Além da transferência de energia elétrica por meio de condutores sólidos que interligam carga e fonte elétrica, existem formas alternativas que, por não necessitarem de conexão mecânica, permitem maior mobilidade espacial para a carga e trazem inúmeras novas possibilidades de aplicação. Dentre estas formas alternativas está a Transferência Indutiva de Potência, que possui desafios claros no que diz respeito ao projeto do sistema magnético formado pelos indutores emissor e receptor, quando entre eles existe acoplamento magnético muito reduzido. A retirada do núcleo magnético sólido entre emissor e receptor confere a possibilidade de o receptor se mover em relação ao emissor, o que permite a transferência de potência a uma carga móvel. Contudo, o baixo coeficiente de acoplamento magnético torna o sistema fracamente acoplado sensível a variações tanto no circuito ressonante que o alimenta quanto na própria geometria magnética, onde pequenas modificações dimensionais resultam em significativos ganhos de potência no receptor. Esta tese apresenta inicialmente um conjunto de rotinas computacionais que agilizam o projeto de sistemas fracamente acoplados contendo emissores e receptores circulares ou espirais. Estas rotinas agem como pré e pós-processadores do Método dos Elementos Finitos, que por sua vez é solucionado por um aplicativo bidimensional gratuito. Com esta abordagem, é possível desenvolver rapidamente acopladores magnéticos com parâmetros realísticos, cuja montagem experimental demonstra excelente conformidade com os resultados teóricos. Um grupo de onze acopladores magnéticos diferentes é avaliado nesta tese como demonstração de que a otimização de parâmetros geométricos é relevante para a maximização de potência no receptor. Compara-se também o desempenho de acopladores Bipolar, Duplo D e Duplo D Quadratura. Após evidenciar relações geométricas e magnéticas para os diversos acopladores, verifica-se por meio de estudos de sensibilidade paramétrica, que não apenas a geometria do sistema fracamente acoplado influencia em seu desempenho, mas também a escolha dos parâmetros das malhas ressonantes conectadas ao emissor e ao receptor. Disto se conclui sobre a importância da Análise de Sensibilidade em Transferência Indutiva de Potência, pois, como demonstrado, certas malhas ressonantes são naturalmente mais tolerantes a variações do coeficiente de acoplamento magnético do que outras, por exemplo, aquelas em que há compensação do tipo paralelo no emissor. Por fim, o trabalho dedica-se ao estabelecimento de critérios para a ocorrência do fenômeno de bifurcação, segundo o qual múltiplas frequências de ressonância podem ocorrem em um conversor em frequência variável, a depender da carga conectada ao receptor e dos fatores de qualidade dos indutores. O equacionamento, obtido numericamente e que foi generalizado para casos em que existem múltiplos receptores, permite boa previsibilidade a respeito do comportamento dinâmico de sistemas variáveis em frequência. / In addition to the transfer of electrical energy by means of solid conductors that interconnect electrical source and load, there are alternative ways that does not require mechanical connection and allow spatial mobility to the load bringing numerous new application possibilities. Among these alternative forms is Inductive Power Transfer, which has clear challenges with respect to the magnetic system design formed by emitter and receiver inductors, since there is very little magnetic coupling between them. The removal of the solid magnetic core between emitter and receiver introduces the possibility of moving receivers. However, the low magnetic coupling coefficient makes the loosely coupled system sensitive to variations in both the resonant circuit parameters and the magnetic geometry, where small dimensional changes result in significant power gains in the receiver. This thesis initially presents a set of computing routines that allows the design of loosely coupled systems containing circular or spiral inductors. These routines act as pre- and post-processors for Finite Element Method, which in turn is solved by a free two-dimensional application. With this approach one can quickly develop magnetic couplers with realistic parameters, which is demonstrated by comparison between experimental and theoretical results. A group of eleven different magnetic couplers is evaluated as a proof that the optimization of geometric parameters is relevant to maximizing the power of the receiver. Moreover, the performance of Bipolar, Double D and Double D Quadrature couplers are studied. Later, it is verified by means of parametric sensitivity analysis that not only the geometry of the loosely coupled system influences its performance, but also the choice of the parameters of the resonant converters connected to emitter and receiver. The sensitivity analysis of Inductive Power Transfer converters was found to be of great importance because, as shown by a numerical example, certain resonant topologies can be naturally more tolerant to variations in the magnetic coupling coefficient than others. Finally, the work is dedicated to the establishment of precise criteria for the occurrence of bifurcation phenomenon whereby multiple resonant frequencies can occur in a converter under variable frequency excitation, depending on the load connected to the receiver and the quality factors of inductors. The equations obtained numerically were generalized for cases where there are multiple receivers and allow good predictability about the dynamic behavior of variable frequency systems.

