Tesis doctorales DIEC - IEKS Doktoretza tesiak

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http://hdl.handle.net/2454/29504

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Strategies for improving the efficiency and grid-connection stability of power converters for wind energy systems
(2018) Samanes Pascual, Javier; Gubía Villabona, Eugenio; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
La energía eólica es una de las principales fuentes de generación renovable, una tecnología que continúa expandiéndose gracias a la reducción de costes y a la mayor concienciación ambiental de la sociedad. Esta expansión a nivel mundial está provocando que las turbinas eólicas se conecten a redes débiles, que plantean nuevos problemas de estabilidad. Asimismo, para continuar avanzando en la reducción del coste de la energía generada, la eficiencia de los sistemas de generación eólica, y consecuentemente del convertidor de potencia, se convierte en un aspecto clave. Por ultimo, existe una tendencia entre los principales fabricantes de aerogeneradores a incrementar el tamaño de las turbinas, aprovechando las economías de escala existentes. Esta tendencia está forzando a buscar nuevas estructuras de conversión para estas turbinas que alcanzan hoy en día los 9 MW. Dentro de este contexto general, en esta tesis se abordan las siguientes líneas de investigación: - Modelo detallado de los lazos de control de un convertidor de conexión a red. - Mejora de la respuesta din amica del convertidor. - Mejora de la estabilidad y de la eficiencia de convertidores de conexión a red al amortiguar el filtro de salida mediante el control. - Incremento de la eficiencia gracias a la utilización de modulaciones específicas para convertidores eólicos. - Análisis de las estructuras de conversión para turbinas eólicas de gran potencia y extensión a estos sistemas de las técnicas anteriores.
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Development of new punctual optical fiber transducer for sensing
(2018) López Aldaba, Aitor; López-Amo Sáinz, Manuel; Bariáin Aisa, Cándido; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
The international research community has been nurturing photonic technologies over the years, aiming to develop cost effective solutions for a number of applications. Optical fibers offer an efficient solution for sensing and communication fields. Fiber optic sensors present appealing characteristics that make them very attractive when compared with conventional electric sensors such as immunity to electromagnetic interferences, as well as unfavorable environments, small size, ability for multiplexing and remote sensing. Another important aspect when using optical fibers is the ability to simultaneously use them as sensors and communication channels. The primary motivation for this PhD work was the study and development of new structures based in photonic crystal fibers. The main idea was to take advantage of the know-how of our group in fiber-optic communications and photonic sensing, as well as the recent advances in the sensing area to develop new structures based on the platform of photonic crystal fibers.
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Procedimientos avanzados para el análisis del comportamiento de grandes centrales FV
(2018) Muñoz Escribano, Mikel; García Solano, Miguel; Marcos Álvarez, Javier; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
La energía fotovoltaica (FV) ha experimentado un gran crecimiento en los últimos años y se prevé que lo siga haciendo en los próximos. La razón principal es el descenso espectacular que ha experimentado su precio. A pesar del gran crecimiento de la demanda en 2016, en 2017 tanto módulos FV, inversores como estructuras redujeron su precio sin precedentes. Los precios se desplomaron debido al crecimiento en la capacidad de producción. Los precios promedio de los módulos cayeron aproximadamente un 29%, a 0,33 €/𝑝 entre el cuarto trimestre de 2015 y un año después, siendo mínimos históricos (REN, 2017). Por tanto, en estos momentos, se puede hablar de una tecnología limpia, madura, fiable, robusta y económicamente competitiva (IEA, 2017).
