The backscatter coefficient (BSC) is an intrinsic property that quantifies the amount of energy that is reflected by a material as function of the ultrasound wave frequency. BSCs have been proposed for decades for tissue characterization, along with quantitative ultrasound (QUS) parameters derived from BSCs that have been used to construct images that represent how these properties vary spatially. The availability of formulations based on weakly focusing conditions has resulted in a widespread use of large focal number transducers for BSC estimation. The use of highly focused transducers offers the possibility of improving the spatial resolution of BSC-based imaging. The model by Chen et al. [1] was developed for estimating BSCs using transducers of arbitrary focal number. However, to this date only preliminary experimental validation of this method has been performed. The goals of the present study are to analyze for the first time the accuracy of Chen’s [1] method when estimating BSCs using highly focused transducers through both simulations and experiments, and to analyze the accuracy on the estimation of QUS parameters derived from BSCs (specifically the effective scatterer size (ESD) and concentration (ESC)) applying the Chen et al. [1] model. To achieve these goals, a theoretical model of BSC synthesis based on the method of Chen et al. [1]. was derived and used with simulated data. The model considers frequency dependent diffraction patterns, and the scatterers in the synthetic data replicate the properties of solid spheres. In experiments, data obtained using highly focused transducers from a physical phantom containing glass beads was used. This experimental data was appropriately compensated for attenuation and transmission effects. The accuracy of Chen’s method was evaluated calculating the mean fractional error between the estimated and theoretical BSCs curves for both simulations and experiments. Also, the QUS parameters were estimated and compared with real known parameters. BSCs and QUS parameter estimates were obtained from regions of interest from both the transducer focus and throughout the transducer focal region. Finally, the sound speed and the transducer focus were varied in appropriate ranges when processing the data for the BSC and QUS values estimation in order to assess the robustness of the method to uncertainties in these parameters. The results showed that BSCs and QUS parameters can be accurately estimated using highly focused transducers if the appropriate model is used, with regions of interest not restricted to be centered at the focus but to the full extension of the -6-dB transducer focal region. It was also verified that well estimated parameters as the sound speed and transducer focus are necessary in order to obtain accurate BSCs and QUS parameters estimates. / Tesis

Memoria para optar al título de Diseñador Industrial

Los exámenes médicos y operaciones quirúrgicas utilizan sistemas de seguimiento espacial para realizar un mejor diagnóstico y registrar el movimiento de los instrumentos de medición o cirugía, respectivamente. Estos sistemas, conformados por componentes sofisticados y un complejo nivel de procesamiento, son por lo general de costo elevado debido al grado de precisión y exactitud requerido. El objetivo de la presente tesis es diseñar e implementar un sistema de seguimiento alternativo en coordenadas de traslación de un transductor ultrasónico, registrando el movimiento que realiza en cada uno de los ejes cartesianos (x, y, z) al momento de efectuar un examen ecográfico. El sistema desarrollado cuenta con un trasmisor de campo magnético y un sensor adosado al transductor que mide los vectores de campo y es controlado por un micro-controlador ATMEGA8. Se implementó un modelamiento matemático en Matlab para convertir los valores de campo a coordenadas espaciales. En este trabajo se muestra además, los métodos de calibración del sistema y los resultados de los ensayos realizados sobre patrones de trayectorias conocidas. El desempeño del sistema construido se evaluó cuantificando la precisión y exactitud del mismo, comparándolo con un sistema óptico basado en un mouse de computadora. / Tesis

