Los autores no tienen reconocimientos.

1. Adquisición de Datos de ganancia para un galvanómetro de espejo <ol><li> Fijar el galvanómetro de espejo de tal manera que se estabiliza para protegerlo de daños, mientras oscilante. No sólo el galvanómetro de espejo, sino también el cuerpo del galvanómetro de espejo, se mueve si no se fija en su lugar con una plantilla de metal hechos a medida con un agujero circular para el galvanómetro de espejo. Fijar la plantilla sobre una portadora óptica y un banco óptico. </li><li> Conectar los cables BNC de la placa / DA anuncio a través de un bloque de terminales a los conectores de entrada y posición en el controlador de servo del galvanómetro de espejo. </li><li> Programa del generador de función de onda senoidal como una interfaz gráfica de usuario (GUI) utilizando el SDK de la junta AD / DA con C ++, que es capaz de establecer una arbitraria frecuencia, la amplitud y la duración, como se muestra en la Figura 3. NOTA: Este generador de funciones personalizadas contribuye a reducir el costo temporal para los ensayos continuos en el paso 1.5, desde el juicio se lleva a cabo muchas veces. </li<html> &gt; <li> Ajuste la frecuencia a variar de 100 Hz a 500 Hz en intervalos de 100 Hz, y establecer la amplitud que varíe de 10 mV a 500 mV en 10-MV intervalos en la GUI. En general, existen 250 combinaciones. Para probar 250 combinaciones, un bucle doble es eficaz para poner en práctica. El primer bucle es para las frecuencias de 100 Hz a 500 Hz, que se implementa 50 veces. El segundo bucle es para amplitudes de 10 mV a 500 mV, que se implementa para 50 veces. </li><li> Añadir la señal de ruta de onda senoidal en el tablero / DA AD para 2.000 muestreos como la duración de la interfaz gráfica de usuario. grabar simultáneamente la señal de posición del espejo de galvanómetro para leer el valor analógico de la tabla de AD / DA. En C ++ utilizando la codificación de una biblioteca de AD bordo / DA, utilice el mismo hilo para escribir y leer en la programación. Calcular el ángulo θ actual del galvanómetro de espejo (escritura de información) por esta ecuación <img alt="La ecuación 2" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq2.jpg" /> donde t es el tiempo,en / ftp_upload / 55431 / 55431eq3.jpg&quot;/&gt; es la amplitud, ƒ es la frecuencia. </li><li> Guardar los datos de señal de posición como un archivo .csv e incluir el valor de la frecuencia y la amplitud de su nombre de archivo. </li><li> Repita los pasos 1.4 a 1.6 por 250 iteraciones. </li></ol> 2. Cálculo determinar coeficientes Pre-énfasis <ol><li> Aplicar un filtro de mediana para los archivos CSV (señales grabadas) para evitar los efectos del ruido. El tamaño espacial del filtro de mediana es 5. </li><li> Ejecutar la secuencia de comandos para calcular el valor de pico a pico (correspondiente con la amplitud multiplicado por 2), usando MATLAB para cada uno de los archivos csv, como se muestra en la Figura 4 (el gráfico representa los datos de la trayectoria de onda sinusoidal). </li><li> Representar gráficamente los datos de pico a pico en un gráfico para determinar la linealidad en cada frecuencia, y limitar la región de uso de la amplitud de entrada cuando las parcelas son no lineales, como se muestra en la Figura 5. NOTA: La parte no lineal de la gráfica representa la saturación deel control PID; Por lo tanto, es aconsejable evitar el uso de ellos para garantizar la limitación de la especificación de control. </li><li> Ejecutar regresión lineal para los datos de pico a pico en una hoja de cálculo para obtener los coeficientes de interpolación lineal de cada frecuencia. En este proceso, se obtienen cinco conjuntos de pendientes e intersecciones. Se corresponden con las frecuencias de 100 Hz a 500 Hz en cada 100 Hz. Una aproximación de la línea recta de 300 Hz se muestra en la Figura 5 (A), y los coeficientes de interpolación lineal de cada frecuencia se muestran en la Tabla 1. </li><li> El uso de regresión lineal múltiple cuadrática, ejecutar interpolación quartic para obtener los coeficientes de interpolación cuárticas (coeficientes de pre-énfasis) en la hoja de cálculo para los coeficientes de interpolación lineal de cada frecuencia. Los coeficientes de pre-énfasis se muestran en la Tabla 2. NOTA: En esta investigación, los coeficientes de interpolación lineal varían en la forma de un quadraticurva c; sin embargo, otros tipos de funciones, tales como ecuaciones cuadráticas y cúbicas, se aplican si el error es mínimo. </li></ol> 3. Línea de amplificación de señal basado en la técnica Pre-énfasis <ol><li> Ejecutar el software que calcula el valor de amplitud de entrada actualizada <img alt="ecuación 5" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq5.jpg" /> del valor ideal amplitud de entrada <img alt="La ecuación 3" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq3.jpg" /> y la frecuencia ƒ utilizando los coeficientes de pre-énfasis. <ol><li> Guardar los coeficientes de pre-énfasis como valores constantes en el software C ++. Cuando se actualiza el dispositivo, también se actualizan los valores constantes. </li><li> Programar una función <img alt="ecuación 7" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq7.jpg" /> en el software de C ++ y obtener los coeficientes de interpolación lineal. Sustituirlos por un i, b i, c i, d i,y e i de la ecuación y en la Tabla 2. </li><li> Programar una función <img alt="ecuación 13" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq13.jpg" /> en el C ++ software y obtener un valor de amplitud de entrada actualizado <img alt="ecuación 5" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq5.jpg" /> para sustituir <img alt="La ecuación 3" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq3.jpg" /> y los coeficientes de interpolación lineal que se obtuvieron en el paso 3.1.2. </li></ol></li><li> Repita los pasos 1.4 a 1.6 para los tiempos arbitrarios con <img alt="ecuación 5" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq5.jpg" /> utilizando la técnica de pre-énfasis en el GUI.NOTE: Para evitar la saturación de la región de control PID, ajuste 400 mV para un máximo de 200 Hz, 200 mV para un máximo de 300 Hz, 100 mV para un máximo de 400 Hz, y 50 mV para un máximo de 500 Hz. </li><li> Paso 2.2 y la trama de datos de repetición de pico a pico como un gráfico para ver la mejora en la ganancia. </li></ol> 4. Experimento sobre el movimiento borroso Compensation <ol><li> Preparar una cinta transportadora que puede mover a 30 km / h utilizando un cinturón que puede adherirse a pegajoso texturas. La cinta transportadora a medida se compone con un motor de control de velocidad, una correa de goma de hierro, y así sucesivamente. Puede ser reemplazado con cinta transportadora ya preparado que puede controlar la velocidad. </li><li> Imprimir un patrón de textura fina sobre la cinta de impresión y pegarlo sobre la cinta transportadora. NOTA: La textura pegado se muestra en la Figura 6. Las rayas se programan utilizando una biblioteca &quot;ofxPDF&quot; en openFrameworks, y la imagen fotográfica es de una empresa de la foto. </li><li> Configurar dispositivos ópticos tales como una cámara, una lente, y una iluminación, como se muestra en la Figura 2. Coloque el galvanómetro de espejo delante de la lente que está conectado a la cámara, y colocar la iluminación para iluminar la cinta transportadora. <ol><li> Ajuste la frecuencia de cámara a 333 Hz, el tiempo de exposición a 1 ms, y el número de píxeles a 848 * 960 (anchura * altura). </li><html></ol></li><li> Sincronizar el tiempo de rotación del galvanómetro de espejo y el tiempo de exposición de la cámara. En el software, cuando el ángulo del espejo galvanómetro llega la posición dónde comenzar la exposición, el programa envía un disparador de software en la cámara. El momento de gatillo software se ilustra en la Figura 7. </li><li> Introducir la velocidad de la cinta transportadora v t (30 km / h) y la distancia de la cámara a la cinta transportadora L (3,0 m) para calcular requiere velocidad angular ω r del galvanómetro de espejo en la interfaz gráfica de usuario como en la Figura 8. ω r se calcula como sigue: <img alt="La ecuación 18" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq18.jpg" /></li><li> Introducir el ƒ frecuencia (330,0 Hz) en la interfaz gráfica de usuario como en la figura 8 para calcular la amplitud de entrada original <img alt="La ecuación 3" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq3.jpg" /> . CalcularEcuación 3&quot; src = &quot;/ files / ftp_upload / 55431 / 55431eq3.jpg&quot; /&gt; como sigue: <img alt="La ecuación 19" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq19.jpg" /></li><li> Copiar y pegar <img alt="La ecuación 3" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq3.jpg" /> en el código fuente, y gire el galvanómetro con el valor de control θ pre-recalcado para el conductor servo galvanómetro como sigue: <img alt="La ecuación 20" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq20.jpg" /> donde t es el tiempo. La Figura 7 ilustra cómo θ se calcula a partir A. </li><li> Imágenes registro cuando la cinta transportadora se está moviendo a v t (30 km / h). NOTA: La Figura 9 ilustra el movimiento de la cinta transportadora. </li></ol>