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Diseño y desarrollo de estructuras ópticas para la fabricación de sensores de fibra óptica
(2018) Ascorbe Muruzabal, Joaquín; Corres Sanz, Jesús María; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua, 2017/PI044
Actualmente existe una gran variedad de opciones para el sensado mediante métodos ópticos y, más concretamente, para el desarrollo de sensores utilizando fibra óptica. Aunque la mayoría de los principios físicos utilizados para el desarrollo este tipo de sensores ya han sido ampliamente estudiados, se siguen desarrollando nuevos métodos que faciliten su fabricación o que mejoren sus características. Gracias a una mayor accesibilidad a nuevas tecnologías para la manipulación de la fibra óptica, un mayor conocimiento de las técnicas para la deposición de recubrimientos de espesor nanométrico y el estudio de nuevos materiales, la investigación en este campo continúa siendo de gran interés y sigue ofreciendo resultados novedosos. Esta tesis estudia la generación de fenómenos ópticos mediante un material que actúa a la vez como capa sensible a un parámetro de interés, con el objetivo de mejorar la sensibilidad de este tipo de dispositivos mediante métodos de fabricación asequibles y repetitivos. Como fenómenos ópticos se han estudiado interferómetros Fabry-Pérot, redes de difracción de Bragg, redes de difracción de periodo largo y resonancias de modos con pérdidas. Los interferómetros Fabry-Pérot, estudiados para el sensado de humedad y detección de gases, fueron el paso previo para el desarrollo posterior de redes de difracción de Bragg en punta de fibra. Estas fueron fabricadas mediante el uso de un único material cuyas constantes ópticas se modificaron mediante la variación de los parámetros del proceso de deposición. Las redes de difracción de periodo largo fueron desarrolladas en fibra monomodo estándar estrechada con ácido, mediante la ablación láser periódica de un nano-recubrimiento depositado previamente. En el caso de las resonancias de modos con pérdidas, se estudió su generación en fibra monomodo con cladding reducido mediante ataque químico con ácido, así como su utilización en aplicaciones no estudiadas previamente, como son sensores de campo magnético o filtros sintonizables eléctricamente.
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Optimización de dispositivos en fibra óptica basados en resonancias de modos con pérdidas para aplicaciones en biosensores
(2018) Zubiate Orzanco, Pablo; Ruiz Zamarreño, Carlos; Arregui San Martín, Francisco Javier; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua PC023-024 BIOPTSENS
El desarrollo de los sensores en fibra óptica combinado con el avance de la nanotecnología ha proporcionado una excelente oportunidad para el desarrollo de nuevas plataformas sensoras ópticas portátiles, ligeras y de alto rendimiento capaces de realizar detección in situ y en tiempo real. Esta tesis quiere contribuir al avance de la tecnología de los sensores ópticos basados en resonancias de modos con pérdidas (LMRs, por sus siglas en inglés), mejorando el rendimiento de dichos dispositivos, para luego detectar biomarcadores específicos que permitan un diagnóstico selectivo y precoz de diferentes enfermedades. En este trabajo, los LMRs generados en una fibra de tipo D permiten medir los cambios en el índice de refracción externo con una sensibilidad muy alta. En consecuencia, es posible detectar concentraciones muy bajas de analito en muestras de suero. Los resultados mostrados en esta tesis revelan el potencial de los sensores basados en LMRs para desempeñar un papel fundamental en el ámbito biomédico.
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New filter design methods and topologies for the future microwave and millimeter-wave high-capacity satellites
(2018) Teberio Berdún, Fernando; Gómez Laso, Miguel Ángel; Lopetegui Beregaña, José María; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
In this thesis, several novel design techniques for waveguide low-pass filters (LPFs) and band-pass filters (BPFs) are proposed. Firstly, a quasi-analytical technique for classical corrugated waveguide LPFs is presented. It allows to reduce the design-times and its associated costs, since the final dimensions of the final prototype are computed by closed-form expressions. This technique has been extended to include the inherent rounded corners due to the fabrication by conventional milling techniques. In this case, the novel method is based on very simple equations which can be easily computed by an EM solver tool in a negligible CPU time. Additionally, a new method to embed routing capability in the classical corrugated LPF avoiding subsequent bending structures is also proposed. It permits to reduce the insertion loss, volume/weight, and PIM. The previous filters are the classical solution when the suppression of only the fundamental mode is needed. However, if the suppression of the higher-order modes is also a requirement, the classical solution is the waffle-iron filter. This filter has a cumbersome time-consuming design method mainly based on approximations and optimizations. In this Thesis, an accurate and simple design procedure for classical waffle-iron filters is also proposed. With this technique, waffle-iron filters with and without transmission zeros can be designed in a matter of minutes. Besides, a new type of waffle-iron filter is also presented. This novel structure is more compact and has lower insertion loss than its classical counterpart. The main issue of the previous classical filters is that it is not possible to achieve a wide rejected band and a high-power behavior simultaneously. This issue has been surpassed with the novel LPFs with smooth profile presented in this Thesis. Specifically, a synthesis technique has been developed, which permits to obtain larger gaps and very wide rejected bands at the same time. These new structures allow their use in high-power applications such as the output stage of satellite payloads. However, although their fabrication following space-compatible procedures has been demonstrated, it is quite difficult and expensive to be utilized in mass-production. Therefore, a new design method which accomplishes easy-to-manufacture LPFs with the same performance in terms of frequency and high-power behavior has been proposed. In this case, the objective is to reduce the fabrication costs and to develop a fully-customized technique that opens the range of potential applications of these devices. Indeed, its feasibility to be utilized as output filter in broadband satellite payloads, between the amplifiers and the diplexers in multi-beam payloads, and in high-performance diplexers is demonstrated. Furthermore, a combination between the latter low-pass filtering structure and a classical high-pass filtering function is utilized to develop a new class of BPF which can be used in high-performance compact satellite diplexers. Finally, a different BPFs with reduced sensitivity to manufacturing tolerances is also proposed. This structure finds its niche market in the upcoming Q/V-band satellite payloads. Indeed, the fabrication yield of a novel BPF intended for Q-band payloads has been dramatically improved in comparison with the one obtained from its classical counterpart. Last but not least, the size of the previous structures can be reduced with the new meandered topology developed in this Thesis. This technique permits to reduce the size of the previous BPFs (and also in classical LPFs) along with embedding routing capabilities, opening the door to more complex and compact terminals due to their adaptable and flexible layout. Additionally, it also allows to include several transmission zeros to enhance the out-of-band rejection of the LPFs. Low-power and high-power measurements have been performed in several manufactured prototypes to validate the frequency behaviour and the power-handling capability of the designed devices, respectively.
