Christian Robert

Zeolitization of basalts in subaqueous freshwater settings: Field observations and experimental study

Abstract Zeolitization of volcanic flows was studied using both field observations and experimental investigations. Field observations show that basalt flows, located in two areas (Massif Central, France, and Cascade Range, USA) exhibit similar features of Zeolitization associated with the interaction between flow rocks and fresh water as well as the thermal history of the volcanic sheet. Results are reported of an experimental study which determined the conditions of hydrothermal crystallization under constant pressure (200 bars) in a thermal gradient at relatively low temperatures (140–200°C and 210–280°C). Two sets of experiments with two kinds of reactants (mineral and bulk rock) were conducted in sealed gold tubes containing deionized water (pH = 6.3) with a fluid/rock mass ratio of 10. The starting materials correspond to different types of alteration conditions: (1 ) a phillipsite plus kaolinite assemblage which represents the chemical limited system SiO 2 -Al 2 O 3 -CaO-K 2 O-H 2 O, (2) an alkaline basalt and (3) an obsidian. Two phenomena were found to depend upon the thermal gradient: a parallel distribution of minerals implying local equilibria and a nonparallel phenomenon implying an irreversible process (dissolutioncrystallization) controlling the succession of crystallization. Field and experimental data demonstrated that Zeolitization resulted from the combined effects of an initial thermal gradient between the base and the interior of the flow and its cooling history.

A low-power, low data-rate, Ultra-wideband receiver architecture for indoor wireless systems

In this paper, a novel architecture for a low data-rate, low power consumption Impulse Radio (IR) Ultra-Wideband (UWB) receiver is presented in which the received UWB signal is downconverted to a given intermediate frequency (IF) rather than at baseband. This way, the requirement to implement two separate paths for the in-phase and the quadrature components is removed and the power consumption can be reduced. From the IF, the signal is converted to the digital domain by a set of 24 Redundant Signed Digit (RSD) Analog to Digital Converters (ADCs) working at the pulse repetition rate. The digitized signal is then correlated with a predefined template prior to be fed to the bit detector. The trade-offs for the selection of the IF are highlighted and the BER performance of the proposed receiver is evaluated using simulations in 802.15.3a multipath channels. The expected power consumption for the implementation of the receiver using a CMOS process is also provided.

Design of an integrated thermoelectric generator power converter for ultra-low power and low voltage body energy harvesters aimed at ExG active electrodes

This paper describes a detailed design procedure for an efficient thermal body energy harvesting integrated power converter. The procedure is based on the examination of power loss and power transfer in a converter for a self-powered medical device. The efficiency limit for the system is derived and the converter is optimized for the worst case scenario. All optimum system parameters are calculated respecting the transducer constraints and the application form factor. Circuit blocks including pulse generators are implemented based on the system specifications and optimized converter working frequency. At this working condition, it has been demonstrated that the wide area capacitor of the voltage doubler, which provides high voltage switch gating, can be eliminated at the expense of wider switches. With this method, measurements show that 54% efficiency is achieved for just a 20 mV transducer output voltage and 30% of the chip area is saved. The entire electronic board can fit in one EEG or ECG electrode, and the electronic system can convert the electrode to an active electrode.

Path-Loss and Car-Body-Effect Characterization for Smart Tires Communications at UWB and ISM Bands

Next generation of smart tires will improve the safety and stability of the vehicle by monitoring road parameters, such as pavement and rolling conditions, with sensors placed on tire surface. Between the tread and the metal belt of the tire there are only few millimeters of rubber, therefore high miniaturization is necessary to withstand at the extremely high accelerations and to fit in this very limited room. Such kind of miniaturization poses huge limitations on antenna efficiency and available power likely provided by energy scavengers. Therefore, the optimization of the wireless power budget is crucial and it passes through the study of the communication channel. This paper presents a characterization setup that measures the path-loss from the tire surface to the inside of the car where the standard RF receivers, such as RKE at 434 MHz and Bluetooth at 2.4 GHz, are usually located. A calibration procedure has been employed in order to de-embed car-body-effects from the overall path-loss. Moreover, a 4.1 GHz UWB radio has also been considered in this study motivated by the extremely low-power consumption reached by UWB transmitters. The measurement results reflect a complex propagation environment where the car body attenuation plays a marginal role. Instead, the antenna pattern and the reflections from the environment cause the largest attenuation. Moreover, the observed link budget margin is larger and more suitable for implementation within the ISM bands than for the UWB band.

Piezoelectric Actuators Characterization

This paper describes a system to drive piezoelectric actuators over more than one decade of voltages and one octave of frequencies, in order to perform high-speed complex impedance characterization at a user chosen voltage excitation level. This characterization provides information about electrical and mechanical characteristics of the device under tests. An electronic board was developed and components were chosen in order to provide high voltages. Optimized algorithms were implemented into a DSP to insure high accuracy measurements of impedance and phase of the load and to minimize process time.

