En el presente trabajo de tesis, se desarrolla el diseño de un amplificador operacional - bloque fundamental en sistemas integrados en chip - en base a dispositivos de una tecnología CMOS cuya longitud de canal mínima es 0,35 μm. El diseño se orienta al uso del amplificador como buffer de salida en canales de acondicionamiento de señales médicas. Con la finalidad de aprovechar al máximo la tensión de alimentación disponible se eligió una etapa de salida del tipo rail to rail. Para conducir las cargas externas de manera eficiente y minimizando efectos de distorsión de cruce por cero se adoptó un esquema clase AB para la operación de la etapa de salida. El procedimiento de diseño propuesto permite analizar conjuntamente especificaciones de consumo, ruido, ancho de banda y offset de tal forma que para un conjunto de valores de esas especificaciones, es posible determinar si es posible o no alcanzarlas, y en el caso afirmativo, calcular las dimensiones de los transistores y capacitores y las corrientes de polarización. Este procedimiento de diseño está basado en el modelo del transistor MOSFET conocido como Advanced Compact Mosfet (ACM), el cual posee ecuaciones que son válidas en todos los regímenes de inversión del transistor. De acuerdo con los resultados de simulación, el circuito alcanza las siguientes especificaciones en el caso típico de parámetros tecnológicos a 27oC: Margen de fase de 83o con una carga capacitiva de 50pF, frecuencia de ganancia unitaria 650KHz, consumo de corriente de 13 μA, ruido rms de 67 μV. La desviación estándar del offset referido a la entrada es de 3mV. El voltaje de alimentación nominal será de 3,3V, sin embargo el desempeño del circuito fue comprobado también con una tensión mínima de 2,7V.

En la presente tesis se diseña el sistema de la estación de radio astronomía que será construida en la PUCP. La estación consiste en una antena de 20 metros de diámetro y una estación de control. El objetivo general de la tesis es el diseño de los subsistemas encargados de la interconexión y funcionamiento del radio observatorio que será construido en el campus de la Pontificia Universidad Católica del Perú: interfaces de comunicación con la estación, fuentes DC, sistemas de control de motores, sistema de calibración del alimentador, lectura de posición de los 2 movimientos de la antena (azimut y elevación, con 17 bits de resolución), monitoreo de fuentes, monitoreo de temperatura y presión en el foco de la antena, control y lectura de estado de balizaje de la antena, elección de computadoras para la estación, elección de conectores y cableado coaxial para la etapa de recepción, interconexión entre circuitos y sub sistemas, cableado y distribución de circuitos. Cabe mencionar que en esta tesis no se incluye el diseño estructural de la antena ni de la estación.

El proceso experimental en radioastronomía consiste en captar y analizar las ondas electromagnéticas emitidas por diversas fuentes de radio en el universo. Para poder extraer información espectral de dichas fuentes, es necesario contar con un instrumento que procese digitalmente las señales eléctricas obtenidas a la salida del receptor del radiotelescopio. En particular, para medir con precisión tanto el espectro continúo como las líneas espectrales de dichas señales de origen astrofísico, es necesario un análisis de banda ancha y alta resolución espectral, lo cual eleva el costo computacional del instrumento. Este trabajo de tesis tiene como objetivo diseñar un espectrómetro de transformada rápida de Fourier haciendo uso de un GPU TESLA K40c donado por la compañía NVIDIA y una tarjeta FPGA FlexRIO NI-7966R para adquirir las muestras digitalizadas a la salida del módulo receptor FlexRIO NI-5792R. Estos dispositivos de la compañía National Instruments, entre otros, fueron adquiridos por el Instituto de Radioastronomía (INRAS) de nuestra universidad, gracias al Proyecto de Equipamiento Científico para Laboratorios de FINCyT (Innóvate-Perú) con número de contrato 127-ECL-2014. Los resultados muestran que el uso del entorno de desarrollo integrado de hardware y software de National Instruments, potenciado con el lenguaje de programación gráfico orientado al flujo de datos de LabVIEW, permite acelerar el ciclo de diseño y desarrollo de este tipo de instrumentos científicos. Por otro lado, el uso de recursos de GPUs de NVIDIA a través del modelo de programación CUDA, permite acelerar considerablemente aplicaciones con gran complejidad computacional como el espectrómetro de alta resolución y de banda ancha diseñado. En el Capítulo 1, se realiza una breve introducción a la radioastronomía, explicando rápidamente su historia y los conceptos básicos necesarios para ubicar al espectrómetro en la cadena de recepción del radiotelescopio. En el Capítulo 2, se expone el marco teórico y el estado de arte correspondiente a los espectrómetros digitales para radioastronomía. En el Capítulo 3, se procede a detallar el diseño de la cadena de procesamiento del instrumento. Finalmente, en el Capítulo 4 se muestra un resumen de las principales pruebas realizadas para validar y contrastar el funcionamiento y rendimiento del FFTS diseñado. Este trabajo de tesis finaliza con las conclusiones y recomendaciones pertinentes.