Nas últimas décadas, considerável atenção foi direcionada para os dispositivos de mensuração não invasiva da configuração e coordenação toracoabdominal. Dentre os dispositivos mais empregados, destaca-se aquele que emprega a Pletismografia Respiratória por Indutância (PRI) que, apesar de ser considerado um dispositivo de avaliação reprodutível e acurado, apresenta divergências acerca do método de calibração para estimativa da participação dos compartimentos torácico e abdominal, principalmente quando utilizada em diferentes posturas corporais. O padrão-ouro da calibração da PRI é o método de calibração por isovolume (ISOCAL). Entretanto, a grande maioria dos estudos emprega somente a calibração qualitativa diagnóstica (QDC) devido ao fato desta não necessitar manobras respiratórias específicas. Em vista disso, o objetivo deste estudo foi comparar os dois métodos de calibração da PRI, em 3 diferentes posturas (decúbito dorsal, sedestação e ortostatismo). Foram avaliados 28 indivíduos saudáveis (18 mulheres/10 homens), com idade de 25,4±3,9 anos (média±DP). Todos os indivíduos foram submetidos aos dois métodos de calibração (ISOCAL e QDC) e avaliados nas 03 posturas. Foi verificado que os valores da constante de proporcionalidade dos sinais elétricos dos compartimentos (K) foram distintos em ambos os métodos de calibração nas 3 posturas avaliadas. Os valores de K avaliados com a calibração ISOCAL e QDC foram, respectivamente, 1,6±0,5 vs. 2,0±1,2 em decúbito dorsal, 2,5±0,8 vs. 0,6±0,3 em sedestação, e 2,0±0,8 vs. 0,6±0,3 em ortostatismo (p<0,05 para todas as comparações). Os nossos resultados sugerem que a QDC não deve ser considerada um método acurado para a calibração da PRI. Além disso, os valores da constante K do ISOCAL mostram ainda que a calibração do equipamento deve ocorrer para cada postura avaliada / In recent decades, considerable attention has been directed to devices for noninvasive measurement of thoracoabdominal configuration and coordination. Among the most commonly applied devices, there is one that employs the respiratory inductive plethysmography (PRI), which, despite being considered a device for reproducible and accurate assessment, shows variations on the calibration method to estimate the contribution of the thoracic and abdominal compartments especially when applied in different body postures. The gold standard in the calibration of PRI is the method of isovolume calibration (ISOCAL). However, most studies employ only the qualitative diagnostic calibration (QDC) due to the fact that this does not require specific respiratory maneuvers. This study aims to compare the two methods of calibration of the PRI in three different postures (supine, standing, and seated). A total of 28 healthy subjects (18 men mulheres/10), aged 25.4 ± 3.9 years (mean ± SD). All subjects underwent both methods of calibration (QDC and ISOCAL) and assessed at the 03 postures. It was found that the values of the constant of proportionality of the electrical signals of compartments (K) were different in both calibration methods evaluated in three postures. The values of K evaluated with calibration ISOCAL and QDC were respectively 1.6 ± 0.5 vs. 2.0 ± 1.2 supine position, 2.5 ± 0.8 vs. 0.6 ± 0.3 in seated position, and 2.0 ± 0.8 vs. 0.6 ± 0.3 in standing position (p <0.05 for all comparisons). Our results suggest that the QDC should not be considered an accurate method for calibration of the PRI. Moreover, the values of constant K ISOCAL also show that the calibration of equipment should occur for each position evaluated

O Aprendizado de Máquina trata da questão de como desenvolver programas de computador capazes de aprender um conceito ou hipótese a partir de um conjunto de exemplos ou casos observados. Baseado no conjunto de treinamento o algoritmo de aprendizado induz a classificação de uma hipótese capaz de determinar corretamente a classe de novos exemplos ainda não rotulados. Linguagens de descrição são necessárias para escrever exemplos, conhecimento do domínio bem como as hipóteses aprendidas a partir dos exemplos. Em geral, essas linguagens podem ser divididas em dois tipos: linguagem baseada em atributo-valor ou proposicional e linguagem relacional. Algoritmos de aprendizado são classificados como proposicional ou relacional dependendo da liguagem de descrição que eles utilizam. Além disso, no aprendizado simbólico o objetivo é gerar a classificação de hipóteses que possam ser facilmente interpretadas pelos humanos. Algoritmos de aprendizado proposicional utilizam a representação atributo-valor, a qual é inadequada para representar objetos estruturados e relações entre esses objetos. Por outro lado, a Programação lógica Indutiva (PLI) é realizada com o desenvolvimento de técnicas e ferramentas para o aprendizado relacional. Sistemas de PLI são capazes de aprender levando em consideração conhecimento do domínio na forma de um programa lógico e também usar a linguagem de programas lógicos para descrever o conhecimento induzido. Neste trabalho foi implementado um módulo chamado Kaeru para converter dados no formato atributo-valor para o formato relacional utilizado pelo sistema de PLI Aleph. Uma série de experimentos foram realizados com quatro conjuntos de dados naturais e um conjunto de dados real no formato atributo valor. Utilizando o módulo conversor Kaeru esses dados foram convertidos para o formato relacional utilizado pelo Aleph e hipóteses de