Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-08-15T16:36:49Z No. of bitstreams: 1 ANTONIO MARCOS DELFINO DE ANDRADE – TESE (PPGMet) 2017.pdf: 3321439 bytes, checksum: 641b9755396203a4dd27ac62503ca9e8 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-15T16:36:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ANTONIO MARCOS DELFINO DE ANDRADE – TESE (PPGMet) 2017.pdf: 3321439 bytes, checksum: 641b9755396203a4dd27ac62503ca9e8 (MD5) Previous issue date: 2016-02-19 / Capes / A radiação de onda longa incidente (L↓) é seguramente a componente do balanço de radiação mais difícil de ser medida. Portanto, diferentes formulações têm sido propostas para estimá-la. Desta maneira, avaliou-se neste estudo o desempenho de várias formulações para a estimativa dos fluxos de L↓ e sua a interação com outras variáveis medidas, bem como as interações da temperatura do ar e da pressão de vapor d’água junto à L↓. Neste estudo foi utilizada a análise pela transformada em ondeletas (TO) como ferramenta matemática para a análise de variações locais de energia dentro das séries temporais aqui estudadas, pela sua decomposição no tempo-frequência-espaço. Para investigar a correlação entre duas séries (L↓ com a temperatura do ar e da L↓ medida com as estimadas por cada modelo), empregou-se transformada cruzada em ondeletas e a coerência e fase em ondeletas. Os dados deste estudo compreendem o período de 01 de janeiro a 31 de dezembro de 2009, e são provenientes da torre micrometeorológica (K34) pertencente ao Experimento de Grande Escala da Biosfera Atmosfera na Amazônia (LBA) em Manaus, Amazonas. A TO revelou que no período de 36 horas, para todo período analisado, um persistente, homogêneo e forte espectro energético entre a L↓ e a temperatura do ar, onde se constatou uma sinergia entre essas variáveis. Constatou -se ainda que a precipitação e a pressão de vapor d’água exercem bastante influencia nos fluxos de L↓, principalmente na estação chuvosa. A análise através da transformada cruzada e de coerência e fase em ondeletas no período de 32 a 64 horas. Já nos modelos ajustados foram no período de 16 a 64 horas. Os modelos propostos para condições de céu claro, com o uso de seus coeficientes originais, mostraram tendência em subestimar os fluxos de L↓ medidos. Com os ajustes nos coeficientes, os modelos expuseram uma melhora nas estimativas nos fluxos de L↓.Para os modelos propostos para condições de céu nublado, estes exibiram um desempenho regular. / The downward longwave radiation (L↓) component really is difficult of the net radiation the measured. Therefore, different parameterizations have been proposed to estimate it. Thus, in this study we evaluated the performance of various parameterizations for the L↓ flows estimated and their interaction with other variables measured as well as the air temperature and water vapour pressure interactions with L↓. In this study we used by wavelet transform (WT) analysis as mathematical tool for energy of local variations analysis in the studied time series here by their frequency time-space decomposition. To investigate the correlation between two series (L↓ with air temperature and between L↓ measured with estimated), we used crosswavelet transform and coherency wavelets and phase angle. The datasets used in this study are of the January 01 to December 31 of 2009, measured from micrometeorological tower (named K34) controlled by Large Scale Biosphere Atmosphere experiment in Amazonia (LBA) from Manaus city, Amazonas. The WT showed that in 36 hours period, for the entire period analyzed, a persistent, smooth and strong energy spectrum between L↓ and the air temperature, which demonstrated a synergy between these variables. It was also found that precipitation and water vapour pressure exert enough on L↓ flows influence, especially in the wet season. The crosswavelet transform and coherency wavelets and phase angle analysis at 32 to 64 hours period. Already in adjusted models were in the 16-64 hours period. With the adjustable coefficients, according to the environmental study area conditions, the models presents an improvement in the L↓ flows estimates. The cloudy skies models proposed, they exhibited a regular performance.

Comment les protéïnes trouvent-elles leur chemin vers les rares endroits des molécules d’ADN où elles peuvent perpétuer le processus de vie ? De nombreuses études récentes tendent à prouver que seule une dynamique intermittente, c’est à dire à (au moins) deux régimes permet ce processus. L’objet principal de cette thèse est une étude rigoureuse d’un modèle simplifié de dynamique intermittente. Dans ce modèle la molécule alterne des dynamiques browniennes dans le "bulk" et sur la "surface" (i.e. la molécule d’ADN dans l’exemple plus haut) jusqu’à ce qu’elle atteigne sa cible, une petite fenêtre sur la surface: le temps passé par la molécule à la surface est naturellement modélisé comme une variable exponentielle de paramètre λ. Le principal résultat de la thèse est que quels que soient les paramètres, la recherche purement "par le bulk" n’est jamais optimale, ce qui légitime la thèse de la dynamique intermittente. On y caractérise aussi le cas où le temps optimal est atteint pour λ > 0. L’outil mathématique nouveau est l’introduction d’un opérateur autoadjoint et de sa base orthonormée de vecteurs propres. Cette étude permet d’obtenir un développement asymptotique à λ grand du temps moyen d’atteinte de la cible. Par ailleurs, un modèle nouveau est introduit: c’est celui du tore qui porte un paramètre supplémentaire, à savoir son module. Il est montre dans cette thèse que certaines valeurs du module conduisent à prouver que la stratégie intermittente est considérablement meilleure que celle de la pure diffusion dans le bulk. / How do proteins find their way towards the rare places on DNA molecules where they need to go in order to perpetuate the life process ? Many recent works tend to show that only an intermittent dynamics, that is a dynamics with two or more regimes, allows this process. The main goal of this PhD is a rigorous study of a simplified model of intermittent dynamics. In this model the molecule alternates diffusion in the bulk with a different kind of diffusion on the surface until it reaches its target consisting in a small window on the surface. The time spent by the molecule on the surface is naturally modeled as following an exponential law with parameter λ. The main result of this thesis is to show that, whatever the parameters are, a pure bulk strategy is never optimal, thus reinforcing the hypothesis of intermittent dynamics. One also characterizes the case where the optimal timed is attained for λ > 0. The new mathematical tool is the introduction of a self-adjoint operator and the use of its orthonormal basis of eigenvectors. This tool allows to obtain a precise asymptotic behavior of the mean exit time for λ large. Besides that a new geometrical model is developed, called the torus model. This new model carries a new parameter, namely its modulus. It is shown in this thesis that for some values of the modulus the optimized exit time is significantly (allowing experimental checking for instance) shorter than the pure bulk search.

