Bag-of-Features Approach to Unsupervised Visual Object Categorisation

The large and growing number of digital images is making manual image search laborious. Only a fraction of the images contain metadata that can be used to search for a particular type of image. Thus, the main research question of this thesis is whether it is possible to learn visual object categories directly from images. Computers process images as long lists of pixels that do not have a clear connection to high-level semantics which could be used in the image search. There are various methods introduced in the literature to extract low-level image features and also approaches to connect these low-level features with high-level semantics. One of these approaches is called Bag-of-Features which is studied in the thesis. In the Bag-of-Features approach, the images are described using a visual codebook. The codebook is built from the descriptions of the image patches using clustering. The images are described by matching descriptions of image patches with the visual codebook and computing the number of matches for each code. In this thesis, unsupervised visual object categorisation using the Bag-of-Features approach is studied. The goal is to find groups of similar images, e.g., images that contain an object from the same category. The standard Bag-of-Features approach is improved by using spatial information and visual saliency. It was found that the performance of the visual object categorisation can be improved by using spatial information of local features to verify the matches. However, this process is computationally heavy, and thus, the number of images must be limited in the spatial matching, for example, by using the Bag-of-Features method as in this study. Different approaches for saliency detection are studied and a new method based on the Hessian-Affine local feature detector is proposed. The new method achieves comparable results with current state-of-the-art. The visual object categorisation performance was improved by using foreground segmentation based on saliency information, especially when the background could be considered as clutter.

Machine vision methods for process measurements in pulping

The papermaking industry has been continuously developing intelligent solutions to characterize the raw materials it uses, to control the manufacturing process in a robust way, and to guarantee the desired quality of the end product. Based on the much improved imaging techniques and image-based analysis methods, it has become possible to look inside the manufacturing pipeline and propose more effective alternatives to human expertise. This study is focused on the development of image analyses methods for the pulping process of papermaking. Pulping starts with wood disintegration and forming the fiber suspension that is subsequently bleached, mixed with additives and chemicals, and finally dried and shipped to the papermaking mills. At each stage of the process it is important to analyze the properties of the raw material to guarantee the product quality. In order to evaluate properties of fibers, the main component of the pulp suspension, a framework for fiber characterization based on microscopic images is proposed in this thesis as the first contribution. The framework allows computation of fiber length and curl index correlating well with the ground truth values. The bubble detection method, the second contribution, was developed in order to estimate the gas volume at the delignification stage of the pulping process based on high-resolution in-line imaging. The gas volume was estimated accurately and the solution enabled just-in-time process termination whereas the accurate estimation of bubble size categories still remained challenging. As the third contribution of the study, optical flow computation was studied and the methods were successfully applied to pulp flow velocity estimation based on double-exposed images. Finally, a framework for classifying dirt particles in dried pulp sheets, including the semisynthetic ground truth generation, feature selection, and performance comparison of the state-of-the-art classification techniques, was proposed as the fourth contribution. The framework was successfully tested on the semisynthetic and real-world pulp sheet images. These four contributions assist in developing an integrated factory-level vision-based process control.

Local Binary Patterns in Focal-Plane Processing. Analysis and Applications

Feature extraction is the part of pattern recognition, where the sensor data is transformed into a more suitable form for the machine to interpret. The purpose of this step is also to reduce the amount of information passed to the next stages of the system, and to preserve the essential information in the view of discriminating the data into different classes. For instance, in the case of image analysis the actual image intensities are vulnerable to various environmental effects, such as lighting changes and the feature extraction can be used as means for detecting features, which are invariant to certain types of illumination changes. Finally, classification tries to make decisions based on the previously transformed data. The main focus of this thesis is on developing new methods for the embedded feature extraction based on local non-parametric image descriptors. Also, feature analysis is carried out for the selected image features. Low-level Local Binary Pattern (LBP) based features are in a main role in the analysis. In the embedded domain, the pattern recognition system must usually meet strict performance constraints, such as high speed, compact size and low power consumption. The characteristics of the final system can be seen as a trade-off between these metrics, which is largely affected by the decisions made during the implementation phase. The implementation alternatives of the LBP based feature extraction are explored in the embedded domain in the context of focal-plane vision processors. In particular, the thesis demonstrates the LBP extraction with MIPA4k massively parallel focal-plane processor IC. Also higher level processing is incorporated to this framework, by means of a framework for implementing a single chip face recognition system. Furthermore, a new method for determining optical flow based on LBPs, designed in particular to the embedded domain is presented. Inspired by some of the principles observed through the feature analysis of the Local Binary Patterns, an extension to the well known non-parametric rank transform is proposed, and its performance is evaluated in face recognition experiments with a standard dataset. Finally, an a priori model where the LBPs are seen as combinations of n-tuples is also presented

Determining, Balancing and Controlling of Pitch and White Pitch at Stora Enso Kabel Production Line 4

Työn ensimmäisenä tarkoituksena oli kartoittaa kiinteä-neste ja neste-neste uuttomenetelmillä pihkan ja valkopihkan määrä Stora Enso Kabelin tuotantolinja 4:llä. Työn kannalta oli myöstärkeää saada selvyys saostumien koostumuksesta. Lopullinen päämäärä oli automatisoida fiksatiivin annostelu uuden, jatkuvatoimisen märänpäänanalysaattorin avulla. Mäntyosuuden kasvattaminen hiokemassassa lisää hydrofobisten partikkeleiden lukumäärää, minkä uskotaan lisäävän saostumariskiä. Työtä varten kehitetty neste-neste uuttomenetelmä, jota ei ole liiemmin paperiteollisuudessa käytetty, voi olla hyvä menetelmä lipofiilisten komponenttien määrän arviointiin tietyssä määrässä massa- tai prosessivesinäytettä. Virtaussytometri-menetelmän avulla tutkittiin pihka- tai valkopihkapartikkeleiden määrää ja kokojakaumaa eri prosessinäytteissä. Virtaussytometri-menetelmällä mitattujen valkopihkapartikkeleiden lukumäärän ja päällystetyn hylyn saostimen suodoksen sameuden välille löytyiselvä korrelaatio. Fiksatiivimäärän vaikutusta päällystetyn hylyn saostimen suodoksen sameuteen tutkittiin koeajojaksolla, jossa fiksatiivin annostelua säädettiin käsin. Käytetyt annosmäärät eivät riittäneet sameuden pitämiseen tasaisena matalalla tasolla.