classificação foram induzidas utilizando aprendizado proposicional bem como aprendizado relacional. É mostrado também, que o aprendizado proposicional pode ser utilizado para incrementar o conhecimento do domínio utilizado pelos sistemas de aprendizado relacional para melhorar a qualidade das hipóteses induzidas. / Machine Learning addresses the question of how to build computer programs that learn a concept or hypotheses from a set of examples, objects or cases. Descriptive languages are necessary in machine learning to describe the set of examples, domain knowledge as well as the hypothesis learned from these examples. In general, these languages can be divided into two types: languages based on attribute values, or em propositional languages, and relational languages. Learning algorithms are often classified as propositional or relational taking into consideration the descriptive language they use. Typical propositional learning algorithms employ the attribute value representation, which is inadequate for problem-domains that require reasoning about the structure of objects in the domain and relations among such objects. On the other hand, Inductive Logig Programming (ILP) is concerned with the development of techniques and tools for relational learning. ILP systems are able to take into account domain knowledge in the form of a logic program and also use the language of logic programs for describing the induced knowledge or hypothesis. In this work we propose and implement a module, named kaeru, to convert data in the attribute-value format to the relational format used by the ILP system Aleph. We describe a series of experiments performed on four natural data sets and one real data set in the attribute value format. Using the kaeru module these data sets were converted to the relational format used by Aleph and classifying hipoteses were induced using propositional as well as relational learning. We also show that propositional knowledge can be used to increment the background knowledge used by relational learners in order to improve the induded hypotheses quality.

Este trabalho investiga Aprendizado Indutivo de Máquina como função das linguagens de descrição, utilizadas para expressar instancias, conceitos e teoria do domínio. A ampliação do poder de representação do aprendizado proporcional e abordada no contexto de indução construtiva, no domínio de funções booleanas, com a proposta de uma estratégia de composição de atributos denominada root-fringe. Avaliações experimentais dessa e de outras estratégias de construção de novos atributos foram conduzidas e os resultados analisados. Dois métodos de poda, para tratamento de ruídos, em aprendizado de arvores de decisão, foram avaliados num ambiente de indução construtiva e os resultados discutidos. Devido a limitação do aprendizado proposicional, foram investigadas formas de ampliação dos limites do aprendizado, através da ampliação do poder representacional das linguagens de descrição. Foi escolhida Programação Lógica Indutiva - PLI - que e um paradigma de aprendizado indutivo que usa restrições de Lógica de Primeira Ordem como linguagens de descrição. O aprendizado em PLI só é factível quando as linguagens utilizadas estão restritas e é fortemente controlado, caso contrário, o aprendizado em PLI se torna indecidível. A pesquisa em PLI se direcionou a formas de restrição das linguagens de descrição da teoria do domínio e de hipóteses. Três algoritmos que \"traduzem\" a teoria do domínio de sua forma intencional, para extensional, são apresentados. As implementações de dois deles são discutidas. As implementações realizadas deram origem a dois ambientes experimentais de aprendizado: o ambiente proposicional experimental, do qual fazem parte o ambiente experimental construtivo, e o ambiente experimental relacional. / This work investigates Inductive Machine Learning as a function of the description languages employed to express instances, concepts and domain theory. The enlargement of the representational power of propositional learning methods is approached via constructive induction, in the domain of boolean functions, through the proposal of a bias for composing attributes, namely, the bias root-fringe. Experimental evaluation of root-fringe, as well as other biases for constructing new attributes was conducted and the results analyzed. Two pruning methods for decision trees were evaluated in an environment of constructive induction and the results discussed. Due to the limitations of propositional learning, ways of enlarging the limits of the learning process were investigated through enlarging the representational power of the description languages. It was chosen Inductive Logic Programming - ILP - that is an inductive learning paradigm that uses restrictions of First Order Logic as description languages. Learning using ILP is only feasible when the languages are restricted and are strongly controlled; otherwise, learning in ILP becomes undecidible. Research work in ILP was directed towards restricting domain theory and hypotheses description languages. Three algorithms that \"translate\" the intentional expression of a domain theory into its extensional expression are presented. The implementations of two of them are discussed. The implementations gave rise to two experimental learning environments: the propositional environment, which includes the constructive environment, and the relational environment.