O subnúcleo póstero-dorsal da amígdala medial (AMePD) de ratos modula comportamentos sociais, como é o reprodutivo, e respostas a estímulos estressantes. Para tanto, são necessários ajustes concomitantes da função cardiovascular. Dada sua notável presença no AMePD, o glutamato (GLU), o ácido δ-aminobutírico (GABA), a ocitocina (OT), a somatostatina (SST) e a angiotensina II (Ang II) poderiam estar envolvidos em tais ajustes homeostáticos. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da microinjeção de GLU, GABA, OT, SST e Ang II microinjetados diretamente no AMePD de ratos não anestesiados sobre o controle cardiovascular em situação basal e após estimulação dos barorreceptores e quimiorreceptores. Ratos machos Wistar (3 meses de idade) foram mantidos em condições padrão de biotério e cuidados éticos. Os animais foram anestesiados e submetidos à cirurgia estereotáxica para implantação unilateral de cânula no AMePD, lado direito. No quinto dia pós-cirúrgico, os animais foram novamente anestesiados e submetidos à colocação de cateter de polietileno na luz da artéria aorta abdominal e outro na veia cava inferior. Um dia após a canulação dos vasos, os animais foram microinjetados no AMePD com solução salina (0,3 μl; n = 8), GLU na dose de 2 μg/0,3 μl (n = 7), GABA nas doses de 61 ng/0.3μl (n = 7) e de 100 μg/0.3 μl (n = 7), OT nas doses de 10 ng/0,3 μl (n = 7) e de 25 pg/0,3 μl (n = 6), SST nas doses de 1 μM/0,3μl (n = 8) e de 15 fmol/0,3μl (n = 5) e Ang II nas doses de 50 fmol/0,3 μl (n = 7) e de 50 pmol/0,3 μl (n = 7). Dados de frequência cardíaca (FC) e de pressão arterial (PA) foram registrados por 15 minutos em período basal, controle, e, a seguir, foram microinjetadas as substâncias mencionadas e testadas as variáveis de interesse. Os reflexos pressóricos foram testados pela injeção de fenilefrina (8 μg/ml) e nitroprussiato de sódio (100 μg/ml) e os quimiorreceptores, pela de cianeto de potássio (doses crescentes desde 60 até 180 μg/kg). O modelo autoregressivo de análise espectral e a análise simbólica foram utilizados para avaliar a variabilidade da FC e da PA e as atividades simpática e vagal responsáveis pela variabilidade nos dados registrados. Os dados foram comparados pelo teste da análise da variância (ANOVA) de duas vias para medidas repetidas e pelo teste post hoc de Newman- Keuls ou pela ANOVA de uma via e pelo teste de Tukey, conforme apropriado. O nível de significância estatística foi estabelecido em p < 0,05. Não houve diferença estatística entre os grupos estudados nos valores de FC, PA sistólica, PA diastólica e PA média em situação basal ou após as diferentes microinjeções nos grupos microinjetados com neurotransmissores ou com os neuropeptídeos estudados (p > 0,05). Microinjeções de salina, de GLU (2 μg) ou GABA (61 ng ou 100 μg; n = 7 cada grupo) não afetaram os parâmetros basais ou respostas do quimiorreflexo. Os valores correspondentes à curva da modificação da PAM de acordo com a variação da FC foram estatisticamente diferentes entre os grupos estudados, sendo que a curva após a microinjeção de GABA 61 ng no AMePD foi diferente dos grupos que receberam salina ou GABA na maior dose (100 μg; p < 0,05 em ambos os casos). No que se refere ao platô de taquicardia, a curva de inclinação dos dados referente à sensibilidade média do barorreflexo foi diferente entre os grupos que receberam GLU ou GABA em ambas as doses em comparação com o que recebeu salina (p < 0,01). O GLU aumentou valores índices das análises espectral e simbólica simpáticos relacionados com modulações cardíaca e vascular (P <0,05). A administração de GABA (61 ng) também induziu os maiores valores de variabilidade na FC (P <0,05) que pode ser e associado a uma ativação parassimpática central. No grupo de animais microinjetados com salina, OT (10 ng e 25 pg), SST (1μM e 15 fmol) e Ang II (50 fmol e 50 pmol) no AMePD, os valores mais próximos do basal foram obtidos com a menor dose de KCN (60 μg/kg) e ocorreu, conforme o esperado, uma redução estatisticamente significativa maior na FC quando foram aumentadas as doses injetadas de KCN para 100 μg/kg, 140 μg/kg ou 180 μg/kg (teste de Newman-Keuls, p < 0,001 em todos os casos, quando comparadas com a menor dose injetada). Ang II na dose de 50 pmol microinjetada no AMePD gerou maior diminuição reflexa na FC quando comparado com o grupo controle após a estimulação dos quimiorreceptores com KCN nas doses de 60 e 140 μg/kg (p < 0,05). Ang II na dose de 50 pmol microinjetada no AMePD gerou maior diminuição reflexa na PA quando comparado com o grupo controle após a estimulação dos quimiorreceptores com KCN na dose de 140 μg/kg (p < 0,05). Os valores referentes ao ponto de maior inclinação da curva pressórica referente a respostas geradas pelos barorreceptores, (PA50), após injeções de fenilefrina e nitroprussiato de sódio, foram menores nos ratos que receberam OT na dose de 10 ng ou SST na dose de 1 μM microinjetadas no AMePD, quando comparado ao grupo controle (p < 0,05). Os valores referentes à sensibilidade média do barorreflexo (ganho em bpm/mmHg), após injeções de fenilefrina e nitroprussiato de sódio, foi maior no grupo que recebeu OT na dose de 10 ng quando comparado com a Ang II na dose de 50 pmol. Houve maior variabilidade na PA sistólica, na FC, no componente de baixa e de alta frequência do tacograma e no índice de atividade simpático-vagal da análise espectral nos grupos que receberam OT nas doses de (10 ng e 25 pg), SST (1μM e 15 fmol) e Ang II na dose de 50 pmol (p < 0,05). Tais dados, indicam que o AMePD se vale de sua atividade glutamatérgica, GABAérgica, ocitocinérgica, somatostatinérgica e angiotensinérgica local, por circuitaria própria ou devido a aferências neurais, para modificar variáveis cardiovasculares provavelmente concomitantemente à organização de comportamentos. / The postero-dorsal subnucleus of the medial amygdala (MePD) modulates social behavior of rats, such as reproduction, and responses to stressful stimuli. To this end, concomitants adjustments of the cardiovascular function are modulate. Given its remarkable presence in the MePD, glutamate (GLU), Gamma-amino butyric acid (GABA), oxytocin (OT), somatostatin (SST) and angiotensin II (Ang II) could be involved in such homeostatic adjustments. The objective of this study was to evaluate the effect of microinjection of GLU, GABA, OT, SST and Ang II microinjected directly into the rats MePD on non-anesthetized of cardiovascular control under basal conditions and after stimulation of baroreceptors and