Abstract: El contenido de esta tesis abarca el desarrollo y aplicacion de un sistema
multifrecuencia para la exploracion de los limites de concentracion de energia en el
fenomeno de sonoluminiscencia. Como parte del sistema multifrecuencia se incluye el
diseno de una etapa amplificadora de alta tension (V_out =100V_p ) y considerable ancho de
banda ( BW = 400kHz @ C_L = 2nF ) para la excitacion de los actuadores piezoelectricos.
Los algoritmos de procesamiento digital utilizados para el diseno del sistema
multifrecuencia incluyen la tecnica Lock in, filtros recursivos y moduladores Delta-
Sigma. La implementacion eficiente de las arquitecturas concurrentes asociadas a estos
algoritmos se realiza mediante la utilizacion de dispositivos de logica programable,
especificamente tecnologia FPGA (Field Programmable Gate Array). A partir de la
generacion de codigo HDL (Hardware Description Language) re-utilizable se propone
ademas la integracion de los modulos de procesamiento en un sistema lock in
multifrecuencia y multicanal orientado a aplicaciones del tipo ECISTM (Electric Cellsubstrate
Impedance Sensing, Applied BioPhysics) y EBIS (Electrical Bio Impedance
Sensing).
Las arquitecturas desarrolladas para el sistema lock in multicanal resultan escalables en
el numero de etapas lock in (firmware) y numero de canales analogicos de salida
(firmware/hardware). La implementacion de las arquitecturas propuestas muestra que
con la tecnologia de los dispositivos de logica programable disponible actualmente
(tecnologia CMOS de 90nm a 28nm ) es posible la implementacion de decenas de
modulos lock in y canales analogicos de salida en un unico dispositivo FPGA.
Para el estudio del campo acustico en sonoluminiscencia se propone un modelo
analitico del resonador esferico y se realiza una descripcion semi-analitica del sistema
resonador-burbuja. Los modelos propuestos permiten identifican los mecanismos
disipativos que determinan el factor de calidad del sistema resonante. Se analiza ademas
como la emision acustica de la burbuja sonoluminiscente y su interaccion con el
resonador esferico determinan la amplitud y fase relativa de las componentes armonicas
que conforman el campo acustico.
En los ultimos capitulos se presenta el analisis de los resultados obtenidos mediante la
aplicacion del sistema multifrecuencia en los experimentos de sonoluminiscencia
realizados con solucion acuosa de acido sulfurico. Los resultados obtenidos muestran
que la utilizacion de una excitacion bi-armonica constituye un mecanismo que posibilita
atrapar, e incluso estabilizar espacialmente, burbujas sonoluminiscentes en condiciones
de muy bajas concentraciones de gas disuelto en el liquido ( ≈1mbar ). Mediante la
utilizacion de una excitacion bi-armonica y ≈1mbar de xenon disuelto en solucion
acuosa de acido sulfurico al 85% en peso, se obtuvo un limite de ≈ 70kK para la
temperatura maxima del gas contenido en la burbuja sonoluminiscente. Este limite es
impuesto por la inestabilidad posicional causada por la componente de frecuencia
fundamental de la excitacion bi-armonica. Esta conclusion se obtuvo a partir del analisis
de las fuerzas hidrodinamicas que actuan sobre la burbuja. Las fuerzas hidrodinamicas
se calcularon a partir del modelo numerico para la dinamica del radio de la burbuja.
Luego, estas predicciones teoricas fueron validadas con los datos experimentales.