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En el presente trabajo se elaboró un sistema de cosecha de energía, utilizando un generador eléctrico como el elemento que convierte el esfuerzo biomecánico en energía eléctrica y una batería litio – ión como dispositivo de acopio energético. El prototipo diseñado, se basa en modelos aplicados en sistemas de cosecha que utilizan fuentes variadas de energía, descritas en la literatura. [10] El sistema se divide en cuatro bloques funcionales: Generador, Rectificador, Conversor elevador y batería. Solo los bloques rectificador y conversor son descritos y diseñados de manera independiente, para reunirse con los otros bloques y dar como resultado el prototipo propuesto. El trabajo se llevó a cabo mediante dos versiones físicas del sistema (A y B). Ambas implementadas usando elementos discretos. La versión A del sistema permite la verificación de la teoría revisada y observar los parámetros adecuados para la versión B, sistema diseñado considerando la portabilidad y efectividad del equipo final a presentar, eso incluye considerar elementos de bajo consumo. El circuito impreso requerido, se diseña utilizando el software Cadsoft Eagle en su versión 6.3. Se usa un mecanismo comercial de una linterna de manivela para llevar esfuerzo humano hacia el generador. Entre los resultados obtenidos que cabe resaltar, se tiene un circuito físico que reúne los convertidores cuyas dimensiones son de 2.6 por 2.1 cm de área y el generador acoplado al mecanismo comercial puede inyectar valores de corriente alrededor de 200mA en la batería. Se muestra experiencias de recarga de la misma usando el sistema propuesto. / Tesis

El Laboratorio de Imágenes Médicas de la PUCP cuenta con los equipos y herramientas necesarias para la implementación de un sistema de adquisición de datos de transductores ultrasónicos de un solo elemento, como el hardware de un posicionador de tres ejes de alta resolución (402/403XE Series - Parker), un emisor/receptor de ultrasonidos (Panametrics NDT 5800 - Olympus) y una tarjeta de adquisición de datos (UF3-4142 - Strategic Test). En el presente trabajo de tesis se diseñó e implementó un sistema de adquisición de datos ultrasónicos a través de una interfaz gráfica manipulada por el usuario (GUI) el cual opera los equipos mencionados de manera sincronizada. Esta interfaz se implementó con el software LabVIEW, el cual mediante un algoritmo recorre línea por línea toda el área de observación para adquirir datos. El Capítulo 1 se presenta la situación actual de los sistemas de adquisición en nuestro país, la importancia del desarrollo de estos sistemas y los objetivos del presente trabajo de tesis. El Capítulo 2 describe el hardware que compone un sistema de adquisición de datos ultrasónicos como la etapa de posicionamiento, trasmisión y recepción de pulso-eco, digitalización y adquisición de datos. También se describen las características de los equipos a utilizar de cada etapa. En el Capítulo 3 se presentan la descripción del software y el funcionamiento del sistema por etapas. Se muestran los criterios utilizados para desarrollar las etapas de posicionamiento y adquisición de datos. En el Capítulo 4 se presentan los resultados obtenidos de la tarjeta de adquisición, evaluación de la exactitud de desplazamiento del sistema posicionador y formación de imágenes en modo-B a partir de los datos obtenidos. / 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.

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.

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.

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.

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.

El trabajo de tesis tiene por objetivo diseñar e implementar un acondicionador de señales para transductores piezoeléctricos con electrónica integrada (IEPE), específicamente acelerómetros. El acondicionador funciona a baterías, cuenta con una fuente de corriente de 4 mA para polarizar al transductor, un amplificador, filtro pasa altos Butterworth, detector de cable y detector de sobrecarga. La fuente de corriente es de 4 mA ; el amplificador es de ganancia seleccionable 1 (0 dB) y 10 (20 dB), ancho de banda (±0,5 dB) de [0,05 Hz; 50 kHz] con una desviación de fase de ±5° ; el filtro es de segundo orden y frecuencia de corte de 22,5 Hz que puede conectarse o desconectarse a criterio del usuario. El acondicionador implementado tiene una distorsión armónica total (THD) menor de 0,014% en el rango [10 Hz; 20 kHz] , una relación señal a ruido superior a los 100 dB en el rango [10 Hz; 20,2 kHz] y superior a 95 dB en el rango [4 Hz; 10 Hz], en ambos casos medido con una señal de tensión eficaz 1 V . En el primer capítulo se presenta un montaje típico de medición que emplea un acondicionador de señales para el análisis de vibraciones mecánicas. Se incluyen también características relevantes de acelerómetros y acondicionadores de señales comerciales, que sirvieron de referencia para las especificaciones del sistema implementado. El segundo capítulo presenta el diseño del sistema y el tercer capítulo los ensayos realizados y los resultados. / This thesis has as a target the design and implementation of a signal conditioner for piezoelectric transducers with integrated electronics (IEPE), mainly for accelerometers. The instrument is battery operated and includes a current source of 4 mA to bias the transducer. Includes also an amplifier, a Butterworth high-pass filter, a cable fault detector and an overload detector. The current source is internally adjustable; the amplifier gain can be either 0 dB or 20 dB, the frequency response of the amplifier ±0.5 dB is 0.05 Hz to 50 kHz with a phase deviation from 0° ± 5° at the high and low end of the response. The instrument includes a second order high-pass filter with a cut-off frequency of 22.5 Hz that can be activated by the user. The total harmonic distortion (THD) of the conditioner is less than 0.014% in the range of 10 Hz to 20 kHz. The signal-to-noise ratio is greater than 100 dB in the range of 10 Hz to 20.2 kHz and greater than 95 dB in the range of 4 Hz to 10 Hz, both cases were measured with a signal of 1 Vrms . Chapter 1 presents a typical measurement setup that uses a signal conditioner for mechanical vibrations analysis. Relevant characteristics of accelerometers and commercial signal conditioners are included, which served as a reference for the specifications of the system. Chapter 2 presents the system design and chapter 3 the tests carried out and the results.

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