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	<li>Bass, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Handbook Of Optics. 3, (1995).</li><li>Marshall, G. F., Stutz, G. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Handbook of optical and laser scanning. , (2011).</li><li>Aylward, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advanced+galvanometer-based+optical+scanner+design.">Advanced galvanometer-based optical scanner design.</a> Sensor Rev. 23 (3), 216-222 (2003).</li><li>Duma, V., Rolland, J. 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F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+architectures+of+galvanometer-based+scanners+for+an+increased+precision+and+a+faster+response.">Control architectures of galvanometer-based scanners for an increased precision and a faster response.</a> Proc of SPIE. 8925, 892500 (2014).</li><li>Farjad-rad, R., Member, S., Yang, C. K., Horowitz, M. A., Lee, T. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+0.4-+m+CMOS+10-Gb/s+4-PAM+Pre-Emphasis+Serial+Link+Transmitter.">A 0.4- m CMOS 10-Gb/s 4-PAM Pre-Emphasis Serial Link Transmitter.</a> IEEE J Solid-State Circuits. 34 (5), 580-585 (1999).</li><li>Buckwalter, J. F., Meghelli, M., Friedman, D. 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Los autores no tienen nada que revelar.

Este artículo presenta un procedimiento capaz de expandir la gama de frecuencias de onda senoidal para lograr trayectoria de alta precisión de seguimiento con el control PID. Debido a que la capacidad de respuesta de un galvanómetro de espejo está limitada por su inercia, es fundamental utilizar un espejo del galvanómetro cuando la ruta de control es empinada. Sin embargo, en esta investigación, se propone un método para mejorar la especificación de control y luego probar el método mediante la obtención de res...

Varios accionadores ópticos y métodos de control adecuados para diversas aplicaciones ópticas se han propuesto y desarrollado 1, 2. Estos accionadores ópticos son capaces de controlar la trayectoria óptica; espejos de galvanómetro ofrecen un buen equilibrio en especial en términos de precisión, velocidad, movilidad, y cuestan 3, 4, 5. En realidad, la ventaja ofrecida por la velocidad y precisión de los espejos de galvanómetro ha llevado a la realización de una variedad de aplicaciones ópticas, tales como seguimiento de objetivos y el dibujo, de control de barrido, y la compensación 6, 7, 8, 9, 10 de borrosidad por movimiento, 11, 12. Sin embargo, en nuestro anterior de compensa el movimiento borrosoen el sistema, un espejo de galvanómetro usando un-integral-diferencial proporcional (PID) proporcionó una pequeña ganancia; por lo tanto, era difícil conseguir una frecuencia más alta y una velocidad más rápida 11. Por otra parte, el control PID es un método ampliamente utilizado, ya que satisface un cierto nivel de precisión de seguimiento 13. Se han propuesto una variedad de métodos para corregir la ganancia de control PID. Como una solución típica, PID ajuste de parámetros de control se lleva a cabo manualmente. Sin embargo, se necesita tiempo y habilidad especial para mantener. Un método más sofisticado, una función de auto ajuste para determinar automáticamente los parámetros, se ha propuesto y se utiliza ampliamente 14. La precisión de seguimiento para operaciones de alta velocidad es mejorado usando la función de ajuste automático cuando el valor de ganancia proporcional P aumenta. Sin embargo, esto también aumenta el tiempo de convergencia y el ruido en el rango de baja velocidad. Por lo tanto, la exactitud de seguimiento hayt mejoró necesariamente. Aunque un controlador de autosintonización se puede ajustar para establecer los parámetros adecuados para el control de PID, la sintonización introduce un retraso debido a la necesidad de obtener parámetros adecuados; Por lo tanto, es difícil adoptar este método en aplicaciones en tiempo real 15. Un controlador PID extendida 16, 17 y un controlador predictivo extendida 18 se han propuesto para extender el control PID general y para mejorar el rendimiento de rastreo de los espejos de galvanómetro para una variedad de rutas de seguimiento, tales como ondas triangulares, ondas de diente de sierra, y ondas sinusoidales. Sin embargo, en dichos sistemas, el sistema de galvanómetro fue considerado como un cuadro negro, mientras que se requiere un modelo del sistema de control, y el sistema de control no se consideraba como un recuadro negro. Por lo tanto, estos métodos requieren que su modelo para cada espejo galvanómetro se actualizará. Además, aunque Mnerie et al. validado su método de focusing en una onda de salida detallada y fase, su investigación no incluye la atenuación de toda la onda. De hecho, en nuestra investigación anterior 11, la ganancia se redujo significativamente cuando la frecuencia sinusoidal fue alta, lo que indica la necesidad de compensar la ganancia de toda la onda. En esta investigación, nuestro procedimiento para la compensación de ganancia con control PID 12 se basa en la técnica de pre-énfasis 19, 20, 21 -un método para mejorar la calidad o la velocidad de la comunicación en las comunicaciones de ingeniería, que permite la construcción de un sistema experimental usando los equipos existentes. La Figura 1 muestra la estructura de flujo. La