La RFID est une technologie majeure qui connaît depuis plus d'une dizaine d'années un essor considérable en termes d'applications. Cependant son déploiement à grande échelle reste limité par des plusieurs verrous technique et technologique par lesquels la portée de lecture des tags et leur forte sensibilité à l'environnement de l'application. Le travail engagé dans cette thèse vise le développement des nouvelles antennes lecteurs pour systèmes RFID UHF champ proche. Ce type de système exploite la bande UHF de la RFID en zone de champ proche pour la traçabilité des cibles de taille miniature sur une zone proche du lecteur avec une portée limitée. Les tags se trouvant au delà de cette portée ne doivent pas être détectés par le lecteur. L'objectif dans ce travail est d'apporter des solutions au niveau des antennes lecteurs également celles du tag pour assurer une détection des tags sur une zone confinée de l'espace. Actuellement, moyennant l'utilisation d'un tag sous forme de boucle (1*1 cm²), il est possible de lire ce dernier en contact, c'est à dire dans la zone 0 – 10 cm. Il fallait donc pouvoir assurer une lecture fiable (de type couplage EM) pour une portée s'étendant d'une dizaine de centimètres. Les antennes lecteurs champ proche développés dans ce travail sont en mesure d'assurer une zone de lecture limitée (20 à 35 cm) qui s'étend sur une dizaine de centimètres de côté. / RFID is one of the most popular technologies in this decade. However, its deployment at a high scale is limited by several technical and technological limitations as the read range of tags and their sensitivity to the application's environment. In this thesis we focus on the development of new reader antennas for Near Field UHF RFID systems. This type of system uses the UHF RFID band in near field zone for the traceability of miniature size targets on an area near the reader with a limited zone. Tags being outside this zone should not be detected by the reader .One of the objective of this thesis is to provide solutions in terms of readers and tag antennas to ensure detection tags on a confined area of space. Actually, we can read loop RFID tag (1*1 cm²) in contact (read range 0-10 cm). So we have to be able to ensure a good reading of tag (EM coupling) in a range from few centimeters to meters. Near field reader antenna developed in this thesis work, has a limited range between 20 and 30 cm with a large reading zone.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit konnten Einflüsse magnetischer Felder, insbesondere mit hohen Gradienten der magnetischen Flussdichte, auf Korrosionsprozesse am Beispiel Eisen quantifiziert und deren Wirkungsmechanismus erklärt werden. Als ein besonders in technisch relevanten gering konzentrierten sauren wässrigen Lösungen bedeutsamer Effekt wurde eine sekundäre Wirkung der Feldgradientenkraft über den Mechanismus der Wahrung der Ladungsneutralität auf den pH-Wert an der Elektrodenoberfläche identifiziert. Somit konnte ein signifikanter Magnetfeldeinfluss auf die formal ladungstransferkontrollierte Korrosionsreaktion nachgewiesen werden. Um die komplexen Korrosionsvorgänge an mehrphasigen NdFeB-Magneten mit paramagnetischer intergranularer Nd-reicher Phase aufklären zu können, war zunächst eine vertiefte Analyse der freien und anodischen Korrosionsreaktionen des Neodyms notwendig. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse erlauben den Magnetfeldeinfluss bei der Korrosion aufmagnetisierter NdFeB-Magnete zu verstehen.

