Τμήμα Φυσικής (ΜΔΕ)
Permanent URI for this collection
Browse
Recent Submissions
- ItemOpen AccessFractional-οrder shadow filters : design and implementation(2023-02-17)This M.Sc. Thesis has focused its interest, on the implementation of fractional-order shadow filters, a new family of filters, which provides the benefits of scaling and electronic control over the filters’ parameters. The design of such filters for control systems, and biological/biomedical applications is the core of this work. The first applications, which were related to filtering, were implemented with integer order filters. The need of improving the characteristics of these circuits introduced fractional-order filters. Initially, the filter’s characteristics are studied, with the ideal and approximate transfer functions being compared in the frequency domain. The approximation of Laplacian operator with rational polynomials is achieved, exploiting approximation techniques and specifically Oustaloup approximation method. Subsequently, using the aforementioned study as background, the concept of shadow filters is presented. The simplicity of the design procedure is important in terms of the cost and time spent to build such a filter. As the exploitation of fractional calculus in the branch of engineering is one of the recently developed research disciplines, there is no commercial production of fundamental elements that could directly build a fractional-order circuit. Towards this purpose, RC networks Cauer and Foster are utilized, which emulate the behavior of a fractional-order capacitor. Finally, the topologies of fractional-order shadow filters are imolemented, using Current Feedback Operational Amplifier, as basic active element. The theoretical analysis, as well as the approximation processes, for each case study are performed using the MATLAB software. The performance evaluation of the proposed circuits is based on simulation results obtained using the Cadence software and the Design Kit provided by the Austria Mikro Systeme (AMS) CMOS 0.35 μm technology process.
- ItemOpen AccessDetection of diseases in strawberries using machine learning techniques(2023)With the development of technology and automation in production processes comes man's need for further learning and research. This thesis focuses on the field of image analysis and pattern recognition. After an extensive theoretical analysis starting from the classical classification theory with reference also to the simple perceptron, which is a foundation stone for classifiers, passing through the texture analysis to extract and use it as a feature and the theory of mixtures of distributions and the EM (Expectation-Maximization) Algorithm, it concludes with a practical application. This is in the field of agriculture and the rapid development of the use of artificial intelligence (AI) in it and relates to disease identification in strawberries using machine learning techniques. For this reason there is a discussion of various strawberry diseases after the introduction of the topic. At the end, the experimental procedure and data are presented, and the thesis concludes with the findings and suggestions for future research.
- ItemOpen AccessΗ λειτουργία του γεωραντάρ ως αντίστροφο πρόβλημα(2023-02-22)Η παρούσα μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία πραγματεύεται τις αρχές λειτουργίας που διέπουν το Ραντάρ διείσδυσης εδάφους (GPR), μια τεχνική ηλεκτρομαγνητικής γεωφυσικής εξερεύνησης που χρησιμοποιείται για την ανίχνευση και την απεικόνιση δομών κάτω από την επιφάνεια της γης. Το έγγραφο καλύπτει διάφορα θέματα που σχετίζονται με το GPR, συμπεριλαμβανομένης της ηλεκτρομαγνητικής θεωρίας που διέπουν την αρχή λειτουργίας του συστήματος αυτού εντρυφώντας ιδιαίτερα στις εξισώσεις του Maxwell. Καλύπτει ακόμη μέρη που σχετίζονται με τις φυσικές ιδιότητες του GPR και των ιδιοτήτων των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.