El presente trabajo tiene por objetivo el diseño y desarrollo de un excitador básico de ultrasonido. Para dicho fin, se debe generar una señal eléctrica adecuada para aplicarla a un transductor. Esta señal eléctrica consiste básicamente en trenes de pulsos de alto voltaje que son enviados cada cierto periodo. Los parámetros de esta onda, tales como duración del pulso, número de pulsos por tren y frecuencia de repetición del tren de pulsos, deben ser configurados por el usuario. Con este trabajo se busca promover la investigación sobre excitadores de ultrasonido de mayor precisión y resolución, lo que implicará una contribución en el desarrollo de equipos de ultrasonido para diversas aplicaciones, cada vez más necesarias e importantes en la medicina e industria. Para alcanzar este objetivo, se ha hecho uso de un sintetizador digital de frecuencias, conocido como DDS, para poder generar pulsos de voltaje de hasta 200 nanosegundos. Para controlar la frecuencia de repetición se utilizó un microcontrolador Atmel de 8 bits y para el control del número de pulsos por tren, un sistema compuesto por compuertas lógicas de alta velocidad de la familia 74HCT. Finalmente, para amplificar la señal lógica generada, se usó un arreglo de Power MOSFETs. / Tesis

El presente trabajo tiene como objetivo diseñar y desarrollar un sistema de adquisición de datos ultrasónicos en un FPGA, capaz de excitar transductores ultrasónicos en el rango de las aplicaciones médicas convencionales de ultrasonido, y de digitalizar, almacenar y transmitir los ecos ultrasónicos recibidos a una computadora personal. En el Capítulo 1 se presenta la problemática actual en nuestro país con respecto al desarrollo de sistemas de adquisición de datos ultrasónicos y las ventajas que tendría desarrollar este tipo de tecnología. Adicionalmente, se presenta los objetivos del presente proyecto de tesis, los requerimientos y características principales del sistema propuesto y las maneras que existen de implementar un sistema de adquisición de datos. En el Capítulo 2 se describen cada una de las partes que componen un sistema de adquisición de datos ultrasónicos, por ejemplo: circuito de excitación, acondicionamiento de señal, adquisición de datos, transmisión de datos e interfaz con el usuario. Adicionalmente se analizan las características físicas y eléctricas de cada parte del sistema. En el Capítulo 3 se presenta el diseño electrónico de la etapa de excitación de transductores ultrasónicos, adquisición, almacenamiento, pre-procesamiento y transmisión de datos a la computadora. En cada etapa se muestra los criterios de diseño utilizados, las simulaciones obtenidas con el diseño propuesto y se realiza una comparación cualitativa con el trabajo precedente a este proyecto. En el Capítulo 4 se muestran los resultados obtenidos con el sistema de adquisición de datos desarrollado. Se presenta una comparación cualitativa entre los resultados obtenidos con el equipo comercial MS-5800 de la empresa OLYMPUS y el sistema de excitación desarrollado. También se presenta una comparación entre las señales adquiridas con un osciloscopio digital de la marca TEKTRONIX y el sistema de adquisición de datos desarrollado. / Tesis

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Mecánico / En la aeronáutica, las hélices cumplen un rol fundamental ya que constituyen un parámetro importante en cuando a las capacidades del vehículo. Parámetros como su velocidad, el peso máximo que el vehículo puede transportar y su máxima envergadura de alas están definidos, en parte, por el tamaño y geometría de la hélice. Así, se tiene que el diseño de estas es vital para el correcto funcionamiento de un avión, helicóptero, cuadricóptero, entre otros. El propósito de este trabajo de título fue diseñar, calcular y construir un banco de pruebas para hélices de hasta 0,78 metros de largo que sea capaz de medir rpm, fuerza de empuje, velocidad, temperatura y torque de una manera más económica al no tener que recurrir a túneles de viento de alta velocidad existentes en laboratorios. El fin de estas mediciones es poder caracterizar distintos diseños de hélices y luego poder compararlos con modelos ya existentes y así poder cuantificar la diferencia entre ellas, dependiendo de su diseño. Como requerimiento de diseño por parte de Vempto S.P.A. se tuvo que el soporte debe poder instalarse aguas arriba (upwind) y aguas abajo (downwind) para así poder realizar ambos tipos de mediciones sobre las hélices. Las mediciones de torque y de empuje del banco de pruebas las realizan celdas de carga cuyo peso y volumen se consideraron en