Monitoring of crystallization processes by using infrared spectroscopy and multivariate methods

Väitöstutkimuksessa on tarkasteltuinfrapunaspektroskopian ja monimuuttujaisten aineistonkäsittelymenetelmien soveltamista kiteytysprosessin monitoroinnissa ja kidemäisen tuotteen analysoinnissa. Parhaillaan kiteytysprosessitutkimuksessa maailmanlaajuisesti tutkitaan intensiivisesti erilaisten mittausmenetelmien soveltamista kiteytysprosessin ilmiöidenjatkuvaan mittaamiseen niin nestefaasista kuin syntyvistä kiteistäkin. Lisäksi tuotteen karakterisointi on välttämätöntä tuotteen laadun varmistamiseksi. Erityisesti lääkeaineiden valmistuksessa kiinnostusta tämäntyyppiseen tutkimukseen edistää Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkeaineviraston (FDA) prosessianalyyttisiintekniikoihin (PAT) liittyvä ohjeistus, jossa määritellään laajasti vaatimukset lääkeaineiden valmistuksessa ja tuotteen karakterisoinnissa tarvittaville mittauksille turvallisten valmistusprosessien takaamiseksi. Jäähdytyskiteytyson erityisesti lääketeollisuudessa paljon käytetty erotusmenetelmä kiinteän raakatuotteen puhdistuksessa. Menetelmässä puhdistettava kiinteä raaka-aine liuotetaan sopivaan liuottimeen suhteellisen korkeassa lämpötilassa. Puhdistettavan aineen liukoisuus käytettävään liuottimeen laskee lämpötilan laskiessa, joten systeemiä jäähdytettäessä liuenneen aineen konsentraatio prosessissa ylittää liukoisuuskonsentraation. Tällaiseen ylikylläiseen systeemiin pyrkii muodostumaan uusia kiteitä tai olemassa olevat kiteet kasvavat. Ylikylläisyys on yksi tärkeimmistä kidetuotteen laatuun vaikuttavista tekijöistä. Jäähdytyskiteytyksessä syntyvän tuotteen ominaisuuksiin voidaan vaikuttaa mm. liuottimen valinnalla, jäähdytyprofiililla ja sekoituksella. Lisäksi kiteytysprosessin käynnistymisvaihe eli ensimmäisten kiteiden muodostumishetki vaikuttaa tuotteen ominaisuuksiin. Kidemäisen tuotteen laatu määritellään kiteiden keskimääräisen koon, koko- ja muotojakaumansekä puhtauden perusteella. Lääketeollisuudessa on usein vaatimuksena, että tuote edustaa tiettyä polymorfimuotoa, mikä tarkoittaa molekyylien kykyä järjestäytyä kidehilassa usealla eri tavalla. Edellä mainitut ominaisuudet vaikuttavat tuotteen jatkokäsiteltävyyteen, kuten mm. suodattuvuuteen, jauhautuvuuteen ja tabletoitavuuteen. Lisäksi polymorfiamuodolla on vaikutusta moniin tuotteen käytettävyysominaisuuksiin, kuten esim. lääkeaineen liukenemisnopeuteen elimistössä. Väitöstyössä on tutkittu sulfatiatsolin jäähdytyskiteytystä käyttäen useita eri liuotinseoksia ja jäähdytysprofiileja sekä tarkasteltu näiden tekijöiden vaikutustatuotteen laatuominaisuuksiin. Infrapunaspektroskopia on laajalti kemian alan tutkimuksissa sovellettava menetelmä. Siinä mitataan tutkittavan näytteenmolekyylien värähtelyjen aiheuttamia spektrimuutoksia IR alueella. Tutkimuksessa prosessinaikaiset mittaukset toteutettiin in-situ reaktoriin sijoitettavalla uppoanturilla käyttäen vaimennettuun kokonaisheijastukseen (ATR) perustuvaa Fourier muunnettua infrapuna (FTIR) spektroskopiaa. Jauhemaiset näytteet mitattiin off-line diffuusioheijastukseen (DRIFT) perustuvalla FTIR spektroskopialla. Monimuuttujamenetelmillä (kemometria) voidaan useita satoja, jopa tuhansia muuttujia käsittävä spektridata jalostaa kvalitatiiviseksi (laadulliseksi) tai kvantitatiiviseksi (määrälliseksi) prosessia kuvaavaksi informaatioksi. Väitöstyössä tarkasteltiin laajasti erilaisten monimuuttujamenetelmien soveltamista mahdollisimman monipuolisen prosessia kuvaavan informaation saamiseksi mitatusta spektriaineistosta. Väitöstyön tuloksena on ehdotettu kalibrointirutiini liuenneen aineen konsentraation ja edelleen ylikylläisyystason mittaamiseksi kiteytysprosessin aikana. Kalibrointirutiinin kehittämiseen kuuluivat aineiston hyvyyden tarkastelumenetelmät, aineiston esikäsittelymenetelmät, varsinainen kalibrointimallinnus sekä mallin validointi. Näin saadaan reaaliaikaista informaatiota kiteytysprosessin ajavasta voimasta, mikä edelleen parantaa kyseisen prosessin tuntemusta ja hallittavuutta. Ylikylläisyystason vaikutuksia syntyvän kidetuotteen laatuun seurattiin usein kiteytyskokein. Työssä on esitetty myös monimuuttujaiseen tilastolliseen prosessinseurantaan perustuva menetelmä, jolla voidaan ennustaa spontaania primääristä ytimenmuodostumishetkeä mitatusta spektriaineistosta sekä mahdollisesti päätellä ydintymisessä syntyvä polymorfimuoto. Ehdotettua menetelmää hyödyntäen voidaan paitsi ennakoida kideytimien muodostumista myös havaita mahdolliset häiriötilanteet kiteytysprosessin alkuhetkillä. Syntyvää polymorfimuotoa ennustamalla voidaan havaita ei-toivotun polymorfin ydintyminen,ja mahdollisesti muuttaa kiteytyksen ohjausta halutun polymorfimuodon saavuttamiseksi. Monimuuttujamenetelmiä sovellettiin myös kiteytyspanosten välisen vaihtelun määrittämiseen mitatusta spektriaineistosta. Tämäntyyppisestä analyysistä saatua informaatiota voidaan hyödyntää kiteytysprosessien suunnittelussa ja optimoinnissa. Väitöstyössä testattiin IR spektroskopian ja erilaisten monimuuttujamenetelmien soveltuvuutta kidetuotteen polymorfikoostumuksen nopeaan määritykseen. Jauhemaisten näytteiden luokittelu eri polymorfeja sisältäviin näytteisiin voitiin tehdä käyttäen tarkoitukseen soveltuvia monimuuttujaisia luokittelumenetelmiä. Tämä tarjoaa nopean menetelmän jauhemaisen näytteen polymorfikoostumuksen karkeaan arviointiin, eli siihen mitä yksittäistä polymorfia kyseinen näyte pääasiassa sisältää. Varsinainen kvantitatiivinen analyysi, eli sen selvittäminen paljonko esim. painoprosentteina näyte sisältää eri polymorfeja, vaatii kaikki polymorfit kattavan fysikaalisen kalibrointisarjan, mikä voi olla puhtaiden polymorfien huonon saatavuuden takia hankalaa.