A novel electromechanical brake (EMB) based on the eddy current principle is proposed for application in electrical vehicles. The proposed solution is a feasible replacement for the current conventional hydraulic brake (CHB) systems. Unlike CHBs eddy current brakes (ECBs) use eddy currents and their interaction with an externally applied magnetic field to generate braking torque. Due to their pure electrically controllable and contact free nature, ECBs have multiple advantages over the current CHB systems, such as faster response, reduced weight and number of components, ease of implementing various controllers (e.g., anti-lock braking), and reduced noise levels. However, the torque generated by a typical ECB at low speeds is insufficient to effectively and completely stop a moving vehicle. Therefore, an ECB is commonly used as an assistive brake to the CHB system in heavy vehicles, i.e. trains and trucks In order to overcome this shortcoming, the use of AC magnetic fields is proposed to realize a stand-alone ECB system in which sufficient braking torque can be generated at low speeds. To this end, eddy currents are modeled analytically using the governing Maxwell’s equations with the consideration of time varying field application. The analytical model was validated using finite element analysis. Results show that the braking torque increases with the application of a time varying field. Various forms of time varying fields have been studied. It was found that the frequency-modulated applied field in triangular waveform results in the highest braking torque. Next, the design was optimized to maximize the braking torque and an optimum configuration was obtained using multiple pole projection areas (PPAs). Optimization results show that the braking torque significantly increases with the introduction of additional PPAs to the configuration, and the braking torque generation for an optimum four-PPA ECB configuration exceeds the braking requirements for current passenger vehicles. For control purposes, a dynamic model for a novel stand-alone ECB system using AC fields for automotive applications has been successfully designed and evaluated. Also, a model-based predictive controller has been developed for the optimum ECB configuration. Finally an experimental test-bed has been designed for experimentation of both DC and AC field application on ECB. / Graduate

Bismuth ferrite (BFO) is a multiferroic material with cross-correlation between magnetic and electric orders. With no applied external fields the spin structure of BFO is anitferromagnetic and cycloidal. This ordering prevents the detection of the weak ferromagnetism known to exist in the material. The application of magnetic and electric fields of suitable strength and direction is capable of compelling the Fe3+ spins to align in a homogeneous, antiferromagnetic fashion. This report details how numerical methods were used to simulate the spin alignment of a BFO system under different fields. The results were compiled into electric field-magnetic field phase diagrams of BFO to show the divide between cycloidal and homogeneous systems. / Graduate / 0607 / 0611 / marca@uvic.ca

Στο πρώτο μέρος της διατριβής περιγράφεται η "στρατηγική του μιγαδικού επιπέδου" (cxps) και εξηγείται ο λόγος για τον οποίο προκρίνεται αυτή. με την cxps συνεργάζεται στενά η "τεχνική της πολλαπλής διαμερισης" (MTP), η οποία χρησιμοποιείται στους σχετικούς υπολογισμούς. κατασκευάζεται το μοντέλο ενός διαφορικά περιστρεφόμενου πολυτρόπου αστέρα υπό την επίδραση τυροειδούς μαγνητικού πεδίου. εισάγεται η ποσότητα h σαν παράμετρος διαταραχής και u παράμετρος διαφορικής περιστροφής. αναπτύσσεται η θεωρία που περιλαμβάνει όρους μέχρι και πρώτης τάξης στις παραμέτρους διαταραχής u, h και ευρίσκονται οι διαφορικές εξισώσεις, στις οποίες, υπακούουν οι συναρτήσεις του προβλήματος. ακολούθως γίνεται αριθμητική εφαρμογή των προηγούμενων για όλες τις ενδιαφέρουσες καταστάσεις περιστροφής. το δεύτερο μέρος της διατριβής διαπραγματεύεται μοντέλα, στα οποία η διαφορική περιστροφή προκύπτει από το ιξώδες υλικό του αστέρα με επίλυση της λεγόμενης "εξισώσεως ζεύξης", η οποία είναι συνέπεια της εξισώσεως Navier-Stokes για ιξωδοπολυτροπικούς αστέρες. παρουσιάζονται αριθμητικά αποτελέσματα για τη δομή διαφόρων μοντέλων με ασθενές, μέτριο και ισχυρό μαγνητικό πεδίο. δίνεται έμφαση στον υπολογισμό της "ενεργειακής απώλειας" λογω ιξώδους τριβής. ακολουθει σχολιασμός των αριθμητικών αποτελεσμάτων με έμφαση στο γεγονός ότι η ύπαρξη του μαγνητικού πεδίου περιορίζει δραστικά την ενεργειακή απώλεια. στην περίπτωση αυτή το μαγνητικό πεδίο δρα ως "λιπαντικό" και προστατεύει τον αστέρα από την υπερβολική απώλεια ενέργειας λογά ιξώδους τριβής των διαφορικώς περιστρεφόμενων φλοιών του. / In the first part, it has primarily been described the "complex plane strategy"(cxps) and has also been explained the reason of implementing this method in the present investigation. With the cxps collaborates the "multiple partition technique" (MTP) which is involved in the corresponding computations. In particular, the model of a differentially rotating polytropic star is constructed, which is under the cooperating influence of a toroidal magnetic field. To this purpose, perturbation theory is used on the basis of the fundamental magnetic perturbation parameter h. the theory including terms up to the first order in both the perturbation parameters u (rotation) and h (magnetic field),is developed and the corresponding differential equations are set up. Our computation concerns mainly critical rotations. In the second part of the thesis, we consider models with differential rotation owing to the viscous material of the star, on the basis of the so called "coupling equation" that is consequence of the Navier-Stokes equation for viscous polytropic stars. Emphasis is given on the study of dissipative effects due to viscous friction, as they are determined by the combined action of rotation and magnetic field. The computations show that a toroidal magnetic field can play the role of an efficient "lubricant" injected into the material of the particular magnetic model, thus reducing drastically the energy dissipated due to viscous friction.

