Presentación
2ª Jornada
Divulgación de la Investigación en Ingeniería
Electrónica
25 de junio de 2015
La 2ª Jornada de Divulgación de la Investigación en Ingeniería Electrónica, como parte de la fase de investigación del Programa de Doctorado en Ingeniería Electrónica, quiere ser una oportunidad para que los futuros doctorandos desarrollen sus competencias relativas a la exposición de un trabajo de investigación y a su defensa ante un auditorio experto. Sin duda, a lo largo de su vida profesional como investigadores, está será una situación en la que se encontrarán en numerosas ocasiones en congresos y conferencias.
Asimismo, desde su primera edición, la Jornada se plantea como un foro de encuentro y de intercambio de experiencias en investigación entre estudiantes y profesores.
Finalmente, a través de las contribuciones de los doctorandos es posible ofrecer una visión actual y una proyección de futuro sobre la actividad de los diversos grupos de investigación del Departamento de Ingeniería Electrónica de la Universitat de València.
Agenda
Lugar: Salón de Actos “Joan Pelechano”, Escola Técnica Superior d'Enginyeria
Desarrollo de la jornada
9h45 RECEPCIÓN DE ASISTENTES 9h55 PRESENTACIÓN
Gustau Camps-‐Valls, Presidente de la CAPD “Ingeniería Electrónica” 10h00 ESTUDIO DE INDUCTORES ACOPLADOS COMPLEJOS Y SU
APLICACIÓN A CONVERTIDORES DC/DC EN APLICACIONES AEROESPACIALES David Gilabert Palmer
10h20 MÉTODOS, ALGORITMOS Y ESTRATEGIAS AVANZADAS, PARA EL DIMENSIONADO TÉCNICO-‐ECONÓMICO ÓPTIMO DE INTERCAMBIADORES ENTERRADOS. SIMULACIÓN Y VERIFICACIÓN EXPERIMENTAL Nordin Aranzábal Barrio
10h40 DETERMINACIÓN AUTOMÁTICA DEL NÚCLEO SUBTALÁMICO EN SEÑALES DE MICRO ELECTRODOS OBTENIDAS EN CIRUGÍAS PARA LA IMPLANTACIÓN DE ESTIMULADORES CEREBRALES EN PACIENTES CON PARKINSON Luciano Schiaffino
11h00 VISUALIZACIÓN, PREDICCIÓN Y ANÁLISIS DE VARIABLES CLIMÁTICAS DEL OCÉANO ATLÁNTICO MEDIANTE TÉCNICAS DE APRENDIZAJE AUTOMÁTICO Juan José Carrasco Fernández
11h20 COFFEE BREAK
Ofrecido por CÁTEDRA WÜRTH ELEKTRONIK EMC
Lugar de celebración La jornada se realizará en el Salón de Actos “Joan Pelechano”, Escola Técnica Superior d'Enginyeria de la Universitat de València Avda. Universidad, s.n., 46100, Burjassot, València (España) Presentaciones Las presentaciones durarán un tiempo máximo de 10 minutos seguidos de 10 minutos más para el turno de preguntas. Se dispondrá de un ordenador desde donde proyectar la presentación. Opcionalmente también se podrán usar ordenadores portátiles u otros medios personales.
