Algoritmos para el procesamiento concurrente de señales y su aplicación en sonoluminiscencia.
El contenido de esta tesis abarca el desarrollo y aplicación de un sistema multifrecuencia para la exploración de los límites de concentración de energía en el fenómeno de sonoluminiscencia. Como parte del sistema multifrecuencia se incluye el diseño de una etapa amplificadora de alta tensión (V_...
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| Autor principal: | |
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| Formato: | Tesis NonPeerReviewed |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2012
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/338/1/1Dellavale.pdf |
| Aporte de: |
| Sumario: | El contenido de esta tesis abarca el desarrollo y aplicación de un sistema
multifrecuencia para la exploración de los límites de concentración de energía en el
fenómeno de sonoluminiscencia. Como parte del sistema multifrecuencia se incluye el
diseño de una etapa amplificadora de alta tensión (V_out =100V_p ) y considerable ancho de
banda ( BW = 400kHz @ C_L = 2nF ) para la excitación de los actuadores piezoeléctricos.
Los algoritmos de procesamiento digital utilizados para el diseño del sistema
multifrecuencia incluyen la técnica Lock in, filtros recursivos y moduladores Delta-
Sigma. La implementación eficiente de las arquitecturas concurrentes asociadas a estos
algoritmos se realiza mediante la utilización de dispositivos de lógica programable,
específicamente tecnología FPGA (Field Programmable Gate Array). A partir de la
generación de código HDL (Hardware Description Language) re-utilizable se propone
además la integración de los módulos de procesamiento en un sistema lock in
multifrecuencia y multicanal orientado a aplicaciones del tipo ECISTM (Electric Cellsubstrate
Impedance Sensing, Applied BioPhysics) y EBIS (Electrical Bio Impedance
Sensing).
Las arquitecturas desarrolladas para el sistema lock in multicanal resultan escalables en
el número de etapas lock in (firmware) y número de canales analógicos de salida
(firmware/hardware). La implementación de las arquitecturas propuestas muestra que
con la tecnología de los dispositivos de lógica programable disponible actualmente
(tecnología CMOS de 90nm a 28nm ) es posible la implementación de decenas de
módulos lock in y canales analógicos de salida en un único dispositivo FPGA.
Para el estudio del campo acústico en sonoluminiscencia se propone un modelo
analítico del resonador esférico y se realiza una descripción semi-analítica del sistema
resonador-burbuja. Los modelos propuestos permiten identifican los mecanismos
disipativos que determinan el factor de calidad del sistema resonante. Se analiza además
como la emisión acústica de la burbuja sonoluminiscente y su interacción con el
resonador esférico determinan la amplitud y fase relativa de las componentes armónicas
que conforman el campo acústico.
En los últimos capítulos se presenta el análisis de los resultados obtenidos mediante la
aplicación del sistema multifrecuencia en los experimentos de sonoluminiscencia
realizados con solución acuosa de ácido sulfúrico. Los resultados obtenidos muestran
que la utilización de una excitación bi-armónica constituye un mecanismo que posibilita
atrapar, e incluso estabilizar espacialmente, burbujas sonoluminiscentes en condiciones
de muy bajas concentraciones de gas disuelto en el líquido ( ≈1mbar ). Mediante la
utilización de una excitación bi-armónica y ≈1mbar de xenón disuelto en solución
acuosa de ácido sulfúrico al 85% en peso, se obtuvo un límite de ≈ 70kK para la
temperatura máxima del gas contenido en la burbuja sonoluminiscente. Este límite es
impuesto por la inestabilidad posicional causada por la componente de frecuencia
fundamental de la excitación bi-armónica. Esta conclusión se obtuvo a partir del análisis
de las fuerzas hidrodinámicas que actúan sobre la burbuja. Las fuerzas hidrodinámicas
se calcularon a partir del modelo numérico para la dinámica del radio de la burbuja.
Luego, estas predicciones teóricas fueron validadas con los datos experimentales. |
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