The continuous flow separation of magnetic particles from a mixture of particles could improve the performance of magnetic bead based assays but the formation of agglomerates limit the separation efficiency. Bead agglomerates are formed as a result of magnetic binding forces while the hydrodynamic fluid environment strongly influences their movement. The ability to predict the interaction between nearby beads will help to determine a threshold separation distance which will be recommended for use when obtaining measurement within a magnetic bead assay for a specified time interval. The introductory part of this thesis explored the development of a two dimensional numerical model in Matlab which predicts the trajectory pattern as well as magnetic induced velocities between a pair of super-paramagnetic beads suspended in water within a uniform field. The movement of a bead pair interacting due to both magnetic and hydrodynamic forces within a magnetophoretic system was recorded using an optical system; the beads' movements were compared with the simulated trajectories and gave a good agreement. The model was used to predict the shortest agglomeration time for a given separation distance which is of practical benefit to users of bead based assays. The concluding part of this thesis expanded the simulation into a three dimensional model to predict the interactions among three super-paramagnetic beads within a magnetophoretic system. In order to determine the height of the magnetic beads, a Huygens-Fresnel model was implemented in Matlab which was compared with off-focused diffracted images of the beads viewed under an optical system. A good comparison was obtained by comparing the simulated three-dimensional trajectories with experimental data.

MEG and fMRI offer complementary insights into connected human brain function. Evidence from the use of both techniques in the study of networked activity indicates that functional connectivity reflects almost every measurable aspect of human reality, being indicative of ability and deteriorating with disease. Functional network analyses may offer improved prediction of dysfunction and characterisation of cognition. Three factors holding back progress are the difficulty in synthesising information from multiple imaging modalities; a need for accurate modelling of connectivity in individual subjects, not just average effects; and a lack of scalable solutions to these problems that are applicable in a big-data setting. I propose two methodological advances that tackle these issues. A confound to network analysis in MEG, the artificial correlations induced across the brain by the process of source reconstruction, prevents the transfer of connectivity models from fMRI to MEG. The first advance is a fast correction for this confound, allowing comparable analyses to be performed in both modalities. A comparative study demonstrates that this new approach for MEG shows better repeatability for connectivity estimation, both within and between subjects, than a wide range of alternative models in popular use. A case-study analysis uses both fMRI and MEG recordings from a large dataset to determine the genetic basis for functional connectivity in the human brain. Genes account for 20% - 65% of the variation in connectivity, and outweigh the influence of the developmental environment. The second advance is a Bayesian hierarchical model for sparse functional networks that is applicable to both modalities. By sharing information over a group of subjects, more accurate estimates can be constructed for individuals' connectivity patterns. The approach scales to large datasets, outperforms state-of-the-art methods, and can provide a 50% noise reduction in MEG resting-state networks.

La RFID est une technologie majeure qui connaît depuis plus d'une dizaine d'années un essor considérable en termes d'applications. Cependant son déploiement à grande échelle reste limité par des plusieurs verrous technique et technologique par lesquels la portée de lecture des tags et leur forte sensibilité à l'environnement de l'application. Le travail engagé dans cette thèse vise le développement des nouvelles antennes lecteurs pour systèmes RFID UHF champ proche. Ce type de système exploite la bande UHF de la RFID en zone de champ proche pour la traçabilité des cibles de taille miniature sur une zone proche du lecteur avec une portée limitée. Les tags se trouvant au delà de cette portée ne doivent pas être détectés par le lecteur. L'objectif dans ce travail est d'apporter des solutions au niveau des antennes lecteurs également celles du tag pour assurer une détection des tags sur une zone confinée de l'espace. Actuellement, moyennant l'utilisation d'un tag sous forme de boucle (1*1 cm²), il est possible de lire ce dernier en contact, c'est à dire dans la zone 0 – 10 cm. Il fallait donc pouvoir assurer une lecture fiable (de type couplage EM) pour une portée s'étendant d'une dizaine de centimètres. Les antennes lecteurs champ proche développés dans ce travail sont en mesure d'assurer une zone de lecture limitée (20 à 35 cm) qui s'étend sur une dizaine de centimètres de côté. / RFID is one of the most popular technologies in this decade. However, its deployment at a high scale is limited by several technical and technological limitations as the read range of tags and their sensitivity to the application's environment. In this thesis we focus on the development of new reader antennas for Near Field UHF RFID systems. This type of system uses the UHF RFID band in near field zone for the traceability of miniature size targets on an area near the reader with a limited zone. Tags being outside this zone should not be detected by the reader .One of the objective of this thesis is to provide solutions in terms of readers and tag antennas to ensure detection tags on a confined area of space. Actually, we can read loop RFID tag (1*1 cm²) in contact (read range 0-10 cm). So we have to be able to ensure a good reading of tag (EM coupling) in a range from few centimeters to meters. Near field reader antenna developed in this thesis work, has a limited range between 20 and 30 cm with a large reading zone.