Este trabalho apresenta uma análise de sistemas alternativos de pagamento de energia elétrica enfocando principalmente a utilização de pré-pagamento como forma de diminuir perdas comerciais de empresas distribuidoras. Adicionalmente enfoca o seu uso como forma de cobrança em sistemas isolados, rurais e urbano-rurais e comunidades de baixa renda. A análise inclui uma breve síntese de experiências no uso de pré-pagamento no mercado internacional de ?utilities? e no mercado nacional em setores como telefonia e distribuição de água. Além disso, esse trabalho descreve o desenvolvimento de um sistema de pagamento de energia elétrica utilizando cartões com tecnologia indutiva e unidades leitoras/gravadores com circuito de desconexão de linha e interface para medidores existentes no mercado nacional. Apresenta, ainda, o Cartão Vale Energia como alternativa ao subsídio para a subclasse residencial de baixa renda evitando, dessa forma, a necessidade do cadastramento do usuário junto às empresas concessionárias e racionalizando os procedimentos contábeis. São mostrados os resultados experimentais desse sistema e as análises de viabilidade econômica. / This work presents an analysis of alternative systems of electric energy payment focusing the pre-payment used mainly as a form to decrease commercial losses of local energy companies and an alternative form of payment in countryside areas, isolated electric installations and in poor areas for social purposes. The analysis includes one brief synthesis of international experiences in the daily pre-payment use in the utilities segment and national experiences in other areas such as telephony and water distribution. Moreover, this work develops an alternative form of payment of electric energy using cards with inductive technology and read/write units with circuit breakers and interfaces for electric measurement equipments. The experimental results show the technical and commercial viability of implantation in the commercial operation.

Além da transferência de energia elétrica por meio de condutores sólidos que interligam carga e fonte elétrica, existem formas alternativas que, por não necessitarem de conexão mecânica, permitem maior mobilidade espacial para a carga e trazem inúmeras novas possibilidades de aplicação. Dentre estas formas alternativas está a Transferência Indutiva de Potência, que possui desafios claros no que diz respeito ao projeto do sistema magnético formado pelos indutores emissor e receptor, quando entre eles existe acoplamento magnético muito reduzido. A retirada do núcleo magnético sólido entre emissor e receptor confere a possibilidade de o receptor se mover em relação ao emissor, o que permite a transferência de potência a uma carga móvel. Contudo, o baixo coeficiente de acoplamento magnético torna o sistema fracamente acoplado sensível a variações tanto no circuito ressonante que o alimenta quanto na própria geometria magnética, onde pequenas modificações dimensionais resultam em significativos ganhos de potência no receptor. Esta tese apresenta inicialmente um conjunto de rotinas computacionais que agilizam o projeto de sistemas fracamente acoplados contendo emissores e receptores circulares ou espirais. Estas rotinas agem como pré e pós-processadores do Método dos Elementos Finitos, que por sua vez é solucionado por um aplicativo bidimensional gratuito. Com esta abordagem, é possível desenvolver rapidamente acopladores magnéticos com parâmetros realísticos, cuja montagem experimental demonstra excelente conformidade com os resultados teóricos. Um grupo de onze acopladores magnéticos diferentes é avaliado nesta tese como demonstração de que a otimização de parâmetros geométricos é relevante para a maximização de potência no receptor. Compara-se também o desempenho de acopladores