Agenda
Lugar: Salón de Actos “Joan Pelechano”, Escola Técnica Superior d'Enginyeria
Resúmenes
12h00 SISTEMAS DE VISIÓN 'FRAMELESS', PROCESADO HARDWARE AER (ADDRESS EVENT REPRESENTATION) Y PROCESADO DE LA INFORMACIÓN MEDIANTE IMPULSOS
Juan Barrios Avilés 12h20 APLICACIÓN DE LOS DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DE
BANDA ANCHA EN CONVERTIDORES DC/DC PARA SISTEMAS AEROESPACIALES
José Luis Lizán Más 12h40 DISEÑO DEL SISTEMA COMPACTO DE PREPROCESADO Y
SLOW CONTROL PARA LA FASE 2 DE LA ELECTRÓNICA DEL ESPECTRÓMETRO DE RAYOS GAMMA AGATA Javier Collado Ruiz
13h00 DESARROLLO DE TÉCNICAS DE DETECCIÓN DE FIBRILACIÓN VENTRICULAR BASADAS EN TIEMPO-‐ FRECUENCIA Y CLASIFICACIÓN DE IMÁGENES Azeddine Mjahad
13h20 DESARROLLO DE MODELOS Y NUEVAS TECNOLOGÍAS PARA REDES INTELIGENTES COMPATIBLES CON LA BANDA ESPECTRAL DE 2-‐150KHZ
Adrián Suárez Zapata 13H40 CLAUSURA
Estudio de inductores acoplados complejos y su aplicación a convertidores DC/DC en aplicaciones aeroespaciales David Gilabert Palmer Palabras clave: Inductores acoplados; matriz de inductancias; caracterización de componentes magnéticos
La literatura técnica se puede encontrar muchas propuestas de modelos para elementos magnéticos que permiten analizar las topologías más habituales en electrónica de potencia y entender su funcionamiento. El caso particular que ha iniciado este estudio ha sido la necesidad de caracterizar correctamente un inductor acoplado complejo, diseñado y construido para una fuente de alimentación con topología Push-‐Pull y poder realizar el análisis en pequeña señal. El modelo circuital clásico de inductores acoplados, descrito por una matriz de inductancias, es físicamente correcto, donde recoge las inductancias mutuas y propias.
La presentación analiza diferentes metodologías de caracterización de inductores acoplados complejos con el fin de obtener la matriz de inductancias de forma correcta. Basándose en la condición de que la matriz de inductancias debe ser semidefinida positiva, se puede comprobar si la medida realizada es correcta, ya que esta condición corresponde a un componente magnético físicamente realizable.
El inductor acoplado bajo estudio posee siete bobinados y una relación de vueltas dispares entre ellos, por lo que aplicando las técnicas de caracterización descritas en la literatura técnica no se consigue la condición de semidefinida positiva de forma directa.
Si la matriz de inductancias resultante de la medida no es semidefinida positiva entonces se propone un algoritmo que modifica la matriz medida hasta conseguir que la matriz de inductancias se transforme en semidefinida positiva. El algoritmo no solo permite corregir la medida , sino que calculando posteriormente el error introducido se puede comparar los diferentes métodos de caracterización pudiendo valorar qué método ha conseguido una medida más correcta.
El objetivo de este trabajo inicial es conocer cuál es el mejor método para medir la matriz de inductancias en casos de bobinas con discrepancias muy grandes entre si, y cuando la medida de esa matriz es correcta y como proceder si la medida no lo es.
Resúmenes
Resúmenes
Métodos, algoritmos y estrategias avanzadas, para el dimensionado técnico-‐económico óptimo de intercambiadores enterrados. Simulación y verificación experimental. Nordin Aranzábal Barrio Palabras clave: Geotermia, intercambiadores de calor enterrados, test de respuesta térmica (TRT), transferencia de calor, simulaciones numéricas, optimización técnica-‐económica, eficiencia energética
El equipo de investigación participa del ecosistema Climate-‐KIC dentro de una iniciativa relacionada con la energía geotérmica.
El objetivo es la implementación de un instrumento de medida y estrategias de test y análisis de datos que, a partir de la evolución térmica de un fluido que circule por el interior de un intercambiador de calor geotérmico, permita obtener las características termo-‐geológicas del subsuelo relevantes para el dimensionado óptimo del intercambiador.
En particular se persigue (1) el desarrollo de una metodología de prueba que elimine los efectos negativos del periodo de recuperación del terreno después del proceso de perforación y relleno del pozo, (2) reducir el tiempo del Test de Respuesta Térmica (TRT) a unas 24 horas y (3) establecer un método para un dimensionamiento óptimo en función de las características termo-‐geológicas del subsuelo.
Alcanzar los objetivos permitiría reducir los costes de este tipo de instalaciones y, por lo tanto, aumentar la difusión comercial de esta tecnología implicando un impacto positivo en las emisiones de CO2 y un ahorro energético tanto en los edificios nuevos como en los existentes. En consecuencia, el entorno construido y las ciudades se beneficiarían ayudando ha alcanzar objetivos ecológicos, climáticos y de sostenibilidad.