técnica de pre-énfasis es capaz de obtener de antemano el valor de salida deseado a partir de un valor de entrada, donde el control PID no es eficaz, incluso si el galvanómetro de espejoy su controlador son considerados como cajas negras. Esto les permite ampliar la frecuencia y rango de amplitud en el que una ganancia de 0 dB se puede obtener sin el ajuste de los parámetros de control PID. Cuando se amplifica la ganancia, las características de respuesta del galvanómetro de espejo generalmente difieren en diferentes frecuencias, y por lo tanto, tenemos que amplificar cada frecuencia con coeficientes de amplificación. Por lo tanto, una onda sinusoidal es adecuado para la técnica de pre-énfasis, ya que sólo hay una frecuencia en cada onda sinusoidal. En esta investigación, ya que aplicamos compensación de ganancia para llevar a cabo la compensación de movimiento, falta de definición, la señal de control se limita a la exploración de onda sinusoidal, y la señal de onda senoidal constituye una sola frecuencia, a diferencia de otras ondas, como las ondas triangulares y en diente de sierra. Además, la señal de entrada en el espejo galvanómetro se actualiza inmediatamente dentro del siguiente ciclo debido a la bucle abierto después de que el pre-énfasis se establecen coeficientes. En otras palabras, necesitamos tO conocer solamente la relación de entrada a salida a considerar el controlador como un cuadro negro, y no es necesario un modelo detallado. Esta simplicidad permite a nuestro sistema se integra fácilmente en las aplicaciones. El objetivo general de este método es establecer un procedimiento experimental de la compensación de borrosidad por movimiento como una aplicación por compensación de la ganancia utilizando la técnica de pre-énfasis. Múltiples dispositivos de hardware son usados ​​en estos procedimientos, tal como un galvanómetro de espejo, una cámara, una cinta transportadora, iluminación, y una lente. los programas desarrollados por el usuario de software central escritas en C ++ también constituyen parte del sistema. La Figura 2 muestra un esquema de la configuración experimental. El galvanómetro de espejo gira con velocidad angular de ganancia compensada, lo que permite evaluar la cantidad de desenfoque de las imágenes.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="573">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Galvanometer mirror</td>
			<td style="width:71px;">GSI</td>
			<td style="width:119px;">M3s X axis</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Custom-made metal jig</td>
			<td style="width:71px;">ASKK</td>
			<td style="width:119px;">-</td>
			<td>With circular hole for galvanometer mirror</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Optical carrier</td>
			<td style="width:71px;">SIGMAKOKI</td>
			<td style="width:119px;">CAA-60L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Optical bench</td>
			<td style="width:71px;">SIGMAKOKI</td>
			<td style="width:119px;">OBT-1500LH</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Oscilloscope</td>
			<td style="width:71px;">Tektronix</td>
			<td style="width:119px;">MSO 4054</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">AD/DA board</td>
			<td style="width:71px;">Interface</td>
			<td style="width:119px;">PCI-361216</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">PC</td>
			<td style="width:71px;">DELL</td>
			<td style="width:119px;">Precision T3600</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Galvanometer mirror servo controller</td>
			<td style="width:71px;">GSI</td>
			<td style="width:119px;">Minisax</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Lens</td>
			<td style="width:71px;">Nikkor</td>
			<td style="width:119px;">AF-S NIKKOR 200mm f/2G ED VR II&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">High-speed camera</td>
			<td style="width:71px;">Mikrotron</td>
			<td style="width:119px;">Eosens MC4083</td>
			<td>Discontinued, but sold as MC4087. The cable connection is different from MC4083</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Conveyor belt</td>
			<td style="width:71px;">ASUKA</td>
			<td style="width:119px;">-</td>
			<td>With a speed-control motor(BX5120A-A made by Oriental Motor), iron rubber belt(100-F20-800A-J made by NOK), and so on</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Printable tape</td>
			<td style="width:71px;">A-one</td>
			<td style="width:119px;">F20A4-6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Photographic texture</td>
			<td style="width:71px;">Shutterstock, Inc.</td>
			<td align="right" style="width:119px;">231357754</td>
			<td>Printed computer motherboard with microcircuit, close up</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Terminal block</td>
			<td style="width:71px;">Interface</td>
			<td style="width:119px;">TNS-6851B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">CoaXPress board</td>
			<td style="width:71px;">AVALDATA</td>
			<td style="width:119px;">APX-3664</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">MATLAB</td>
			<td style="width:71px;">mathworks</td>
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gain-compensation methodology for a sinusoidal scan of a galvanometer mirror in proportional-integral-differential control using pre-emphasis techniques