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Development of sub-millimetre wave band subsystems and packaging techniques
(2019) Pérez Escudero, José Manuel; Gonzalo García, Ramón; Ederra Urzainqui, Íñigo; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
En esta tesis se investigan técnicas de diseño y fabricación de dispositivos, ya sean transmisores o receptores, a frecuencias de THz y submilimétricas y técnicas de empaquetado con el objetivo de que el dispositivo final sea más compacto. Esto es interesante sobre todo pensando en uso comercial o en la integración en satélites, ya que en ambos casos la portabilidad y facilidad de uso son muy importantes. El contenido de la tesis puede dividirse en dos partes bien diferenciadas. La primera de ellas parte de la base de que no hay conectores a tan alta frecuencia y es necesario el uso de equipamiento basado en guía de onda para medir y caracterizar los dispositivos fabricados en estas bandas de frecuencia. Por lo tanto, la primera parte está orientada hacia el diseño de transiciones de tecnología planar con la tecnología en guía de onda partiendo de un análisis teórico y con el objetivo de un ensamblado sencillo. Este método ha sido aplicado a guía de onda rectangular estándar y también a tecnologías novedosas tales como Gap waveguide. Concretamente, en este trabajo se presentan cuatro transiciones en línea cuyo diseño provee ventajas desde el punto de vista computacional, por el ahorro de recursos y tiempo, además de la sencillez desde el punto de vista de fabricación y ensamblado. La segunda parte trata el diseño, análisis y fabricación de dispositivos integrados compactos basados en diodos Schottky. Específicamente, dos mezcladores de frecuencia con ocilador local basado en MMIC y un transmisor optoelectrónico. Uno de los prototipos es un mezclador cuarto armónico y el otro es un mezclador subarmónico, que usa el mismo LO e integra un multiplicador de frecuencia en el mismo substrato. Por medio de esta integración se consigue dispositivos de ensamblado más sencillo y más compactos, cuyo comportamiento es cercano al estado del arte. Además, el transmisor optoelectrónico integra el mismo substrato un fotodiodo UTC y un triplicador de frecuencia basado en diodos Schottky. De esta manera, el rango de operación del fotodiodo UTC puede ser extendido a frecuencias más altas, manteniendo sus ventajas, tales como la posibilidad de integración con fibra óptica para enlaces de alta capacidad. Por último, se ha diseñado un mezclador sexto armónico basado en la tecnología membrana de arseniuro de galio. Esta tecnología permite la integración de los diodos Schottky en la membrana junto con la circuiterí a microstrip, de tal forma que los diodos no tienen que ser soldados. En este diseño, además, un triplicador de frecuencia se integra también en la misma membrana que el mezclador armónico. Por lo tanto, el comportamiento final del mezclador sexto armónico es similar al de un mezclador subarmónico. De esta forma es más fácil encontrar fuentes con bastante potencia dado que el oscilador trabaja a una frecuencia más baja. Asimismo, gracias a la integración, los problemas causados por desalineamiento durante el ensamblado de los componentes individuales se evitan.
