Tesis doctorales DIEC - IEKS Doktoretza tesiak

Permanent URI for this collection

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

Browse

Now showing 1 - 20 of 49

Open Access
Analysis and characterisation of lithium-ion batteries for the integration of renewable energies: modelling, energy management and applications
(2022) Soto Cabria, Adrián; Berrueta Irigoyen, Alberto; Ursúa Rubio, Alfredo; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
La necesidad de un cambio en el modelo energético actual hacia un futuro en el que se abogue por la sostenibilidad como pilar indispensable del progreso ha suscitado un cambio en el paradigma energético. Las fuentes de generación basadas en la nociva quema de combustibles fósiles han de ser erradicadas con la mayor celeridad posible. Es en este contexto, en el que las baterías de iones de litio emergen como una solución viable y amigable con el medio ambiente. Las baterías de iones de litio, dada su alta densidad energética, pueden ser empleadas en el sector del transporte como sustitutas a los combustibles fósiles. No obstante, la electricación del sistema automovilístico no conlleva asociada una mejora sustancial si la generación eléctrica sigue proviniendo de sistemas basados en la quema de combustibles fósiles o de la energía nuclear. La principal alternativa estriba en remplazar estas fuentes convencionales por fuentes de origen renovables. No obstante, un sistema basado únicamente en los incontrolables recursos renovables no sería más que una utopía sin un sistema de almacenamiento que los acompañe, como son las baterías de iones de litio. Esta tesis analiza en detalle esta tecnología, y en especial, su aplicación en entornos de generación renovables. Las principales líneas de trabajo son: Análisis del estado actual de la tecnología de baterías de iones de litio; Estudio de las principales técnicas de caracterización no invasivas como herramienta para cuantificar e identificar los mecanismos de degradación en baterías de iones de litio; Modelizado eléctrico de baterías de iones de litio y validación en sistemas reales; Estudio e identificación de aspectos clave en baterías de iones de litio para la integración de energías renovables en la red eléctrica.
Open Access
Analysis and implementation of wireless communications systems and IoT with human body interference in inhomogeneous environments
(2024) Picallo Guembe, Imanol; Falcone Lanas, Francisco; López Iturri, Peio; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
En la actualidad se está llevando a cabo el despliegue de redes 5G para cumplir con los requerimientos de altas demanda de comunicación de la sociedad. Esto, junto con el crecimiento masivos de dispositivos inalámbricos IoT, va a provocar potenciales problemas de interferencias entre sistemas de comunicaciones, así como en la comunicación de las Wireless Sensor Networks (WSN) por despliegues en entornos inhomogéneos. En este sentido, es necesario modelar, caracterizar y validar estos entornos para un despliegue óptimo de las WSNs maximizando la cobertura mientras se minimizan las pérdidas e interferencias. Para ello, se ha utilizado la herramienta de simulación determinista 3D-Ray Launching (3D-RL) desarrollada internamente que ha servido para tareas de radio planificación y modelado de canal. Además, se ha considerado el impacto de la presencia de seres humanos y como afecta a la Quality of Services (QoS) de los enlaces de comunicación. El modelado se ha realizado tanto en el dominio frecuencial como en el dominio temporal lo que ha permitido caracterizar de forma adecuada la propagación multitrayecto que es el fenómeno más relevante en este tipo de entornos. Todo esto ha permitido el despliegue de múltiples sistemas de comunicaciones inalámbricos desde Wireless Personal Area Networks (WPAN) hasta Wide Wireless Area Networks (WWAN) en estos entornos contextuales, que ha dado lugar al desarrollo de aplicaciones diversas a nivel de testeo para la monitorización de los entrenamientos de un equipo de baloncesto o jugadores de golf, localización en una planta de logística y la monitorización de los pacientes en una Unidad de Cuidados Intensivos (UCI). Por último, se han diseñado, fabricado y testado estructuras radiantes mediante técnicas novedosas de deposición de tinta sobre sustratos flexibles y sostenibles capaces de operar en sistemas y entornos IoT analizados para el sector del packaging.