espejos galvanómetro se usan para aplicaciones ópticas, tales como seguimiento de objetivos, dibujo, y el control de exploración debido a su alta velocidad y precisión. Sin embargo, la capacidad de respuesta de un galvanómetro de espejo está limitada por su inercia; Por lo tanto, la ganancia de un galvanómetro de espejo se reduce cuando la trayectoria de control es empinada. En esta investigación, se propone un método para extender la frecuencia correspondiente utilizando una técnica de pre-énfasis para compensar la reducción de ganancia de los espejos de galvanómetro en la trayectoria de onda senoidal de seguimiento utilizando el control-integral-diferencial proporcional (PID). La técnica de pre-énfasis obtiene un valor de entrada para un valor de salida deseado con antelación. La aplicación de este método para controlar el galvanómetro de espejo, la ganancia en bruto de un galvanómetro de espejo en cada frecuencia y la amplitud para la trayectoria de la onda sinusoidal de seguimiento usando un controlador PID se calculó. Donde el control PID no es eficaz, manteniendo una ganancia de 0 dB para mejorar la precisión de seguimiento de trayectoria, es posibleexpandir el rango de velocidad en el que una ganancia de 0 dB se puede obtener sin el ajuste de los parámetros de control PID. Sin embargo, si sólo hay una frecuencia, la amplificación es posible con un coeficiente de pre-énfasis sola. Por lo tanto, una onda sinusoidal es adecuado para esta técnica, a diferencia de las ondas triangulares y en diente de sierra. Por lo tanto, podemos adoptar una técnica de pre-énfasis para configurar los parámetros de antemano, y no tenemos que preparar modelos de control de activos adicionales y hardware. Los parámetros se actualizan de inmediato dentro del siguiente ciclo debido a la bucle abierto después se fijan los coeficientes de pre-énfasis. En otras palabras, al considerar que el controlador como un cuadro negro, necesitamos conocer solamente la relación de entrada a salida, y no es necesario un modelo detallado. Esta simplicidad permite a nuestro sistema se integra fácilmente en las aplicaciones. Nuestro método utilizando la técnica de pre-énfasis para un sistema de compensación de borrosidad por movimiento y el experimento llevado a cabo para evaluar el método se explican.