En la actualidad la electrónica está contribuyendo con la calidad de vida de los seres humanos mediante el desarrollo de equipos empleados en el diagnóstico o tratamiento de enfermedades. Un resultado de esta tendencia es la aparición de dispositivos portátiles, alimentados con baterías, que permiten la adquisición continua de señales de ECG (Electrocardiograma). La importancia de las señales ECG radica en que permiten detectar trastornos del ritmo cardíaco, de la conducción y desequilibrios electrolíticos, así como documentar el diagnóstico y evolución de los infartos del miocardio, isquemia y pericarditis; y también vigilar y evaluar efectos farmacológicos de los medicamentos sobre el corazón y la actividad de los marcapasos, entre otros. La presente tesis tuvo como objetivo el diseño de un filtro pasa-bajo en tecnología CMOS para acondicionar señales de ECG. Este acondicionamiento consiste en la eliminación de ruido de alta frecuencia y la limitación de la banda de frecuencia para evitar el efecto aliasing en la conversión analógica-digital. El circuito cumple con los requerimientos necesarios para filtrar correctamente la señal dejando pasar el rango de frecuencias que contiene la información más relevante del ECG. El filtro tiene una frecuencia de corte es 150Hz y está constituido por transconductores de 10nS que poseen un coeficiente de linealidad (®) menor a 1% en un rango de entrada de ±300mV . En esta tesis se describen todas las etapas de diseño del filtro pasa-bajo, el cual se llevó a cabo utilizando el modelo Level 1 del transistor MOSFET para los cálculos manuales y la herramienta CADENCE para la simulación eléctrica.

Una de las tecnologías actuales que está causando gran impacto en la vida de las personas con discapacidad motora severa es el Interfaz Cerebro-Máquina(BMI, por sus siglas en inglés), sistema que permite convertir pensamiento o intención de movimiento de una persona en medios de comunicación y comandos de control de dispositivos, logrando independencia para el usuario. Sin embargo, los equipos actuales dependen de una PC que realice el procesamiento de las señales cerebrales, lo que dificulta que el sistema sea portable y de bajo costo. La presente tesis estudia y propone el uso de un sistema embebido (microcomputadora) como alternativa al uso de la PC en el BMI. Las microcomputadoras a diferencia de las PC comunes, son diseñadas para ciertos propósitos específícos, esto presenta una reducción de costo y mayor portabilidad del equipo. Con ello se pretende contribuir al desarrollo de esta nueva tecnología en el Perú haciéndolo accesible para personas de escasos recursos, lo que impactaría en la mejora de calidad de vida de las personas con discapacidad motora severa. Los resultados muestran que el sistema embebido Odroid-xu4(que cuesta 20 veces menos y es 45 veces mas liviano) puede realizar el entrenamiento de los algoritmos y el procesamiento en tiempo real de señales EEG con la misma tasa de acierto que la laptop, tardando aproximadamente 9 veces más; sin embargo estos tiempos son mínimos para aplicaciones del interfaz cerebro-máquina por lo que se demuestra que el Odroid-xu4 puede ser usado como equipo de procesamiento para una BMI portable, confiable y de bajo costo. / Tesis

