Reading Development During Elementary School Years. Evidence from Eye Movements

The present dissertation examined reading development during elementary school years by means of eye movement tracking. Three different but related issues in this field were assessed. First of all, the development of parafoveal processing skills in reading was investigated. Second, it was assessed whether and to what extent sublexical units such as syllables and morphemes are used in processing Finnish words and whether the use of these sublexical units changes as a function of reading proficiency. Finally, the developmental trend in the speed of visual information extraction during reading was examined. With regard to parafoveal processing skills, it was shown that 2nd graders extract letter identity information approx. 5 characters to the right of fixation, 4th graders approx. 7 characters to the right of fixation, and 6th graders and adults approx. 9 characters to the right of fixation. Furthermore, it was shown that all age groups extract more parafoveal information within compound words than across adjectivenoun pairs of similar length. In compounds, parafoveal word information can be extracted in parallel with foveal word information, if the compound in question is of high frequency. With regard to the use of sublexical units in Finnish word processing, it was shown that less proficient 2nd graders use both syllables and morphemes in the course of lexical access. More proficient 2nd graders as well as older readers seem to process words more holistically. Finally, it was shown that 60 ms is enough for 4th graders and adults to extract visual information from both 4-letter and 8-letter words, whereas 2nd graders clearly needed more than 60 ms to extract all information from 8- letter words for processing to proceed smoothly. The present dissertation demonstrates that Finnish 2nd graders develop their reading skills rapidly and are already at an adult level in some aspects of reading. This is not to say that there are no differences between less proficient (e.g., 2nd graders) and more proficient readers (e.g., adults) but in some respects it seems that the visual system used in extracting information from the text is matured by the 2nd grade. Furthermore, the present dissertation demonstrates that the allocation of attention in reading depends much on textual properties such as word frequency and whether words are spatially unified (as in compounds) or not. This flexibility of the attentional system naturally needs to be captured in word processing models. Finally, individual differences within age groups are quite substantial but it seems that by the end of the 2nd grade practically all Finnish children have reached a reasonable level of reading proficiency.

Galvaanisen erotuksen toteuttaminen tasavirtasähkönjakelun asiakaspäätelaitteessa

Suomessa sähkönjakeluverkon pääasialliset jännitetasot ovat 20 kV ja 400 V. 20 kV jännitetasolla sähkö viedään lähelle kuluttajia ja muunnetaan pienemmäksi lähellä asiakkaita. Haittapuolena on se, että 20 kV avojohtosähkönsiirtoverkko on hyvin vika-altis ja usein yhden haaran vikaantuessa monta muutakin jää ilman sähköä. Lisäksi hintavien ja suurien jakelumuuntajien määrä on suuri. Vaihtoehtona on toteuttaa osa sähkönjakelusta tasajännitteellä, jolloin tehollinen pienjännite olisi 400 V:a suurempi. Tällöin sähköä voitaisiin siirtää pidempiä matkoja ilman, että asiakaskohtaisia tai muutaman asiakkaan kattavia 20 kV siirtolinjoja tarvitsisi käyttää. Tämä edellyttää vaihtosuuntauksen toteuttamista kuluttajan päässä. Tässä työssä esiteltävällä 1 kVA:n tehoisella vaihtosuuntaajalla muodostetaan tasasähköjakeluverkosta saatavasta 750 V tasasähköstä yksivaiheista (230 VRMS, 50 Hz) verkkojännitettä. Laite on suunniteltu toteuttamaan galvaaninen erotus mahdollisimman hyvällä hyötysuhteella. Suurtaajuusmuuntajan mitoitus mahdollisimman hyvälle hyötysuhteelle on haastava tehtävä, koska vaatimuksia sille asettavat sekä syöttävä resonanssikonvertteri että syötettävä syklokonvertteri. Mitoituksessa on pyrittävä löytämään mahdollisimman hyvä hyötysuhde kustannusten ja toteutettavuuden suhteen.

Automatisoidun kaupankäynnin vaikutukset markkinatehokkuuteen

Tutkielmassa selvitettiin algoritmisen kaupankäynnin vaikutuksia markkinatehokkuuteen. Se toteutettiin kirjallisuuskatsauksena tuoreimmista tutkimuksista. Aluksi esitellään algoritmisten kaupankäyntijärjestelmien rakenne ja tapa toimia, jonka jälkeen aiemmat tutkimukset käydään läpi. Tulokset osoittavat, että algoritminen kaupankäynti on parantanut markkinatehokkuutta hinnanmuodostuksen ja likviditeetin osalta. Merkittäviä negatiivisia vaikutuksia ei huomattu.