L'évolution des réseaux électriques d'une transmission de puissance unidirectionnelle classique vers un réseau diversifié avec, une grande variété de consommateurs et producteurs d'électricité, requiert le développement des technologies de mesure et de communication avancés et/ou nouvelles. Dans le cadre du projet SOGRID, une méthode innovante de mesure de courant a été développée pour enrichir la gamme existante des capteurs de courant et pour faciliter l’installation dans le réseau électrique. En effet, le capteur innovant développé ici est non seulement non-intrusif, mais peut également être déporté du câble.Dans les réseaux électriques, l'obstacle principal pour une mesure précise du courant est la nature triphasée de transmission de puissance. Un capteur de courant qui doit être utilisé dans le réseau électrique doit donc fournir une sélectivité géométrique entre les différentes phases. Les solutions commerciales existantes sont dites non-intrusives, mais nécessitent tout de même de venir entourer le conducteur d'intérêt pour mesurer le champ le long d'un chemin fermé. Ces solutions comprennent des bobines de Rogowski et les mesures en boucle fermée avec des capteurs de champs comme les magnétorésistances, les capteurs à effet Hall ou les fluxgates. Toutefois, un placement autour du conducteur limite la miniaturisation requise par le développement des réseaux intelligents : des capteurs miniatures peuvent être intégrés avec d'autres unités de mesure et de transmission de données pour permettre le suivi et le contrôle des réseaux intelligents modernes avec une maille plus dense.Afin de rependre à ces exigences, et pour améliorer la sélectivité géométrique des conducteurs, une méthode de mesure de courant basée sur la décomposition du champ en harmoniques spatiales a été développée dans cette thèse.Cette décomposition est basée sur le développement du champ magnétique à l'intérieur d'une région défini avec une série de fonctions périodiques angulaires, une loi d’évolution radiale particulière et des coefficients de développement correspondants, de sorte que la somme des ordres (théoriquement infini) de développement reconstruit le champ avec précision. Si ce développement est effectué pour une région sans sources, qui est donc entouré des sources de champ, il est défini comme une décomposition interne, qui utilise des fonctions croissantes du rayon, à partir du centre de décomposition en direction de la source de champ. Le procédé de mesure de courant est basé sur la détermination des coefficients de développement pour les différents ordres, dans lequel les ordres supérieurs présentent une dépendance réduite aux sources de perturbation (plus éloignes du conducteur d’intérêt). La relation entre ces coefficients et le courant d'intérêt est linéaire et défini par des facteurs de transfert.Afin d'exploiter la sélectivité géométrique accrue des ordres supérieurs, il est nécessaire d'effectuer un nombre suffisant de mesures du champ magnétique sur la limite d'une région appropriée afin de déduire les coefficients de développement à partir de la résolution d'un problème inverse. La taille et le positionnement de ce réseau de capteurs jouent des rôles essentiels dans la détectabilité des contributions d'ordre supérieur. Des prototypes appropriés pour une décomposition en 2D (pour les conducteurs rectilignes) et en 3D (pour les conducteurs avec des chemins arbitraires) ont été conçus, mis en œuvre et ensuite testés en laboratoire au cours de cette thèse.D'autres développements se concentrent sur la détermination des facteurs de transfert caractéristiques. En effet, tandis que ceux-ci peuvent être facilement déterminés si un courant contrôlé connu est introduit dans le conducteur, une méthode qui permet de les retrouver dans des conditions d'opération réelles doit être développée pour des applications industrielles. Afin de répondre à ce besoin, une méthode de calibration appropriée est aussi présentée dans cette thèse. / The evolution of electrical grids from conventional unidirectional power transmission to diverse networks with a large variety of electricity consumers and producers requires the development of advanced and/or novel measurement and communication technologies, in order to create smart grids. As a part of the SOGRID project, an innovative current measurement method was developed to supplement the existing range of current sensors and to facilitate the installation, since the sensor is not only non-intrusive but can also be located at a distance from the cable.The primary obstacle for precise current measurement in power grids is the three-phase nature of power transmission. A current sensor that is to be employed in the electrical grid must therefore provide geometrical selectivity between the individual phases. Existing commercial current sensors are non-intrusive but require placement around the conductor of interest, e.g. to measure the field