Gli autori non hanno riconoscimenti.

1. Acquisizione di guadagno dati per uno specchio Galvanometer <ol><li> Fissare lo specchio galvanometro tale che è stabilizzato per proteggerlo da danni oscillando. Non solo lo specchio galvanometro, ma anche il corpo dello specchio galvanometro, si muove se non fissato in posizione utilizzando una maschera metallica misura con un foro circolare per lo specchio galvanometro. Fissare la maschera su una portante ottica ed un banco ottico. </li><li> Collegare i cavi BNC dalla scheda / DA AD tramite una morsettiera alle prese di ingresso e di posizione nel servoazionamento dello specchio galvanometro. </li><li> Programma generatore di funzione sinusoidale come interfaccia utente grafica (GUI) utilizzando l&#39;SDK della AD / DA scheda con C ++, che è in grado di impostare un arbitrario frequenza, ampiezza e durata, come mostrato nella figura 3. NOTA: Questo generatore funzione personalizzata contribuisce a ridurre il costo temporale per gli studi continui passo 1.5, in quanto il processo è condotto molte volte. </li<html> &gt; <li> Impostare la frequenza varia da 100 Hz a 500 Hz a intervalli di 100 Hz, e impostare l&#39;ampiezza variare da 10 mV e 500 mV a 10 mV-intervalli nella GUI. In generale, esistono 250 combinazioni. Per testare 250 combinazioni, un doppio anello è efficiente da implementare. Il primo ciclo è di frequenze da 100 Hz a 500 Hz, che viene realizzato 50 volte. Il secondo anello è per ampiezze da 10 mV a 500 mV, che viene realizzato per 50 volte. </li><li> Aggiungere il segnale percorso sinusoidale nella scheda / DA AD per 2.000 campionamenti come durata nel GUI. Registrare simultaneamente il segnale di posizione dello specchio galvanometro per leggere il valore analogico della scheda AD / DA. In C ++ codifica utilizzando una libreria di AD bordo / DA, utilizzare lo stesso filo per la scrittura e la lettura in programmazione. Calcolare l&#39;angolo corrente di θ specchio galvanometro (scrittura delle informazioni) da questa equazione <img alt="equazione 2" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq2.jpg" /> dove t è il tempo,es / ftp_upload / 55431 / 55431eq3.jpg /&gt;&quot; è l&#39;ampiezza, ƒ è la frequenza. </li><li> Salvare i dati del segnale di posizione come un file .csv e comprendono il valore della frequenza e ampiezza al suo nome. </li><li> Ripetere i passaggi 1,4-1,6 per 250 iterazioni. </li></ol> 2. Calcolo ottenere coefficienti di pre-enfasi <ol><li> Applicare un filtro mediano per i file CSV (segnali registrati) al fine di evitare gli effetti del rumore. La dimensione spaziale del filtro mediano è 5. </li><li> Eseguire lo script per calcolare il valore picco-picco (corrispondente all&#39;ampiezza moltiplicato per 2), utilizzando MATLAB per ognuno dei file csv, come mostrato in figura 4 (grafico rappresenta i dati del percorso sinusoidale). </li><li> Tracciare i dati picco-picco su un grafico per determinare la linearità ad ogni frequenza, e limitare la regione di utilizzo dell&#39;ampiezza ingresso quando le trame sono non lineari, come illustrato in figura 5. NOTA: La parte non lineare del grafico rappresenta saturazioneil controllo PID; quindi, è consigliabile per evitare di usarle per fissare la limitazione di specificazione di controllo. </li><li> Eseguire una regressione lineare per i dati picco-picco in un foglio di calcolo per ottenere i coefficienti di interpolazione lineare di ciascuna frequenza. In questo processo, cinque serie di piste e intercetta state ottenute. Esse corrispondono alle frequenze da 100 Hz a 500 Hz per ogni 100 Hz. Un&#39;approssimazione della retta di 300 Hz è illustrato nella Figura 5 (A), ed i coefficienti di interpolazione lineare di ciascuna frequenza sono mostrati in Tabella 1. </li><li> Utilizzando quadratica regressione lineare multipla, eseguire interpolazione quartiche per ottenere i coefficienti di interpolazione quartici (coefficienti pre-enfasi) nel foglio di calcolo per i coefficienti di interpolazione lineare di ciascuna frequenza. I coefficienti pre-enfasi sono riportati nella Tabella 2. NOTA: In questa ricerca, i coefficienti di interpolazione lineare variano nella forma di una Quadratic curva; Tuttavia, altri tipi di funzioni, come equazioni quadratiche e cubiche, si applicano se l&#39;errore è minimo. </li></ol> 3. linea amplificazione del segnale basato sulla tecnica di pre-enfasi <ol><li> Eseguire il software che calcola il valore di ampiezza di ingresso aggiornato <img alt="equazione 5" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq5.jpg" /> dal valore ideale ampiezza di ingresso <img alt="equazione 3" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq3.jpg" /> e la frequenza ƒ utilizzando i coefficienti pre-enfasi. <ol><li> Salvare i coefficienti pre-enfasi valori costanti nel software C ++. Quando il dispositivo viene aggiornata, questi valori costanti vengono aggiornati. </li><li> Programmare una funzione <img alt="equazione 7" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq7.jpg" /> nel software C ++ e ottenere i coefficienti di interpolazione lineare. Sostituirli per una i, b i, c i, d i,e E i dall&#39;equazione e Tabella 2. </li><li> Programmare una funzione <img alt="equazione 13" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq13.jpg" /> in C ++ software e di ottenere un valore di ampiezza di ingresso aggiornato <img alt="equazione 5" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq5.jpg" /> per sostituire <img alt="equazione 3" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq3.jpg" /> ed i coefficienti di interpolazione lineare che sono stati ottenuti nel passaggio 3.1.2. </li></ol></li><li> Ripetere i passaggi 1,4-1,6 per tempi arbitrari con <img alt="equazione 5" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq5.jpg" /> usando la tecnica di pre-enfasi nel GUI.NOTE: Per evitare la saturazione della regione di controllo PID, impostare 400 mV fino a 200 Hz, 200 mV fino a 300 Hz, 100 mV fino a 400 Hz e 50 mV fino a 500 Hz. </li><li> Ripetere il punto 2.2 e trama di picco-picco dei dati come un grafico per visualizzare il miglioramento del guadagno. </li></ol> 4. Esperimento su Motion-blur Compensation <ol><li> Preparare un nastro trasportatore che può muoversi a 30 km / h utilizzando un nastro che può aderire a appiccicoso texture. Il nastro trasportatore misura è costituito da un motore a velocità-controllo, una cinghia di gomma di ferro, e così via. Può essere sostituito con il nastro trasportatore pronto che può controllare la velocità. </li><li> Stampare un motivo di fine-tessitura su nastro da stampare e incollarlo sul nastro trasportatore. NOTA: La struttura incollato viene mostrata in Figura 6. Le strisce sono programmati utilizzando una libreria &quot;ofxPDF&quot; in openFrameworks, e l&#39;immagine fotografica è da una società di fotografia. </li><li> Configurare dispositivi ottici come una macchina fotografica, una lente, ed un&#39;illuminazione, come mostrato in figura 2. Posizionare lo specchio galvanometro di fronte alla lente che è collegato alla telecamera, e posizionare l&#39;illuminazione per illuminare il nastro trasportatore. <ol><li> Impostare la frequenza telecamera a 333 Hz, il tempo di esposizione di 1 ms, e il numero di pixel di 848 * 960 (larghezza * altezza). </li><html></ol></li><li> Sincronizzare la temporizzazione di rotazione dello specchio galvanometro e il tempo di esposizione della fotocamera. Nel software, quando l&#39;angolo dello specchio galvanometro arriva la posizione dove iniziare l&#39;esposizione, il programma invia un trigger software nella fotocamera. I tempi di attivazione software è illustrato nella Figura 7. </li><li> Ingresso la velocità del nastro trasportatore v t (30 km / h) e la distanza dalla fotocamera al nastro trasportatore L (3,0 m) per calcolare necessaria velocità angolare ω r dello specchio galvanometro nella GUI come in Figura 8. ω R è calcolato come segue: <img alt="equazione 18" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq18.jpg" /></li><li> Ingresso il ƒ frequenza (330,0 Hz) nella GUI come in figura 8 per calcolare ampiezza di ingresso originale <img alt="equazione 3" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq3.jpg" /> . CalcolareEquazione 3&quot; src = &quot;/ files / ftp_upload / 55431 / 55431eq3.jpg&quot; /&gt; come segue: <img alt="equazione 19" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq19.jpg" /></li><li> Copia e incolla <img alt="equazione 3" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq3.jpg" /> nel codice sorgente, e ruotare il galvanometro con il valore di controllo θ pre-enfatizzato per servoazionamento galvanometro come segue: <img alt="equazione 20" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq20.jpg" /> dove t è il tempo. La figura 7 illustra come θ viene calcolato da A. </li><li> Registrare le immagini quando il nastro trasportatore si muove a v t (30 km / h). NOTA: la figura 9 illustra il movimento del nastro trasportatore. </li></ol>