Καίριας σημασίας είναι η ανάπτυξη της λειτουργίας των οργάνων GPR με ιδιαίτερη ανάλυση να πραγματοποιείται στο σημαντικότερο μέρος του συστήματος, την κεραία, καθώς υπάρχουν πολλοί τύποι κεραιών αποτελούμενοι από ένα δίπολο, ή δύο αγώγιμα στοιχεία, που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία και λήψη ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Μερικά από τα θέματα που αναπτύσσονται στην εργασία είναι η σημασία των φυσικών ιδιοτήτων, η ανάμειξη υλικών, ο νόμος του Snell, η διασπορά της διάδοσης αφού η αντίθεση στην σύσταση των υλικών εδάφους είναι η αιτία της δημιουργίας των υπερβολικών αποκρίσεων που λαμβάνονται από τον δέκτη. Περιλαμβάνει επίσης αναλύσεις για την διαδικασία απόκτησης δεδομένων GPR με συσχέτιση, επεξεργασία στον τομέα των συχνοτήτων, δειγματοληψία στον τομέα του χρόνου και παρουσιάζει τη σημασία του εύρους σήματος και της δυναμικής περιοχής. Ακόμη, αναλύεται η διαδικασία της επεξεργασίας σήματοςκαι τα βασικά στοιχεία της επεξεργασίας σήματος σε πραγματικό χρόνο. Η μεταφορά από το πεδίο του χρόνου στο πεδίο των συχνοτήτων και το αντίστροφο, πραγματοποιώντας συνέλιξη και αποσυνέλιξη στα δεδομένα, καθιστούν το ραντάρ διείσδυσης εδάφους ως προσέγγιση αντίστροφου προβλήματος, ώστενα βρεθεί η καλύτερη δυνατή αναπαράστασητων υποεπιφανειακών πληροφοριών που να είναι συνεπείς με τα δεδομένα μέτρησης. Συνοπτικά, η παρούσα διπλωματική στοχεύει να αποτελεί έναν οδηγό προετοιμασίας για τους υποψήφιους χρήστες και τους λάτρεις του GPR και επιθυμεί να παρέχει μια ολοκληρωμένη κατανόηση των εφαρμογών και των αρχών της τεχνικής αυτής τόσο μέσω θεωρίας όσο και με παρουσίαση ορισμένων παραδειγμάτων απεικόνισης.
- ItemOpen AccessDesign of complementary non-integer power-law filters(2023-02-17)This M.Sc. Thesis deals with a novel concept that suggests a new way of implementing non integer-order complementary filters. An innovative approximation method is introduced based on fitfrd command of MATLAB, resulting on less complex integer-order rational transfer functions. This approach offers sufficiently accurate results and uses less active elements for the realization of the proposed filters, in contrast to the conventional methods. In particular, the design of a generalized core structure capable of implementing fractional-order, power-law and double-order low pass filters derived from a first order mother function are presented, as their complementary counterparts can be obtained from a modified version of the corresponding low pass filter. The proposed structure is implemented by utilizing the IFLF (Inverse-Follow-the-Leader-Feedback) multiple-feedback filter topology and using Operational Transconductance Amplifiers (OTAs) as active elements, taking advantage of the electronic tuning capability of their characteristics through appropriate dc bias currents. The selected OTAs design has a low power consumption and operates on low supply voltage, as the MOS transistors of the structure are set to be biased in the weak inversion region. The performance of the proposed scheme is verified through schematic and post-layout levels using Cadence software and the Design Kit provided by the Austria Mikro Systeme (AMS) 0.35 μm CMOS technology.
- ItemOpen AccessImplementation of fractional-order transfer functions using only capacitors(2023-02-17)Resistorless fractional-order filters can be implemented using active elements with behavior described by the transconductance parameter (gm), but this solution has the obstacle that is valid only under small-signal operation conditions. The aim of this M.Sc. Thesis is to demonstrate a novel concept for the implementation of resistorless fractional-order basic filters. This can be achieved because the impedance of a fractional-order capacitor is determined by both a “resistive” and a “capacitive” part. First of all a theoretical approach of fractional-order basic filter transfer functions is presented. In addition design examples of resistorless fractional-order filters, which are implemented with different active elements, is performed in this work. Some of these filter topologies have been experimentally tested using a CFOA as active element and a real fractional-order capacitor. Furthermore a CFOA circuit is introduced not only as schematic design but also as layout design, which have been used in order to simulate the aforementioned filter structures. The performance of the proposed filter topologies is verified through simulation results that have been extracted using Cadence and the Design kit provided by the Austria Mikro Systeme (AMS) 0.35μm CMOS technology process.