el diseño del pedestal. Estas celdas de carga son transductores que convierten la deformación mecánica en una salida eléctrica cuantificable. El trabajo de título consta de dos etapas: La de diseño y la de construcción. En la primera se realizó el diseño preliminar y el análisis de elementos finitos del pedestal mediante un software. Así, se realizan 3 tipos de análisis a la estructura; estático, de vibraciones y pandeo. Luego de especificar que el factor de seguridad mínimo (2,75) superó al requerido en un principio por Vempto (2,00), se cubicó y cotizó cada uno de los componentes y materiales para la construcción y, finalmente, se especificó qué tipo de mecanizado, procesos de manufactura y ensamblaje se llevaron a cabo para poder realizar de manera óptima la siguiente etapa. Además de lo relacionado al pedestal se seleccionó la parrilla y su anclaje, la que se utilizó para instalar el banco de pruebas sobre el automóvil durante la etapa final. Al mismo tiempo, se diseñó un sistema de aluminio desmontable que permite calibrar cada una de las celdas de carga para luego poder tener mediciones fidedignas en cuanto al torque y empuje generado por cada hélice que se instale en el banco de pruebas. Una vez finalizado el diseño y mecanizado comenzó el ensamblaje y la instalación del banco de pruebas sobre el auto. Así, el pedestal quedó apto para poder realizar las mediciones de hélices. Esta etapa se realiza, por un lado, en un taller privado contratado por parte de Vempto, y para el caso de algunas piezas se tuvo que acudir al taller mecánico de la Universidad de Chile. El trabajo de título se validó luego de que Vempto aceptó el diseño, los cálculos realizados a este y dio el Visto Bueno considerando que el banco de pruebas efectivamente cumple con lo pedido, pudiendo caracterizar hélices mediante torque y empuje. / VEMPTO S.P.A.

El uso de las imágenes médicas en el diagnóstico clínico es cada vez mayor. Dentro de todas las técnicas que existen para generar imágenes del interior del cuerpo, el ultrasonido es una de las que más se utilizan. Pero los equipos que trabajan con ultrasonido poseen precios elevados. Por eso, lo que se busca es desarrollar tecnologías que permitan trabajar con ultrasonidos a un menor costo. Existe un trabajo de tesis previo, pero actualmente el equipo que se desarrolló, no se encuentra en funcionamiento. Por eso, el objetivo de la presente tesis es rediseñar, construir y verificar el funcionamiento de un circuito receptor de señales de ultrasonido que toma como base este trabajo previo. Básicamente se buscó incrementar las potencialidades de este equipo previo como son la frecuencia de muestreo, la resolución de bits y la capacidad de almacenamiento del mismo. También se verificará que el ancho de banda de la señal de entrada del circuito sea de por lo menos 10 MHz y se obtenga una ganancia de 20 a 40 dB. / Tesis

En el panorama actual, las aplicaciones relacionadas al bombeo de agua tienen una alta demanda de energía en el rubro industrial y doméstico ya que representan el 22% del consumo total en el mundo. Los sistemas de presión constante, son los más utilizados en las estaciones de bombeo, ya que permiten un control automático y regulado de la presión en tiempo real. Sin embargo, es normal encontrar bombas sobredimensionadas funcionando mediante métodos externos de control de flujo. Los más convencionales son: estrangulamiento, By-pass y control On-Off. Adicionalmente, estas bombas son arrancadas en directo ocasionando inconvenientes en el sistema y tuberías: deterioro de las tuberías por el golpe de presión en el arranque, factor de potencia bajo (necesidad de incluir banco de condensadores), deterioro del motor, baja eficiencia de consumo de energía. Para evitar estos inconvenientes, se plantea utilizar la tecnología de control por variadores de velocidad y demostrar su desempeño en aplicaciones de presión constante con bombas múltiples, como lo son: el ingreso de bombas de manera secuencial y alternancia de bomba principal para equiparar el tiempo de funcionamiento entre todas. Se implementará un módulo demostrativo con dos modos de control del sistema multibombas: control de motor por bomba principal controlada y auxiliares en directo; y control del motor principal y auxiliares por variadores de velocidad enlazados por comunicación serial. Para cumplir el objetivo se requirió el diseño de un circuito