chemoreceptors. Male Wistar rats (3 months old) were maintained under standard laboratory conditions and ethical care. The animals were anesthetized and submitted to unilateral stereotactic surgery for implantation of the cannula in the right MePD. On the fifth postoperative day, the animals were again anesthetized and underwent placement of polyethylene catheter in the abdominal aorta and inferior vena cava. One day after the cannulation of the vessels, the animals were microinjected with saline solution, GLU (2 μg/0,3 μl, n = 7), GABA (61 ng/0.3μl, n = 7 and 100 μg/0.3 μl, n = 7), OT (10 ng/0,3 μl, n = 7 and 25 pg/0,3 μl, n = 6), SST (1 μM/0,3μl, n = 8 and 15 fmol/0,3μl, n = 5) and Ang II (50 fmol/0,3 μl, n = 7 and 50 pmol/0,3 μl, n = 7) in the MePD. Data for heart rate (HR) and blood pressure (BP) were recorded for 15 minutes at baseline and then were microinjected the substances aforementioned and tested the variables of interest. Baroreceptor function was tested by phenylephrine (8 μg/ml) and sodium nitroprusside (100 μg/ml) injections. Chemoreflex was tested by potassium cyanide (60 – 180 μg/ml) injections. The autoregressive model of symbolic analysis and spectral analysis were used to evaluate the variability of HR and BP and the sympathetic and vagal activities responsible for variability in the data recorded. The data were compared by a two-way analysis of variance (ANOVA) test for repeated measures and the post hoc Newman-Keuls or an one-way analysis of variance (ANOVA) test for repeated measures and the post hoc Newman-Keuls whenever appropriate. The level of statistical significance was set at P ≤ 0.05. There was no statistical difference between groups in the values of HR, systolic BP, diastolic BP and mean BP at baseline or after microinjections in the different groups (P > 0.05). Microinjections of saline, GLU (2 μg) or GABA (61 ng or 100 μg; n = 7 each group) did not affect the basal or responses the of chemoreflex. The values of the curve of change in the MAP in accordive to the variation of HR, were statistically different between groups, and the curve after the microinjection of GABA 61 ng in the MePD was different in the groups that received saline or the highest GABA dose (100 μg, P < 0.05 in both cases). With regard to the plateau of tachycardia, the slope of the data on the average baroreflex sensitivity was different among the groups receiving GLU or GABA at both doses compared to that received saline (P < 0.01). GLU increased power spectral and symbolic sympathetic indexes related with both cardiac and vascular modulations (P < 0.05). The GABA administration (61 ng, but not 100 μg) also induced higher values of HR variability (P < 0.05), rather associated with a parasympathetic activation. In the group of animals microinjected with saline, OT (10 ng and 25 pg), SST (1μM and 15 fmol) and Ang II (50 fmol and 50 pmol) in MePD, there was as expected, a statistically significant greater reduction in HR increasing when the injected doses of KCN to 100 μg/kg, 140 μg/kg or 180 μg/kg (Newman-Keuls test, P < 0.001 in all cases when compared with the lower injected dose). Ang II at the dose of 50 pmol generated a higher reflex decrease in HR compared to the control group after stimulation of the chemoreceptors with KCN at doses of 60 and 140 μg/kg (P < 0.05). Ang II at the dose of 50 pmol generated a higher reflex decrease in BP compared with the control group after stimulation of the chemoreceptors with KCN at the dose of 140 μg/kg (P < 0.05). The values for the point of greatest slope of the AP response generated by baroreceptors (MAP50) was lower in rats given OT at the dose of 10 ng or SST at the dose of 1 μM compared to the control group (P < 0.05). The average values for the baroreflex sensitivity (gain in bpm/mm Hg) after the injection of phenylephrine and sodium nitroprusside was greater in the group receiving OT at the dose of 10 ng compared with Ang II at the dose of 50 pmol. There was a greater variability in systolic BP, HR, the component of low and high frequency of tachogram and the sympathovagal index studied by spectral analysis in the groups that received OT (10 ng and 25 pg), SST (1 μM and 15 fmol) and Ang II (50 pmol; P < 0.05). These data indicate that the MePD has a glutamatergic, GABAergic, ocitocinergic, somatostatinergic angiotensinergic modulatory activity on cardiovascular response most likely involved in the central organization of behaviors.

Ce travail de thèse est consacré dans un premier temps à l'étude des propriétés spectrales de localisation dynamique pour des opérateurs de Schrödinger ainsi qu'à leur classification.Nous allons introduire trois classes de propriétés équivalentes en cherchant à établir le lien entre elles d'une façon optimale que nous illustrerons par des contre-exemples.Certaines de ces propriétés s'avèrent jouer un rôle crucial dans l'étude mathématique de plusieurs phénomènes issus de la physique, notamment la quantificationde la conductance de Hall et l'apparition des plateaux dûs aux états localisés.Nous nous intéressons ainsi dans la seconde partie, aux conductances de Hall et de bord pour des modèles désordonnés continus et en présence d'un mur électrique aussi bien que magnétique. Nous expliquons comment les murs entrent en jeu pour pouvoir définir la conductance de bord, en tenant compte de la contribution des états localisés et la régularisation que les systèmes désordonnés requièrent. Nous établissons l'égalité de ces deux conductances en dérivant l'une de l'autre, et non par quantification séparée. / The first part of this thesis is devoted to the study of spectral properties of dynamical localization for Schr\"odinger operators and their classification.We introduce three classes of equivalent properties and investigate the relationships between them in an optimal way.Moreover, some of these properties have been shown to play a crucial role in the mathematical proof of several phenomenon of physical interestsuch as the quantization of the Hall conductance and the existence of the plateaux due to localized states.Then, we are interested in the bulk and edge Hall conductances for continuous models in the presence of magnetic and electric walls. We explain how the walls come into play in order to define the edge conductance, taking into account the contribution of localized states and the regularization that a disordered media requires. We prove the equality of these conductances by deriving one from the other, and not by separate quantization.