On the Condition Monitoring of Induction machines

The research of condition monitoring of electric motors has been wide for several decades. The research and development at universities and in industry has provided means for the predictive condition monitoring. Many different devices and systems are developed and are widely used in industry, transportation and in civil engineering. In addition, many methods are developed and reported in scientific arenas in order to improve existing methods for the automatic analysis of faults. The methods, however, are not widely used as a part of condition monitoring systems. The main reasons are, firstly, that many methods are presented in scientific papers but their performance in different conditions is not evaluated, secondly, the methods include parameters that are so case specific that the implementation of a systemusing such methods would be far from straightforward. In this thesis, some of these methods are evaluated theoretically and tested with simulations and with a drive in a laboratory. A new automatic analysis method for the bearing fault detection is introduced. In the first part of this work the generation of the bearing fault originating signal is explained and its influence into the stator current is concerned with qualitative and quantitative estimation. The verification of the feasibility of the stator current measurement as a bearing fault indicatoris experimentally tested with the running 15 kW induction motor. The second part of this work concentrates on the bearing fault analysis using the vibration measurement signal. The performance of the micromachined silicon accelerometer chip in conjunction with the envelope spectrum analysis of the cyclic bearing faultis experimentally tested. Furthermore, different methods for the creation of feature extractors for the bearing fault classification are researched and an automatic fault classifier using multivariate statistical discrimination and fuzzy logic is introduced. It is often important that the on-line condition monitoring system is integrated with the industrial communications infrastructure. Two types of a sensor solutions are tested in the thesis: the first one is a sensor withcalculation capacity for example for the production of the envelope spectra; the other one can collect the measurement data in memory and another device can read the data via field bus. The data communications requirements highly depend onthe type of the sensor solution selected. If the data is already analysed in the sensor the data communications are needed only for the results but in the other case, all measurement data need to be transferred. The complexity of the classification method can be great if the data is analysed at the management level computer, but if the analysis is made in sensor itself, the analyses must be simple due to the restricted calculation and memory capacity.