Intrapartum hypoxia and power spectral analysis of fetal heart rate variability

Reliable detection of intrapartum fetal acidosis is crucial for preventing morbidity. Hypoxia-related changes of fetal heart rate variability (FHRV) are controlled by the autonomic nervous system. Subtle changes in FHRV that cannot be identified by inspection can be detected and quantified by power spectral analysis. Sympathetic activity relates to low-frequency FHRV and parasympathetic activity to both low- and high-frequency FHRV. The aim was to study whether intra partum fetal acidosis can be detected by analyzing spectral powers of FHRV, and whether spectral powers associate with hypoxia-induced changes in the fetal electrocardiogram and with the pH of fetal blood samples taken intrapartum. The FHRV of 817 R-R interval recordings, collected as a part of European multicenter studies, were analyzed. Acidosis was defined as cord pH ≤ 7.05 or scalp pH ≤ 7.20, and metabolic acidosis as cord pH ≤ 7.05 and base deficit ≥ 12 mmol/l. Intrapartum hypoxia increased the spectral powers of FHRV. As fetal acidosis deepened, FHRV decreased: fetuses with significant birth acidosis had, after an initial increase, a drop in spectral powers near delivery, suggesting a breakdown of fetal compensation. Furthermore, a change in excess of 30% of the low-to-high frequency ratio of FHRV was associated with fetal metabolic acidosis. The results suggest that a decrease in the spectral powers of FHRV signals concern for fetal wellbeing. A single measure alone cannot be used to reveal fetal hypoxia since the spectral powers vary widely intra-individually. With technical developments, continuous assessment of intra-individual changes in spectral powers of FHRV might aid in the detection of fetal compromise due to hypoxia.

Tasasähkönjakeluverkon vaihtosuuntaajan pulssintiheysmoduloidun pääteasteen ja prototyypin toteutus

Työssä esiteltävä laite on osa DC-AC hakkuria, jolla muodostetaan 750 V tasajännitteestä yksivaiheista (230 VRMS, 50 Hz) galvaanisesti erotettua verkkojännitettä. Tasajännite muunnetaan resonanssikonvertterilla korkeataajuiseksi vaihtojännitteeksi, joka johdetaan erotusmuuntajaan. Galvaanisen erotuksen jälkeen korkeataajuisesta vaihtojännitteestä muodostetaan suoraan verkkotaajuista vaihtojännitettä työssä esiteltävällä syklokonvertterilla. Suunnittelussa on pyritty minimoimaan häviöt mahdollisimman tarkkaan, jotta laite olisi kilpailukykyinen ei-galvaanisesti erottavien konverttereiden kanssa. Tämä on toteutettu käyttämällä mahdollisimman vähän komponentteja virran kulkureitillä sekä soveltamalla pehmeää kytkentää kaikissa tilanteissa. Lopuksi esitellään prototyyppi, jonka tarkoitus oli selvittää laitteen toiminta ja ongelmakohdat käytännössä.

Kiteen mekaanisten värähtelyjen vaimentaminen takaisinkytkennällä

Pulseri on laite, joka tuottaa noin 10 MHz:n taajuudella olevan sähköisen pulssin, joka ohjataan kiteeseen. Kide lähettää korkeataajuuksisen ääniaallon ja toimii samalla vastaanottimena kaikuna heijastuneille ääniaalloille. Kide ja membraanikalvo ovat vedessä. Ääniaalto heijastuu takaisin suodatusmembraanikalvosta, jolla on tarkoitus erotella epäpuhtauksia. Membraanikalvo ja kide ovat millimetrin etäisyydellä toisistaan ja ääniaalloilla kestää noin 1,3 mikrosekuntia kulkea kiteestä membraanikalvon pinnalle ja siitä kaikuna takaisin kiteeseen. Saadaksemme luotettavia tuloksia ääniaallon kulkuajasta, kiteen tulee olla värähtelemättömässä tilassa silloin, kun kaikuna palaava pulssi saapuu takaisin. Työssä keskitytään kiteen vaimentamiseen mahdollisimman nopeasti lähetetyn pulssin jälkeen ja siihen liittyviin ongelmiin.