de fuerza y de control, partiendo de los diagramas recomendados el fabricante, para luego pasar a la selección de los equipos a utilizar, luego al seguimiento de la fabricación y cableado; por último se configuró el variador, creando una nueva macro de aplicación que combina los 2 modos de control multibombas. En la fase de pruebas se obtuvo un funcionamiento óptimo del controlador PID, permitiendo una regulación en tiempo real manteniéndonos en el nivel de referencia de presión todo el tiempo; respondió de forma esperada antes los fallos simulados y obedeció los comandos de comunicación serial del variador maestro. Adicionalmente el módulo está disponible para entrenamientos técnicos y en la configuración de variadores de velocidad ABB. / Tesis

El presente trabajo de tesis tiene como objetivo realizar el diseño de un Sistema de Adquisición de Datos para una Celda de Carga Analógica dentro de un Proceso de Pesaje Dinámico. En este trabajo se busca proponer una solución alternativa al uso de celdas de carga digitales de tal forma que una balanza dinámica no sea un equipo sobre-equipado, sino un equipo a medida. Se plantea el diseño de tal forma que el peso será digitalizado y enviado usando un protocolo industrial. Para demostrar el funcionamiento del sistema planteado se realizaron distintas pruebas que evalúan las etapas del diseño. / Tesis

[EN] Qualitative analysis of systems has gained importance in recent years, by incorporating new approaching perspectives to assessment problems, which often include the user's point of view. Traditionally, in the field of acoustics and sound, qualitative evaluation of sound events has been a task entrusted to the classical psychoacoustic techniques. Statistical analysis of the results produced by these techniques has offered a standard response or reference to a particular problem. Moreover, also in the acoustic science, the study of systems by establishing physical models designed to describe the phenomenology that takes place in them, has been the source of a lot of metrics. Historically, these models and measurement techniques have been originated by the demands of specific industries and these procedures have been subsequently adapted to scopes of application sometimes very different from the original for which they were conceived. The magnitudes offered by these metrics, in addition to quantify a given variable of the model, are often related to qualitative aspects of the systems themselves. The establishment of a correlation between the results offered by these metrics and qualitative assessments made by psychoacoustics experimentation has not always been as satisfactory than could be expected, leading sometimes to a dichotomy between the objective and the subjective metrics, regarding phenomenological and qualitative description respectively. In the last decades, the knowledge generated through psychoacoustic experimentation has been used, along with the improvement of signal processing techniques, in order to model the human auditory system. Such work has led to the development of perceptual models. The main applicant of these qualitative assessment techniques was, firstly, the mobile phone industry and subsequently those related to audio-visual content broadcasting through new digital transmission channels. The need to reduce the transmission bit rate with the least possible qualitative degradation, first led to the development of compression codecs, based on perceptual aspects. These compression techniques are constantly evolving. But another consequence of this perceptive approach is the establishment of signal degradation and service monitoring measurement techniques also based on perceptual models. Thus, a change of perspective is produced: modelling of transmission channel is replaced by perceptual modelling, in order to establish an assessment that, in principle, could be more directly related to the most relevant aspects of the perception process, and consequently, to the system's qualitative assessment. We will see that historically, exchanges of techniques between different application areas has been a usual practice in the context of models and methods for quality assessing. With this, this study aims to assess the application of a perceptual model to a different scope of those initially foreseen for these models. Typically, perceptual models are applied to signals transmitted