Open Access
Contribución al desarrollo de sensores de gases basados en resonancias ópticas
(2022) Vitoria Pascual, Ignacio; Matías Maestro, Ignacio; Ruiz Zamarreño, Carlos; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
Los sensores basados en resonancias ópticas han incrementado su popularidad estos últimos años. Cobran especial relevancia en aplicaciones como la detección de gases gracias a su alta sensibilidad y robustez en ambientes agresivos. Esta tesis ha contribuido a la mejora de sensores de gases basados en resonancias ópticas empleando dos enfoques; la búsqueda de materiales sensibles a gases y el desarrollo de nuevas técnicas de interrogación. Los materiales investigados están formados por una matriz polimérica con materiales nanoestructurados: nanopartículas de óxido tungsteno, nanodiamantes y nanosheets de óxido de grafeno. Las propiedades de estos materiales son testeadas ante diferentes gases e índices de refracción externo (surrouding refractive index SRI). En la búsqueda de sensores ultrasensibles al SRI, se desarrollan dos líneas de investigación. Una estudia el efecto LMR y su sensibilidad en la región de infrarrojo medio (MIR) empleando fibras ópticas fluoradas y TiO2 como material. La otra, se centra en resonancias acuñadas por primera como surface exciton polariton resonance (SEPR) basándose en el efecto long range surface exciton polariton (LRSEP). Para ello se desarrolla un sensor en configuración Kretschmann-Raether con dos películas de Cr y MgF2. También se estudia los papeles de los distintos parámetros del sensor, así como experimentalmente la sensibilidad al ángulo de incidencia y SRI.
Open Access
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.
Open Access
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.
Open Access
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.
Open Access
Contribution to the development of sensors based on lossy mode resonances in planar waveguide configuration
(2022) Bohórquez Navarro, Dina Luz; Matías Maestro, Ignacio; Del Villar, Ignacio; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
En este trabajo de tesis se muestra el estudio y diseño de sensores basados en el fenómeno de la resonancia de modos con pérdidas en configuración de guía de onda plana, lo que supone un complemento para la plataforma habitual, la fibra óptica. Sus ventajas son la simplicidad de manejo y la robustez de los dispositivos desarrollados. En este sentido, se ha diseñado, sobre la base de la deposición de óxido de cobre (CuO) como material generador de la resonancia, sensores de humedad y de respiración, y sobre la base de la deposición de óxido de tungsteno (WO3), sensores de índice de refracción y de compuestos orgánicos como el etanol, el metanol y la acetona.
Open Access
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.
Embargo
Control strategies for high-power wind turbines with selective harmonic mitigation pulse-width modulation
(2024) Rosado Galparsoro, Leyre; Gubía Villabona, Eugenio; Samanes Pascual, Javier; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
Con el fin de reducir el coste de la energía eólica marina, la potencia nominal de los aerogeneradores marinos ha aumentado en los últimos años, alcanzando el rango de 10 a 15 MW. Para alcanzar potencias tan elevadas, los aerogeneradores se conectan a la red de media tensión mediante convertidores NPC de tres niveles con IGBTs de alta tensión, que funcionan con frecuencias de conmutación bajas para reducir las pérdidas de conmutación. Para cumplir el requisito de emisión de armónicos cuando se utilizan estos convertidores de media tensión, la técnica de modulación por ancho de pulso para la mitigación selectiva de armónicos (SHMPWM, por sus siglas en inglés) es una alternativa interesante, ya que permite reducir el tamaño del filtro de armónicos a la vez que se trabaja con frecuencias de conmutación bajas. Sin embargo, su combinación con estrategias clásicas de control lineal limita la respuesta dinámica del convertidor. En este contexto, el objetivo principal de esta tesis es la combinación de la técnica SHMPWM con estrategias de control adecuadas que permitan satisfacer los requisitos de conexión a red en régimen permanente y durante transitorios. Para ello, se han abordado las siguientes líneas de investigación: Diseño de técnicas de modulación de mitigación selectiva de armónicos para cumplir los límites de emisión de armónicos. Análisis de las estrategias de control lineal con SHMPWM en términos de cumplimiento de los requisitos de conexión a la red. Análisis, adaptación y desarrollo de estrategias de control predictivo por modelo combinadas con SHMPWM para el cumplimiento de los requisitos de conexión a red.