Power-line-communication-based data transmission concept for an LVDC electricity distribution network – Analysis and implementation

Communications play a key role in modern smart grids. New functionalities that make the grids ‘smart’ require the communication network to function properly. Data transmission between intelligent electric devices (IEDs) in the rectifier and the customer-end inverters (CEIs) used for power conversion is also required in the smart grid concept of the low-voltage direct current (LVDC) distribution network. Smart grid applications, such as smart metering, demand side management (DSM), and grid protection applied with communications are all installed in the LVDC system. Thus, besides remote connection to the databases of the grid operators, a local communication network in the LVDC network is needed. One solution applied to implement the communication medium in power distribution grids is power line communication (PLC). There are power cables in the distribution grids, and hence, they may be applied as a communication channel for the distribution-level data. This doctoral thesis proposes an IP-based high-frequency (HF) band PLC data transmission concept for the LVDC network. A general method to implement the Ethernet-based PLC concept between the public distribution rectifier and the customerend inverters in the LVDC grid is introduced. Low-voltage cables are studied as the communication channel in the frequency band of 100 kHz–30 MHz. The communication channel characteristics and the noise in the channel are described. All individual components in the channel are presented in detail, and a channel model, comprising models for each channel component is developed and verified by measurements. The channel noise is also studied by measurements. Theoretical signalto- noise ratio (SNR) and channel capacity analyses and practical data transmission tests are carried out to evaluate the applicability of the PLC concept against the requirements set by the smart grid applications in the LVDC system. The main results concerning the applicability of the PLC concept and its limitations are presented, and suggestion for future research proposed.

Aktiivisen verkkosillan tuottaman yhteismuotoisen jännitteen vaimentaminen kaksitasoisessa, jännitevälipiirillisessä, taajuusmuuttajatopologiassa

Pulssinleveysmoduloidun vaihtosuuntaajan hyötysuhteen parantaminen ja kytkentätaajuuden suurentaminen ovat johtaneet lähtöjännitteen suuritaajuiseen taajuussisältöön kaksitasoisessa, jännitevälipiirillisessä taajuusmuuttajatopologiassa. Kasvava tarve siirtää tehoa myös verkkoon päin on lisännyt aktiivisen verkkosillan käyttöä. Kaksitasoisen aktiivisen verkkosillan vaikutuksesta DC-välipiirin keskipisteen ja kolmivaiheisen kuorman tähtipisteen välinen jännite on nollasta poikkeava aiheuttaen suurentuneen yhteismuotoisen jännitteen taajuusmuuttajan lähtöön ja verkon puolelle. Lisäksi yhteismuotoisten jännitteiden aiheuttamat kytkentätaajuiset häiriövirrat voivat aiheuttaa vikavirtasuojien tahatonta laukeamista, vaikeuttaa EMC-standardien vaatimusten täyttämistä, lisätä moottorin käämieristyksien rasitusta ja mahdollisuutta moottorin laakerivaurioille. Diplomityössä tutkitaan aktiivisen ja passiivisen verkkosillan tuottamaa yhteismuotoista jännitettä simuloinneilla. Esitellään aikaisempaa tutkimustietoa yhteismuotoisen jännitteen ja virran vaimennusratkaisuista aktiivista verkkosiltaa käytettäessä. Tutkimustiedon pohjalta suunnitellaan koelaitteistolle soveltuva suodin. Suotimen toiminta testataan simuloinnein sekä kokeellisin mittauksin. Tehdyt mittaukset osoittavat, että suunniteltu suodin vaimentaa yhteismuotoista jännitettä noin 20 dB verkkosillan kytkentätaajuudella ja tämän jälkeen yli 20 dB/dekadi taajuuteen 100 kHz asti. Lisäksi yhteismuotoisen virran suuruus syöttökaapelin kautta pieneni ehdotetun suotimen vaikutuksesta.