Los resultados aquí presentados se obtuvieron usando una tabla de AD / DA y una cámara. La Figura 1 muestra el procedimiento de la técnica de pre-énfasis; Por lo tanto, es el núcleo de este artículo. No es necesario para establecer los parámetros del control PID después de que el estado de inicialización; Por lo tanto, el proceso en línea es significativamente más simple. La Figura 10</stron...

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Gain-compensation Methodology for a Sinusoidal Scan of a Galvanometer Mirror in Proportional-Integral-Differential Control Using Pre-emphasis Techniques

Proponemos un método para extender la frecuencia correspondiente mediante el uso de una técnica de pre-énfasis. Este método compensa la reducción de ganancia de un galvanómetro de espejo en la trayectoria de onda senoidal de seguimiento utilizando el control-integral-diferencial proporcional.

Metodología de ganancia de compensación para una exploración sinusoidal de un galvanómetro de espejo en Proporcional-Integral-Diferencial de control Uso Técnicas Pre-énfasis

Galvanometer mirrors are used for optical applications such as target tracking, drawing, and scanning control because of their high speed and accuracy. ...

gain-compensation-methodology-for-sinusoidal-scan-galvanometer-mirror

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8.5K vistas.  University of Tokyo.  Proponemos un método para extender la frecuencia correspondiente mediante el uso de una técnica de pre-énfasis. Este método compensa la reducción de ganancia de un galvanómetro de espejo en la trayectoria de onda senoidal de seguimiento utilizando el control-integral-diferencial proporcional. 

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Characterization of Electrode Materials for Lithium Ion and Sodium Ion Batteries Using Synchrotron Radiation Techniques

Intercalation compounds such as transition metal oxides or phosphates are the most commonly used electrode materials in Li-ion and Na-ion batteries. During insertion or removal of alkali metal ions, the redox states of transition metals in the compounds change and structural transformations such as phase transitions and/or lattice parameter increases or decreases occur. These behaviors in turn determine important characteristics of the batteries such as the potential profiles, rate capabilities, and cycle lives. The extremely bright and tunable x-rays produced by synchrotron radiation allow rapid acquisition of high-resolution data that provide information about these processes. Transformations in the bulk materials, such as phase transitions, can be directly observed using X-ray diffraction (XRD), while X-ray absorption spectroscopy (XAS) gives information about the local electronic and geometric structures (e.g.&#160;changes in redox states and bond lengths). In situ experiments carried out on operating cells are particularly useful because they allow direct correlation between the electrochemical and structural properties of the materials. These experiments are time-consuming and can be challenging to design due to the reactivity and air-sensitivity of the alkali metal anodes used in the half-cell configurations, and/or the possibility of signal interference from other cell components and hardware. For these reasons, it is appropriate to carry out ex situ experiments (e.g.&#160;on electrodes harvested from partially charged or cycled cells) in some cases. Here, we present detailed protocols for the preparation of both ex situ and in situ samples for experiments involving synchrotron radiation and demonstrate how these experiments are done.

We describe the use of synchrotron X-ray absorption spectroscopy (XAS) and X-ray diffraction (XRD) techniques to probe details of intercalation/deintercalation processes in electrode materials for Li-ion and Na-ion batteries. Both in situ and ex situ experiments are used to understand structural behavior relevant to the operation of devices

Caracterización de los materiales de los electrodos de ión de litio y baterías de ión sodio utilizando técnicas de Radiación Sincrotrón

Intercalation compounds such as transition metal oxides or phosphates are the most commonly used electrode materials in Li-ion and Na-ion batteries. ...

Investigación

Ingeniería

Proton Transfer and Protein Conformation Dynamics in Photosensitive Proteins by Time-resolved Step-scan Fourier-transform Infrared Spectroscopy

Monitoring the dynamics of protonation and protein backbone conformation changes during the function of a protein is an essential step towards understanding its mechanism. Protonation and conformational changes affect the vibration pattern of amino acid side chains and of the peptide bond, respectively, both of which can be probed by infrared (IR) difference spectroscopy. For proteins whose function can be repetitively and reproducibly triggered by light, it is possible to obtain infrared difference spectra with (sub)microsecond resolution over a broad spectral range using the step-scan Fourier transform infrared technique. With ~102-103 repetitions of the photoreaction, the minimum number to complete a scan at reasonable spectral resolution and bandwidth, the noise level in the absorption difference spectra can be as low as ~10-4, sufficient to follow the kinetics of protonation changes from a single amino acid. Lower noise levels can be accomplished by more data averaging and/or mathematical processing. The amount of protein required for optimal results is between 5-100 &#181;g, depending on the sampling technique used. Regarding additional requirements, the protein needs to be first concentrated in a low ionic strength buffer and then dried to form a film. The protein film is hydrated prior to the experiment, either with little droplets of water or under controlled atmospheric humidity. The attained hydration level (g of water / g of protein) is gauged from an IR absorption spectrum. To showcase the technique, we studied the photocycle of the light-driven proton-pump bacteriorhodopsin in its native purple membrane environment, and of the light-gated ion channel channelrhodopsin-2 solubilized in detergent.