Determinación automática del núcleo subtalámico en señales de micro electrodos obtenidas en cirugías para la implantación de estimuladores cerebrales en pacientes con Parkinson Luciano Schiaffino Palabras clave: Minería de datos; Estimulador cerebral profundo (DBS); aprendizaje supervisado; Parkinson; Microelectrodos de registro (MER) La enfermedad de Parkinson es una degeneración del sistema nervioso central caracterizada por un deterioro progresivo de funciones motoras. La implantación de un estimulador cerebral profundo (DBS) es un tratamiento altamente exitoso. El DBS es un marcapasos del cerebro que mediante 2 microelectrodos estimula las neuronas del núcleo subtalámico (STN) del paciente para reducir la hiperactividad crónica de las mismas. La detección del área objetivo de implantación en el STN es una tarea compleja realizada por el neurocirujano. Para definir la misma se basa en su experiencia, las imágenes de resonancia previas a la cirugía, las imágenes de tomografía realizadas durante la cirugía, en el análisis de ritmo beta del STN y en el análisis visual y acústico de las señales obtenidas mediante microelectrodos de registro (MER). Los MER, de 100 micrómetros de diámetro, ingresan al cerebro mediante un sistema mecanizado atravesando distintas estructuras funcionales: el tálamo anterior, la zona incerta, el STN y la sustancia negra. Cada una de estas zonas presenta registros eléctricos específicos. Las señales obtenidas mediante los MER son no estacionarias, conformadas por secuencias de disparos provenientes de: i) la actividad neuronal denominadas spikes, ii) por una actividad neuronal de fondo y iii) por artefactos. La minería de datos puede ser una herramienta particularmente útil para generar un modelo que en base al aprendizaje supervisado de registros de pacientes anteriores pueda clasificar exitosamente las señales de la zona STN en nuevos registros MER Para esto es necesario: i)contar con una buena base de datos de señales clasificadas adecuadamente por expertos neurofisiólogos y apoyada con la información obtenida de las imágenes 3D, ii)definir las características a extraer de los registros MER de esa base de datos e iii)indagar los mejores clasificadores que se adapten a este tipo de señales realizando nuevos aportes al estado del arte. En la presente tesis se trabajará con los registros MER obtenidos en cirugías de DBS realizadas en el Hospital La Fe de Valencia cuya clasificación será realizada con la colaboración de neurocirujanos y neurofisiólogos de dicha institución. El objetivo central de la tesis es desarrollar un sistema de análisis de las señales MER que permita determinar en forma automática, utilizando la minería de datos, aquellas señales que sean de la zona STN en nuevos registros.
Resúmenes
Resúmenes
Visualización, predicción y análisis de variables climáticas del océano atlántico mediante técnicas de aprendizaje automático Juan José Carrasco Fernández Palabras clave: Proyecto PIRATA; Visualización de datos; Mapas Autoorganizados; Aprendizaje automático; Predicción; Series temporales. La Red de predicción e investigación de Boyas fijas en el Atlántico Tropical (PIRATA) comenzó a implantarse en 1997. El objetivo del proyecto PIRATA es mejorar el conocimiento y la comprensión de las interacciones que se producen entre el océano y la atmósfera mediante la monitorización de diferentes indicadores climáticos (temperatura del aire, temperatura en la superficie del mar y a diferentes profundidades, viento, salinidad, densidad del agua, etc.). Uno de los indicadores climáticos de mayor importancia es la temperatura en la superficie del mar (SST), ya que las variaciones anómalas en la SST están directamente relacionadas con los fenómenos climáticos extremos que se producen en América del Sur (El Niño y la Niña). Los objetivos son: obtener las relaciones existentes entre los diferentes indicadores climáticos, prestando especial atención a las interacciones relacionadas con la SST, mediante técnicas de aprendizaje automático. Evaluar diferentes técnicas y modelos de predicción para obtener predicciones de la SST. Implementar una aplicación que integre el análisis, visualización y predicción de datos registrados en la red de boyas. Se dispone de conjuntos de datos (33 variables) registrados diariamente desde el 2-‐2-‐1998 al 31-‐12-‐2013 en 10 boyas. Para el estudio de las relaciones entre variables se utilizan los Mapas Autoorganizados (SOM). Las predicciones de la SST se realizan mediante los modelos: Regresión Lineal Múltiple (MLR), Máquinas de Soporte Vectorial (SVM), Redes Neuronales de Regresión Generalizada (GRNN) y Perceptrón Multicapa (MLP). Los horizontes de predicción se han fijado en 7, 15 y 30 días. El diseño de la aplicación para la visualización de datos se realizará mediante el entorno de programación Processing.