Open Access
Coupling in metamaterial structures and devices
(2023) Jarauta Ayensa, Eduardo; Falcone Lanas, Francisco; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
En esta tesis se abordan algunos de los retos de las comunicaciones actuales desde el punto de vista de diseño de dispositivos. La tesis se estructura en tres capítulos: En el primero de ellos se presentan las líneas de transmisión en tecnología plana que se emplearán a lo largo de la tesis: microstrip, stripline y substrato integrado de guía de onda. Se realizará un estudio de las partículas resonador de anillos cortados y su complementario. También se realiza un análisis teórico de una línea con comportamiento metamaterial diseñada sobre una línea microstrip usando los resonadores presentados `previamente. Por último se exponen unos apuntes teóricos sobre acoplo.El segundo capítulo comienza con la implementación de un acoplador hacia atrás con el uso de la línea metamaterial en microstrip, extendiendo la idea al diseño de duplexores y multiplexores. También en microstrip se presentan resonadores de alto factor de calidad, divisores de potencia y filtros. En tecnología stripline se presenta un resonador de pequeño tamaño, y dos tipologías de filtros: filtro rechazo de banda y filtro paso banda. En este capítulo también se presenta una investigación sobre cómo el filtro definido anteriormente se integraría en una estructura de matriz de rejilla de bolas, del inglés “ball grid array” (BGA). Para terminar el capítulo se analiza el comportamiento de una línea SIW cuando es cargada con resonadores de anillos cortados complementarios. El diseño de los dispositivos es complementado con un análisis teórico de su circuito equivalente En el tercer capítulo se extienden las ideas expuestas en el capítulo 2, pero para el diseño de dispositivos multicapa. Empezando con la línea de transmisión microstrip, se han diseñado resonadores divisores de potencia, duplexores y multiplexores. En tecnología stripline se presenta el diseño de un amplio catálogo de dispositivos, como son divisores de potencia, duplexores, resonadores y filtros. Para finalizar se presentan tres líneas futuras de trabajo: diseño de dispositivos con mayor número de capas, diseño de dispositivos en más altas recuencias, diseño en nuevas líneas de transmisión como substrato integrado de guía de onda corrugado.
Open Access
Desarrollo de sensores basados en guía de onda plana y fibra óptica
(2022) Fuentes Lorenzo, Omar; Corres Sanz, Jesús María; Del Villar, Ignacio; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
En este trabajo de tesis se muestra el estudio y diseño de varias estructuras de guías de ondas ópticas. En los primeros capítulos se trabaja sobre configuraciones ya conocidas basadas en fibras monomodo – multimodo – monomodo (SMS) y LPFG a las que se les aplican técnicas de estrechamiento mediante ataque químico (etching) logrando el objetivo de mejorar parámetros como la sensibilidad. En el último capítulo se presenta una nueva estructura sensora basada en guías de ondas planas depositada con una o varias películas delgadas, con las que se pueden generar lossy mode resonances (LMRs), un fenómeno para el que se diferentes aspectos como: condiciones de deposición de la o las películas delgadas, sensibilidad de la estructura, materiales de deposición y optimización de la resonancia.
