The plasma opening switch (POS) is used in pulsed power systems where a very fast opening and high current switch is required. Plasma is injected into the switch, which carries a large conduction current, before it opens in a process that lasts for a few nanosecond and transfers the current to a parallel-connected load at a much increased voltage and with a much shorter rise time. The conduction and opening times of the switch are dependent on plasma parameters such as the distribution, speed and species, all of which are determined by the plasma source. Most of the earlier reported work involves large dimension POSs and a correspondingly high input current (more than 100 kA) and uses carbon plasma. One main objective of the present research was to achieve a low input current (20 kA) and miniaturised POS by using hydrogen plasma rather than carbon plasma on account of its lower mass. A cable gun was selected for producing the plasma, since although this produces both hydrogen and carbon plasma these arise different times during its operation. For the present application a Tesla transformer was used in preference to a Marx generator to produce an initial high voltage pulse for the system, on the basis of its simpler design and cost effectiveness. This transformer together with an associated water PFL (pulse forming line) and pressurised switch was capable of producing a load current in excess of 20 kA with a rise time of 53 ns, which was fed through the POS to the final load. Special diagnostics arrangements were necessary to measure the fast high current and voltage pulse a in nonintrusive way. Faraday cups and a high speed camera were used to measure the plasma parameters. The overall system built (i.e. including the POS) is capable of producing a 22 kA current with a rise time of 5 ns, and of generating a power of more than 10 GW. Much of the work detailed in the thesis has already been presented in peer reviewed journals and at prestigious international conferences.

CAPES e CNPq / A Biotelemetria apresenta-se como uma importante técnica que possui várias aplicações na área de Engenharia Biomédica e outras. A miniaturização da unidade sensora é um grande desafio dentro desta área, sendo que na maioria dos casos, deseja-se uma unidade menor possível. Desta maneira, sensores passivos são interessantes, pois possibilitam uma menor dimensão do dispositivo e não necessitam de uma fonte própria de energia, ou bateria, que pode causar danos ao indivíduo monitorado caso ocorra vazamento do seu conteúdo químico. Deste modo, o sensor indutivo autorressonante apresenta-se como uma promissora solução, uma vez que este pode ser construído com apenas um componente, um indutor, que utiliza a sua própria capacitância parasita no lugar de um capacitor externo. Por apresentar pequenas dimensões, este tipo de sensor possui uma baixa capacitância parasita, o que torna a sua frequência de ressonância bastante alta. Isso pode resultar em alguns problemas e até mesmo inviabilizar o projeto. Neste caso, a bobina bifilar idealizada por Nikola Tesla pode ser uma solução, uma vez que o objetivo de Tesla foi aumentar a capacitância intrínseca de suas bobinas. Portanto, um entendimento físico e devido equacionamento da bobina bifilar se faz necessário, uma vez que, até onde se sabe, este tipo de abordagem não existe na literatura. A partir de uma análise física em função das tensões entre espiras adjacentes da bobina bifilar de Tesla, foi desenvolvido um equacionamento que possibilita a determinação do aumento da capacitância interna e, consequente, redução na frequência de ressonância da bobina bifilar. Um modelo elétrico equivalente da bobina também foi elaborado através desta análise. Testes foram realizados para validar a análise física, e comparar a frequência de autorressonância calculada e medida para diversos números de espiras, de modo a comprovar a validade do modelo e das equações desenvolvidas. Um sensor biotelemétrico indutivo autorressonante, para medição de deslocamentos, utilizando a bobina bifilar de Tesla, foi desenvolvido para caracterizar a sua utilização como um sensor biomédico. / Biotelemetry is an important technique with many applications in biomedical engineering and other areas. The size of the remote unit or sensor is a major challenge in this area, and, in most cases, a sensor is desired to be as small as possible. Thus, passive sensors are interesting because they allow a smaller dimensions and do not require a power source or battery, which can harm the patient in the event of leakage of its chemical content. Thus, the self-ressonant inductive sensor is a good solution since it can be built with only one component. Due to its small size, this type of sensor has a low stray capacitance, which makes its self-resonance frequency very high. In this case, the bifilar coil, devised by Nikola Tesla, can be a solution, since Tesla's idea was to increase the intrinsic capacitance of his coils. Therefore a physical understanding of the bifilar coil is necessary, since as far as is known, this approach does not exist in the literature. From an analysis of the voltage between adjacent turns, equations of the Tesla's bifilar coil were developed, allowing the prediction of the increase on the internal capacitance and consequent reduction of the resonance frequency. An equivalent electric model was also developed from this analysis. This allowed the project of bifilar coils and the calculation of the internal capacitances and self-resonance frequencies of these coils. Tests were realized in order to compare the calculated and measured self-resonance for various numbers of turns, showing the validity of the presented method. A passive self-resonant biotelemetric sensor for displacement measurement using the Tesla's bifilar coil, was also developed.