Key steps of protein function, in particular backbone conformational changes and proton transfer reactions, often take place in the microsecond to millisecond time scale. These dynamical processes can be studied by time-resolved step-scan Fourier-transform infrared spectroscopy, in particular for proteins whose function is triggered by light.

Transferencia de Protones y Proteína Conformación Dinámica de proteínas fotosensibles por Time resuelto-Step-scan transformada de Fourier espectroscopia de infrarrojo

Monitoring the dynamics of protonation and protein backbone conformation changes during the function of a protein is an essential step towards ...

Atomic Force Microscopy of Red-Light Photoreceptors Using PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping

Atomic force microscopy (AFM) uses a pyramidal tip attached to a cantilever to probe the force response of a surface. The deflections of the tip can be measured to ~10 pN by a laser and sectored detector, which can be converted to image topography. Amplitude modulation or &#8220;tapping mode&#8221; AFM involves the probe making intermittent contact with the surface while oscillating at its resonant frequency to produce an image. Used in conjunction with a fluid cell, tapping-mode AFM enables the imaging of biological macromolecules such as proteins in physiologically relevant conditions. Tapping-mode AFM requires manual tuning of the probe and frequent adjustments of a multitude of scanning parameters which can be challenging for inexperienced users. To obtain high-quality images, these adjustments are the most time consuming.
PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping (PF-QNM) produces an image by measuring a force response curve for every point of contact with the sample. With ScanAsyst software, PF-QNM can be automated. This software adjusts the set-point, drive frequency, scan rate, gains, and other important scanning parameters automatically for a given sample. Not only does this process protect both fragile probes and samples, it significantly reduces the time required to obtain high resolution images. PF-QNM is compatible for AFM imaging in fluid; therefore, it has extensive application for imaging biologically relevant materials.
The method presented in this paper describes the application of PF-QNM to obtain images of a bacterial red-light photoreceptor, RpBphP3 (P3), from photosynthetic R. palustris in its light-adapted state. Using this method, individual protein dimers of P3 and aggregates of dimers have been observed on a mica surface in the presence of an imaging buffer. With appropriate adjustments to surface and/or solution concentration, this method may be generally applied to other biologically relevant macromolecules and soft materials.

A method for investigating the structure of a protein photoreceptor using atomic force microscopy (AFM) is described in this paper. PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping (PF-QNM) reveals intact protein dimers on a mica surface.

Microscopía de Fuerza Atómica de Red-Light fotorreceptores a través de cartografía PeakForce cuantitativa nanomecánico Propiedad

Atomic force microscopy (AFM) uses a pyramidal tip attached to a cantilever to probe the force response of a surface. The deflections of the tip can be ...

Detection and Recovery of Palladium, Gold and Cobalt Metals from the Urban Mine Using Novel Sensors/Adsorbents Designated with Nanoscale Wagon-wheel-shaped Pores

Developing low-cost, efficient processes for recovering and recycling palladium, gold and cobalt metals from urban mine remains a significant challenge in industrialized countries. Here, the development of optical mesosensors/adsorbents (MSAs) for efficient recognition and selective recovery of Pd(II), Au(III), and Co(II) from urban mine was achieved. A simple, general method for preparing MSAs based on using high-order mesoporous monolithic scaffolds was described. Hierarchical cubic Ia3d wagon-wheel-shaped MSAs were fabricated by anchoring chelating agents (colorants) into three-dimensional pores and micrometric particle surfaces of the mesoporous monolithic scaffolds. Findings show, for the first time, evidence of controlled optical recognition of Pd(II), Au(III), and Co(II) ions and a highly selective system for recovery of Pd(II) ions (up to ~95%) in ores and industrial wastes. Furthermore, the controlled assessment processes described herein involve evaluation of intrinsic properties (e.g., visual signal change, long-term stability, adsorption efficiency, extraordinary sensitivity, selectivity, and reusability); thus, expensive, sophisticated instruments are not required. Results show evidence that MSAs will attract worldwide attention as a promising technological means of recovering and recycling palladium, gold and cobalt metals.

Because of the importance and extensive use of palladium, gold and cobalt metals in high-technology equipment, their recovery and recycling constitute an important industrial challenge. The metal recovery system described herein is a simple, low-cost means for the effective detection, removal, and recovery of these metals from the urban mine.

Detección y recuperación de paladio, oro y cobalto Metales de la Mina Urbana utilizando sensores Novela / adsorbentes designados con nanoescala Los poros en forma de rueda-Wagon

Developing low-cost, efficient processes for recovering and recycling palladium, gold and cobalt metals from urban mine remains a significant challenge in ...