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Contribution to the development of Rayleigh-based fiber optic systems for sensing applications
(2019) Miguel Soto, Verónica de; López-Amo Sáinz, Manuel; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
La tecnología de los sensores de fibra óptica ha experimentado un gran crecimiento desde sus comienzos en la década de 1970, cuando se contempló su utilización para detectar parámetros tanto físicos como químicos. Además, la demonstración del primer láser de fibra en 1961 atrajo una intensa investigación en este tipo de láseres, lo que cambió radicalmente la situación del mercado en el sector del láser industrial y la interrogación de sensores. Debido a esto, en este trabajo se ha llevado a cabo el desarrollo y demonstración experimental de varios sistemas láser de fibra óptica basados en la dispersión Rayleigh, para su posterior utilización en aplicaciones de interrogación de sensores. Se han abordado dos de los principales retos de las redes ópticas de sensores: la multiplexación de sensores en una única red garantizando una buena calidad de señal y la monitorización remota de estos sensores a cientos de kilómetros. La mayoría de los sistemas propuestos se basan en láseres random de fibra, láseres de realimentación distribuida, especialmente adecuados para aplicaciones de larga distancia. Además, se han desarrollado también sistemas de sensores de alta resolución utilizando este tipo de láseres, consiguiendo medidas con resoluciones mejoradas para una variedad de parámetros físicos. Así una parte notable de esta tesis está dedicada al estudio de los láseres random de realimentación distribuida en fibra óptica.
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Determinación de los umbrales ventilatorios, metabólicos y electromiográficos durante el test de esfuerzo incremental en ciclistas de elite
(2019) Latasa Zudaire, Iban Alexander; Rodríguez Falces, Javier; Córdova Martínez, Alfredo; Navallas Irujo, Javier; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
La fatiga muscular tiene múltiples definiciones, pero indudablemente su principal misión es la protección. La electromiografía de superficie (sEMG) es una técnica adecuada para comprender los patrones de activación musculares, y en particular durante el pedaleo y la aparición de fatiga muscular en el ciclismo de Elite.. Durante el ejercicio (pedaleo) se ha observado principalmente un aumento gradual en la amplitud de sEMG, como resultado de dos estrategias adoptadas por el sistema neuromuscular: un reclutamiento progresivo de unidades motoras adicionales y un aumento de la tasa de descarga. Además, varios autores indican que estos aumentos inducidos por la fatiga en la actividad de sEMG podrían ser debidos a la acumulación de subproductos metabólicos de la contracción muscular. Por ello, la posibilidad de extraer, a partir de una única prueba de esfuerzo, tanto los umbrales de fatiga metabólicos, ventilatorios y los basados en el sEMG nos parece un elemento importante en el ámbito del deporte de élite y en particular el ciclismo. Primeramente, se analizó la influencia del pedaleo en las respuestas fisiológicas en ciclistas que usan platos redondos (C) u ovalados (Q) durante una prueba incremental hasta el agotamiento. Encontramos que los platos Q no influían significativamente en la respuesta fisiológica en comparación a un plato convencional. Posteriormente nos planteamos evaluar el método utilizado para estimar por una parte el umbral de fatiga neuromuscular a partir de la amplitud sEMG (prueba PWCFT) durante una prueba incremental con escalas de ejercicio de 1 minuto, y a su vez investigar las posibles asociaciones entre PWCFT y los umbrales metabólicos y ventilatorios. Concluimos que la aplicación del método PWCFT propuesto por deVries et al. usando escalas incrementales de 1 minuto podrían llevar a una sobreestimación del umbral de fatiga neuromuscular (PWCFT). Por otra parte, la potencia de salida en PWCFT fue significativamente más alta que la de VT1 y OBLA pero no fue correlacionada con la de OBLA, pero si con VT1. En otro de los estudios de los que hemos presentado estudiamos la validez del nuevo enfoque al evaluar los cambios en los indicadores espectrales EMG a lo largo de toda la prueba y dentro de los diferentes períodos de ejercicio de la prueba. Observamos que los índices espectrales de sEMG no proporcionan una medida confiable del estado de fatiga del músculo durante una prueba de ciclismo incremental. Además, no es posible determinar el inicio de la fatiga neuromuscular mediante el examen de los indicadores espectrales. Por último, se validó la existencia de dos umbrales neuromusculares de fatiga en deportistas de élite mediante el método multi-regresional, EMGT1 y EMGT2, que corresponden respectivamente con el primer y segundo umbral ventilatorio, por lo que este algoritmo es un método no invasivo válido para analizar las transiciones aeróbicas y anaeróbicas de cada músculo durante un test incremental 1 min.