A dificuldade que se tem em promover uma adequada gestão da qualidade dos recursos hídricos tem como uma das causas a escassez de dados, seja espacial ou temporalmente. Os programas de monitoramento da qualidade da água convencionais possuem uma taxa de amostragem baixa, que em muitos casos se resume a algumas amostras por ano. Na busca por tornar as séries históricas de qualidade da água mais densas e representativas, desenvolvem-se técnicas de monitoramento automatizado, com equipamentos fixos em campo, coleta de dados automática e envio em tempo real. Embora estas técnicas tornem as séries históricas muito mais representativas e possibilitem uma tomada de decisão em tempo hábil para o gestor, elas ainda não estão consolidadas e possuem uma série de obstáculos na sua utilização, como o alto custo, as dificuldades de instalação dos equipamentos em campo, e a manutenção e calibração dispendiosas. Uma alternativa seria o chamado monitoramento da qualidade da água em tempo quase real (MQATQR), no qual um operador vai até o curso d’água portando o sensor, que pode ser uma sonda multiparamétrica, faz as leituras com uma frequência maior que o monitoramento convencional, e vai até uma base onde possa enviar esta informação. Com um mesmo aparelho pode ser feita a cobertura de um grande número de pontos e o equipamento pode ter sua calibração controlada em laboratório. Nesse contexto, o objetivo desta tese é avaliar a efetividade e o impacto econômico da utilização de uma estratégia de MQATQR como ferramenta de geração de dados de qualidade da água em um cenário de escassez de dados. Para isso foram utilizadas séries históricas de pontos de monitoramento da qualidade da água em tempo real no Brasil, Canadá e EUA. Estas séries foram submetidas à análise espectral para identificação das frequências mais densas e da representatividade delas dentro das séries. Os valores das frequências obtidos foram relacionados com atributos físicos e hidrológicos das bacias hidrográficas dos pontos de monitoramento. Para obtenção dos intervalos de amostragem foi aplicado o teorema de Nyquist-Shannon. A avaliação da viabilidade econômica da estratégia foi feita com dois estudos de caso, um é a aplicação na Rede Hidrometeorológica Nacional de Referência e o outro a aplicação no âmbito dos empreendimentos hidrelétricos sujeitos à resolução conjunta ANA/ANEEL nº 03/2010. Foi possível observar uma boa relação entre as frequências de amostragem e a área das bacias, possibilitando a prescrição de diferentes tipos de MQATQR para diferentes tipos de bacia. Os intervalos de amostragem obtidos por meio das frequências características em geral se mostraram executáveis nos moldes do MQATQR até a permanência de frequência de 90%. Para as permanências maiores que 90% os intervalos se aproximam do diário, sendo mais aconselhável a utilização de estratégias em tempo real. A estratégia de MQATQR se mostrou com melhor custo-efetividade para a maioria dos programas de monitoramento quando se utilizam permanências de frequências inferiores a 65%. Para permanências maiores que 65% a estratégia se mostrou economicamente viável para programas de monitoramento cujos pontos de amostragem estão próximos à base de operação. A estratégia de MQATQR se mostra como alternativa efetiva para o aumento da densidade temporal dos dados para diversos tipos de programas de monitoramento, com exceção daqueles que exigem o acompanhamento das variações bruscas na qualidade da água, como sistemas de alerta de qualidade da água. / The difficulty in promoting an adequate water quality management is mainly because data scarcity, either spatially or temporally. Conventional water quality monitoring programs have a low sampling rate, in many cases only few samples per year. By using appropriated equipment in field for data collection and real time sending, it is possible to develop some automated monitoring techniques to make the water quality series denser and representative. Although these techniques make the series more representative and allow a time decision-making for the manager, there are some barriers in their application such as higher costs, difficulties of installing the equipment and expensive maintenance and calibration. An alternative is the near-real-time water quality monitoring (NRTWQM), in which an operator goes to the river carrying the sensor, as a multi-parametric probe for example, to obtain a higher sampling frequency than monitoring conventional. In sequence the operator goes to a base where the information can be sent. By using the same sensor, it is possible to cover a large number of points. The equipment can also be calibrated in the laboratory. In this context, the objective of this work is to evaluate the effectiveness and economic impact in using a NRTWQM strategy as a tool to generate water quality data in a data scarcity scenario. For this purpose, water quality series are considered in real time at monitoring points in Brazil, Canada and the USA. The series were submitted to the spectral analysis to identify dense frequencies and their representativeness within the series. The frequencies values were related to the physical and hydrological attributes of the hydrographic basins. The Nyquist-Shannon theorem was applied to obtain the sampling intervals. The economic viability of the strategy is evaluated in two study cases. The National Hydrometeorological Reference Network is applied in the first, whilst the second is based on the application in the scope of hydroelectric projects subject to ANA / ANEEL nº 03/2010 normative resolution. It is observed a good relationship between the sampling frequencies and the basin area, which makes possible to prescribe different types of NRTWQM for different types of basin. In general, the sampling intervals obtained by means of the characteristic frequencies were shown to be executable in the NRTWQM models up to the 90% of cumulative frequency. For cumulative frequency higher than 90% the intervals approach the diary, consequently it is more advisable to use real-time strategies. The NRTWQM strategy proved to be the most cost-effective for mainly monitoring programs when using cumulative frequencies less than 65%. For cumulative frequency higher than 65%, the strategy proved to be economically viable for monitoring programs where sampling points are close to the base of operation. The NRTWQM strategy is an effective alternative to increase the temporal density of data for several types of monitoring programs, except for those that require the monitoring, of sudden changes in water quality, such as water quality warning systems.