Pituussuunnassa hitsatun rakenneputken väsymislujuus HF –hitsausta käytettäessä

Tässä diplomityössä määritettiin pituussuunnassa hitsatun rakenneputken väsymislujuus HF –hitsausta käytettäessä. Työn tavoitteena oli vertailla eri jälkikäsittelyjen ja kahden eri materiaalin vaikutusta väsymislujuuteen. Materiaaleina kokeissa oli Ruukki double grade ja Optim 700 Plus MH. Eurokoodi 3 ja IIW määrittelee kiinnityshitseille väsymiskestävyysluokaksi 125-140, kun SN -käyrän kaltevuus, m = 3. Koetuloksia vertailtiin näihin valmiiksi määriteltyihin väsymiskestävyysluokkiin. Ruukki Metals Oy toimitti koemateriaalin kahdenlaisia väsytyskokeita varten, joiden avulla väsymislujuus voitiin määrittää. Ensimmäinen koe suoritettiin värähtelyllä hyödyntäen rakenneputken ominaistaajuutta, jolloin kuormituksen rajajännityssuhde on -1. Toinen väsytyskoe suoritettiin rakenneputkista leikatuille väsytyssauvoille, missä pituussuuntainen HF –hitsi on keskellä sauvaa. Tämä väsytyskoe suoritettiin vetotykytyksellä rajajännityssuhteella 0,1. Väsytyskokeissa havaittiin, että kiinnityshitsi täyttää sille asetetut vaatimukset, koska murtumat tapahtuivat perusaineesta. Tällöin koetuloksia vertaillaan Eurokoodi 3:n perusaineen väsymisluokkaan 160, SN -käyrän kaltevuudella m = 5. Kaikkien koetulosten väsymiskestävyysluokan keskiarvoksi saatiin 185 95 %:n todennäköisyydellä. Tutkimuksessa saatiin arvokasta tietoa kahden eri materiaalin väsymislujuudesta. Materiaalilla ei kuitenkaan havaittu vaikutusta lujuuteen. Eri jälkikäsittelyt eli juuren puolen metallipurseen höyläys tai pituussuuntaisen hitsisauman hehkutus eivät vaikuttaneet väsymislujuuteen. Kokeissa väsymismurtuma ydintyi rakenneputken pinnalta olevista alkuvioista, joten putkien käsittelyä valmistuksen jälkeen voitaisiin parantaa.

Changing teachers´ practices in regular schools enrolling children with visual impairment

The number of persons with visual impairment in Tanzania is estimated to over 1.6 million. About half a million of these persons are children aged 7-13. Only about 1% of these children are enrolled in schools. The special schools and units are too few and in most cases they are far away from the children’s homes. More and more regular schools are enrolling children with visual impairment, but the schools lack financial resources, tactile teaching materials and trained special education teachers. Children with visual impairment enrolled in regular schools seldom get enough support and often fail in examinations. The general aim of this study was to contribute to increased knowledge and understanding about how teachers can change their teaching practices and thus facilitate the learning of children with visual impairment included in regular classrooms as they participate in an action research project. The project was conducted in a primary school in a poor rural region with a high frequency of blindness and visual impairment. The school was poorly resourced and the average number of pupils per class was 90. The teachers who participated in the collaborative action research project were the 14 teachers who taught blind or visually impaired pupils in grades 4 and 6, in total 6 pupils. The action research project was conducted during a period of 6 months and was carried out in five cycles. The teachers were actively involved in all the project activities; identifying challenges, planning solutions, producing teaching materials, reflecting on outcomes, collaborating and evaluating. Empirical data was collected with questionnaires, interviews, observations and focus group discussions. The findings of the study show that the teachers managed to change their teaching practices through systematic reflection, analysis and collaboration. The teachers produced a variety of tactile teaching materials, which facilitated the learning of the pupils with visual impairment. The pupils learned better and felt more included in the regular classes. The teachers gained new knowledge and skills. They grew professionally and started to collaborate with each other. The study contributes to new knowledge of how collaborative action research can be conducted in the area of special education in a Tanzanian school context. The study has also relevance to the planning of school-based professional development programs and teacher education programs in Tanzania and in other low-income countries. The results also point at strategies which can promote inclusion of children with disabilities in regular schools.

Aircraft tracking and classification with vhf passive bistatic radar

Since the times preceding the Second World War the subject of aircraft tracking has been a core interest to both military and non-military aviation. During subsequent years both technology and configuration of the radars allowed the users to deploy it in numerous fields, such as over-the-horizon radar, ballistic missile early warning systems or forward scatter fences. The latter one was arranged in a bistatic configuration. The bistatic radar has continuously re-emerged over the last eighty years for its intriguing capabilities and challenging configuration and formulation. The bistatic radar arrangement is used as the basis of all the analyzes presented in this work. The aircraft tracking method of VHF Doppler-only information, developed in the first part of this study, is solely based on Doppler frequency readings in relation to time instances of their appearance. The corresponding inverse problem is solved by utilising a multistatic radar scenario with two receivers and one transmitter and using their frequency readings as a base for aircraft trajectory estimation. The quality of the resulting trajectory is then compared with ground-truth information based on ADS-B data. The second part of the study deals with the developement of a method for instantaneous Doppler curve extraction from within a VHF time-frequency representation of the transmitted signal, with a three receivers and one transmitter configuration, based on a priori knowledge of the probability density function of the first order derivative of the Doppler shift, and on a system of blocks for identifying, classifying and predicting the Doppler signal. The extraction capabilities of this set-up are tested with a recorded TV signal and simulated synthetic spectrograms. Further analyzes are devoted to more comprehensive testing of the capabilities of the extraction method. Besides testing the method, the classification of aircraft is performed on the extracted Bistatic Radar Cross Section profiles and the correlation between them for different types of aircraft. In order to properly estimate the profiles, the ADS-B aircraft location information is adjusted based on extracted Doppler frequency and then used for Bistatic Radar Cross Section estimation. The classification is based on seven types of aircraft grouped by their size into three classes.

