Optisen radiolinkin toteuttaminen ohjelmistoradiolla

Tämän tutkielman tavoitteena oli toteuttaa optinen radiolinkki hyödyntäen ohjelmistoradiota. Työn alkuosassa käydään läpi ohjelmistoradiota yleisellä tasolla sekä yleisesti nykyisin käytössä olevia optisia tiedonsiirtotapoja. Työn keskiosassa käsitellään työhön käytettävä laitteisto ja ohjelmistot sekä optisen radioetuasteen suunnittelu ja toteutus. Työn loppuosassa analysoidaan toteutetun etuasteen toimintaa. Ohjelmistoradio, yleisemmin ohjelmallisesti määritetty radiolaite, jonka toiminnallisuutta, kuten modulaatioita, suodattimia ja kommunikointiin käytettävää taajuuskaistaa, pystytään muuttamaan ohjelmallisesti ilman laitteistomuutoksia. Useimmiten ohjelmistoradioiden toiminnallisuus määrätään ohjelmoimalla ohjelmistoradio-oheislaitteen ohjelmoitavia porttipiirejä, eli FPGA-piirejä. Optisen radioetuasteen suunnittelun pohjana käytettiin audiokäyttöön tarkoitettua infrapunalähetintä ja – vastaanotinta, jotka muokattiin toimimaan näkyvän valon aallonpituuksilla. Ohjelmistoradio-oheislaitteena toimi Ettus USRP1 varustettuna matalataajuisilla lähetin- ja vastaanotintytärkorteilla. Ohjelmistoradion ohjelmointiympäristönä toimi Linux Ubuntu, ja ohjelmistona GNURadio sekä sen graafinen ohjelmointikäyttöliittymä Gnu Radio Companion. Tutkielman lopputuloksena saatiin aikaan piirilevylle rakennettu optisen radioetuasteen prototyyppi, jolla pystyttiin siirtämään digitaalista audiota 300 kbps tiedonsiirtonopeudella muutamien senttimetrien matkalla pimeässä tilassa.

Palautteen keräämiseen käytettävän laitteiston käytettävyys Ilmavoimien teknillisen koulun lentoteknillisessä opetuksessa

Palaute ja sen käyttö on osa kehittyvää organisaatiota. Palautteen keräämisessä ja analysoinnissa käytetään usein hyväksi erilaisia laitteita. Käytettävän laitteiston tulisi vastata myös käyttäjänsä tarpeisiin. Tässä tutkimuksessa selvitetään millainen on palautteen keräämiseen ja analysointiin käytettävän Jotos-laitteiston käytettävyys Ilmavoimien teknillisen koulun lentoteknillisessä opetuksessa. Tutkimuksen päämenetelmänä on kirjallisuustutkimus. Tutkimusote on kvalitatiivinen. Tutkimusongelmaan vastataan käytettävyysanalyysin ja teemahaastattelun avulla. Käytettävyysanalyysi on tutkimuksessa toteutettu System Usability Scale arviointilomakkeella. Tutkimusongelma on; Mikä on palautteen keräämiseen käytettävän Jotos-laitteiston käytettävyys Ilmavoimien teknillisen koulun kurssiosastolla? Pääongelman lisäksi tutkimuksessa selvitetään myös keskeiset käsitteet ja palautteen käytön ohjeistusten asettamat suorituskykyvaatimukset palautteen keräämiseen käytettävälle laitteistolle. Tutkimuksessa löydettiin vastaus asetettuihin ongelmiin. Tutkimuksessa selvisi, että Jotos-järjestelmän käytettävyys lentoteknillisessä opetuksessa on välttävällä tasolla. Jotos-järjestelmän ohjelmaa on hankala käyttää, mutta järjestelmän optinen lukija palvelee hyvin lentoteknisen opetuksen tarpeita. Tutkimuksessa tuli ilmi myös Jotos-järjestelmän keskeisimmät käytettävyysongelmat, joita ovat järjestelmän huono virheensietokyky ja epäloogisuus verrattuna tavanomaisiin ohjelmiin.