abstract: This work examines two main areas in model-based time-varying signal processing with emphasis in speech processing applications. The first area concentrates on improving speech intelligibility and on increasing the proposed methodologies application for clinical practice in speech-language pathology. The second area concentrates on signal expansions matched to physical-based models but without requiring independent basis functions; the significance of this work is demonstrated with speech vowels. A fully automated Vowel Space Area (VSA) computation method is proposed that can be applied to any type of speech. It is shown that the VSA provides an efficient and reliable measure and is correlated to speech intelligibility. A clinical tool that incorporates the automated VSA was proposed for evaluation and treatment to be used by speech language pathologists. Two exploratory studies are performed using two databases by analyzing mean formant trajectories in healthy speech for a wide range of speakers, dialects, and coarticulation contexts. It is shown that phonemes crowded in formant space can often have distinct trajectories, possibly due to accurate perception. A theory for analyzing time-varying signals models with amplitude modulation and frequency modulation is developed. Examples are provided that demonstrate other possible signal model decompositions with independent basis functions and corresponding physical interpretations. The Hilbert transform (HT) and the use of the analytic form of a signal are motivated, and a proof is provided to show that a signal can still preserve desirable mathematical properties without the use of the HT. A visualization of the Hilbert spectrum is proposed to aid in the interpretation. A signal demodulation is proposed and used to develop a modified Empirical Mode Decomposition (EMD) algorithm. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Electrical Engineering 2016

Submitted by Maike Costa (maiksebas@gmail.com) on 2017-05-22T15:08:58Z No. of bitstreams: 1 arquivo total.pdf: 10123779 bytes, checksum: a9bc3c38b693c977dc116bf2cde4af83 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-22T15:08:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivo total.pdf: 10123779 bytes, checksum: a9bc3c38b693c977dc116bf2cde4af83 (MD5) Previous issue date: 2015-08-31 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Electrical motors are responsible for 95% of primary movement source in industrialized nations. Among those, 90% are Three-Phase Induction Motors, present in almost all industrial sectors. Due to its importance on this sector, there is a need for monitoring them in order to avoid production stops and operational disasters. In this work, studies were conducted on common fault diagnostics in Three-Phase Induction Motors intending industrial applications. Different sensoring techniques were used and their performance were analyzed. An embedded system was developed to make field applications with different techniques possible. This installation can be done noninvasively and data collection can be obtained in real time. Fast Fourier Transform (FFT) and wavelet processing techniques are used as tools in mathematical processing of the data. In the first moment, fault analyses were conducted offline making use of data acquisition devices and further processing of the information. In a second phase, the embedded system was used to monitor automatically (online) the evolution of the damage developed. The system receives the motor current signal, and using local processing, conducts the spectral analysis of the signal identifying incipient faults. These data are available for communication with or without wires. For the embedded system implementation, the algorithms were adjusted to comply with the embedded hardware resources restrictions. Through theoretical and experimental development, several techniques were used and compared with the objective of performing a full diagnostic TIM malfunction. The experimental results corroborate the theoretical ones, and it was conducted a detailed study of the methods on the state of the art and new approaches were made. / industrializadas. Desses, 90% são motores de indução trifásicos (MIT), estando presentes em praticamente todos os setores industriais. Devido a sua importância no setor produtivo, existe a necessidade que os mesmos sejam devidamente monitorados evitando interrupções na produção e desastres operacionais. Nesse trabalho foram realizados estudos para diagnósticos de falhas comuns em motores de indução trifásicos visando aplicação industrial. As diferentes técnicas de sensoriamento foram utilizadas e o desempenho de cada método foi analisado. Um sistema embarcado foi desenvolvido com o intuito de se viabilizar as aplicações em campo, cuja instalação pode ser realizada de forma não invasiva e as informações podem ser obtidas em tempo real. A Transformadas Rápida de Fourier (FFT) e as técnicas de processamento wavelet serão utilizadas como ferramentas matemáticas no tratamento dos dados. Em um primeiro momento, as análises das falhas foram feitas de forma off-line, fazendo uso de placas de aquisição de dados e um posterior tratamento das informações. Em um segundo momento, foi desenvolvido o sistema embarcado que faz um monitoramento automático (online) da evolução da avaria, que recebe o sinal de corrente do motor e, utilizando processamento local, faz a análise espectral do sinal identificando falhas incipientes. Esses dados ficam disponíveis (off line e on line) por comunicação com ou sem fios. Para a implementação do sistema embarcado, os algoritmos foram ajustados de modo a respeitar as restrições de recursos do hardware embarcado. Através de desenvolvimento teórico e experimental, várias técnicas foram utilizadas e comparadas com o objetivo de se realizar um diagnóstico completo de avaria de MIT. Os resultados experimentais corroboram com os teóricos e foi realizado um estudo aprofundado dos métodos do estado da arte e novas abordagens foram realizadas.