Bipolar, Duplo D e Duplo D Quadratura. Após evidenciar relações geométricas e magnéticas para os diversos acopladores, verifica-se por meio de estudos de sensibilidade paramétrica, que não apenas a geometria do sistema fracamente acoplado influencia em seu desempenho, mas também a escolha dos parâmetros das malhas ressonantes conectadas ao emissor e ao receptor. Disto se conclui sobre a importância da Análise de Sensibilidade em Transferência Indutiva de Potência, pois, como demonstrado, certas malhas ressonantes são naturalmente mais tolerantes a variações do coeficiente de acoplamento magnético do que outras, por exemplo, aquelas em que há compensação do tipo paralelo no emissor. Por fim, o trabalho dedica-se ao estabelecimento de critérios para a ocorrência do fenômeno de bifurcação, segundo o qual múltiplas frequências de ressonância podem ocorrem em um conversor em frequência variável, a depender da carga conectada ao receptor e dos fatores de qualidade dos indutores. O equacionamento, obtido numericamente e que foi generalizado para casos em que existem múltiplos receptores, permite boa previsibilidade a respeito do comportamento dinâmico de sistemas variáveis em frequência. / In addition to the transfer of electrical energy by means of solid conductors that interconnect electrical source and load, there are alternative ways that does not require mechanical connection and allow spatial mobility to the load bringing numerous new application possibilities. Among these alternative forms is Inductive Power Transfer, which has clear challenges with respect to the magnetic system design formed by emitter and receiver inductors, since there is very little magnetic coupling between them. The removal of the solid magnetic core between emitter and receiver introduces the possibility of moving receivers. However, the low magnetic coupling coefficient makes the loosely coupled system sensitive to variations in both the resonant circuit parameters and the magnetic geometry, where small dimensional changes result in significant power gains in the receiver. This thesis initially presents a set of computing routines that allows the design of loosely coupled systems containing circular or spiral inductors. These routines act as pre- and post-processors for Finite Element Method, which in turn is solved by a free two-dimensional application. With this approach one can quickly develop magnetic couplers with realistic parameters, which is demonstrated by comparison between experimental and theoretical results. A group of eleven different magnetic couplers is evaluated as a proof that the optimization of geometric parameters is relevant to maximizing the power of the receiver. Moreover, the performance of Bipolar, Double D and Double D Quadrature couplers are studied. Later, it is verified by means of parametric sensitivity analysis that not only the geometry of the loosely coupled system influences its performance, but also the choice of the parameters of the resonant converters connected to emitter and receiver. The sensitivity analysis of Inductive Power Transfer converters was found to be of great importance because, as shown by a numerical example, certain resonant topologies can be naturally more tolerant to variations in the magnetic coupling coefficient than others. Finally, the work is dedicated to the establishment of precise criteria for the occurrence of bifurcation phenomenon whereby multiple resonant frequencies can occur in a converter under variable frequency excitation, depending on the load connected to the receiver and the quality factors of inductors. The equations obtained numerically were generalized for cases where there are multiple receivers and allow good predictability about the dynamic behavior of variable frequency systems.