through a digital channel, in order to establish a comparison between the original signal -or the reference- and the transmitted one. The differences between the two signals are evaluated by the model, in order to obtain a quantification of the assessment. In the case of this work we try to expand the scope of a perceptual model to continuous systems, as are an electroacoustic transducer or a room where an acoustic event propagates. Both, transducers and rooms, can be considered as transmission channels, although the signal degradations introduced by them will be well differentiated. In fact, their study has been approached from very different perspectives over time. The aim of this study is to investigate to what extent a perceptual model can be used to assess signal degradation introduced by transmission channels so different to those initially dealt with perceptual techniques. / [ES] El análisis cualitativo de sistemas ha cobrado relevancia en los últimos años, incorporando nuevas perspectivas de aproximación a los problemas de evaluación, que incluyen en muchas ocasiones el punto de vista del usuario. Tradicionalmente, en el ámbito de la acústica y el sonido, la evaluación cualitativa de eventos sonoros ha sido tarea encomendada a las técnicas psicoacústicas clásicas. El análisis estadístico de los resultados arrojados por estas técnicas ha ofrecido una respuesta estándar o de referencia. Por otra parte, también en el ámbito acústico, el estudio de sistemas mediante el establecimiento de modelos físicos orientados a la descripción de la fenomenología que tiene lugar en éstos, ha sido fuente de una gran cantidad de métricas. Estos modelos y técnicas de medición, históricamente han sido originados por las demandas de unas industrias específicas y sus procedimientos se han ido adaptando posteriormente a diferentes ámbitos de aplicación, en ocasiones, muy diferentes del original para el que fueron concebidos. Las magnitudes ofrecidas por estas métricas, además de cuantificar una determinada variable del modelo, se han relacionado frecuentemente con aspectos cualitativos de los propios sistemas. El establecimiento de una correlación entre los resultados ofrecidos por estas métricas y las valoraciones cualitativas realizadas mediante experimentación psicoacústica no siempre ha sido todo lo satisfactoria que cabría esperar, dando lugar en ocasiones a una dicotomía entre lo objetivo y lo subjetivo, referente a la descripción fenomenológica y a la cualitativa respectivamente. En las últimas décadas, mucha de la información generada mediante experimentación psicoacústica ha sido utilizada, junto con el desarrollo de técnicas de procesado, con la finalidad de establecer modelados del sistema auditivo humano, dando lugar a los conocidos como modelos perceptuales. Los principales demandantes de técnicas de evaluación cualitativa desde el punto de vista perceptivo han sido las industrias de la telefonía móvil en un primer momento y posteriormente las de difusión de contenidos principalmente audiovisuales a través de los nuevos canales de transmisión. De esta manera, se produce un cambio del foco de atención sobre el objeto de estudio: el modelado del canal se sustituye por el modelado perceptivo, con la finalidad de establecer una evaluación, en principio, con mayor consideración de los aspectos relevantes en el proceso de percepción y, consecuentemente, con la valoración cualitativa del sistema. Veremos que históricamente, el intercambio de técnicas entre diferentes ámbitos de aplicación ha sido un denominador común de los modelos, métodos y técnicas de evaluación de la calidad. Con ello, este trabajo pretende evaluar la viabilidad de un modelo perceptual en un ámbito de aplicación distinto del inicialmente previsto para estos modelos. Generalmente, los modelos perceptuales se aplican a señales que han pasado por un canal de transmisión digital, con la finalidad de establecer una comparación entre la señal original o de referencia y la señal transmitida. Las diferencias entre ambas señales son evaluadas por el modelo perceptual, cuantificándose esta evaluación en la salida del modelo. En el caso de este trabajo intentaremos extender el ámbito de aplicación de un modelo perceptual a sistemas continuos, como son un transductor electroacústico o un recinto en el que se propaga un evento sonoro. Tanto un transductor como una sala pueden considerarse