Made available in DSpace on 2015-05-08T14:59:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 18446929 bytes, checksum: 4766e609aa9084be93f441b28db115b6 (MD5) Previous issue date: 2014-10-04 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The three phase induction motor (MIT) is the main system in electromechanical conversion, present in practically all industrial processes. Due to its versatility and low cost, the use of frequency inverters combined with MIT practically replaced the DC motors in systems requiring variation in angular velocity. For closed-loop control at MIT, without the use of speed sensors (sensorless), it is essential to estimate the velocity on the axis with high accuracy and with satisfactory response time. The proposed work has the object of analyzing different methods that can be employed to estimate the speed in sensorless axis, named according to their fundamental principle, they are: the method of harmonic slots, the torque in the air gap and the acoustic emission. The first mentioned is the best known non-invasive method in the state art, the second one was recently developed in the laboratory and the third one was exhibited here for the first time. All methods are compared with a reference instrument for measuring speed (tachometer). In order to obtain validation of the techniques we constructed a work bench tests basically composed by a three phase induction motor, torque meter and DC motor used as a generator (to enforce the axis load variable). The main objective of the study is to compare the methods for various situations of speed and load, also based on the degree of invasiveness and accuracy of each method. For the development and analysis of technique for harmonic slots and acoustic emission, a spectral analysis by Fourier transform of the current signal and the sound was performed, respectively. It was used tools such as MATLAB and LABVIEW for the computational study. After extensive experimental testing, the methods have been validated and it was obtained conclusions about different aspects of each discussed technique. / O motor de indução trifásico (MIT) é o principal sistema de conversão eletromecânica existente, presente em praticamente todos os processos industriais. Devido a sua versatilidade e razoável baixo custo, a utilização de inversores de frequência combinados com os MIT, praticamente, substituíram os motores de corrente contínua em sistemas que necessitam de variação de velocidade angular. Para o controle de malha fechada em MIT, sem a utilização de sensores de velocidade (sensorless), é fundamental que se estime a velocidade no eixo com alta exatidão e com tempo de resposta satisfatório. O trabalho proposto visa analisar diferentes métodos que podem ser empregados para estimação na velocidade no eixo sensorless, denominados de acordo com o seu princípio fundamental, são eles: método pela harmônicas das ranhuras, pelo torque no entreferro e pela emissão acústica. Sendo o primeiro citado, o método não-invasivo mais conhecido no estado arte, o segundo, desenvolvido recentemente em laboratório e o terceiro, exposto aqui pela primeira vez. Todos os métodos são comparados com um instrumento de referência para medida de velocidade (tacômetro). A fim de se obter a validação das técnicas empregadas foi construída uma bancada de testes experimentais composta basicamente por um motor de indução trifásico, torquímetro e motor de corrente contínua utilizado como gerador (para impor carga variável ao eixo). O principal objetivo do estudo é comparar os métodos para diversas situações de velocidade e carga, tendo também como base o grau de invasividade e exatidão de cada método. Para o desenvolvimento e análise da técnica pela harmônicas das ranhuras e da emissão acústica, foi realizada uma análise espectral pela Transformada de Fourier do sinal da corrente e do som, respectivamente. Usou-se para este estudo ferramentas computacionais como o LABVIEW e MATLAB. Depois de extensos ensaios experimentais, os métodos foram validados e obteve-se conclusões sobre diferentes aspectos de cada técnica analisada.

A dificuldade que se tem em promover uma adequada gestão da qualidade dos recursos hídricos tem como uma das causas a escassez de dados, seja espacial ou temporalmente. Os programas de monitoramento da qualidade da água convencionais possuem uma taxa de amostragem baixa, que em muitos casos se resume a algumas amostras por ano. Na busca por tornar as séries históricas de qualidade da água mais densas e representativas, desenvolvem-se técnicas de monitoramento automatizado, com equipamentos fixos em campo, coleta de dados automática e envio em tempo real. Embora estas técnicas tornem as séries históricas muito mais representativas e possibilitem uma tomada de decisão em tempo hábil para o gestor, elas ainda não estão consolidadas e possuem uma série de obstáculos na sua utilização, como o alto custo, as dificuldades de instalação dos equipamentos em campo, e a manutenção e calibração dispendiosas. Uma alternativa seria o chamado monitoramento da qualidade da água em tempo quase real (MQATQR), no qual um operador vai até o curso d’água portando o sensor, que pode ser uma sonda multiparamétrica, faz as leituras com uma frequência maior que o monitoramento convencional, e vai até uma base onde possa enviar esta informação. Com um mesmo aparelho pode ser feita a cobertura de um grande número de pontos e o equipamento pode ter sua calibração controlada em laboratório. Nesse contexto, o objetivo desta tese é avaliar a efetividade e o impacto econômico da utilização de uma estratégia de MQATQR como ferramenta de geração de dados de qualidade da água em um cenário de escassez de dados. Para isso foram utilizadas séries históricas de pontos de monitoramento da qualidade da água em tempo real no Brasil, Canadá e EUA. Estas séries foram submetidas à análise espectral para identificação das frequências mais densas e da representatividade delas dentro das séries. Os valores das frequências obtidos foram relacionados com atributos físicos e hidrológicos das bacias hidrográficas dos pontos de monitoramento. Para obtenção dos intervalos de amostragem foi aplicado o teorema de Nyquist-Shannon. A avaliação da viabilidade econômica da estratégia foi feita com dois estudos de caso, um é a aplicação na Rede Hidrometeorológica Nacional de Referência e o outro a aplicação no âmbito dos empreendimentos hidrelétricos sujeitos à resolução conjunta ANA/ANEEL nº 03/2010. Foi possível observar uma boa relação entre as frequências de amostragem e a área das bacias, possibilitando a prescrição de diferentes tipos de MQATQR para diferentes tipos de bacia. Os intervalos de amostragem obtidos por meio das frequências características em geral se mostraram executáveis nos moldes do MQATQR até a permanência de frequência de 90%. Para as permanências maiores que 90% os intervalos se aproximam do diário, sendo mais aconselhável a utilização de estratégias em tempo real. A estratégia de MQATQR se mostrou com melhor custo-efetividade para a maioria dos programas de monitoramento quando se utilizam permanências de frequências inferiores a 65%. Para permanências maiores que 65% a estratégia se mostrou economicamente viável para programas de monitoramento cujos pontos de amostragem estão próximos à base de operação. A estratégia de MQATQR se mostra como alternativa efetiva para o aumento da densidade temporal dos dados para diversos tipos de programas de monitoramento, com exceção daqueles que exigem o acompanhamento das variações bruscas na qualidade da água, como sistemas de alerta de qualidade da água. / The difficulty in promoting an adequate water quality management is mainly because data scarcity, either spatially or temporally. Conventional water quality monitoring programs have a low sampling rate, in many cases only few samples per year. By using appropriated equipment in field for data collection and real time sending, it is possible to develop some automated monitoring techniques to make the water quality series denser and representative. Although these techniques make the series more representative and allow a time decision-making for the manager, there are some barriers in their application such as higher costs, difficulties of installing the equipment and expensive maintenance and calibration. An alternative is the near-real-time water quality monitoring (NRTWQM), in which an operator goes to the river carrying the sensor, as a multi-parametric probe for example, to obtain a higher sampling frequency than monitoring conventional. In sequence the operator goes to a base where the information can be sent. By using the same sensor, it is possible to cover a large number of points. The equipment can also be calibrated in the laboratory. In this context, the objective of this work is to evaluate the effectiveness and economic impact in using a NRTWQM strategy as a tool to generate water quality data in a data scarcity scenario. For this purpose, water quality series are considered in real time at monitoring points in Brazil, Canada and the USA. The series were submitted to the spectral analysis to identify dense frequencies and their representativeness within the series. The frequencies values were related to the physical and hydrological attributes of the hydrographic basins. The Nyquist-Shannon theorem was applied to obtain the sampling intervals. The economic viability of the strategy is evaluated in two study cases. The National Hydrometeorological Reference Network is applied in the first, whilst the second is based on the application in the scope of hydroelectric projects subject to ANA / ANEEL nº 03/2010 normative resolution. It is observed a good relationship between the sampling frequencies and the basin area, which makes possible to prescribe different types of NRTWQM for different types of basin. In general, the sampling intervals obtained by means of the characteristic frequencies were shown to be executable in the NRTWQM models up to the 90% of cumulative frequency. For cumulative frequency higher than 90% the intervals approach the diary, consequently it is more advisable to use real-time strategies. The NRTWQM strategy proved to be the most cost-effective for mainly monitoring programs when using cumulative frequencies less than 65%. For cumulative frequency higher than 65%, the strategy proved to be economically viable for monitoring programs where sampling points are close to the base of operation. The NRTWQM strategy is an effective alternative to increase the temporal density of data for several types of monitoring programs, except for those that require the monitoring, of sudden changes in water quality, such as water quality warning systems.