Open Access
Desarrollo de sensores multiparámetro basados en resonancias por modos con pérdidas usando guía de onda plana
(2023) Domínguez Rodríguez, Ismel; Corres Sanz, Jesús María; Del Villar, Ignacio; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
Esta tesis se enfoca en explotar el fenómeno de resonancia por modos con pérdidas (LMR) hacia el desarrollo de aplicaciones que van más allá de la detección de un solo parámetro con una fibra óptica. Después de una introducción al campo, en el capítulo dos se propone la estructura de guía de onda plana como una configuración alternativa y ventajosa para soportar varios tipos de sensores basados en LMR. Después de eso, en el capítulo 3 se explora en detalle el concepto multiparamétrico y las estrategias para mejorar la sensibilidad del fenómeno óptico con muchas simulaciones y resultados experimentales. Los capítulos finales profundizan en la combinación de LMR con otras técnicas de detección clásicas, como sensores acústicos de superficie (SAW) y electroquímica (EC), proporcionando información complementaria útil.
Open Access
Desarrollo y análisis de modelos de detección de crypto-ransomware en base a tráfico de compartición de ficheros
(2022) Berrueta Irigoyen, Eduardo; Morató Osés, Daniel; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
Hoy en día la información se ha convertido en un bien muy preciado tanto para los usuarios como para las empresas. Desde el año 2015 han cobrado importancia los ataques dirigidos a secuestrar esta información y pedir un rescate económico para su recuperación. Son los llamados 'crypto-ransomware'. Durante la realización de este trabajo se han analizado más de 90 variantes distintas de ransomware, tratando de establecer patrones de comportamiento comunes para poder detectar la infección de un usuario. Aunque afectan por igual a usuarios particulares y a empresas, son estas últimas las más perjudicadas por la infección, ya que habitualmente tiene un coste económico muy elevado debido a la paralización de su actividad. Además, sus archivos de datos están alojados en servidores centrales a los que tienen acceso todos los trabajadores. Un único usuario infectado puede provocar enormes pérdidas de información muy valiosa para la empresa. En esta tesis nos centramos en este tipo de escenarios en que la información se aloja en servidores centrales a los que acceden los usuarios desde sus máquinas. La estrategia que se ha seguido para la detección ha sido capturar en un punto intermedio el tráfico intercambiado por usuarios y servidores y analizarlo en busca de patrones conocidos de tráfico de ransomware. En un primer trabajo se desarrolló una herramienta basada en el tipo de operación que realiza cada usuario sobre los archivos del servidor, siendo necesario el análisis de cada mensaje del protocolo de compartición de ficheros. Se lograron unos resultados de detección del 100% de los binarios estudiados con una tasa de falsos positivos muy baja (1 cada 15 días en redes con 300 usuarios). Sin embargo, la principal limitación es que no es eficaz en los casos en que el protocolo de compartición de ficheros vaya cifrado en la red, lo cual es habitual en versiones modernas. Para superar esta limitación se desarrolla otro modelo, basado ya en patrones de tráfico en lugar de en el tipo de operaciones que ejecutan los usuarios. Para establecer patrones entre las características se comparan varios modelos de machine learning y deep learning analizando sus resultados y escogiendo el que mejor se adapta a nuestro escenario. Una vez seleccionado el modelo, se analiza cronológicamente la evolución del mismo como si hubiera sido empleado en un entorno real y entrenado con las variantes de ransomware aparecidas desde 2015 hasta 2021. Se presentan los resultados y extraen conclusiones sobre la necesidad de mantener un entrenamiento constante del modelo para mejorar la eficiencia de la detección. Como consecuencia del estudio del comportamiento de los más de 90 binarios, se han publicado en un repositorio de acceso abierto las trazas de tráfico objeto del estudio, así como la secuencia de operaciones llevadas a cabo por los ransomware sobre los ficheros alojados en el servidor.
Open Access
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.