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Power-efficient CMOS circuits for energy harvesting supplied IoT systems
(2019) Garde Luque, María Pilar; López Martín, Antonio; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
En esta tesis se han aplicado técnicas de baja tensión y bajo consumo para implementar nuevos circuitos analógicos (principalmente amplificadores). Estos circuitos están orientados a dispositivos energéticamente autónomos como los utilizados en muchos escenarios del Internet de las Cosas (IoT). La estructura de la tesis es la siguiente: se proponen técnicas básicas para operación en baja tensión y bajo consumo, tanto a nivel de celda como a nivel de dispositivo, seguido por varios bloques básicos novedosos que utilizan dichas técnicas y finalmente por la obtención de nuevos diseños a nivel de subsistema. A nivel de celda, diferentes amplificadores energéticamente eficientes se proponen en este trabajo. Estos se obtienen combinando diferentes técnicas de baja tensión. Las principales son el uso de transistores de puerta cuasi-flotante (Quasi-Floating Gate o QFG) y algunas técnicas de polarización adaptativa, entre las que destacan el seguidor de tensión plegado (en inglés, Flipped Voltage Follower o FVF) y la realimentación local de modo común (Local Common-Mode Feedback o LCMFB). Estas técnicas pueden aplicarse tanto a amplificadores diferenciales como no diferenciales, creando así diferentes topologías. Los circuitos propuestos se comparan con otras publicaciones relevantes, mostrando un funcionamiento muy competitivo. A nivel de subsistema, otra técnica de baja tensión, basada en el uso de fuentes de tensión flotantes, se emplea para diseñar tres bloques, dos de los cuales están relacionados con la conversión analógico-digital (A/D). Los circuitos propuestos han sido fabricados usando diferentes tecnologías CMOS (130 nm, 180 nm y 0.5 μm) y los correspondientes resultados de las medidas son presentados y analizados para validar su funcionamiento. Además, se han realizado análisis teóricos para explorar el potencial de los circuitos y subsistemas resultantes en aplicaciones de bajo consumo y baja tensión.
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Modelización de parques eólicos conectados a redes débiles
(2019) Velasco Vitrián, David; López Taberna, Jesús; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
El aumento de penetración eólica producido a escala mundial está propiciando la conexión de una gran cantidad de parques eólicos a redes débiles. Esto supone un reto para los operadores de la red y de los propios parques eólicos, al surgir problemas de estabilidad que anteriormente no existían. A la hora de afrontar los problemas derivados de la integración en red de estos parques, resulta de gran importancia disponer de modelos precisos de la realidad. Existen en la literatura modelos completos de parques y turbinas eólicas que permiten detectar estos problemas con precisión razonable. Estos modelos, sin embargo, suelen ser complejos y computacionalmente muy costosos, por lo que se utilizan más como un instrumento de validación que de diseño. En la fase de diseño suelen emplearse modelos lineales muy sencillos que permiten simular el sistema rápidamente y, por ende, realizar grandes series de simulaciones para, por ejemplo, analizar un amplio rango de escenarios o para optimizar los parámetros de control. Estos modelos, sin embargo, suelen adolecer de una excesiva simplificación que provocan que, en muchas ocasiones, no reproduzcan con suficiente precisión la dinámica o, lo que es peor, no permitan detectar casos de inestabilidad. En este contexto, el objetivo de la tesis realizada es la obtención de modelos lineales precisos de parques eólicos y, en particular, de lazos de control de corriente. Para ello, se han abordado las siguientes líneas de trabajo: Recopilación de las principales opciones de modelización lineal de aerogeneradores y redes eléctricas; Desarrollo de una metodología de modelización lineal que sea aplicable a una gran variedad de sistemas de generación renovable; Obtención de un modelo lineal que recoja de manera precisa el comportamiento y las dinámicas más importantes de un convertidor conectado a una red débil; Modelización de parques eólicos de turbinas Full‐Converter (FC) y Doblemente Alimentadas (DFIG) conectados a una red débil.