O subnúcleo póstero-dorsal da amígdala medial (AMePD) de ratos modula comportamentos sociais, como é o reprodutivo, e respostas a estímulos estressantes. Para tanto, são necessários ajustes concomitantes da função cardiovascular. Dada sua notável presença no AMePD, o glutamato (GLU), o ácido δ-aminobutírico (GABA), a ocitocina (OT), a somatostatina (SST) e a angiotensina II (Ang II) poderiam estar envolvidos em tais ajustes homeostáticos. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da microinjeção de GLU, GABA, OT, SST e Ang II microinjetados diretamente no AMePD de ratos não anestesiados sobre o controle cardiovascular em situação basal e após estimulação dos barorreceptores e quimiorreceptores. Ratos machos Wistar (3 meses de idade) foram mantidos em condições padrão de biotério e cuidados éticos. Os animais foram anestesiados e submetidos à cirurgia estereotáxica para implantação unilateral de cânula no AMePD, lado direito. No quinto dia pós-cirúrgico, os animais foram novamente anestesiados e submetidos à colocação de cateter de polietileno na luz da artéria aorta abdominal e outro na veia cava inferior. Um dia após a canulação dos vasos, os animais foram microinjetados no AMePD com solução salina (0,3 μl; n = 8), GLU na dose de 2 μg/0,3 μl (n = 7), GABA nas doses de 61 ng/0.3μl (n = 7) e de 100 μg/0.3 μl (n = 7), OT nas doses de 10 ng/0,3 μl (n = 7) e de 25 pg/0,3 μl (n = 6), SST nas doses de 1 μM/0,3μl (n = 8) e de 15 fmol/0,3μl (n = 5) e Ang II nas doses de 50 fmol/0,3 μl (n = 7) e de 50 pmol/0,3 μl (n = 7). Dados de frequência cardíaca (FC) e de pressão arterial (PA) foram registrados por 15 minutos em período basal, controle, e, a seguir, foram microinjetadas as substâncias mencionadas e testadas as variáveis de interesse. Os reflexos pressóricos foram testados pela injeção de fenilefrina (8 μg/ml) e nitroprussiato de sódio (100 μg/ml) e os quimiorreceptores, pela de cianeto de potássio (doses crescentes desde 60 até 180 μg/kg). O modelo autoregressivo de análise espectral e a análise simbólica foram utilizados para avaliar a variabilidade da FC e da PA e as atividades simpática e vagal responsáveis pela variabilidade nos dados registrados. Os dados foram comparados pelo teste da análise da variância (ANOVA) de duas vias para medidas repetidas e pelo teste post hoc de Newman- Keuls ou pela ANOVA de uma via e pelo teste de Tukey, conforme apropriado. O nível de significância estatística foi estabelecido em p < 0,05. Não houve diferença estatística entre os grupos estudados nos valores de FC, PA sistólica, PA diastólica e PA média em situação basal ou após as diferentes microinjeções nos grupos microinjetados com neurotransmissores ou com os neuropeptídeos estudados (p > 0,05). Microinjeções de salina, de GLU (2 μg) ou GABA (61 ng ou 100 μg; n = 7 cada grupo) não afetaram os parâmetros basais ou respostas do quimiorreflexo. Os valores correspondentes à curva da modificação da PAM de acordo com a variação da FC foram estatisticamente diferentes entre os grupos estudados, sendo que a curva após a microinjeção de GABA 61 ng no AMePD foi diferente dos grupos que receberam salina ou GABA na maior dose (100 μg; p < 0,05 em ambos os casos). No que se refere ao platô de taquicardia, a curva de inclinação dos dados referente à sensibilidade média do barorreflexo foi diferente entre os grupos que receberam GLU ou GABA em ambas as doses em comparação com o que recebeu salina (p < 0,01). O GLU aumentou valores índices das análises espectral e simbólica simpáticos relacionados com modulações cardíaca e vascular (P <0,05). A administração de GABA (61 ng) também induziu os maiores valores de variabilidade na FC (P <0,05) que pode ser e associado a uma ativação parassimpática central. No grupo de animais microinjetados com salina, OT (10 ng e 25 pg), SST (1μM e 15 fmol) e Ang II (50 fmol e 50 pmol) no AMePD, os valores mais próximos do basal foram obtidos com a menor dose de KCN (60 μg/kg) e ocorreu, conforme o esperado, uma redução estatisticamente significativa maior na FC quando foram aumentadas as doses injetadas de KCN para 100 μg/kg, 140 μg/kg ou 180 μg/kg (teste de Newman-Keuls, p < 0,001 em todos os casos, quando comparadas com a menor dose injetada). Ang II na dose de 50 pmol microinjetada no AMePD gerou maior diminuição reflexa na FC quando comparado com o grupo controle após a estimulação dos quimiorreceptores com KCN nas doses de 60 e 140 μg/kg (p < 0,05). Ang II na dose de 50 pmol microinjetada no AMePD gerou maior diminuição reflexa na PA quando comparado com o grupo controle após a estimulação dos quimiorreceptores com KCN na dose de 140 μg/kg (p < 0,05). Os valores referentes ao ponto de maior inclinação da curva pressórica referente a respostas geradas pelos barorreceptores, (PA50), após injeções de fenilefrina e nitroprussiato de sódio, foram menores nos ratos que receberam OT na dose de 10 ng ou SST na dose de 1 μM microinjetadas no AMePD, quando comparado ao grupo controle (p < 0,05). Os valores referentes à sensibilidade média do barorreflexo (ganho em bpm/mmHg), após injeções de fenilefrina e nitroprussiato de sódio, foi maior no grupo que recebeu OT na dose de 10 ng quando comparado com a Ang II na dose de 50 pmol. Houve maior variabilidade na PA sistólica, na FC, no componente de baixa e de alta frequência do tacograma e no índice de atividade simpático-vagal da análise espectral nos grupos que receberam OT nas doses de (10 ng e 25 pg), SST (1μM e 15 fmol) e Ang II na dose