como canales de transmisión, si bien las degradaciones de la señal introducidas por éstos serán de naturaleza bien diferenciada y de hecho, su estudio se ha abordado desde perspectivas muy diferentes a lo largo del tiempo. El objetivo de este trabajo es indagar en qué medida puede responder un modelo perceptual a la degradación de señal introducida por canales de transmisión tan diferenciado / [CAT] L'anàlisi qualitativa de sistemes ha augmentat la seua rellevància en els darrers anys amb la incorporació de noves perspectives d'aproximació als problemes d'avaluació, que en moltes ocasions inclouen el punt de vista de l'usuari. Tradicionalment, en l'àmbit de l'acústica i el so, l'avaluació qualitativa d'esdeveniments sonors ha estat una tasca encomanada a les tècniques psicoacústiques clàssiques. D'altra banda, també en l'àmbit de l'acústica, l'estudi de sistemes mitjançant models físics, establerts amb la finalitat de descriure la fenomenologia que hi ocorre, ha estat una font inesgotable de mètriques. Aquests models i tècniques de mesura han estat, històricament, originats per les demandes d'unes indústries específiques i els seus procediments han anat adaptant-se posteriorment a diferents àmbits d'aplicació, moltes vegades diferents d'aquells per als quals van ser dissenyats originàriament. Les magnituds resultants d'aquestes mètriques, a més de quantificar una determinada variable del model, s'han relacionat sovint amb aspectes qualitatius dels propis sistemes. L'establiment d'una correlació entre els resultats oferts per aquestes mètriques i les valoracions qualitatives realitzades mitjançant experimentació psicoacústica no sempre han resultat ser tan satisfactòries com cabria esperar, de forma que de vegades es produeix una dicotomia entre mètriques objectives i subjectives, on les primeres fan referència a la descripció fenomenològica mentre que les segones a la descripció qualitativa. En les darreres dècades, molta de la informació generada a partir de l'experimentació psicoacústica ha estat emprada, junt amb el desenvolupament de tècniques de processat del senyal, amb la finalitat d'establir models del sistema auditiu humà, els anomenats models perceptius. Els principals demandants de tècniques d'avaluació qualitativa des del punt de vista perceptiu han estat les indústries de la telefonia mòbil en un primer moment i posteriorment les de difusió de continguts majoritàriament audiovisuals mitjançant els nous canals de transmissió. D'aquesta manera es produeix un canvi de perspectiva: el modelat del canal de transmissió es substitueix pel modelat perceptiu, amb la finalitat d'establir una avaluació que, en principi, estarà més directament relacionada amb els aspectes més rellevants del procés de percepció - dels esdeveniments sonors en el nostre cas - i conseqüentment, amb la valoració qualitativa del sistema. Veurem que històricament, l'intercanvi de tècniques entre diferents àmbits d'aplicació ha estat una constant dels models, mètodes i tècniques d'avaluació de la qualitat. Amb això, aquest treball pretén avaluar l'aplicació d'un model perceptiu a un àmbit diferent d'aquells inicialment previstos per aquests models. Normalment, els models perceptius s'apliquen a senyals transmeses mitjançant un canal digital, amb la finalitat d'establir una comparació entre el senyal original o de referència i el senyal transmès. Les diferències entre ambdós senyals són avaluades pel model perceptiu, de tal manera que a l'eixida del model es quantifica aquesta avaluació. En el cas d'aquest treball hom intentarà ampliar l'àmbit d'aplicació d'un model perceptiu a sistemes continus, com ho són un transductor electroacústic o un recinte on s'hi propaga un esdeveniment acústic. Un dispositiu de transducció o una sala poden considerar-se canals de transmissió, encara que les degradacions del senyal introduïdes seran de naturalesa diferenciada. De fet, el seu estudi s'ha plantejat al llarg del temps des de perspectives ben diferents. L'objectiu d'aquest treball és indagar en quina mesura pot respondre un model perceptiu a la degradació del senyal introduïda per canals de transmissió tan diferents als inicialment estudiats amb tècniques perceptives. / Cruañes Catala, J. (2016). Nuevas métricas de evaluación de la calidad acústica de salas: la incorporación de los modelos perceptivos [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/61309 / TESIS