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Estrategias de control para inversores fotovoltaicos de gran potencia en redes muy débiles
(2019) Arricibita de Andrés, David; Marroyo Palomo, Luis; Sanchis Gúrpide, Pablo; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
La energía fotovoltaica ha experimentado un gran crecimiento en el mundo en los ultimos años, motivado principalmente por el descenso de su precio durante la ultima década. Esta reducción de costes ha hecho que se convierta en una tecnología de generación eléctrica muy atractiva en países en desarrollo, donde la demanda eléctrica es cada vez mayor, y en sistemas insulares, en los que permite mejorar la independencia energética de los mismos. El sistema eléctrico de potencia en esos lugares está muy poco mallado en comparación con los lugares en los que habitualmente se situaban las plantas fotovoltaicas, por lo que presentan una impedancia de red mucho mayor que lo habitual. Esto, unido al tamaño cada vez mayor de las plantas instaladas, hace que el ratio de la potencia de cortocircuito (SCR) disminuya hasta valores cercanos a la unidad. En este nuevo escenario, la integración de inversores fotovoltaicos plantea nuevos problemas relacionados con la estabilidad de los lazos de control. Dentro de este contexto, en esta tesis se abordan las siguientes líneas de investigación: Modelo el lazo de control de corriente, incluyendo la PLL utilizada para sincronizarse con la red; Estudio del efecto de la impedancia de red en la estabilidad del lazo de control; Mejora de la estabilidad del lazo de control de corriente en redes débiles; Mejora de la estabilidad de la PLL en redes débiles; Análisis de las técnicas de control basadas en la emulación del generador síncrono y aplicación al caso de redes débiles.
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Contribution to the development of optical fibre sensors based on microstructured optical fibres to detect gases and volatile organic compounds
(2019) López Torres, Diego; Arregui San Martín, Francisco Javier; Elosúa Aguado, César; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua, 2016/PI012
Desde la primera publicación relacionada con las fibras micro estructuradas (MOFs), el desarrollo de sensores basados en fibra óptica (OFSs), que utilizan este tipo de fibras, se ha visto incrementado atrayendo el interés de numerosos grupos de investigación debido al importante papel que juegan en numerosas aplicaciones. Debido a sus propiedades y estructuras únicas, las MOFs son muy útiles en aplicaciones ópticas de sensado, especialmente de gases y compuestos orgánicos volátiles (VOCs). Por estas razones, esta tesis doctoral propone la utilización de este tipo de fibras para generar y desarrollar nuevas estructuras y montajes, capaces de detectar estos parámetros, gases y VOCs. Además, se han realizado diferentes estudios y se han utilizado diferentes técnicas (destacando la transformada rápida de Fourier (FFT) y la multiplexación WDM…), para mejorar las características de los sensores, intentando conseguir de esta manera que el sistema final fuera lo más competitivo posible.
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Contributions to the development of Brillouin distributed sensors for structural health monitoring
(2019) Mariñelarena Ollacarizqueta, Jon; Loayssa Lara, Alayn; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua
The main objectives of this thesis is to contribute to the enhancement of the performance of distributed optical ber sensors (DOFS) based on stimulated Brillouin scattering (SBS) by analyzing their limitations and proposing solutions to overcome their current constraints. The dissertation has been focused on improving different aspects of dynamic and static Brillouin optical time-domain analysis (BOTDA) and Brillouin optical coherent-domain analysis (BOCDA) sensors. Moreover, this research work has tried to contribute to reduce the existing gap between the investigation of DOFS and their industrial applications, demonstrating the capability of these sensors to provide efficient and valuable measurements in real application scenarios. In particular, the objectives of this dissertation are: -Enhance the signal-to-noise ratio (SNR) constraints faced by of BOTDA sensors by proposing alternative setups or post-processing solutions to achieve better performance. -Analyze and study the dynamic self-heterodyne detection BOTDA sensor recently presented by our research group to try to improve its performance by proposing solutions to their constraints and alternative setups. -Research on the limitations of a particular single-ended access BOCDA sensor setup with the aim of enhancing its performance. -Design, develop and implement novel measuring systems to deploy the investigated DOFS in real applications and demonstrate their capabilities.
