Στη διπλωματική αυτή γίνεται μελέτη κάποιων τεχνικών που χρησιμοποιούνται για την αφαίρεση θορύβου από εικόνες μικροσυστοιχιών DNA. Στη συνέχεια γίνεται εφαρμογή φίλτρου median και μετασχηματισμού κυματιδίων (wavelet) για την αφαίρεση θορύβου από πραγματικές εικόνες μικροσυστοιχιών και σύγκριση των αποτελεσμάτων. / -

- / -

Το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας αφορά την μελέτη φαινομένων θορύβου σε ηλεκτρονικές διατάξεις ανίχνευσης οι οποίες αποτελούν προγενέστερο στάδιο της αποστολής του ψηφιακού σήματος σε βιοαισθητήρες. Στόχος είναι η μοντελοποίηση και βελτιστοποίηση κυκλωματικών τοπολογιών ως προς την απόκριση συνεχούς και την θορυβική τους απόκριση. / The purpose of this thesis concerns the study of noise phenomena into electronics detection systems which are an earlier step of the forwarding of the digital signal in biosensors. Our aim is the modeling and the optimization of those circuit topologies from the side of transient response-analysis and noise response.

Η διπλωματική εργασία μου ασχολείται με την αφαίρεση θορύβου από Ηλεκτροκαρδιογράφημα(ΗΚΓ), με σκοπό τη καθαρότερη λήψη του σήματος για διαγνωστικούς σκοπούς. Ο θόρυβος στο ΗΚΓ προέρχεται από διάφορες πηγές, είτε τεχνικές, είτε φυσιολογικές. Η αφαίρεσή του είναι ουσιαστικής σημασίας. Στόχος της εργασίας αυτής είναι η παράθεση των κυρίων μεθόδων αφαίρεσης θορύβου από ΗΚΓ και του τρόπου λειτουργίας τους, καθώς και η παράθεση παραδειγμάτων από την πρόσφατη βιβλιογραφία. / --

Ο ταλαντωτής αποτελεί σημαντικό κομμάτι κάθε τηλεπικοινωνιακού συστήματος. Το σημαντικότερο στοιχείο της απόδοσής του είναι ο θόρυβος φάσης. Για τη βελτίωσή του χρησιμοποιείται η μέθοδος του injection locking. Με αυτή τη μέθοδο ένα σήμα αναφοράς με καλά χαρακτηριστικά θορύβου χρησιμοποιείται για να βελτιώσει την έξοδο του ταλαντωτή. Χρησιμοποιείται μια τοπολογία τροποποιημένου ταλαντωτή Colpitts, ο οποίος εξομοιώνεται και υλοποιείται. Με τις μετρήσεις που ακολουθούν επιβεβαιώνεται η καλύτερη συμπεριφορά θορύβου που επιτυγχάνει η μέθοδος του injection locking. / Oscillators form an integral part of all communication systems. Their most crucial element regarding performance is phase noise. To improve it we use the method of injection locking. With this method, a reference signal with good noise characteristics is used to improve the output of the oscillator. A modified Colpitts oscillator topology is used which is both simulated and implemented as a circuit board. Measurements confirmed that injection locking improved the characteristics of phase noise.