CAPES e CNPq / A Biotelemetria apresenta-se como uma importante técnica que possui várias aplicações na área de Engenharia Biomédica e outras. A miniaturização da unidade sensora é um grande desafio dentro desta área, sendo que na maioria dos casos, deseja-se uma unidade menor possível. Desta maneira, sensores passivos são interessantes, pois possibilitam uma menor dimensão do dispositivo e não necessitam de uma fonte própria de energia, ou bateria, que pode causar danos ao indivíduo monitorado caso ocorra vazamento do seu conteúdo químico. Deste modo, o sensor indutivo autorressonante apresenta-se como uma promissora solução, uma vez que este pode ser construído com apenas um componente, um indutor, que utiliza a sua própria capacitância parasita no lugar de um capacitor externo. Por apresentar pequenas dimensões, este tipo de sensor possui uma baixa capacitância parasita, o que torna a sua frequência de ressonância bastante alta. Isso pode resultar em alguns problemas e até mesmo inviabilizar o projeto. Neste caso, a bobina bifilar idealizada por Nikola Tesla pode ser uma solução, uma vez que o objetivo de Tesla foi aumentar a capacitância intrínseca de suas bobinas. Portanto, um entendimento físico e devido equacionamento da bobina bifilar se faz necessário, uma vez que, até onde se sabe, este tipo de abordagem não existe na literatura. A partir de uma análise física em função das tensões entre espiras adjacentes da bobina bifilar de Tesla, foi desenvolvido um equacionamento que possibilita a determinação do aumento da capacitância interna e, consequente, redução na frequência de ressonância da bobina bifilar. Um modelo elétrico equivalente da bobina também foi elaborado através desta análise. Testes foram realizados para validar a análise física, e comparar a frequência de autorressonância calculada e medida para diversos números de espiras, de modo a comprovar a validade do modelo e das equações desenvolvidas. Um sensor biotelemétrico indutivo autorressonante, para medição de deslocamentos, utilizando a bobina bifilar de Tesla, foi desenvolvido para caracterizar a sua utilização como um sensor biomédico. / Biotelemetry is an important technique with many applications in biomedical engineering and other areas. The size of the remote unit or sensor is a major challenge in this area, and, in most cases, a sensor is desired to be as small as possible. Thus, passive sensors are interesting because they allow a smaller dimensions and do not require a power source or battery, which can harm the patient in the event of leakage of its chemical content. Thus, the self-ressonant inductive sensor is a good solution since it can be built with only one component. Due to its small size, this type of sensor has a low stray capacitance, which makes its self-resonance frequency very high. In this case, the bifilar coil, devised by Nikola Tesla, can be a solution, since Tesla's idea was to increase the intrinsic capacitance of his coils. Therefore a physical understanding of the bifilar coil is necessary, since as far as is known, this approach does not exist in the literature. From an analysis of the voltage between adjacent turns, equations of the Tesla's bifilar coil were developed, allowing the prediction of the increase on the internal capacitance and consequent reduction of the resonance frequency. An equivalent electric model was also developed from this analysis. This allowed the project of bifilar coils and the calculation of the internal capacitances and self-resonance frequencies of these coils. Tests were realized in order to compare the calculated and measured self-resonance for various numbers of turns, showing the validity of the presented method. A passive self-resonant biotelemetric sensor for displacement measurement using the Tesla's bifilar coil, was also developed.