Assessment of Coastal Bird Populations and Habitats on the Finnish Coast of the Baltic Sea: Implications for Monitoring and Management

Coastal birds are an integral part of coastal ecosystems, which nowadays are subject to severe environmental pressures. Effective measures for the management and conservation of seabirds and their habitats call for insight into their population processes and the factors affecting their distribution and abundance. Central to national and international management and conservation measures is the availability of accurate data and information on bird populations, as well as on environmental trends and on measures taken to solve environmental problems. In this thesis I address different aspects of the occurrence, abundance, population trends and breeding success of waterbirds breeding on the Finnish coast of the Baltic Sea, and discuss the implications of the results for seabird monitoring, management and conservation. In addition, I assess the position and prospects of coastal bird monitoring data, in the processing and dissemination of biodiversity data and information in accordance with the Convention on Biological Diversity (CBD) and other national and international commitments. I show that important factors for seabird habitat selection are island area and elevation, water depth, shore openness, and the composition of island cover habitats. Habitat preferences are species-specific, with certain similarities within species groups. The occurrence of the colonial Arctic Tern (Sterna paradisaea) is partly affected by different habitat characteristics than its abundance. Using long-term bird monitoring data, I show that eutrophication and winter severity have reduced the populations of several Finnish seabird species. A major demographic factor through which environmental changes influence bird populations is breeding success. Breeding success can function as a more rapid indicator of sublethal environmental impacts than population trends, particularly for long-lived and slowbreeding species, and should therefore be included in coastal bird monitoring schemes. Among my target species, local breeding success can be shown to affect the populations of the Mallard (Anas platyrhynchos), the Eider (Somateria mollissima) and the Goosander (Mergus merganser) after a time lag corresponding to their species-specific recruitment age. For some of the target species, the number of individuals in late summer can be used as an easier and more cost-effective indicator of breeding success than brood counts. My results highlight that the interpretation and application of habitat and population studies require solid background knowledge of the ecology of the target species. In addition, the special characteristics of coastal birds, their habitats, and coastal bird monitoring data have to be considered in the assessment of their distribution and population trends. According to the results, the relationships between the occurrence, abundance and population trends of coastal birds and environmental factors can be quantitatively assessed using multivariate modelling and model selection. Spatial data sets widely available in Finland can be utilised in the calculation of several variables that are relevant to the habitat selection of Finnish coastal species. Concerning some habitat characteristics field work is still required, due to a lack of remotely sensed data or the low resolution of readily available data in relation to the fine scale of the habitat patches in the archipelago. While long-term data sets exist for water quality and weather, the lack of data concerning for instance the food resources of birds hampers more detailed studies of environmental effects on bird populations. Intensive studies of coastal bird species in different archipelago areas should be encouraged. The provision and free delivery of high-quality coastal data concerning bird populations and their habitats would greatly increase the capability of ecological modelling, as well as the management and conservation of coastal environments and communities. International initiatives that promote open spatial data infrastructures and sharing are therefore highly regarded. To function effectively, international information networks, such as the biodiversity Clearing House Mechanism (CHM) under the CBD, need to be rooted at regional and local levels. Attention should also be paid to the processing of data for higher levels of the information hierarchy, so that data are synthesized and developed into high-quality knowledge applicable to management and conservation.