Sistemas de visión 'frameless', procesado hardware AER (Address Event Representation) y procesado de la información mediante impulsos Juan Barrios Avilés Palabras clave: AER, Impulsos, VisióN, Procesamiento Hardware, Fpga, Industrial, Tratamiento de Imágenes La democratización del uso de los sistemas informáticos se ha visto incrementada en los últimos veinte años, gracias a su incorporación en el contexto de la vida cotidiana. Este avance global por la normalización de las tecnologías no ha presentado sino una mayor dependencia de la sociedad. En la actualidad más reciente, su demanda se ha visto exponencialmente requerida pasando de ser principalmente utilizada en la industria a representar en la actualidad una necesidad en la vida cotidiana. Por lo que es aquí en este punto, donde derivaremos la idea del AER, como respuesta directa a las necesidades modernas en un contexto de tecnología y más concretamente en el campo de la visión artificial. Estos se han incorporado sin cese aunque paulatinamente en este campo de respuesta rápida a la demanda individual en el ámbito social. Su desarrollo se ha ligado tanto a los avances tecnológicos en hardware como a las ramas de implementación de estos sistemas, pudiéndose encontrar tanto en grandes y complejos sistemas industriales como en nuestros propios teléfonos celulares o automóviles. Estos sistemas tienen la característica de ejecutar un gran número de operaciones y procesar una gran cantidad de datos que no poseen información relevante para el sistema, haciendo que las tareas complejas requieran de un prolongado tiempo de ejecución, siendo la respuesta en tiempo real todavía un objetivo por alcanzar. La búsqueda en minimizar el tiempo de procesamiento de los sistemas de visión artificial es lo que ha dado la tarea a diferentes de buscar una solución factible en cuanto a la rapidez y el filtro de información relevante. Por lo anterior es que se ha llegado a la necesidad de crear sistemas de visión con un tiempo de respuesta y procesamiento de información más corto es lo que ha llevado a desarrollar diversas técnicas para análisis de imágenes. Aunque AER representa todavía un mero método en desarrollo muestra las facultades para ser una solución óptima a la gran cantidad de aplicaciones en el entorno industrial, laboral y hasta en las necesidades de la propia vida cotidiana. Este método ayuda a reducir enormemente la cantidad de datos requeridos para obtener la misma información, logrando así reducir el tiempo de procesamiento, y obteniendo a su vez, un tiempo de respuesta más corto del que en la actualidad la mayoría de sistemas de visión pueden alcanzar.