A Transferência Indutiva de Potência (TIP) é uma maneira de se realizar transferência de energia elétrica sem fio e tem se popularizado atualmente por conta da comodidade e segurança que ela proporciona. Esta dissertação apresenta o estudo de um sistema TIP para recarga de baterias e existem vários desafios que devem ser superados nesta área. Um deles é a metodologia de projeto dos indutores primário e secundário, pois não é uma tarefa trivial encontrar uma relação entre parâmetros geométricos, elétricos e magnéticos. Diante deste fato este trabalho apresenta e aperfeiçoa uma metodologia de projeto utilizando uma ferramenta computacional gratuita baseada no método dos elementos finitos. Os resultados experimentais demonstram que o método é válido e a ferramenta é adequada não somente para o projeto dos indutores, mas também para análise do comportamento dos mesmos diante de desalinhamentos espaciais. Além disso, é apresentado o funcionamento básico de dois conversores muito utilizados em TIP e o estado da arte das malhas ressonantes, cuja função é minimizar a energia reativa consumida nos circuitos primário e secundário. Em seguida são discutidas técnicas de estimação de tensão e corrente na carga utilizando medidas de tensão e/ou corrente em elementos do circuito primário. Essas técnicas são importantes, pois permitem a utilização apenas do controlador presente no circuito primário e isto implica na redução dos custo e complexidade do sistema TIP. Durante o estudo verificou-se na literatura que não existia uma técnica de estimação para o sistema TIP adotado neste trabalho e portanto, foi necessário desenvolver uma nova proposta de estimador. Os resultados de simulação demonstram que o estimador possui um bom desempenho mesmo diante de variações do coeficiente de acoplamento e da resistência na carga e é portanto adequado para situações em que é necessário realizar recarga de baterias com TIP. / Inductive Power Transfer (IPT) is a way to conduct wireless power transfer and has become popular today because of the convenience and security it provides. This dissertation presents the study of a IPT system for battery recharging and there are several challenges that must be overcome in this area. One of them is the design methodology of the primary and secondary inductors, since it is not a trivial task to find a relation between geometric, electric and magnetic parameters. In view of this fact, this work presents and improves a project methodology using a free computational based on the finite element method. The experimental results demonstrate that the method is valid and the tool is suitable not only for the design of the inductors, but also for the analysis of their behavior in face of spatial misalignments. In addition, this dissertation presents the basic operation of two widely used IPT converters and the state of the art of compensations networks, whose function is to minimize the reactive energy consumed in the primary and secondary circuits. Next, load voltage and load current estimation techniques are discussed using voltage and/or current measurements on elements of the primary circuit. These techniques are important because they allow the use of a single controller in the primary circuit, reducing the cost and complexity of the IPT system. During the study, it was verified in the literature the inexistence of a estimation technique for the IPT system adopted in this work and therefore, it was necessary to propose and develop a new estimator. The simulation results show that the proposed estimator performs well even in the case of variations in the coupling coefficient and load resistance and is therefore suitable for situations where it is necessary to recharge IPT batteries.

Distributed MIMO (DMIMO) communications and specifically the idea of distributed transmit beamforming involves multiple transmitters coordinating among themselves to form a virtual antenna array and steer a beam to one or more receivers. Recent works have successfully demonstrated this concept of beamforming with narrowband, frequency-flat wireless channels. We consider the generalization of this concept to wideband, frequency selective channels and propose two Figures of Merit (FOMs), namely, communication capacity and received power to measure the performance of beamforming. We formulate the precoder design that maximizes the two FOMs as optimization problems and derive general properties of the optimal precoders. The two metrics are equivalent with frequency-flat channels, whereas, they result in vastly different optimal criteria with wideband channels. The capacity maximizing solution also differs from classical water-filling due to the per-transmitter power constraints of the distributed beamforming setting, whereas, the power maximizing solution involves the array nodes concentrating their power in a small, finite set of frequencies resulting in an overall received signal consisting of a small number of sinusoidal tones. We have not been able to derive closed-form solutions for the optimal precoders, but we provide fixed point algorithms that efficiently computes these precoders numerically. We show using simulations that solution to both these maximization problems can yield substantially better performance as compared to simple alternatives such as equal power allocation. The fixed point algorithms also suggest a distributed implementation where each node can compute these precoders on their own iteratively using feedback from a cooperating receiver. We also establish the relationship between various precoders. The idea of maximizing received power suggests a natural application of wireless power transfer(WPT). However, the large-scale propagation losses associated with radiative fields makes antennas unattractive for WPT systems. Motivated by this observation, we also consider the problem of optimizing the efficiency of WPT to a receiver coil from multiple transmitters using near-field coupling. This idea of WPT using near-field coupling is not new; however, the difficulty of constructing tractable and realistic circuit models has limited the ability to accurately predicting and optimizing the performance of these systems. We present a new simple theoretical model and take the more abstract approach of modeling the WPT system as a linear circuit whose input-output relationship is expressed in terms of a small number of unknown parameters. We present a simple derivation of the optimal voltage excitations to be applied at the transmitters to maximize efficiency, and also some general properties of the optimal solution. Obviously, the optimal solution is a function of unknown parameters, and we describe a procedure to estimate these parameters using a set of direct measurements. We also present a series of experimental results, first, with two transmitter coils and a receiver coil in a variety of configurations and then with four transmitter coils and two receiver coils to illustrate our approach and the efficiency increase achieved by using the calculated optimal solution from our model.