Open Access
Design and fabrication of novel optical fiber architectures for sensing applications
(2022) Imas González, José Javier; Ruiz Zamarreño, Carlos; Matías Maestro, Ignacio; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
Los sensores de fibra óptica han experimentado un importante progreso en los últimos años con el empleo de estructuras basadas en redes de Bragg, interferómetros o resonancias electromagnéticas, entre otras y el desarrollo de la nanotecnología, que ha permitido la deposición de recubrimientos a nivel micro y nanométrico sobre la fibra. Estos avances han posibilitado la fabricación de sensores de fibra óptica para medir variables físicas, parámetros químicos o aplicaciones de biosensado. Esta tesis contribuye al análisis y optimización, tanto teórica como experimental, de diferentes configuraciones y estructuras en fibra óptica, aplicadas al desarrollo de sensores. En esta tesis se estudian varias estructuras, incluidas las Lossy Mode Resonances (LMRs) y redes en fibra óptica: FBGs (redes de Bragg en fibra), LPGs (redes de período largo en fibra) y TFBGs (redes de Bragg inclinadas en fibra). Las principales líneas de investigación que se presentan en esta tesis son la fabricación de dispositivos multisensores basados en LMRs y la mejora del fenómeno de la mode transition en redes de fibra óptica: LPGs en fibras con doble cladding y TFBGs. El elemento común entre ambas líneas de investigación es el empleo de películas delgadas de materiales de alto índice de refracción: óxido de estaño (SnO2), óxido de indio y estaño (ITO) y dióxido de titanio (TiO2). Los resultados mostrados en esta tesis revelan el potencial de combinar varias estructuras y/o fenómenos en fibras ópticas para mejorar el desempeño de los sensores de fibra óptica.
Open Access
Design of antennas based on metasurfaces at millimeters and terahertz waves
(2022) Pérez Quintana, Dayan; Ederra Urzainqui, Íñigo; Beruete Díaz, Miguel; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
Esta tesis presenta la evolución de una línea de investigación guiada por el desarrollo de estructuras metálicas para mejorar las propiedades de radiación de dispositivos que operan en ondas milimétricas (mmWaves). Cubre diferentes aspectos de las soluciones de alta frecuencia como la tecnología Gap Waveguide (GW) para guiar ondas con bajas pérdidas y alta eficiencia superando las limitaciones de las guías de onda clásicas. Usando GW como enlace común, se han desarrollado tres antenas diferentes para generar polarización circular (CP) de una manera simple y compacta utilizando una técnica de alimentación basada en la diferencia de longitud de los brazos ortogonales que excitan una ranura en la placa superior. Cada una de estas antenas sigue una evolución natural desde el diseño inicial que presenta los fundamentos básicos de funcionamiento hacia topologías más complicadas con el objetivo de aumentar la directividad. Las metasuperficies (MTS) son otro tema candente en la investigación electromagnética debido a las posibilidades que ofrecen para el control de la radiación de ondas electromagnéticas. En particular, los MTS en ondas milimétricas son elementos clave en el contexto de los sistemas de comunicación modernos (5G, 6G), ya que abren nuevas formas de dirigir los haces en direcciones arbitrarias y, en general, mejoran las características de radiación de los dispositivos inalámbricos. En la tesis, las MTS se han combinado con la tecnología GW para ampliar la funcionalidad de los dispositivos compactos en un diseño totalmente metálico. Se ha diseñado y demostrado experimentalmente una antena de lente Luneburg plana (LL) basada en un lecho de clavos alimentado por una antena de bocina GW. El índice de refracción necesario para modular la ecuación de Luneburg se ha implementado utilizando pequeños pines con diferentes alturas. Este diseño presenta un ancho de banda significativo y buenos valores de directividad en una implementación compacta. También relacionado con las lentes, pero utilizando un concepto diferente, se ha propuesto un reflector doble capa compacto basado en una lente geodésica a 60 GHz. Una lente geodésica se basa en una guía de ondas de placas paralelas que logra las propiedades de enfoque introduciendo una forma curva y, por lo tanto, variando la trayectoria óptica efectiva. El sistema se ha implementado en una guía de ondas