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Design and experimental development of thermoelectric generators for shallow geothermal anomalies of volcanic origin
(2020) Catalán Ros, Leyre; Astrain Ulibarrena, David; Aranguren Garacochea, Patricia; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
En el contexto energético actual, caracterizado por un incesante aumento en el consumo de energía y una gran dependencia de los combustibles fósiles, resulta imprescindible apostar por sistemas eficientes y basados en energías renovables que contribuyan a un mejor aprovechamiento de los recursos y sean respetuosos con el medio ambiente. En este sentido, la energía geotérmica destaca entre otras fuentes renovables por su carácter permanente, al no depender de las condiciones meteorológicas. Sin embargo, su contribución al sistema energético mundial es mínimo, sobre todo en generación de electricidad. Como alternativa a los ciclos que tradicionalmente se emplean para la generación eléctrica geotérmica, esta tesis doctoral propone la utilización de generadores termoeléctricos debido a sus numerosas ventajas tales como fiabilidad, durabilidad y escalabilidad. Concretamente, la tesis se centra en anomalías geotérmicas superficiales de origen volcánico para dos aplicaciones distintas: la generación eléctrica de media escala en yacimientos de roca caliente seca y el abastecimiento autónomo de estaciones de vigilancia volcánica. Dada la importancia de los intercambiadores de calor en la eficiencia total del sistema, en ambas aplicaciones se ha realizado un profundo estudio para determinar qué tipo de intercambiadores de calor son los más adecuados. En ambos casos, se ha demostrado experimentalmente que los intercambiadores de calor más propicios son aquellos basados en el cambio de fase, ya que aparte de presentar bajas esistencias térmicas, no tienen partes móviles ni requieren de equipos auxiliares, minimizando así el mantenimiento. Asimismo, también ha resultado de gran importancia el desarrollo de un modelo computacional rápido y fiable que tenga en cuenta los intercambiadores de calor, la fuente de calor y el sumidero, sin despreciar ningún efecto termoeléctrico, y considerando los contactos térmicos y eléctricos y la influencia de la temperatura en las propiedades. Este modelo, programado en base al método de las diferencias finitas, se ha convertido en una verdadera herramienta de diseño y optimización para las dos aplicaciones objeto de estudio en esta tesis doctoral, gracias a su error relativo menor al 8%. Los resultados derivados de esta tesis doctoral demuestran que la termoelectricidad puede solucionar las problemáticas de generación eléctrica en los yacimientos de roca caliente seca y en las estaciones de monitorización volcánica, dos aplicaciones inéditas de generación termoeléctrica que pueden hacer que esta tecnología se convierta por fin en una realidad en el ámbito civil.
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Materials for the fabrication of optical fiber refractometers based on lossy mode resonance
(2020) Ozcariz Celaya, Aritz; Ruiz Zamarreño, Carlos; Arregui San Martín, Francisco Javier; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua
Lossy mode resonances (LMR) have been studied as an exceptional phenomenon for the development of optical fiber refractometers. These sensors rely on the interaction of the light propagating through the waveguide with a thin-film fabricated onto it. The properties of such film will determine the sensitivity of the LMR to surrounding refractive index variations. The nature of the film will also play an important role on the possibilities to develop sensing applications. This thesis analyzes the use of four different materials (tin oxide, aluminum-doped zinc oxide, indium-gallium-zinc oxide and copper oxide) for the development of LMR-based refractometers. First, the optimization on the fabrication process of tin oxide coatings is described, with the purpose of maximizing the sensitivity in a refractive index range close of the fused silica (1.44). Then, materials based on zinc oxide are presented for the first time for the fabrication of LMR-based sensors: aluminum-doped zinc oxide (AZO) and indium-gallium-zinc oxide (IGZO), leading to the development of several sensors working in the visible and near-infrared wavelength range. The last material analyzed in this work is copper oxide, which presents a refractive index considerably larger than the previously studied materials. Such feature is suggested to provide a greater sensitivity of the LMR to SRI variations, promising a better performance than the one achieved with different thin-films.
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Dual-band and integrated detectors for submillimetre applications
(2020) Torres García, Alicia E.; Gonzalo García, Ramón; Ederra Urzainqui, Íñigo; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
La primera parte de este trabajo está enfocada en el diseño de detectores multibanda asequibles e integrados en el rango de los terahercios. De esta manera se puede obtener información de diferentes rangos espectrales en una sola medida reduciendo así el costo, las dimensiones, el peso y el consumo energético del receptor. Con este objetivo se diseñaron concretamente dos detectores doble banda. El primero de ellos opera simultáneamente en la banda submilimétrica y en el infrarrojo. El segundo detector se diseñó para trabajar en las bandas milimétrica y submilimétrica. La segunda parte de esta tesis combina conceptos y tecnologías de ambos dominios (electrónico y fotónico) y puede constituir un punto de partida para la creación de una nueva forma de detectores heterodinos integrados en silicio.
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Contribution to the development of distributed fiber optic sensors based on the Brillouin and Rayleigh scattering effects
(2020) Mompó Roselló, Juan José; Loayssa Lara, Alayn; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
En esta tesis se presenta diferentes técnicas que contribuyen en la mejora de DOFS basados en dispersión Brillouin y Rayleigh. Todas estas técnicas han sido demostradas experimentalmente mostrando resultados prometedores. Con estas nuevas técnicas, los sensores BOTDA pueden llegar a medir más lejos y con más precisión. Además, las técnicas encaradas a mejorar las prestaciones basadas en dispersión Rayleigh coherente permiten mejorar la SNR de la señal, reducir el fading que afecta a la señal medida, así como incrementar notablemente la máxima amplitud de la perturbación que se puede medir.