Study of Siphon Breaker Experiment and Simulation for a Research Reactor

Under the design conditions of a research reactor, the siphon phenomenon induced by pipe rupture can cause continuous outward flow of water. To prevent this outflow, a control device is required. A siphon breaker is a type of safety device that can be utilized to control the loss of coolant water effectively.
To analyze the characteristics of siphon breaking, a real-scale experiment was conducted. From the results of the experiment, it was found that there are several design factors that affect the siphon breaking phenomenon. Therefore, there is a need to develop a theoretical model capable of predicting and analyzing the siphon breaking phenomenon under various design conditions. Using the experimental data, it was possible to formulate a theoretical model that accurately predicts the progress and the result of the siphon breaking phenomenon. The established theoretical model is based on fluid mechanics and incorporates the Chisholm model to analyze two-phase flow. From Bernoulli&#39;s equation, the velocity, quantity, undershooting height, water level, pressure, friction coefficient, and factors related to the two-phase flow could be obtained or calculated. Moreover, to utilize the model established in this study, a siphon breaker analysis and design program was developed. The simulation program operates on the theoretical model basis and returns the result as a graph. The user can confirm the possibility of the siphon breaking by checking the shape of the graph. Furthermore, saving the entire simulation result is possible and it can be used as a resource for analyzing the real siphon breaking system.
In conclusion, the user can confirm the status of the siphon breaking and design the siphon breaker system using the program developed in this study.

The siphon breaking phenomenon was investigated experimentally and a theoretical model was proposed. A simulation program based on the theoretical model was developed and the results of the simulation program were compared with experimental results. It was concluded that the results of the simulation program matched the experimental results well.

Estudio de sifón interruptor experimento y simulación de un Reactor de investigación

Under the design conditions of a research reactor, the siphon phenomenon induced by pipe rupture can cause continuous outward flow of water. To prevent ...

Electric-field Control of Electronic States in WS2 Nanodevices by Electrolyte Gating

A method of carrier number control by electrolyte gating is demonstrated. We have obtained WS2 thin flakes with atomically flat surface via scotch tape method or individual WS2 nanotubes by dispersing the suspension of WS2 nanotubes. The selected samples have been fabricated into devices by the use of the electron beam lithography and electrolyte is put on the devices. We have characterized the electronic properties of the devices under applying the gate voltage. In the small gate voltage region, ions in the electrolyte are accumulated on the surface of the samples which leads to the large electric potential drop and resultant electrostatic carrier doping at the interface. Ambipolar transfer curve has been observed in this electrostatic doping region. When the gate voltage is further increased, we met another drastic increase of source-drain current which implies that ions are intercalated into layers of WS2 and electrochemical carrier doping is realized. In such electrochemical doping region, superconductivity has been observed. The focused technique provides a powerful strategy for achieving the electric-filed-induced quantum phase transition.

Electric-field Control of Electronic States in WS2 Nanodevices by Electrolyte Gating

Here, we present a protocol to control the carrier number in solids by using the electrolyte.

Campo eléctrico Control de Estados electrónicos en WS2 nanodispositivos de electrolito que bloquean

A method of carrier number control by electrolyte gating is demonstrated. We have obtained WS2 thin flakes with atomically flat surface via scotch tape ...

Simultaneous Measurement of Turbulence and Particle Kinematics Using Flow Imaging Techniques

Numerous problems in scientific and engineering fields involve understanding the kinematics of particles in turbulent flows, such as contaminants, marine micro-organisms, and/or sediments in the ocean, or fluidized bed reactors and combustion processes in engineered systems. In order to study the effect of turbulence on the kinematics of particles in such flows, simultaneous measurements of both the flow and particle kinematics are required. Non-intrusive, optical flow measurement techniques for measuring turbulence, or for tracking particles, exist but measuring both simultaneously can be challenging due to interference between the techniques. The method presented herein provides a low cost and relatively simple method to make simultaneous measurements of the flow and particle kinematics. A cross section of the flow is measured using a particle image velocimetry (PIV) technique, which provides two components of velocity in the measurement plane. This technique utilizes a pulsed-laser for illumination of the seeded flow field that is imaged by a digital camera. The particle kinematics are simultaneously imaged using a light emitting diode (LED) line light that illuminates a planar cross section of the flow that overlaps with the PIV field-of-view (FOV). The line light is of low enough power that it does not affect the PIV measurements, but powerful enough to illuminate the larger particles of interest imaged using the high-speed camera. High-speed images that contain the laser pulses from the PIV technique are easily filtered by examining the summed intensity level of each high-speed image. By making the frame rate of the high-speed camera incommensurate with that of the PIV camera frame rate, the number of contaminated frames in the high-speed time series can be minimized. The technique is suitable for mean flows that are predominantly two-dimensional, contain particles that are at least 5 times the mean diameter of the PIV seeding tracers, and are low in concentration.

The technique described herein offers a low cost and relatively simple method to simultaneously measure particle kinematics and turbulence in flows with low particle concentrations. The turbulence is measured using particle image velocimetry (PIV), and particle kinematics are calculated from images obtained with a high-speed camera in an overlapping field-of-view.

Medida simultánea de la cinemática de la partícula usando técnicas de imagen de flujo y turbulencia

Numerous problems in scientific and engineering fields involve understanding the kinematics of particles in turbulent flows, such as contaminants, marine ...