Las complicaciones que llevan a las personas a tener alguna amputación de miembro superior son cada vez más frecuentes, por ello para mantener la calidad de vida de estas personas se han venido desarrollando prótesis de todo tipo a lo largo de los años. Sin embargo, la mayoría de las prótesis funcionales no son accesibles por su elevado precio. Lo que provocó que el desarrollo de estos sistemas se mecanice mediante la impresión 3D, reduciendo considerablemente los costos de manufactura. Esta técnica puede ser más barata pero no termina de ser eficiente en cuanto a su interacción. Siendo el objetivo de estas prótesis que el usuario se fidelice con el sistema para que no lo abandone. Un sistema de control activado por señales EMG que coloque al usuario dentro del lazo de control con un sistema háptico, que retroalimente la fuerza de presión de la prótesis directamente al usuario mejora este tipo de interacción de los usuarios con el medio. El sistema de control más robusto para este tipo de aplicaciones que tiene la practicidad y rapidez que se necesita, es el control directo de posición-fuerza. En el presente trabajo de tesis se muestra el desarrollo de un sistema de control para una prótesis transhumeral con actuación híbrida (actuación mecánica de codo y mioeléctrica de mano). Este sistema será activado mediante el reconocimiento de la intención de movimiento del usuario, que se activa mediante la lectura de señales EMG del bíceps, y para tener un sistema de lazo cerrado con el usuario se implementa también un sistema háptico de retroalimentación que consta de un disco vibrador que traduce la cantidad de fuerza que ejerce el brazo con una frecuencia directamente proporcional de vibración. El desarrollo de este sistema de control permite interactuar al usuario con objetos y realizar la apertura y cierre de la mano de manera automática y manual. El control tiene un tiempo de establecimiento de aproximadamente 3.623 segundos y el sistema de control puede llegar a costar 3233 soles. Por ende, se puede mejorar las prótesis mecanizadas en impresión 3D mediante este sistema de control que es accesible, económico, y eficiente en cuanto al control de posición-fuerza para las personas que hayan sufrido alguna amputación de miembro superior.

En la actualidad, es común presenciar el desarrollo de aplicaciones de ingeniería orientadas a la mejora de calidad de vida de personas, tanto para las que han sufrido accidentes, como para las que poseen deficiencias congénitas. En el caso de las personas cuyas discapacidades son neurológicas, las aplicaciones de rehabilitación, reincorporación, según se busque devolver facultades, o proveer medios de reemplazo para habilidades perdidas, requieren de una interfaz cerebro-computador, que se encarga de medir ciertos patrones en las señales cerebrales de los pacientes y traducirlos para que una computadora pueda interpretarlas. El presente trabajo comprende el diseño de una interfaz cerebro-computador que, aplicando algoritmos de procesamiento de señales cerebrales y aprendizaje de máquina, permite a un usuario seleccionar diversas tareas predefinidas para un manipulador robótico asistencial aprovechando el potencial relacionado a eventos conocido como P300. Adicionalmente, también se presenta una propuesta experimental para las realizaciones de pruebas, tanto fuera de línea como en línea del sistema, de manera que se pueda analizar y validar su eficiencia y usabilidad. Finalmente, se analizan resultados no cuantitativos provenientes de los usuarios, que pueden ser utilizados para futuros estudios relacionados. Dentro de los resultados de eficiencia del sistema se obtienen valores promedio alrededor de 90% para los experimentos de entrenamiento, y cercanos a 85% para la validación si se considera una secuencia de tres estímulos antes de que el sistema emita una predicción durante las pruebas en línea; sin embargo, los usuarios reportan que se podría mejorar la calidad del sistema si se realizan algunas mejoras, como la calidad de las imágenes mostradas como estímulos, y el contraste con el color de fondo. / Tesis