de placas paralelas de doble capa. En el diseño propuesto la onda proveniente de la lente geodésica en una primera capa es reflejada por un espejo parabólico que conecta los bordes de las dos capas que dirige la onda hacia la segunda capa donde es radiada. Para hacer que el sistema sea más compacto, la lente está diseñada con un foco virtual para que la fuente real pueda colocarse más cerca de la lente. Un desafío tecnológico abierto es lograr antenas de alta ganancia en el extremo superior de la banda de ondas milimétricas, cerca del rango de los terahercios (300 GHz), donde se dispone de un amplio ancho de banda gracias a la mayor frecuencia de operación. En la tesis se ha dado un paso inicial para cubrir este vacío proponiendo un sistema de antena-lentes basado en una lente hiperbólica plana de metamaterial iluminada por una antena de bocina en plano H diseñada a 300 GHz utilizando tecnología GW. Ambos dispositivos, la metalente y la antena GW logran excelentes resultados de radiación cuando se combinan. Además, se analiza en detalle el proceso de fabricación y se presenta una propuesta realista basada en silicio metalizado micromecanizado. Finalmente, las metasuperficies reconfigurables y activas son un tema disruptivo con múltiples aplicaciones en sistemas inalámbricos inteligentes. Aquí, se ha demostrado numérica y experimentalmente un reflectarray (RA) dinámicamente reconfigurable que utiliza cristal líquido (LC) y que opera por encima de 100 GHz. Este es un resultado relevante y desafiante debido a la marcada diferencia entre la longitud de onda de operación (del orden de milímetros) y el grosor típico de un sustrato LC (algunos micrómetros). El buen desempeño del prototipo allana el camino hacia diseños más ambiciosos alineados con los requerimientos de los modernos sistemas de comunicación en ondas milimétricas.
Open Access
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.
Open Access
Development of new passive technologies for millimetre wave and terahertz systems
(2023) Biurrun Quel, Carlos; Río Bocio, Carlos del; Teniente Vallinas, Jorge; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua
Esta Tesis Doctoral aborda el desarrollo de nuevas tecnologías pasivas para su implementación a altas frecuencias, concretamente en la región de las ondas milimétricas (mmWave) y del Terahercio (THz) – hasta 300 GHz – con el objetivo de mejorar las prestaciones y eficiencia de dichos sistemas. Este objetivo se aborda desde tres puntos distintos: la integración de fuentes de alta frecuencias, la propagación no-radiada de las señales generadas por dichas fuentes, y la radiación de las mismas y el control de dicha radiación. El enfoque original de la Tesis, reflejado en la primera parte de la misma, pasa por la integración de fotodiodos uni-travelling carrier (UTC-PD) en módulos con salida en guía de onda rectangular. Con este objetivo en mente, se han propuesto dos diseños de transición a guía de onda, uno de ellos sirviendo simultáneamente como combinador de potencia. Estos diseños han sido elaborados en base a la premisa fundamental de adaptar la impedancia compleja de los fotodiodos. La segunda parte de esta Tesis aborda la concepción, desarrollo y validación de una nueva tecnología de línea de transmisión para altas frecuencias, acuñada como Gap Coplanar Waveguide, la cual permite prevenir la propagación de modos de sustrato, así como reducir las pérdidas debidas a los materiales dieléctricos empleados en la línea. Finalmente, la tercera parte de esta Tesis rescata el concepto de las redes de conformado de haz basadas en estructuras periódicas de radiación coherente (CORPS-BFN), un tipo de redes desarrolladas por nuestro grupo hace casi dos décadas. El objetivo de esta Tesis para con este tipo de redes ha sido el estudio de su viabilidad en sistemas de Terahercios, algo que se ha validado experimentalmente con la fabricación de un prototipo a 300 GHz y la demostración de la capacidad de controlar la dirección de radiación de un arreglo de antenas alimentado por este tipo de redes en un entorno 2D.
Open Access
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.
Open Access
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.

Browse

Browsing Tesis doctorales DIEC - IEKS Doktoretza tesiak by Department/Institute "Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren"

Results Per Page

Sort Options