Οι ακουστικές εκπομπές χρησιμοποιούνται για την παρακολούθηση της υγείας σε διάφορες κατασκευές και υλικά, καθώς εντοπίζουν συμβάντα ΑΕ, τα οποία συνήθως προκαλούνται από διάφορους τύπους ζημιάς και με την αφαίρεση του ανεπιθύμητου θορύβου έχουμε χρήσιμα δεδομένα για το προς εξέταση αντικείμενο. Η παρακολούθηση μέσω ακουστικών εκπομπών είναι ένας μη καταστροφικός τρόπος ελέγχου (NDT) και έτσι δεν επηρεάζει τις κατασκευές σε αντίθεση με τους παραδοσιακούς τρόπους ελέγχου. Οι ΑΕ διακρίνονται σε δυο τύπους τα συνεχή σήματα ΑΕ και τα εκρηκτικά σήματα ΑΕ. Η συνεχής ΑΕ παρουσιάζει σχεδόν σταθερά χαρακτηριστικά γνωρίσματα καθ' όλη τη διάρκεια του σήματος ενώ στην εκρηκτική ΑΕ είναι σαφής ο διαχωρισμός της φάσης ανύψωσης και πτώσης του πλάτους του. Στη παρούσα μελέτη εξετάζονται πολλές εφαρμογές της παρακολούθησης ΑΕ. Οι γέφυρες είναι το πιο συχνό πεδίο εφαρμογής της παρακολούθησης ΑΕ εξαιτίας της ανάγκης τους για συνεχή και αξιόπιστη μέτρηση της δομικής υγείας τους λόγω και της κρισιμότητας της ακεραιότητάς τους. Η ΑΕ φαντάζει η ιδανική επιλογή για γέφυρες λόγω της μη αναστολής της λειτουργίας αυτών για την διεξαγωγή των διάφορων δοκιμών. Η δημιουργία ασύρματων κόμβων ΑΕ είναι ένα πεδίο που χρήζει περαιτέρω μελέτης και διερεύνησης. Η ασύρματη παρακολούθηση έχει πολλά πλεονεκτήματα όπως οικονομία,αποδοτικότητα,συνεχής παρακολούθηση σε σχέση με την ενσύρματη παρακολούθηση και σίγουρα θα είναι ένα απαραίτητο στοιχείο των συστημάτων ΑΕ στο μέλλον. Παρόλα τα προβλήματα σχετικά με την επάρκεια ενέργειας σε αυτά τα συστήματα. Επίσης οι ΑΕ έχουν την δυνατότητα της χρησιμοποίησης ευφυών συστημάτων για την επεξεργασία δεδομένων κάτι που βοηθάει στην καλύτερη αξιολόγηση των αποτελεσμάτων των δοκιμών. Ιδιαίτερη αναφορά γίνεται στο αυτό-οργανωμένο νευρωνικό δίκτυο Kohonen.Τέλος μελετάται και η χρήση ΑΕ στην παρακολούθηση φθοράς εργαλείων και σε σύνθετα υλικά με φυσικές ίνες. / The acoustic emissions are used for monitoring health in different structures and materials, as well as identify AE occurrence usually caused by various types of damage and by removing unwanted noise we could obtain useful data. Monitoring using acoustic emissions is a non-destructive way of testing (NDT) and thus does not affect the construction unlike traditional ways of testing. AE are divided into two types the continuous AE signals and burst AE signals. Continuous AE shows almost constant characteristics throughout the duration of the signal while the burst AE indicate clear separation of the lifting phase and falling of the amplitude. This study examined many monitoring applications on AE. The bridges are the most common field of application of AE tracking because of their need for continuous and reliable measurement of their structural health because of the criticality of their integrity. The AE seems the ideal choice for bridges due to non-suspension of the operation of these for the conduct of the various tests. Creating wireless AE nodes is an area that merits further study and investigation. Wireless monitoring has many advantages such as economy, efficiency, continuous monitoring compared to wired monitoring and will definitely be a essential element of AE systems in the future. Despite all problems with regard to energy efficiency in such systems. Also AE are capable of using intelligent systems for data processing which provides a better evaluation of test results. Particular reference is made to self-organized neural network Kohonen.Finally it is studied the use of AE in monitoring tools and wear of composites with natural fibers.

- / -

Στόχος της συγγραφής αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη των διαδικασιών μέσω των οποίων πραγματοποιείται η ενίσχυση ήχου κάτω από περιβάλλον θορύβου. Γίνεται εισαγωγή στις βασικές έννοιες του speech enhancement και ανάλυση των τεχνικών αποθορυβοποίησης. Επίσης γίνεται μελέτη των αρχών και μεθόδων αξιολόγησης Αναβαθμισμένων Ενθόρυβων Σημάτων. Όλα αυτά ολοκληρώνονται από τον αντίστοιχο κώδικα στο Matlab. / The main goal of this project is the study of the premium techniques of speech enhancement and explore the way that they are evaluated.