Microfluidic Fabrication Techniques for High-Pressure Testing of Microscale Supercritical CO2 Foam Transport in Fractured Unconventional Reservoirs

Pressure limitations of many microfluidic platforms have been a significant challenge in microfluidic experimental studies of fractured media. As a result, these platforms have not been fully exploited for direct observation of high-pressure transport in fractures. This work introduces microfluidic platforms that enable direct observation of multiphase flow in devices featuring surrogate permeable media and fractured systems. Such platforms provide a pathway to address important and timely questions such as those related to CO2 capture, utilization and storage. This work provides a detailed description of the fabrication techniques and an experimental setup that may serve to analyze the behavior of supercritical CO2 (scCO2) foam, its structure and stability. Such studies provide important insights regarding enhanced oil recovery processes and the role of hydraulic fractures in resource recovery from unconventional reservoirs. This work presents a comparative study of microfluidic devices developed using two different techniques: photolithography/wet-etching/thermal-bonding versus Selective Laser-induced Etching. Both techniques result in devices that are chemically and physically resistant and tolerant of high pressure and temperature conditions that correspond to subsurface systems of interest. Both techniques provide pathways to high-precision etched microchannels and capable lab-on-chip devices. Photolithography/wet-etching, however, enables fabrication of complex channel networks with complex geometries, which would be a challenging task for laser etching techniques. This work summarizes a step-by-step photolithography, wet-etching and glass thermal-bonding protocol and, presents representative observations of foam transport with relevance to oil recovery from unconventional tight and shale formations. Finally, this work describes the use of a high-resolution monochromatic sensor to observe scCO2 foam behavior where the entirety of the permeable medium is observed simultaneously while preserving the resolution needed to resolve features as small as 10 &#181;m.

Microfluidic Fabrication Techniques for High-Pressure Testing of Microscale Supercritical CO2 Foam Transport in Fractured Unconventional Reservoirs

This paper describes a protocol along with a comparative study of two microfluidic fabrication techniques, namely photolithography/wet-etching/thermal-bonding and Selective Laser-induced Etching (SLE), that are suitable for high-pressure conditions. These techniques constitute enabling platforms for direct observation of fluid flow in surrogate permeable media and fractured systems under reservoir conditions.

Técnicas de fabricación microfluídica para pruebas de alta presión de transporte de espuma de CO2 supercrítico supercrítico a microescala en depósitos no convencionales fracturados

Pressure limitations of many microfluidic platforms have been a significant challenge in microfluidic experimental studies of fractured media. As a ...

Manufacturing, Control, and Performance Evaluation of a Gecko-Inspired Soft Robot

This protocol presents a method for manufacturing, control, and evaluation of the performance of a soft robot that can climb inclined flat surfaces with slopes of up to 84&#176;. The manufacturing method is valid for the fast pneunet bending actuators in general and might, therefore, be interesting for newcomers to the field of actuator manufacturing. The control of the robot is achieved by means of a pneumatic control box that can provide arbitrary pressures and can be built by only using purchased components, a laser cutter, and a soldering iron. For the walking performance of the robot, the pressure-angle calibration plays a crucial role. Therefore, a semi-automated method for the pressure-angle calibration is presented. At high inclines (&#62; 70&#176;), the robot can no longer reliably fix itself to the walking plane. Therefore, the gait pattern is modified to ensure that the feet can be fixed on the walking plane.

This protocol provides a detailed list of steps to be performed for the manufacturing, control and evaluation of the climbing performance of a gecko-inspired soft robot.

Evaluación de fabricación, control y rendimiento de un robot blando inspirado en Gecko

This protocol presents a method for manufacturing, control, and evaluation of the performance of a soft robot that can climb inclined flat surfaces with ...

Computer Numerical Control Micromilling of a Microfluidic Acrylic Device with a Staggered Restriction for Magnetic Nanoparticle-Based Immunoassays

Microfluidic systems have greatly improved immunoassay techniques. However, many microfabrication techniques require specialized, expensive, or complicated equipment, making fabrication costly and incompatible with mass production, which is one of the most important preconditions for point-of-care tests (POCT) to be adopted in low-resource settings. This work describes the fabrication process of an acrylic (polymethylmethacrylate, PMMA) device for nanoparticle-conjugated enzymatic immunoassay testing using the computer numerical control (CNC) micromilling technique. The functioning of the microfluidic device is shown by performing an immunoassay to detect a commercial antibody using lysozyme as a model antigen conjugated to 100 nm magnetic nanoparticles. This device integrates a physical staggered restriction of only 5 &#181;m in height, used to capture magnetic microparticles that make up a magnetic trap by placing an external magnet. In this way, the magnetic force on the immunosupport of conjugated nanoparticles is enough to capture them and resist flow drag. This microfluidic device is particularly suitable for low-cost mass production without the loss of precision for immunoassay performance.

Microfluidics is a powerful tool for the development of diagnostic tests. However, expensive equipment and materials, as well as laborious fabrication and handling techniques, are often required. Here, we detail the fabrication protocol of an acrylic microfluidic device for magnetic micro- and nanoparticle-based immunoassays in a low-cost and simple-to-use setting.

Microfresado de control numérico computarizado de un dispositivo acrílico microfluídico con una restricción escalonada para inmunoensayos magnéticos basados en nanopartículas