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Synthesis of high-performance smooth-profiled tapers and filters in microstrip and rectangular waveguide technologies
(2020) Percaz Ciriza, Jon Mikel; Arnedo Gil, Israel; Lopetegui Beregaña, José María; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
En esta tesis, los fundamentos teóricos y la formulación de la Teoría de Acoplo de Modos para el análisis y el modelado electromagnético de guías de onda no uniformes son utilizadas para desarrollar diferentes técnicas de síntesis de dispositivos de microondas y de milimétricas que son automáticas e independientes de la tecnología concreta de implementación. En primer lugar, la técnica para sintetizar estructuras EBG óptimas es descrita y revisada en profundidad. Posteriormente, las técnicas generales y exactas de Inverse Scattering de Gel’fand, Levitan, Marchenko (GLM), Continuous Layer Peeling (CLP) e Integral Layer Peeling (ILP) son presentadas en detalle. Estas técnicas de Inverse Scattering, permiten calcular el coeficiente de acoplo para cualquier respuesta monomodo en reflexión objetivo que cumpla con los principios físicos de estabilidad, causalidad y pasividad. Inspirados en estos métodos de síntesis, se proponen novedosas técnicas de diseño de diferentes componentes de microondas como tapers y multiplexores. Además, se propone un método de diseño de filtros paso bajo y paso banda de perfil suave que no presentan bandas de rechazo espurias. La aplicación de esta técnica para el diseño de filtros de alto rechazo en guía de onda rectangular da lugar a estructuras que resultan sumamente apropiadas para ser fabricadas con las novedosas técnicas de fabricación aditiva (AM) en metales. Las diferentes técnicas de diseño propuestas son validadas mediante la realización de varios ejemplos de prácticos de diseño en el rango de microondas en los que se logra alto grado de concordancia entre las respuestas objetivo, simuladas y medidas.
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Estimation of the motor unit structure from scanning electromyography and surface electromyography recordings
(2021) Corera Orzanco, Íñigo; Navallas Irujo, Javier; Rodríguez Falces, Javier; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
In this thesis, several algorithmic procedures to estimate the MU fiber parameters from the waveform of a scanning-EMG signal (i.e., from the recording of a MUP in multiple positions along a linear corridor) have been developed. The different procedures correspond to different modifications of the scanning-EMG technique, which differ in the number of scanning needles and recording ports used to record the signal. The three proposed variants are: the 1-port recording, based on a single scanning needle with a single recording port placed at one side of the needle (i.e., a single fiber EMG needle); the 2-port recording, based on a single scanning needle, with two recording ports, placed at opposite sides of the needle; and the 4-port recording, based on two scanning needles, each one with two recording ports. The estimation system also uses a linear array of surface-EMG recordings to obtain complementary information about the MU. In this way, the recording setup to achieve the MU parameter estimation consists on a simultaneous surface- and scanning-EMG signal recording of the MUP. The estimation system has been evaluated for the three scanning-EMG recording configurations (1-port, 2-port, and 4-port), and compared to the case in which the estimation is performed from a MUP recorded at a single position. The evaluation has been done in a simulation framework, using state of the art models of the muscle, MUs, recruitment, and needles, and developing specific models for the simultaneous surface- and scanning-EMG recording process. This provides a controlled environment in which the performance of the system can be objectively quantified and evaluated.The results evidence that MU parameters are estimated much more accurately when using the scanning-EMG technique than when using a MUP recorded at a single position, corroborating the hypothesis that the use of signals recorded at multiple positions enhances the parameter estimation. Among the three proposed recording configurations, the poorest estimation results have been obtained for the 1-port configuration which, moreover, is only capable of estimating the MU fibers at one side of the needle. The 2-port configuration gives better results, and allows to estimate the MU fibers at both sides of the needle. The 4-port configuration is the one that provides the best performance, but it has the disadvantage of being the most difficult configuration to be physically implemented. In the view of these results, a deeper evaluation of the 2-port recording configuration is done. This is because it combines a good estimation performance with a relative ease to be physically implemented. An additional effort is done to calculate several global MU parameters, such as the MU fiber density, the average potential propagation velocity of the fibers, and the width of the innervation zone, from the resulting set of estimated fibers. These global MU parameters provide relevant physiological information from a clinical point of view. Hence global parameters connect the estimation system developed in this thesis with a future application in the diagnosis and follow-up of neuromuscular pathologies.