerir mucha experiencia y

por lo tanto, consumir mucho tiempo en el entrenamiento, e incluso pueden

no llegar a converger. Reward shaping ha sido usado en los algoritmos de

aprendizaje por refuerzo para acelerar el aprendizaje, sin embargo, requiere

conocimiento a priori y sus funciones son estáticas porque no son ajustables

durante el proceso de aprendizaje. Por otro lado, el éxito del aprendizaje por

demostración es dependiente de las habilidades del usuario que proporciona

los ejemplos de la tarea al robot, y no cubre todo el espacio de posibilidades

dentro del dominio de la tarea. Abordando esta problemática, en esta tesis

se presenta un algoritmo de aprendizaje por refuerzo basado en Sarsa(λ)

que incluye demostración inicial de la tarea proporcionada por voz, además

de recibir los refuerzos usuales de los algoritmos tradicionales incluye retroalimentación

en línea a través de comandos y calificativos proporcionados

verbalmente por un usuario. La voz proporciona un medio de instrucción natural,

asequible para usuarios inexpertos, y su inclusión funciona como una

técnica de reward shaping sobre el algoritmo de aprendizaje. Pero a diferencia

de los enfoques de reward shaping más usados, la retroalimentación por voz

puede variar en el tiempo, por lo cual funciona como una técnica dinámica

que no requiere conocimiento ni diseños previos. Al mismo tiempo se propone

una representación sencilla y novedosa para espacios continuos que puede

ser construida en línea.

Master thesis

Learning Speech Intelligent robots Robots CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA MATEMÁTICAS CIENCIA DE LOS ORDENADORES