<ol>
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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. J., Hajimiri, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phase+and+amplitude+pre-emphasis+techniques+for+low-power+serial+links.">Phase and amplitude pre-emphasis techniques for low-power serial links.</a> IEEE Journal of Solid-State Circuits. 41 (6), 1391-1398 (2006).</li><li>Le, S., Blow, K., Turitsyn, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Power+pre-emphasis+for+suppression+of+FWM+in+coherent+optical+OFDM+transmission.">Power pre-emphasis for suppression of FWM in coherent optical OFDM transmission.</a> Opt exp. 22 (6), 7238-7248 (2014).</li></ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Questo articolo presenta un procedimento capace di ampliare la gamma di frequenza sinusoidale di ottenere elevata precisione di traiettoria con controllo PID. Perché la risposta di uno specchio galvanometro è limitata dalla sua inerzia, è fondamentale utilizzare uno specchio galvanometro quando il percorso di controllo è ripida. Tuttavia, in questa ricerca, proponiamo un metodo per migliorare le specifiche di controllo e quindi provare il metodo ottenendo risultati sperimentali. Nel nost...

Vari attuatori ottici ei metodi di controllo adatte per varie applicazioni ottiche sono stati proposti e sviluppati 1, 2. Questi attuatori ottici sono in grado di controllare il percorso ottico; specchi galvanometro soprattutto offrono un buon equilibrio in termini di precisione, velocità, la mobilità, e costano 3, 4, 5. In realtà, il vantaggio offerto dalla velocità e la precisione di specchi galvanometro ha portato alla realizzazione di una varietà di applicazioni ottiche, come il monitoraggio di destinazione e il disegno, il controllo di scansione, e la compensazione 6, 7, 8, 9, 10 moto-sfocatura, 11, 12. Tuttavia, nel nostro precedente Compensati motion-blursul sistema, uno specchio galvanometro utilizzando un proporzionale-integrale-differenziale (PID) controllore fornito un piccolo guadagno; perciò, è stato difficile ottenere una frequenza più alta e una maggiore velocità 11. D&#39;altra parte, il controllo PID è un metodo ampiamente utilizzato, in quanto soddisfa un certo livello di precisione 13 inseguimento. Una varietà di metodi sono stati proposti per correggere il guadagno nel controllo PID. Come soluzione tipica, PID sintonizzazione parametro di controllo viene effettuato manualmente. Tuttavia, ci vuole tempo e abilità speciali da mantenere. Un metodo più sofisticato, una funzione di auto-tuning per determinare automaticamente i parametri, è stato proposto ed è ampiamente utilizzato 14. La precisione di monitoraggio per operazioni ad alta velocità è migliorata utilizzando la funzione di autotuning quando il proporzionali P aumenta il valore di guadagno. Tuttavia, questo aumenta anche il tempo di convergenza e rumore nella gamma di bassa velocità. Quindi, la precisione di rilevamento non èt necessariamente migliorato. Anche se un controllore di auto-sintonizzazione può essere sintonizzata per impostare i parametri adatti per il controllo PID, la sintonizzazione introduce un ritardo a causa della necessità di ottenere parametri adatti; Pertanto, è difficile adottare questo metodo in applicazioni in tempo reale 15. Un controllore PID esteso 16, 17 e un controllore predittivo estesa 18 sono state proposte per estendere il controllo PID generale e per migliorare le prestazioni di inseguimento di specchi galvanometro per una varietà di percorsi di tracciamento, come le onde triangolari, a dente di sega, onde e onde sinusoidali. Tuttavia, in quei sistemi, il sistema del galvanometro è stato considerato come una scatola nera, mentre è stato