Sotilassovelluksissa käytettävät vaimenemismallit VHF-taajuusalueella

Radioaalloilla on rajallinen kantama. Tämän kantaman rajallisuus johtuu radioaaltojen vaimenemisesta yhteysvälillä etäisyyden ja esteiden vaikutuksesta. VHF-taajuusalueella (30–300 MHz) radioaaltojen eteneminen tapahtuu pääosin näköyhteysreittiä, minkä vuoksi niiden vaimenemista pystytään ennustamaan tyydyttävällä tarkkuudella. Vaimenemisen ennustamiseen on käytössä kehittyneitä ohjelmistosovelluksia, kuten ranskalainen HTZ re -ohjelmisto, mutta yleisluontoinen työväline karkeaan mallintamiseen puuttuu. Tutkielmassa selvitetään kirjallisuuskatsauksen avulla mitkä ulkoiset tekijät vaikuttavat VHF-vastaanottimelle saapuvan signaalin voimakkuuteen, esitellään radioaaltojen etenemiseen liittyviä peruskäsitteitä sekä kuvataan esimerkki mahdollisuudesta yksinkertaisella tavalla mallintaa yhteysväli maastokartan perusteella. Tutkielmassa esitetään valikoitu määrä sotilassovelluksissa käytettyjä yleisimpiä vaimenemismalleja kuten vapaan tilan eteneminen, kahden säteen eteneminen sekä esteiden vaimennuksen ennustamiseen käytettävä veitsenterämalli. Lisäksi esitetään yleisimpiä yhteysvälin kokonaisvaimenemisen ennustamiseen käytettyjä laskentametodeja kuten Kansainvälisen televiestintäliiton (ITU) diffraktiomalli ja HTZ Warfare -ohjelmistoon varta vasten luotu ns. Fresnelin metodi. Tutkielmassa kuvataan matemaattisen mallinnuksen ja kolmen laskuesimerkin avulla, kuinka vertailuun valikoidut kokonaisvaimenemisen ennustamismetodit tuottavat toisistaan poikkeavia arvioita sekä selvitetään, mistä nämä erot johtuvat. Laskuesimerkkien tulosten perusteella havaittiin eri laskentametodien tuottavan suuresti toisistaan poikkeavia ennusteita. Tämä johtuu muun muassa mallien erilaisista painotuksista antennien korkeuden huomioimisessa sekä erilaisesta tavasta käsitellä yhteysvälin esteitä. Samassa yhteydessä havaittiin, että mikään vertailluissa malleista ei itsessään ota huomioon taajuuden nostamisen aiheuttamaa kasvuston vaimennuksen kasvamista. Kirjallisuuskatsauksen perusteella ITU:n suositusasiakirjoilla on vakiintunut asema vaimenemisen mallintamisessa ja niitä hyödyntäessään käyttäjällä on tukenaan laajan tiedeyhteisön vertaisarvioitu tutkimus. Myös HTZ Warfare -ohjelmiston Fresnelin metodin on yksittäisissä Suomessa suoritetuissa mittaustutkimuksissa havaittu tuottavan hyviä tuloksia. Kokonaisuudessaan tutkielmassa havaittiin, että yksi malli ei sovellu kaikkeen. Tämän vuoksi mallinnusta suorittavan on syytä tuntea erilaisten mallien toimintaperiaatteet ja niistä aiheutuvat mahdolliset rajoitteet. Ymmärryksen lisäämisen ohella yksinkertaisten mallien tunteminen mahdollistaa niiden soveltamisen toimintaolosuhteissa, joissa varsinaisia mallinnusohjelmistoja ei jostain syystä ole käytettävissä. Työn ohessa esitetty taulukkolaskentapohja ohjaa käyttäjäänsä ja mahdollistaa yksinkertaisten vaimenemismallien avulla laskemisen maastokartan tarjoamilla pohjatiedoilla. Taulukkolaskentasovellus sisältyy tutkielman CD-ROM-julkaisuun.