Σκοπός της διπλωματικής είναι η μελέτη ενός τηλεπικοινωνιακού συστήματος αποτελούμενου από συνελικτικό κωδικοποιητή, interleaver, qam διαμορφωτή, κανάλι με παρουσία συσχετισμένου Gaussian θορύβου, soft qam αποδιαμορφωτή, deinterleaver και αποκωδικοποιητή Viterbi. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στην απόδοση του interleaving/symbol παρουσία συσχετισμένου θορύβου. Μελετάται η απόδοση στο BER, η πολυπλοκότητα, το κόστος υλικού καθώς και χρονική καθυστέρηση του παραπάνω συστήματος σε σχέση με ένα αντίστοιχο σύστημα που υλοποιεί interleaving/bit παρουσία συσχετισμένου θορύβου. / The aim of the thesis is to study a telecommunications system consisting of convolutional encoder, interleaver, qam modulator, channel in the presence of correlated Gaussian noise, soft qam demodulator, deinterleaver, and decoder Viterbi. Particular emphasis is placed on the performance of interleaving/symbol presence of correlated noise. Studied the performance of the BER, the complexity, cost of material and time delay of the above system with respect to a corresponding system that implements interleaving/bit presence of correlated noise.

Σκοπός της παρούσης διπλωματικής εργασίας είναι η εξαγωγή πληροφορίας για τη βιοχημική αντίδραση που συμβαίνει στην επιφάνεια ενός βιοαισθητήρα μέσω της ανάλυσης του φάσματος της ηλεκτρικής ποσότητας εξόδου. Αυτό γίνεται με τη διάσπαση του τελευταίου στα βασικά του συστατικά, ήτοι τη ΦΠΙ (Φασματική Πυκνότητα Ισχύος) της στοχαστικής διαδικασίας που λαμβάνει χώρα στην επιφάνεια –και την οποία θα αντιμετωπίσουμε ως διαταραχή- και τον ενδογενή θόρυβο της συσκευής. Αρχικά γίνεται μια παρουσίαση της βασικής αρχής λειτουργίας των βιοαισθητήρων και διαμορφώνεται ένα μοντέλο που συνδέει την αντίδραση με το ρεύμα εξόδου του αισθητήρα. Στη συνέχεια παρουσιάζονται δύο βασικά είδη διαταραχών (RTS και 1/f θόρυβος), η σύνδεσή τους με την περίπτωσή μας καθώς και προκύπτοντα πρακτικά ζητήματα. Έπειτα παρουσιάζεται ένα μακροσκοπικό μοντέλο της αντίδρασης από τη βιοχημεία και διαμορφώνεται ένα μικροσκοπικό μοντέλο από τη σκοπιά της στοχαστικής διαδικασίας μέσω του οποίου εξάγεται και η ΦΠΙ των βιοχημικών διαταραχών. Η τελευταία συγκρίνεται με την παρατηρούμενη στη βιβλιογραφία και με τη χρήση εργαλείων που ερμηνεύουν διαταραχές γίνεται μια προσπάθεια ερμηνείας . Τέλος, υλοποιούμε, προσομοιώνουμε και αξιολογούμε έναν εκτιμητή που ανιχνεύει είδη και ποσότητες αναλυτών αναλύοντας την απόκριση του αισθητήρα και εκμεταλλευόμενος το μοντέλο που έχει παρουσιαστεί. / The goal of this diploma thesis is to infer data about the biochemical reaction taking place on the surface of a biosensor through analyzing the spectrum of the electrical output quantity. This is achieved through decomposing the aforementioned spectrum to its constituents, namely the PSD (Power Spectral Density) of the stochastic process that takes place on the sensor surface (treated as a fluctuation) and the inherent device noise. We initially describe the basic principles by which biosensors operate and we formulate a model that relates reaction quantities to the sensor output current. Two basic kinds of fluctuations (namely RTS and 1/f noise) are then presented and related to our case. Some practical aspects are addressed as well. A macroscopic model of the reaction which is commonly used in biochemistry is then described. Moreover, we describe a microscopic model of the reaction treating it as a stochastic process and we subsequently obtain the PSD of the biochemical fluctuations. The aforementioned PSD is then compared to PSDs extracted from experimental data and an attempt is made to interpret the latter using fluctuation analysis concepts. Finally, we develop, simulate and evaluate an estimator which detects analyte species as well as analyte concentrations through processing of the biosensor response and making use of our model.