richiesto un modello del sistema di controllo, e il sistema di controllo non è stata considerata come una scatola nera. Quindi, tali metodi richiedono che il loro modello per ogni singolo specchio galvanometro essere aggiornato. Inoltre, sebbene Mnerie et al. convalidato il loro metodo di focusing su un&#39;onda output dettagliato e fase, la loro ricerca non includeva l&#39;attenuazione dell&#39;intera onda. Infatti, nella precedente ricerca 11, il guadagno era significativamente diminuita quando la frequenza sinusoidale era alto, indicando in tal modo la necessità di compensare il guadagno dell&#39;intero onda. In questa ricerca, la nostra procedura di compensazione del guadagno con controllo PID 12 è basato sulla tecnica di pre-enfasi 19, 20, 21 -a metodo per migliorare la qualità o la velocità di comunicazione in comunicazione ingegneria che consente la costruzione di un sistema sperimentale che utilizza apparecchiature esistenti. La Figura 1 mostra la struttura del flusso. La tecnica di pre-enfasi è in grado di ottenere in anticipo il valore di uscita desiderato da un valore di ingresso, dove il controllo PID non è efficace, anche se lo specchio galvanometroe il suo controller sono considerati come scatole nere. Ciò consente loro di ampliare la frequenza e l&#39;intervallo di ampiezza in cui un guadagno di 0 dB può essere ottenuta senza ottimizzazione dei parametri di controllo PID. Quando il guadagno è amplificato, le caratteristiche di risposta dello specchio galvanometro generalmente differiscono a frequenze diverse, e quindi, necessitano di amplificare ogni frequenza con coefficienti di amplificazione. Pertanto, un&#39;onda sinusoidale è adatto per la tecnica di pre-enfasi, in quanto v&#39;è una sola frequenza in ciascuna onda sinusoidale. In questa ricerca, perché applichiamo compensazione del guadagno per realizzare la compensazione del movimento-sfocatura, il segnale di controllo è limitato alla scansione sinusoidale, e il segnale sinusoidale costituisce una singola frequenza, a differenza di altre onde, come le onde triangolari e dente di sega. Inoltre, il segnale di ingresso nello specchio galvanometro viene aggiornato immediatamente nel ciclo successivo a causa del ciclo aperto dopo la pre-enfasi sono impostati coefficienti. In altre parole, abbiamo bisogno di to conoscere solo il rapporto tra ingresso e uscita a considerare il controllore come scatola nera, e la modellazione dettagliata non è necessaria. Questa semplicità permette al nostro sistema di essere facilmente incorporato nelle applicazioni. L&#39;obiettivo generale di questo metodo è quello di stabilire una procedura sperimentale di compensazione del movimento-sfocatura come applicazione compensazione di guadagno utilizzando la tecnica di pre-enfasi. dispositivi hardware multipli sono utilizzati in queste procedure, come uno specchio galvanometro, una videocamera, un nastro trasportatore, illuminazione, e una lente. software centrale programmi sviluppati dagli utenti scritti in C ++ costituiscono anche parte del sistema. La figura 2 mostra uno schema del setup sperimentale. Lo specchio galvanometro ruota con velocità angolare guadagno compensata, rendendo così possibile valutare la quantità di sfocatura dalle immagini.

<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>
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		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">MATLAB</td>
			<td style="width:71px;">mathworks</td>
			<td style="width:119px;">MATLAB R2015a</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

gain-compensation methodology for a sinusoidal scan of a galvanometer mirror in proportional-integral-differential control using pre-emphasis techniques