de 50 pmol (p < 0,05). Tais dados, indicam que o AMePD se vale de sua atividade glutamatérgica, GABAérgica, ocitocinérgica, somatostatinérgica e angiotensinérgica local, por circuitaria própria ou devido a aferências neurais, para modificar variáveis cardiovasculares provavelmente concomitantemente à organização de comportamentos. / The postero-dorsal subnucleus of the medial amygdala (MePD) modulates social behavior of rats, such as reproduction, and responses to stressful stimuli. To this end, concomitants adjustments of the cardiovascular function are modulate. Given its remarkable presence in the MePD, glutamate (GLU), Gamma-amino butyric acid (GABA), oxytocin (OT), somatostatin (SST) and angiotensin II (Ang II) could be involved in such homeostatic adjustments. The objective of this study was to evaluate the effect of microinjection of GLU, GABA, OT, SST and Ang II microinjected directly into the rats MePD on non-anesthetized of cardiovascular control under basal conditions and after stimulation of baroreceptors and chemoreceptors. Male Wistar rats (3 months old) were maintained under standard laboratory conditions and ethical care. The animals were anesthetized and submitted to unilateral stereotactic surgery for implantation of the cannula in the right MePD. On the fifth postoperative day, the animals were again anesthetized and underwent placement of polyethylene catheter in the abdominal aorta and inferior vena cava. One day after the cannulation of the vessels, the animals were microinjected with saline solution, GLU (2 μg/0,3 μl, n = 7), GABA (61 ng/0.3μl, n = 7 and 100 μg/0.3 μl, n = 7), OT (10 ng/0,3 μl, n = 7 and 25 pg/0,3 μl, n = 6), SST (1 μM/0,3μl, n = 8 and 15 fmol/0,3μl, n = 5) and Ang II (50 fmol/0,3 μl, n = 7 and 50 pmol/0,3 μl, n = 7) in the MePD. Data for heart rate (HR) and blood pressure (BP) were recorded for 15 minutes at baseline and then were microinjected the substances aforementioned and tested the variables of interest. Baroreceptor function was tested by phenylephrine (8 μg/ml) and sodium nitroprusside (100 μg/ml) injections. Chemoreflex was tested by potassium cyanide (60 – 180 μg/ml) injections. The autoregressive model of symbolic analysis and spectral analysis were used to evaluate the variability of HR and BP and the sympathetic and vagal activities responsible for variability in the data recorded. The data were compared by a two-way analysis of variance (ANOVA) test for repeated measures and the post hoc Newman-Keuls or an one-way analysis of variance (ANOVA) test for repeated measures and the post hoc Newman-Keuls whenever appropriate. The level of statistical significance was set at P ≤ 0.05. There was no statistical difference between groups in the values of HR, systolic BP, diastolic BP and mean BP at baseline or after microinjections in the different groups (P > 0.05). Microinjections of saline, GLU (2 μg) or GABA (61 ng or 100 μg; n = 7 each group) did not affect the basal or responses the of chemoreflex. The values of the curve of change in the MAP in accordive to the variation of HR, were statistically different between groups, and the curve after the microinjection of GABA 61 ng in the MePD was different in the groups that received saline or the highest GABA dose (100 μg, P < 0.05 in both cases). With regard to the plateau of tachycardia, the slope of the data on the average baroreflex sensitivity was different among the groups receiving GLU or GABA at both doses compared to that received saline (P < 0.01). GLU increased power spectral and symbolic sympathetic indexes related with both cardiac and vascular modulations (P < 0.05). The GABA administration (61 ng, but not 100 μg) also induced higher values of HR variability (P < 0.05), rather associated with a parasympathetic activation. In the group of animals microinjected with saline, OT (10 ng and 25 pg), SST (1μM and 15 fmol) and Ang II (50 fmol and 50 pmol) in MePD, there was as expected, a statistically significant greater reduction in HR increasing when the injected doses of KCN to 100 μg/kg, 140 μg/kg or 180 μg/kg (Newman-Keuls test, P < 0.001 in all cases when compared with the lower injected dose). Ang II at the dose of 50 pmol generated a higher reflex decrease in HR compared to the control group after stimulation of the chemoreceptors with KCN at doses of 60 and 140 μg/kg (P < 0.05). Ang II at the dose of 50 pmol generated a higher reflex decrease in BP compared with the control group after stimulation of the chemoreceptors with KCN at the dose of 140 μg/kg (P < 0.05). The values for the point of greatest slope of the AP response generated by baroreceptors (MAP50) was lower in rats given OT at the dose of 10 ng or SST at the dose of 1 μM compared to the control group (P < 0.05). The average values for the baroreflex sensitivity (gain in bpm/mm Hg) after the injection of phenylephrine and sodium nitroprusside was greater in the group receiving OT at the dose of 10 ng compared with Ang II at the dose of 50 pmol. There was a greater variability in systolic BP, HR, the component of low and high frequency of tachogram and the sympathovagal index studied by spectral analysis in the groups that received OT (10 ng and 25 pg), SST (1 μM and 15 fmol) and Ang II (50 pmol; P < 0.05). These data indicate that the MePD has a glutamatergic, GABAergic, ocitocinergic, somatostatinergic angiotensinergic modulatory activity on cardiovascular response most likely involved in the central organization of behaviors.