El trabajo presentado, pretende dar continuidad a la línea de trabajo iniciada con una tesis previa titulada ''Estudio de métodos para procesamiento y agrupación de señales electrocardiográficas''. La problemática a abordar es la misma que en la tesis mencionada: reducción del número de latidos a examinar el un registro electrocardiográfico (ECG) de larga duración (conocido como Holter), mediante técnicas de agrupamiento no supervisado. Sin embargo, en este caso y como técnica de extracción de características se utiliza la aproximación poligonal (Polygonal Approximation, PA) y además, en la etapa de reducción de características, se usará un método estocástico basado en los modelos ocultos de Markov (Hidden Markov Models, HMM) y uno estadístico basado en el análisis de componentes principales (Principal Component Analysis, PCA). En esta tesis se describen las aportaciones realizadas en estas tres áreas: PA, HMM y PCA, aplicadas a esta problemática concreta. La validez de los! métodos viene refrendada por un conjunto amplio de experimentos utilizando como fuentes de datos las señales ECG disponibles en la base de datos del Massachusetts Institute of Technology (MIT). Como conclusión se enumeran las mejoras obtenidas de la aplicación de estos métodos sobre el proceso de clustering de latidos sobre señales ECG de tipo Holter. / Micó Tormos, P. (2005). Nuevos desarrollos y aplicaciones basados en métodos estocásticos para el agrupamiento no supervisado de latidos en señales electrocardiográficas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1856

Dark matter detectors based on superheated fluids set WIMP-nucleus interaction limits based on registering acoustic signals in combination with the information of other sensors. For this reason, in order to distinguish the background events from those originated by new particle interactions, it is crucial to know the behaviour of the acoustic signal within the detector. The aim of this Thesis is to study the set of acoustic techniques and technologies necessary for the analysis, characterization and optimization of the different parts that compose a dark matter detector based on superheated fluids. From these studies, we draw conclusions for the design of a Geyser detector. The research is organized in four Chapters that approach the processes that take place from the bubble generation in the superheated fluid to the discrimination analysis. The study begins in Chapter I, where we study the interaction of WIMPs with matter and the consequent bubble creation and growth. In Chapter II we analyse the acoustic processes from the emitted sound wave in the growth of these bubbles, until they arrive at the sensors, going through the different media of the detector. Chapter III deals with the characterization, design and optimization of the transducers that record these acoustic signals. In Chapter IV, the signal processing techniques are studied in order to extract the greatest amount of information from the different signals of interest, as well as the characteristics of the sources. Finally, in Chapter V, we present the conclusions of these researches for the design and control of the proposed Geyser detector, called MODA-LS. In addition, due to its importance in the increasingly sensitive dark matter searches, we analyse the so-called neutrino sensitivity grounds, both in direct dark matter searches with superheated fluids and indirect searches with neutrino telescopes, in Annexes A and B respectively. All these activities form a common and unified framework in this new application of acoustics in relation to the detection of astroparticles. More specifically in the dark matter direct detection using superheated liquids. / Lo detectores de materia oscura basados en fluidos sobrecalentados establecen límites de interacción WIMP-núcleo a partir de, entre otros aspectos, las señales acústicas registradas. Por ello, entender los distintos aspectos que puedan influir en dicha señal acústica es crucial para distinguir los eventos que provengan de fondos indeseados respecto a los de interacciones de nuevas partículas. El objetivo de esta Tesis es abordar el estudio del conjunto de técnicas y tecnologías acústicas necesarias para el análisis, caracterización y optimización de las distintas partes que componen un detector de materia oscura basado en fluidos sobrecalentados. Con ello, se extraen conclusiones para el diseño de un detector Geyser. La investigación se organiza en cuatro Capítulos que abordan los procesos que tiene lugar desde la generación de burbujas en el fluido sobrecalentado hasta el análisis para su discriminación. El estudio se inicia en el Capítulo I, donde se estudia la interacción de los WIMP con la materia y la consiguiente creación y crecimiento de burbujas. En el Capítulo II se analizan los procesos acústicos que tienen lugar desde se emiten las