specchi galvanometro sono utilizzati per applicazioni ottiche come il monitoraggio di destinazione, disegno, e il controllo di scansione a causa della loro elevata velocità e precisione. Tuttavia, la reattività di uno specchio galvanometro è limitata dalla sua inerzia; quindi, il guadagno di uno specchio galvanometro viene ridotta quando il percorso di controllo è ripida. In questa ricerca, si propone un metodo per estendere la frequenza corrispondente utilizzando una tecnica di pre-enfasi per compensare la riduzione del guadagno di specchi galvanometro a percorso sinusoidale monitoraggio utilizzando proporzionale-integrale-differenziale di regolazione (PID). La tecnica di pre-enfasi ottiene un valore di ingresso per un valore di uscita desiderato in anticipo. Applicando questo metodo per controllare lo specchio galvanometro, il guadagno grezzo di uno specchio galvanometro in ogni frequenza e ampiezza per percorso sinusoidale tracciamento utilizzando un regolatore PID è stato calcolato. Dove il controllo PID non è efficace, mantenendo un guadagno di 0 dB per migliorare la precisione di inseguimento traiettoria, è possibileampliare la gamma di velocità in cui un guadagno di 0 dB può essere ottenuta senza ottimizzazione dei parametri di controllo PID. Tuttavia, se v&#39;è una sola frequenza, amplificazione è possibile con un singolo coefficiente pre-enfasi. Pertanto, un&#39;onda sinusoidale è adatto a questa tecnica, a differenza di onde triangolari e dente di sega. Quindi, siamo in grado di adottare una tecnica di pre-enfasi per configurare i parametri in anticipo, e non abbiamo bisogno di preparare i modelli di controllo attivi aggiuntivi e hardware. I parametri vengono aggiornati immediatamente nel ciclo successivo a causa del ciclo aperto dopo i coefficienti pre-enfasi sono impostati. In altre parole, a considerare il controllore come scatola nera, dobbiamo conoscere solo il rapporto tra ingresso e uscita, e la modellazione dettagliata non è necessaria. Questa semplicità permette al nostro sistema di essere facilmente incorporato nelle applicazioni. Il nostro metodo utilizzando la tecnica di pre-enfasi per un sistema di compensazione del movimento-sfocatura e l&#39;esperimento condotto per valutare il metodo sono spiegati.

I risultati presentati sono stati ottenuti usando un / a bordo DA AD e una macchina fotografica. La Figura 1 mostra la procedura della tecnica di pre-enfasi; pertanto, è il nucleo di questo articolo. Non è necessario impostare i parametri del controllo PID dopo lo stato di inizializzazione; di conseguenza, la procedura di acquisto online è notevolmente semplice. La Figura 10 mostra i risult...

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

Si propone un metodo per estendere la frequenza corrispondente utilizzando una tecnica di pre-enfasi. Questo metodo compensa la riduzione del guadagno di uno specchio galvanometro nel percorso sinusoidale inseguimento utilizzando il controllo proporzionale-integrale-differenziale.

Metodologia Gain-risarcimento per una scansione sinusoidale di un galvanometro specchio in proporzionale-integrale-differenziale di controllo Utilizzando tecniche di pre-enfasi

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

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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

Caratterizzazione di materiali per elettrodi per batterie agli ioni sodio e ioni di litio utilizzando tecniche Synchrotron Radiation

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

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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.

Proton Transfer e conformazione proteica Dynamics in proteine ​​fotosensibili da Time-risolto Step-scan trasformata di Fourier Infrared Spectroscopy

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.

Microscopia a forza atomica di Red-Light Fotorecettori Uso della mappatura PeakForce Quantitative nanomeccanico Proprietà

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.

Rilevamento e recupero di palladio, oro e metalli di cobalto dalla miniera urbana Utilizzando novelli Sensori / Adsorbenti designate con nanoscala Wagon a forma di ruote pori

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.

Studio di simulazione e sifone Breaker esperimento per un reattore di ricerca

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.

Controllo campo elettrico degli stati elettronici in nanodispositivi2 WS di elettrolita 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 ...

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.

Misura simultanea di turbolenza e la cinematica delle particelle utilizzando tecniche di formazione immagine di flusso

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.

Tecniche di fabbricazione microfluidiche per test ad alta pressione del trasporto supercritico in schiuma di CO2 su microscala in serbatoi non convenzionali fratturati

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.

Valutazione di produzione, controllo e prestazioni di un robot morbido ispirato a 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.

Microfresatura a controllo numerico computerizzato di un dispositivo acrilico microfluidico con restrizione sfalsata per saggi immunologici magnetici basati su nanoparticelle