Resúmenes
Resúmenes
Diseño del sistema compacto de preprocesado y slow control para la fase 2 de la electrónica del espectrómetro de rayos gamma AGATA Javier Collado Ruiz Palabras clave: AGATA, cristales HPGe, FPGA, Diseño digital de alta velocidad, Procesado digital de la señal, Microprocesadores, Codiseño Hardware-‐Software El detector AGATA (Advanced GAmma Tracking Array) es un espectrómetro de rayos gamma basado en cristales de germanio de alta pureza (HPGe) segmentados. El objetivo del proyecto es abarcar una de cobertura en 4π a partir de 180 cristales. La ventaja de la segmentación es poder realizar un seguimiento (tracking) de las colisiones de rayos gamma dentro del cristal optimizando la resolución energética. Actualmente el proyecto se encuentra a finales de la primera fase, implementando la segunda generación de electrónica, con aproximadamente un 10% de los cristales del detector final en funcionamiento, y habiendo realizando experimentos de física nuclear en diversos aceleradores de Europa como GANIL, GSI o INFN-‐LNL. En esta segunda generación se consigue una reducción considerable de consumo, coste y tamaño de la electrónica. La electrónica actual digitaliza los 38 canales que se reciben de cada cristal y los procesa mediante dispositivos FPGA en una primera etapa hasta reducir el ancho de banda del flujo de datos lo suficiente para transmitirlos a la granja de procesado. En la granja, se combinan los datos de cada cristal y se aplican los algoritmos de reconstrucción del evento. No obstante, dada la envergadura del proyecto y la necesidad de transportar el detector entre aceleradores todavía conviene una mayor reducción en coste y tamaño, así como una optimización del procesado digital aprovechando electrónica de última generación. En este contexto, el proyecto de tesis pretende llevar a cabo el desarrollo de un nuevo sistema que combine el trabajo de procesado de los datos digitalizados y el control de la digitalización para entre 3 y 6 cristales. A su vez se pretende añadir capacidad de cómputo al sistema que pueda ser utilizado en un futuro como parte de la granja de procesado, para ello se implementara un sistema avanzado FPGA-‐microprocesador. Alcanzar mínimo los tres cristales implica trabajar con 114 entradas ópticas digitales y añadir un sistema de computación requiere realizar una comunicación de alta velocidad entre FPGA y microprocesador, lo que requiere utilizar métodos de comunicación del estado del arte en sus respectivas áreas, y desarrollar métodos para la reducción del número de canales de entrada. Para la transmisión de los datos procesados se estudia el empleo de estándares tales como Ethernet 40/100G
Aplicación de los dispositivos semiconductores de banda ancha en convertidores DC/DC para sistemas aeroespaciales José Luis Lizán Más Palabras clave: Satélite artificial, convertidores conmutados DC/DC a alta frecuencia, tecnologías de semiconductores de banda ancha prohibida, Nitruro de Galio GaN. En los satélites artificiales, la masa es uno de los parámetros más críticos debido al coste del lanzamiento y a la necesidad de albergar, cada vez, más cargas útiles. Por tanto, cuanto menor sea el peso de la plataforma o servicios imprescindibles, mayor masa se dispondrá para la carga útil. Es por ello que uno de los objetivos prioritarios perseguidos en los avances de la tecnología aeroespacial va encaminado a reducir la masa de los sistemas de potencia en los satélites. Esta reducción de masa va ligada, por una parte, al aumento de rendimiento en la conversión de potencia DC/DC, pues así se reduce la disipación térmica asociada y se requieren paneles solares y baterías de menor tamaño. Por otra parte, un aumento de la frecuencia de conmutación en estos convertidores reduciría el tamaño de los componentes reactivos de potencia (inductores, transformadores y condensadores). Actualmente los convertidores DC/DC conmutados utilizados en el ámbito aeroespacial están basados en el uso de transistores MOSFET de Silicio. Estos transistores se comportan de forma robusta ante las radiaciones recibidas en el ambiente espacial y permiten lograr buenas eficiencias trabajando a frecuencias de conmutación del orden de 100kHz. Sin embargo, no es viable en la tecnología de Silicio aumentar la frecuencia de conmutación debido al aumento de las pérdidas que se generan. Se necesita un material semiconductor para implementar interruptores electrónicos que pueda procesar la potencia a mayor frecuencia (rango de MHz) y con mayor eficiencia, lo cual representaría una revolución en los sistemas de potencia conmutados. Entre los materiales semiconductores con mayor potencialidad de futuro destacan los de banda prohibida ancha, particularmente el nitruro de galio (GaN). Las excepcionales propiedades físicas de este material hacen que sea especialmente adecuado para aplicaciones electrónicas de alta frecuencia y alta potencia confiriéndole, además, una elevada resistencia frente a las altas temperaturas y a la radiación. En este dispositivo semiconductor de gap ancho la resistencia de conducción es menor que para los materiales de silicio en un orden de magnitud, sin el correspondiente aumento de la capacidad de puerta, lo cual significa una reducción en las pérdidas de conducción pudiendo además aumentar la frecuencia de conmutación para reducir el tamaño de los componentes reactivos asociados a un convertidor DC/DC.