Monitoring and predicting crop growth and analysing agricultural ecosystems by remote sensing

Selostus: Maatalousekosysteemien analysointi ja sadon ennustaminen kaukokartoituksen avulla

Monitoring of Finnish arable land : changes in soil quality between 1987 and 1998

Selostus: Suomalaisten viljelymaiden tilan seuranta : muutoksia peltojen ominaisuuksissa aikavälillä 1987-1998

Blue sticky traps are more efficient for the monitoring of Lygus rugulipennis (Heteroptera, Miridae) than yellow sticky traps

Selostus: Siniset liimapyydykset ovat keltaisia liimapyydyksiä tehokkaampia peltoluteen tarkkailussa

Natural development of stand structure in peatland Scots pine following drainage : results based on long-term monitoring of permanent sample plots

Abstract

Monitoring and information reporting through regulation : an inter-jurisdictional comparison of forestry-related hard laws

[Abstract]

Embedded Monitoring Server

This study investigates, designs, and implements an inexpensive application that allows local and remote monitoring of a home. The application consists of an array of sensors for monitoring different conditions in a home environment and also for accessing the devices that might be connected to the system. Only a few sensors are initially involved in this study and information about the temperature level, forced entry detection, smoke and water leakage detection can be obtained at any time from any location with an Internet connection. The application software (coded in C language) runs on an embedded system which is basically a wireless Linksys router running on a GNU/Linux based firmware for embedded systems. Interaction between the sensors and the application software is achieved through an implemented sensor interfacing circuit. The communication with the sensor interfacing unit is done through the serial port, and accessibility of the connected sensors is achieved through a telnet client. The sensors can be accessed from local and remote locations with the sensors giving reliable information. The resulting application shows that it is possible to use the router for other applications other than what it is intended for.

Control hardware and Condition Monitoring System for Intersector Weld/Cut Robot

Työ sisältää ohjaislaitteiston vertailun ja valinnan rinnakkaisrakenteista robottia varten sekä kunnonvalvontajärjestelmän periaatteiden laadinnan kyseistä robottia varten. Ohjauslaitteisto sisältää teollisuustietokoneen sekä kenttäväylän. Sekä tietokoneesta että väylästä on teoriaosuus ja yksityiskohtaisempi valintaosuus. Teoriaosuudessa selitetään tarkemmin laitteiden toimintaperiaatteista. Valintaosuudessa kerrotaanmiksi jokin tietty laite on valittu käytettäväksi robotin ohjauksessa. Kunnonvalvontateoria ja rinnakkaisrakenteisen robotin kunnonvalvonnan keinot ovat työn toinen osa. Teoriaosa sisältää yleisluonteisen selvityksen vikaantumisesta ja valvonnasta. Erikoisrobotin kunnonvalvonnan keinot esitetään työssä tietyssä järjestyksessä. Ensin esitetään mahdolliset vikatilanteet. Toisessa kohdassa havainnollistetaan vikojen havaitseminen.

Monitoring System Resources During Automated Testing in Symbian Operating System

Tässä diplomityössä esitellään ohjelmistotestauksen ja verifioinnin yleisiä periaatteita sekä käsitellään tarkemmin älypuhelinohjelmistojen verifiointia. Työssä esitellään myös älypuhelimissa käytettävä Symbian-käyttöjärjestelmä. Työn käytännön osuudessa suunniteltiin ja toteutettiin Symbian-käyttöjärjestelmässä toimiva palvelin, joka tarkkailee ja tallentaa järjestelmäresurssien käyttöä. Verifiointi on tärkeä ja kuluja aiheuttava tehtävä älypuhelinohjelmistojen kehityssyklissä. Kuluja voidaan vähentää automatisoimalla osa verifiointiprosessista. Toteutettu palvelin automatisoijärjestelmäresurssien tarkkailun tallentamalla tietoja niistä tiedostoon testien ajon aikana. Kun testit ajetaan uudestaan, uusia tuloksia vertaillaan lähdetallenteeseen. Jos tulokset eivät ole käyttäjän asettamien virherajojen sisällä, siitä ilmoitetaan käyttäjälle. Virherajojen ja lähdetallenteen määrittäminen saattaa osoittautua vaikeaksi. Kuitenkin, jos ne määritetään sopivasti, palvelin tuottaa hyödyllistä tietoa poikkeamista järjestelmäresurssien kulutuksessa testaajille.