Deformation von Gesteinen

Einfach ausgedruckt ist die Gesteinsdeformation oder -verformung ein Prozess, in dessen Verlauf eine auf einen geologischen Korper ausgeubte Kraft diesen Korper in seiner Form verandert. Dabei entstehen sowohl lokale geologische Strukturen wie Falten und Bruche als auch die aus Plattenbewegungen resultierenden grostektonischen Phanomene wie Gebirge und Ozeane. Durch Deformation entstandene Strukturen kommen in allen Grosenordnungen vor und sind so allgemeiner Bestandteil beim Aufbau des Planeten. Tatsachlich ist Deformation ein sehr komplexes, eng mit Metamorphose verknupftes Phanomen, da neben den rein geometrischen Effekten auch Temperatur- und Druckbedingungen eine entscheidende Rolle spielen. Weitere masgebende Parameter sind die Zusammensetzung, Variabilitat oder Einheitlichkeit der physikalischen Eigenschaften im Raum (Anisotropie oder Isotropie des Materials), Menge und Art der vorhandenen Fluide. Die Interaktion dieser Parameter bestimmt, ob die Deformation kontinuierlich (duktil) oder diskontinuierlich (sprode) ist. Die Art der Deformation ist daher der Grund fur die Vielzahl von verschiedenen Strukturen, die innerhalb der Kontinentalplatten, aber vor allem an deren Randern auftreten. Durch die Untersuchung dieser Strukturen und der sie begleitenden Phanomene konnen eine Deformationsgeschichte hergeleitet und die eine Region masgeblich gestaltende chronologische Abfolge von Ereignissen rekonstruiert werden.

Die junge Erde: Entstehung und Entwicklung des Planeten

Die Ergebnisse der neuesten Forschungen der Planetologie haben gezeigt, dass die Erde und die anderen Planeten des Sonnensystems als Ergebnisse gemeinsamer physikalischer Prozesse betrachtet werden konnen. Diese liefen gleichzeitig in sehr kleinen und sehr grosen Masstaben ab und stellen den Ursprung unterschiedlichster kosmischer Phanomene dar. Nach diesem Ansatz wird die Geschichte der Erde im weiteren Rahmen des Universums beschrieben. Dennoch weist die Erde innerhalb unseres Sonnensystems eine Anzahl von Besonderheiten auf. Sie ist seit einer Milliarde Jahren der einzige Planet mit einem stabilen Klima und flussigem Wasser. Dieses Wasser ermoglichte die Entstehung des Lebens. Auch wenn der Mars wahrend seiner Entwicklung anscheinend eine erdahnliche Phase durchlief, scheint dennoch kein anderer Planet die notigen Voraussetzungen fur das Auftreten von Leben aufgewiesen zu haben. Wie entstand die Erde und welche physikalischen Prozesse kennzeichnen ihre Entwicklung zu einem bewohnbaren Planeten uber einen derartig langen Zeitraum?

Die Zeit in der Geologie

Das klassische Verstandnis der Zeit, das sich in der Bewegung der Zeiger einer Uhr manifestiert, verleitet uns dazu, sie als eine Reihe eng aufeinanderfolgender Momente zu begreifen. So erscheint uns die Zeit als die Aufzeichnung eines immerwahrenden Ablaufs von Ereignissen. In der Physik wird sie als eine eindimensionale Variable dargestellt, die (wenn auch nicht im mikroskopischen Rahmen) zumindest im makroskopischen Rahmen durch ihre Irreversibilitat charakterisiert ist. Die Entdeckung dieser Irreversibilitat steht mit der Formulierung des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik (Carnot-Prinzip) in Zusammenhang und kennzeichnet die Asymmetrie zwischen Vergangenheit und Zukunft.

Bedingungen für die Stabilität von Mineralen

Da ein Mineral ein naturlicher Feststoff ist, der aus regelmasig angeordneten Atomen oder Ionen besteht, stellt die Ordnung auf atomarer Ebene ein grundlegendes Unterscheidungsmerkmal zwischen dem festen kristallinen Zustand einerseits und dem gasformigen bzw. flussigen Zustand andererseits dar. Im gasformigen Zustand konnen sich Atome und Molekule frei bewegen und nehmen somit eine quasi chaotische Struktur an. Der flussige Zustand stellt eine Zwischenform dar, die Atome beginnen sich in Gruppen anzuordnen, wobei sich eine erste Ordnung innerhalb der Struktur abzeichnet. Das Verhalten der drei Aggregatzustande der Materie in Abhangigkeit von den auseren physikalischen Parametern Druck und Temperatur wird ublicherweise in sogenannten „Phasendiagrammen“ dargestellt. Ein Mineral ist ein Produkt chemischer Reaktionen oder polymorpher Transformationen. Dabei sollten wir uns bewusst sein, dass ein Mineral selten innerhalb seines Stabilitatsbereichs auskristallisiert und sich deshalb in einem chemischen Ungleichgewicht befindet. Die Geschwindigkeit der dabei ablaufenden Reaktionen stellt einen entscheidenden Parameter dar. Eine niedrige Reaktionsgeschwindigkeit bei der Abkuhlung erhoht zum Beispiel die Bestandigkeit von normalerweise nur bei hohen Temperaturen stabilen Mineralen auch bei Umgebungstemperaturen. Somit befindet sich nur ein geringer Teil der an der Erdoberflache gefundenen Minerale in einem ausgeglichenen chemischen Zustand. Dieses Phanomen ermoglicht den Petrologen, die physikalischen Bildungsbedingungen der Gesteine durch experimentelle und theoretische Studien zu analysieren.

Design of an Integrated Thermoelectric Generator Power Converter for Ultra-Low Power and Low Voltage Body Energy Harvesters aimed at EEG/ECG Active Electrodes

This paper describes a design procedure for an efficient body thermal energy harvesting integrated power converter. This procedure is based on loss examination for a self-powered medical device. All optimum system parameters are calculated respecting the transducer constraints and the application form factor. It is found that it is possible to optimize converters working frequency with proper design of its pulse generator circuit. At selected frequency, it has been demonstrated that wide area voltage doubler can be eliminated at the expense of wider switches. With this method, more than 60% efficiency is achieved in simulation for just 20mV transducer output voltage and 30% of entire chip area is saved.