along a closed path. Solutions include Rogowski coils, magnetoresistors, Hall effect or fluxgate sensors as well as magneto-optical solutions. However, a placement around the conductor limits the miniaturization required by smart grid development: miniature sensors can be integrated with other measurement and data transmission units, thus enabling the densely meshed monitoring and control of modern smart grids. In order to avoid these restrictions and to improve geometrical selectivity, a current measurement method based on the decomposition of the field into spatial harmonics has been developed in this thesis. The measurement principle allows for the fabrication of innovative current sensors that can be installed besides the conductor.The decomposition of the magnetic field into spatial harmonics is based on the development of the magnetic field within a defined area/volume in a series of products of periodic functions, a radial dependence and corresponding development coefficients, so that the sum of the (in theory infinite number of) development orders reconstructs the field accurately. If this development is performed for a source-free region besides the source of the field, it is defined as an internal decomposition, which uses functions that increase from the center of decomposition toward the field source. The current measurement process is based on the determination of the development coefficients for the various orders, wherein higher orders exhibit a reduced dependence on perturbing sources (as long as the field measurements are performed closer to the conductor of interest than to the perturbing conductor). The relation between these coefficients and the current of interest is linear and defined by transfer factors.In order to exploit the increased geometrical selectivity of higher orders, it is necessary to perform a sufficient number of magnetic field measurements on the boundary of a suitable area/volume in order to derive the development coefficients from the solution of an inverse problem. The size and positioning of this sensor array also plays a vital role in the detectability of higher order contributions to the field. Suitable 2D (for straight conductors) and 3D (for arbitrary conductor paths) prototypes were designed, implemented and subsequently tested in the laboratory during this thesis.Further developments focus on determining the characteristic transfer factors. While these can be easily determined if a known controlled current is induced in the conductor, a method that allows for their determination under real operating conditions must be developed for industrial applications. A suitable calibration method is presented in this thesis.

Ce travail a permis de développer une technique non invasive d’identification de la distribution du courant dans une pile à combustible à partir du champ magnétique externe. La mesure du champ s’effectue sur un ensemble de points de mesures choisis spécialement pour détecter les variations du champ par rapport à un fonctionnement optimal de la pile. Les deux composantes du champ magnétique sensibles aux variations sont utilisées. La mesure du champ exploitable est la différence entre un mode considéré sain et un mode quelconque de fonctionnement. Autour de ces mesures de champ magnétique, un problème inverse est modélisé en explorant plusieurs approches de paramétrisation de la distribution du courant. Le caractère mal posé du problème s’est traduit par la non-unicité de la solution et sa sensibilité au bruit. L’affranchissement de ces problèmes est atteint par la régularisation du modèle inverse. L’outil développé permis de reconstruire la distribution du courant indépendamment de la taille du défaut dans la limite de sensibilité. La validation est faite sur un simulateur électrique de pile à combustible et sur une pile de type GENEPAC dans un environnement de laboratoire. / A noninvasive technique for identifying the current distribution in a fuel cell from the external magnetic field is developed. The magnetic field measurements are carried out on a set of points chosen in order to detect only the variations of the magnetic field in a case of a faulty fuel cell. Two components of the magnetic field are used because they are sensitive to current heterogeneities. The exploitable measurement of the magnetic field is the difference between a healthy mode and a faulty mode.An ill-posed inverse problem is modeled by investigating several parametrization approaches of the current distribution. The ill-posed property of the problem conducts to a non-uniqueness of the solution and a high sensitivity to the noise. A regularization method is used in order to get a stable solution. The developed tool allows identifying the current distribution independently of the size of the fault within the sensitivity limit. A validation is done on a fuel cell simulator and on a GENEPAC fuel cell in a laboratory conditions.