Panossyöttökasvatusprosessin automatisointi

Tutkimuskäyttöön tarkoitettujen rekombinanttiproteiinien tuottaminen fermentoimalla on yleinen menetelmä bioteollisuudessa. Mikrobit kasvatetaan fermentorissa, joka tarjoaa kontrolloidun kasvuympäristön ja sopivat tuotto-olosuhteet halutulle tuotteelle. Eräs fermentointimuodoista on korkeatuottoinen ja pitkäkestoinen panossyöttökasvatus, jossa saavutetaan panoskavatusta merkittävästi korkeampi solutiheys jatkamalla panosvaiheen jälkeen kasvua rajoittavan substraatin syöttöä. Laboratoriomittakaavassa fermentorikasvatusten tilavuudet vaihtelevat litrasta kymmeniin ja niissä kasvatusta seurataan sekä ohjataan joko fermentorista tai tietokoneesta. Tyypillisessä fermentointiprosessissa operaattori tarkkailee muun muassa vaahdonkorkeutta sekä käynnistää pumppuja olosuhteiden muuttuessa. Tällaiset tehtävät ovat teollisen mittakaavan laitteistoissa usein automatisoituja. Diplomityön tarkoituksena oli päivittää kahden Turun yliopiston biotekniikan laboratoriossa sijaitsevan BioFlo® -sarjan pöytäfermentorin MS-DOS -pohjainen tietokoneohjausohjelma nykyaikaiseksi ja lisätä siihen etäseuranta ja -ohjaus. Ohjelmaan oli tarkoitus liittää erillinen optinen solutiheysanturi, jonka lukemien häiriötä haluttiin myös vähentää signaalinkäsittelyllä. Lisäksi vaahdonestoaineen ja indusorin lisäykset haluttiin automatisoida panossyöttökasvatuksessa. Vaahdonkorkeuden havaitsemisen mahdollisuutta konenäön menetelmin haluttiin selvittää, jotta vaahdonestoaineen automaattiset lisäykset voitaisiin toteuttaa nettikameran syötteen perusteella. Koekasvatuksilla osoitettiin päivitetyn ohjausohjelman toimivan panos- ja panossyöttömuodoilla. Uuden käyttöliittymän avulla pystyttiin automatisoimaan panoskasvatuksen lisäykset ja syöttönopeuden muutokset sekä tunnistamaan kasvatusliuosten vaahdonkorkeutta vaahdonestoaineen lisäykseen riittävällä kahden senttimetrin tarkkuudella. Lisäksi käyttöliittymä mahdollisti kasvatuksen ohjauksen ja seurauksen myös etänä. Työssä kehitetty ohjausohjelma julkaistiin avoimena ohjelmana ilman etä- ja nettikameratoimintoja. Ohjelma toimii hyvin BioFlo® -sarjan fermentorien käyttöliittymänä, mutta avoimen lähdekoodin ansiosta kuka tahansa voi hyödyntää ohjelmaa pohjana myös uusissa projekteissa tai muissa fermentorimalleissa.

Hitsauksen reaaliaikaisen NDT-tarkastuksen nykytilanne

Tämän kandidaatintyön tarkoituksena on selvittää hitsien tarkastukseen käytettyjen NDT-menetelmien nykytilannetta. Työssä kerrotaan mitä reaaliaikainen NDT-tarkastus on ja mitä menetelmiä siihen voidaan käyttää. Työn tarkoituksena on antaa lukijalle kokonaiskuva NDT-tarkastuksen nykytilasta ja siinä käytettävistä menetelmistä. Tutkimus suoritettiin kirjallisuuskatsauksena. Kirjallisuuskatsaus on luonteeltaan toteava. Lähteiden etsintä suoritettiin suurimmalta osin Internet-hakuna. NDT-tarkastusmenetelmät voidaan jakaa kahteen pääkategoriaan; pinta- ja volumetrisiin menetelmiin. Kaikki tarkastusmenetelmät eivät sovellu reaaliaikaiseen tarkastukseen. Hitsien tarkastuksessa käytetyimmät reaaliaikaiset menetelmät ovat: ultraäänitarkastus, radiografinen tarkastus, optinen spektroskopia, termografia ja pyörrevirtatarkastus. Kaikilla reaaliaikaisilla menetelmillä on omat vahvuutensa ja heikkoutensa. Työssä esitetään myös CASE-esimerkkejä reaaliaikaisesta hitsien tarkastamisesta.Tärkeimpinä johtopäätöksinä voidaan nähdä se, että hitsien NDT-tarkastuksen onnistuminen on aina hyvin tapauskohtaista ja riippuu useista muuttujista. Tästä syystä tällä hetkellä NDT-tarkastusmenetelmistä ei voi valita parasta kaikkiin käyttökohteisiin sopivaa menetelmää. Monessa prosessissa NDT-tarkastustehokkuutta ei määritä mekaanisen laitteiston mittaustarkkuus, vaan tulosten analysointiin käytettyjen algoritmien tehottomuus. Tutkimuksessa esitetään myös idea hybridi-NDT-tarkastusjärjestelmästä, jolla saataisiin havaittua tehokkaasti sekä pinta-että volumetrisia virheitä.

Ihmiskehon liikkeenkaappaus

Liikkeenkaappauksessa mitataan kohteen sijainti ja suunta fyysisessä tilassa ja nämä tiedot tallennetaan tietokoneelle käyttökelpoiseen muotoon. Kohteina voivat olla ihmis- ja ei-ihmishahmot, kasvojen piirteet, kameran tai valon sijainnit ja muut kohtauksen elementit. Liikkeenkaappauksen historia alkoi 1800-luvun lopulla peräkkäisistä valokuvista. Nykyisiä liikkeenkaappaustapoja ovat optinen, magneettinen, mekaaninen, videopohjainen ja inertiamittaukseen pohjautuva liikkeenkaappaus. Eri liikkeenkaappaustavat sopivat eri käyttökohteisiin. Tällä hetkellä käytetyin liikkeenkaappaustapa on optinen liikkeenkaappaus. Liikkeenkaappauksen sovellusalueet voidaan jaotella analyysiin, seurantaan ja tunnistukseen. Liikkeenkaappaus mahdollistaa ihmiskehon tunkeilemattoman analyysi. Seurannassa liike arvotetaan ja tallennetaan. Tunnistuksessa liikettä käytetään biometrisena tunnisteena. Kinemaattinen malli on matemaattinen malli ihmiskehosta. Se koostuu luita edustavista kiinteistä kappaleista ja luonnollisesti rajoitetuista nivelpisteistä. Mallin tarkkuutta voidaan kuvata vapausasteilla. Kinemaattista mallia käytetään liikkeen rekonstruoinnissa. Uskon liikkeenkaappaustekniikan tutkimuksen ja käytön lisääntyvän vielä tulevina vuosina. Vaikka optinen liikkeenkaappaus on tällä hetkellä käytetyin, videopohjainen liikkeenkaappaus saattaa ohittaa sen tulevaisuudessa.