Contribución al desarrollo de sensores y sistemas sintonizables eléctricamente basados en cristal líquido para aplicaciones en la industria aeroespacial

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dc.contributor.advisor Sánchez Pena, José Manuel
dc.contributor.author Marcos Lucas, Carlos
dc.date.accessioned 2011-11-11T11:06:23Z
dc.date.available 2011-11-11T11:06:23Z
dc.date.issued 2011-09
dc.date.submitted 2011-09-29
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/10016/12581
dc.description.abstract El objetivo de este trabajo es contribuir al desarrollo de nuevos dispositivos en dos líneas de investigación con aplicación inmediata en la industria aeroespacial: los sensores y los sistemas sintonizables eléctricamente. Por lo que respecta a la línea de los sensores, se han diseñado, construido y caracterizado experimentalmente tres tipos de sensores: (i) sensor optoelectrónico de medida de velocidad de proyectiles; (ii) sensor basado en fibra óptica de plástico – implementado en dos configuraciones diferentes- de medida de velocidad de flujo de aire y, (iii) sensor de temperatura basado en una configuración de un circuito electrónico (oscilador saturado) que permite la conversión directa temperaturafrecuencia. En cuanto a la línea de los sistemas sintonizables eléctricamente, se han diseñado, construido y caracterizado experimentalmente tres tipos de dispositivos operando a diferentes frecuencias de trabajo. Por una parte, se han desarrollado dos tipos de resonadores (serie y paralelo) pasivos basados en la utilización de dispositivos cristal líquido (CL) como capacidad variable eléctricamente. Estos sistemas pueden operar a frecuencias RF (típicamente entre kHz-MHz) en función de la geometría y parámetros tecnológicos del dispositivo CL usado. Adicionalmente, se ha desarrollado un sistema más complejo muy útil en sistemas de comunicaciones denominado bucle enganchado en fase (PLL). Este sistema está basado en la utilización de un bloque funcional VCO el cual está integrado por una célula de CL que actúa también como capacidad variable electrónicamente. Este sistema completo ha sido implementado y aplicado a un caso práctico demostrando la viabilidad del PLL desarrollado. Finalmente, se han diseñado, implementado y caracterizado varios dispositivos sintonizables eléctricamente trabajando a frecuencias de microondas (GHz): (i) un retardador de fase y, (ii) un filtro banda eliminada (filtro notch). Ambos dispositivos utilizan el material CL como dieléctrico variable (mediante una tensión de control externa) de una estructura guiaonda. Este trabajo de tesis se articula en 8 capítulos. Inicialmente, en el capítulo I se describe el marco actual de la industria aeroespacial tanto a nivel internacional como nacional. A continuación, en los capítulos II, III y IV se describirán el diseño, implementación y verificación funcional del sensor medidor de la velocidad de proyectiles, el sensor de medida de velocidad de flujo de aire y del sensor de temperatura, respectivamente. El capítulo V se dedica al estudio de las dos configuraciones implementadas de resonadores pasivos basados en dispositivos CL actuando como capacidades variables eléctricamente. El capítulo VI está centrado en el estudio y las aplicaciones de un sistema PLL basado en un VCO que incluye también un dispositivo CL actuando como capacidad variable. El capítulo VII se dedica al estudio y caracterización de los dispositivos de microondas desarrollados, comprobando experimentalmente su correcto funcionamiento en los límites previstos. El documento finaliza con el capítulo VIII dedicado a las conclusiones más relevantes y a los trabajos futuros. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
dc.description.abstract The aim of this thesis is to contribute to the development of new devices in two lines of research with immediate application in the aerospace industry: sensors and electrically tunable systems. Regarding to the line of sensors, three types of sensors are designed, built and experimentally characterized: (i) an optoelectronic sensor for measuring the projectile velocity, (ii) a sensor based on plastic optical fiber - implemented in two configurations- to measure the air flow speed, and (iii) a temperature sensor based on a configuration of an electronic circuit (oscillator saturated) which allows temperaturefrequency direct conversion. With regard to the line of electrically tunable systems, three types of devices operating at different frequencies have been designed, built and experimentally characterized. On the one hand, we have developed two types of resonators (serial and parallel) based on passive devices using liquid crystal (LC) as a electrically variable capacitor. These systems can operate at RF frequencies (typically in the range of kHz-MHz) depending on geometry and technological parameters of the device CL used. Additionally, a more complex system very useful in communications systems known called as phase locked loop (PLL) has been also developed. This system is based on the use of a functional block VCO that consists of a LC cell behaving as an electronically variable capacity. This electronic system has been implemented and applied to a practical case demonstrating the viability of the PLL device developed. Finally, two electrically tunable devices operating at microwave frequencies (GHz range) have been designed, implemented and characterized: (i) a phase retarder, and (ii) a notch filter. Both devices use the LC material as a tunable dielectric of a waveguide structure by using an external control voltage. This thesis is divided into 8 chapters. Initially, Chapter I describes the current framework for the aerospace industry both internationally and domestically. Then, in Chapters II, III and IV, will describe the design, implementation and functional verification of the sensor for measuring the projectile speed, the sensor for measuring air flow rate and temperature sensor, respectively. Chapter V is devoted to the study of two configurations of resonators implemented with passive devices based on LC cells behaving as electrically variable capacitors. Chapter VI focuses on the study and application of a PLL system based on a VCO that includes a LC device as a variable capacitor. Chapter VII is devoted to the study and characterization of microwave devices developed verifying proper operation within the limits prescribed. The thesis concludes with the chapter VIII dedicated to the most relevant conclusions and future work.
dc.format.mimetype application/pdf
dc.language.iso spa
dc.rights Atribución-NoComercial-SinDerivadas 3.0 España
dc.rights.uri http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/es/
dc.title Contribución al desarrollo de sensores y sistemas sintonizables eléctricamente basados en cristal líquido para aplicaciones en la industria aeroespacial
dc.type doctoralThesis
dc.type.review PeerReviewed
dc.subject.eciencia Ingeniería Industrial
dc.rights.accessRights openAccess
dc.contributor.departamento Universidad Carlos III de Madrid. Departamento de Tecnología Electrónica
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