Resúmenes
Resúmenes
Desarrollo de modelos y nuevas tecnologías para redes inteligentes compatibles con la banda espectral de 2-‐150KHz Adrián Suárez Zapata Palabras clave: Smart Grids, Electromagnetic Compatibility (EMC), Power Quality, 2-‐150Hz Band, Smart Meter Las Smart Grids aportan al sector de la distribución eléctrica ventajas tales como una mayor fiabilidad, disponibilidad, rentabilidad y eficiencia, ya que una red inteligente es capaz de integrar las acciones de todos los agentes, es decir, productores y consumidores. Es por esto que, desde la Cátedra EMC, compuesta por la empresa Würth Elektronik y la Universitat de València, se va a profundizar en el desarrollo de nuevos modelos y tecnologías relacionados con el ámbito de las redes inteligentes. Para realizar la transformación de la red eléctrica convencional en una Smart Grid, es necesario dotar al sistema de tecnología digital que permita la comunicación bidireccional entre las compañías eléctricas y sus clientes. De este modo, se hace necesario el empleo de productos y servicios innovadores que permitan la monitorización, control y comunicación que puedan aportar beneficios como el aumento del nivel de fiabilidad y calidad en el suministro de energía eléctrica, faciliten a los clientes instrumentos que les permita optimizar su propio consumo eléctrico, contribuyan a mantener la sostenibilidad ambiental y mejoren la eficiencia y gestión de la distribución. Para poder llevar a cabo todas las modificaciones en la red se hace necesario el estudio de nuevos modelos que permitan identificar, cuantificar y eliminar los riesgos de interferencia electromagnética en los sistemas de Smart Grid debido a la carencia de normativas concretas que limiten la emisión de ruido o garanticen la inmunidad frente al mismo. Por ello, se debe realizar un estudio y caracterización del comportamiento de la red en las frecuencias comprendidas en la banda de 2-‐150KHz, así como de los dispositivos Smart Meters destinados a trabajar en dicho rango. Con ello se analizarán los márgenes de medida disponibles en la red y se propondrá un modelo, que proporcione las directrices en términos de supresión de niveles de perturbación, para diseñar sistemas de medida inteligentes. Asimismo, tomando como base el modelo de diseño propuesto, estos sistemas deben garantizar la compatibilidad electromagnética con su entorno y deberán ser inmunes a las interferencias electromagnéticas que la red pueda introducir en tanto que son los elementos que proporcionan la inteligencia a la red y es de gran importancia garantizar su correcto funcionamiento tanto en entornos domésticos como industriales.
Desarrollo de técnicas de detección de fibrilación ventricular basadas en tiempo-‐ frecuencia y clasificación de imágenes Azeddine Mjahad Palabras clave: Señal Electrocardiográfica ECG, Filtros, Detección de la onda QRS, Representación Tiempo-‐Frecuencia, Extracción de Características, Algoritmos de Clasificación. Una de las principales causas de mortalidad en el mundo occidental son las arritmias cardiacas, alteraciones del funcionamiento eléctrico normal del corazón. Algunas arritmias son potencialmente malignas y pueden llegar a causar la muerte. El trabajo de la tesis se centra en la señal electrocardiográfica de superficie (ECG). Las pruebas se realizan sobre las bases de datos estándar MIT-‐BIH. Los algoritmos de clasificación deben proporcionar un buen nivel de alta especificidad así como una alta sensibilidad y un diagnostico rápido para permitir una asistencia médica más efectiva. Metodología: Inicialmente un módulo para filtro y linealización de la señal, y detección de la onda R del complejo cardiaco, otro para la representación tiempo-‐frecuencia, extracción de los parámetros (imágenes), por ultimo aplicación los algoritmos de clasificación.
Notas
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Departamento de Ingeniería Electrónica Escola Técnica Superior d’Enginyería Universitat de Valencia Tel. 0034 9635 44032 Avda. Universidad s.n. 46100 Burjassot -‐ Valencia
Patrocina
Organiza