ondas acústicas en el crecimiento de estas burbujas, hasta que llegan a los sensores, a través de los distintos medios que conforman un detector. En el Capítulo III se aborda la caracterización, diseño y optimización de los transductores que registran estas señales. En el Capítulo IV se estudian las técnicas de procesado de señal para extraer la mayor cantidad de información de las distintas señales de interés, así como de las características de las fuentes que las generan. Por último, en el Capítulo V, se exponen las conclusiones de estas investigaciones para el diseño y control del detector Geyser propuesto, MODA-LS. Adicionalmente, dada su importancia en la cada vez más sensible búsqueda de materia oscura, en los Anexos A y B analizamos los llamados suelos de sensibilidad por neutrinos, tanto en búsqueda directa de materia oscura con fluidos sobrecalentados como indirecta para los telescopios de neutrinos, respectivamente. Todos estos trabajos conforman un marco común y unificado en esta nueva aplicación de la acústica en lo referente a la detección de astropartículas, y más concretamente en la búsqueda directa de materia oscura con líquidos sobrecalentados. / Els detectors de matèria fosca basats en fluids sobreescalfats estableixen els límits d'interacció WIMP-nucli a partir de, entre altres aspectes, les senyals acústiques registrades. Llavors, entendre els aspectes que puguin influir en aquesta senyal acústica és crucial per a distingir els esdeveniments provinents de fons no desitjats respecte als de interaccions de noves partícules. L'objectiu d'aquesta Tesis és abordar l'estudi del conjunt de tècniques i tecnologies acústiques necessàries per a l'anàlisi, caracterització i optimització de les distintes parts que conformen un detector de matèria fosca basat en fluids sobreescalfats. Amb això, s'extrauen conclusions per al disseny d'un detector Geyser. La investigació s'organitza en quatre Capítols que aborden els processos que tenen lloc des de la generació de bombolles en el fluid sobreescalfat fins a l'anàlisi per a la seva discriminació. L'estudi s'inicia en el Capítol I, amb la interacció dels WIMP amb la matèria i la consegüent creació i creixement de bombolles. Al Capítol II s'analitzen els processos acústics que tenen lloc des que s'emeten les ones acústiques en el creixement d'aquestes bombolles fins que arriben als sensors, a través dels diferents medis que conformen un detector. Al Capítol III es tracta la caracterització, disseny i optimització dels transductors que registren aquests senyals. Al Capítol IV s'estudien les tècniques de processat de senyal per extreure la major quantitat d'informació així com de les característiques de les fonts que les generen. Finalment, al Capítol V, s'exposen les conclusions d'aquestes investigacions per al disseny i control del detector Geyser proposat, MODA-LS. Addicionalment, donada la seva importància en la cada vegada més sensible cerca de matèria fosca, en els annexos A i B analitzem els anomenats sòls de sensibilitat per neutrins, tant en cerca directa de matèria fosca amb fluids sobreescalfats com indirecta per als telescopis de neutrins, respectivament. Tots aquests treballs conformen un marc comú i unificat d'aquesta nova aplicació de l'acústica pel que fa a la detecció d'astropartícules i més concretament en la detecció directa de matèria fosca amb líquids sobreescalfats. / Felis Enguix, I. (2017). Tecnologías acústicas para la detección de Materia Oscura. Diseño y desarrollo de un detector Geyser [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/86282

En los últimos años, la distribución de música digital en la web ha permitido a los usuarios acceder a grandes cantidades de información musical, con ello surge la necesidad de obtener esa información de manera eficaz y eficiente. En la actualidad, los sistemas de recuperación han ayudado a los usuarios a encontrar información basada en texto, pero esos modelos tradicionales no son adecuados si deseamos encontrar canciones que se parezcan en contenido de audio, de allí la necesidad de modelar e implementar métodos de recuperación basado en audio musical. En este estudio se describe un sistema que permite recuperar y clasificar canciones por similitud basado en contenido de audio musical. Se aplica un modelo de red neuronal a características de canciones. Primero se obtiene descriptores de canciones polifónicas en formato mp3 con características tales como: Análisis Espectral, Patrones de ritmo, Histograma de ritmo. Segundo, se realiza un análisis estadístico para seleccionar los descriptores válidos. Finalmente se ingresa a una red neuronal estos descriptores y se entrena. El objetivo de este trabajo es implementar el sistema y determinar, a partir de los resultados experimentales, la eficiencia de acierto o no para clasificar y recuperar contenido de audio musical por similitud. / Tesis