There is an increasing demand for application of Intelligent Transportation Systems (ITS) in order to make highways safer and sustainable. Collecting and analyzing traffic stream data are the most important parameters in transportation engineering in enhancing our understanding of traffic congestion and mobility. Classification of the vehicles using traffic data is one of the most essential parameters for traffic management. Of particular interest are heavy vehicles which impact traffic mobility due to their lack of maneuverability and slower speeds. The impact of heavy vehicles on the traffic stream results in congestion and reduction of road efficiency. In this paper, length-based vehicle count and speed data were analyzed and interpreted using one week's data from Interstate 5 (I-5) in the Portland, Oregon (OR) region of the United States (US). I-5 was chosen due to its prominent role in promoting North-South freight movement between Canada and Mexico and its vicinity to the Port of Portland. The objective of this analysis was to find better visualization techniques for the length-based traffic count and speed data. In total, 13,901,793 out of 56,146,138 20-second records were analyzed. The vehicles were classified into two categories. Those that were 20 feet or less were considered as passenger vehicles and those above 20 feet were considered as heavy vehicles. The data consisted of approximately 25% heavy vehicles. Results showed the merit of applying more disaggregate data (5-min polar, and radar plots) for better visualization as against hourly, and 15-min plots in order to capture sudden changes in average speed, heavy vehicle volume, and heavy vehicle percentage.

In this thesis, an inductive ferromagnetic resonance (FMR) technique is developed to measure the magnetisation dynamics in thin films across a wide range of frequencies and fields. In particular, this project concentrates on measuring higher order exchange dominated modes to observe surface and interface effects in bilayer films. The experimental technique was first developed as a time domain technique, utilising a fast rise time (~50 ps) step pulse to disturb the equilibrium position of the magnetisation. The subsequent precessional damped decay was measured at different applied fields to observe the resonant modes. The data is Fourier transformed to extract a frequency dependent susceptiblity, and results are presented for the frequency and linewidth dependence of excitations of a permalloy film as a function of applied field. This technique is limited to a frequency range dictated by the rise time of the pulse. The technique was then extended so as to use a continuous wave perturbation, utilising a network analyser as both the excitation source and the measurement device. The scattered wave parameters of both the transmission and reflection from the sample were measured, and a magnetic susceptibility is extracted. This method has a frequency range which is dictated by the bandwidth of the network analyser and the microwave circuit. In this project, results are presented for frequencies up to 15 GHz. The signal to noise ratio was also found to be lower than the pulsed technique. Fundamental resonant mode studies are presented for a Fe/MnPd exchange bias bilayer film. Crystalline and exchange anisotropies are extracted from angular measurements, and the behaviour of the magnetisation is investigated during its reorientation to a hard axis direction. Information about the distribution of the local exchange field strength and direction is predicted. Fundamental mode studies are also presented for a Py/Co exchange spring bilayer film. Two modes are observed, approximating an optical and acoustical excitation. Film systems were also designed with suitable thicknesses to observe in the experimentally available frequency range non-uniform exchange dominated excitations through the thickness of the film. The broadband nature of the experiment allowed the frequency of the modes to be measured as a function of field. Results from a single permalloy layer showed two observable modes, the fundamental and the first exchange mode. Measurements were also taken of bilayer films where permalloy is coupled to cobalt. In this system the effect of the cobalt is seen to shift the single layer Py mode frequencies, as well as introduce new modes. The relative intensities of the modes also change with the addition of cobalt. Results are shown for a Pt/Co multilayer coupled to a permalloy layer through a Cu spacer of varying thickness. The observation of excitations through the thickness of the film motivated the development of a suitable theory. A system of integro-differential equations were derived which account for dipole and exchange coupling in the film as well as the field screening by the metal of the coplanar line. The conductivity of the sample and the finite wavevector excitation of the stripline are also included. Numerical solution of the equations results in a spectrum of acoustical, optical and higher-order modes. Fitting of the model to the experimental results allowed extraction of the film parameters including; the exchange constants in the film; the surface pinning from any surface layer anisotropy; as well as the interlayer exchange coupling across the interface.