Kuorimon automaatiojärjestelmän optimointi

Työn tavoitteena oli pienentää kuorinnassa syntyviä puuhäviöitä ja parantaa linjan käytettävyyttä nykyaikaisella puunkuorimolla. Tavoitteet toteutettiin automaatiojärjestelmään tehdyillä muutoksilla. Rumpukuorintaprosessi on säilynyt pitkään samanlaisena. Viime vuosina on markkinoille tullut uusia älykkäitä mittalaitteita ja optimointiin kykeneviä säätöjärjestelmiä. Uudenlaisella automaatiotekniikalla on mahdollista mitata kuorintatulosta ja kuorinnassa syntyneitä puuhäviöitä reaaliaikaisesti. Laaduntarkkailun lisäksi tietoja hyödynnetään kuorintaprosessin automaattisessa ohjauksessa. Optimaalisen kuorintatuloksen saavuttaminen edellyttää virheetöntä automaation toimintaa ja tarkkaa viritystä säädöiltä. Työssä perehdyttiin kuorimon perusautomaatioon ja ylemmän tason säädön toimintaan. Prosessinohjauksessa havaitut ongelmakohdat korjattiin. Lopputuloksena saatiin vakiokuorintatehon malli, joka pienentää puuhäviöitä ja parantaa linjaston käytettävyyttä. Saaduilla tuloksilla on merkittävä taloudellinen arvo, ja menetelmät ovat hyödynnettävissä myös toisilla rumpukuorimoilla.

Hapettavan BIMODES-mikrobientorjuntamenetelmän vaikutukset paperikoneella

The aim of this study was to examine the effects of oxidising BIMODES microbiological control program on three paper machine process. The chemicals used in BIMODES program are sodium hypochlorite (NaOCl) and bromo-chloro-di-methyl-hydantoin (BCDMH). The literary part of this study discusses the microbiological problems in paper making industry, describes functional mechanisms of oxidants and also introduces the BIMODES- program. In the experimental part the aim was to examine the effects of BIMODES in three different paper machines. The purpose was to find out the effects and changes in wet end chemistry, bacterial counts, in the other additives and also in the sheet defects and holes. The study also examines what are the most important measurements to control BIMODES dosing. In addition the optimal dosing level for each machine was tried to find out. It was found that there is a clear correlation between the total chlorine level and bacterial counts. Changes in the BIMODES dosing level can be measured by redox potential, but the correlation is very poor. BIMODES program doesn’t have straight influence to pH values, but if dosage level is too low the bacterial activity can affect degreasing in the pH value. In this study couldn’t find any consequential effects for the other additives by using BIMODES. In addition the optimal dosing levels were found and by following correct halogen levels it is possible to decrease bacterial levels for very low level.

Mitta-anturin mittauselektroniikan kehittäminen teräksen puutislepinnoituksen ohjaukseen

Työn tarkoituksena oli kehittää mittauselektroniikka puutislepinnoitusprosessin ohjaukseen. Mittauselektroniikalla on tarkoitus mitata pikoampeeriluokan virtoja mittaanturilta, jossa virtaa kuuma, noin 250 ºC asteinen kaasu. Mitta-anturin toiminta perustuu ioniliikkuvuusspektrometriaan. Työssä tutkitaan pikoampeeriluokan virtojen mittaamista sekä mittauskytkennöissä käytetyn virta-jännitemuuntimen ominaisuuksia ja mitoittamista. Työ tarkastelee myös T-kytkennän käyttöä vahvistimen takaisinkytkennässä. Jännitekertojakytkentöjä käsitellään teoreettisesti mitta-anturin biasjännitteiden luomiseksi vähäisellä piirilevypinta-alalla. Työssä suunniteltiin mittauselektroniikan esivahvistinprototyypit sekä mitta-anturin biasjännitekytkentä. Mitta-anturin kuumien olosuhteiden vuoksi on mittauselektroniikka siirrettävä etäämmäksi mitta-anturista. Prototyyppikytkennöillä sekä laboratoriomittauksilla selvitettiin mittauselektroniikan esivahvistimien siirtämiseen liittyviä ongelmia. Biasjännitekytkennän suunnittelussa pyrittiin kytkentä toteuttamaan mahdollisimman vähällä piirilevypinta-alalla. Mittauselektroniikka todettiin laboratoriomittausten perusteella toimivaksi puutislepinnoitusprosessissa suoritettavia koemittauksia varten.

Rehufosfaattitehtaan raaka-ainesyöttöjen säätöpiirien kehitys

Diplomityö tehtiin Kemira Chemicals Oy:n Kokkolan tehtaiden rehufosfaattitehtaalla. Työn tavoitteena oli uusien reseptiohjauksien suunnittelu ja käyttöönotto sekä tasaussäiliön pinnansäädön ja rakeistusrummun suhdesäädön suunnittelu. Käyttöhenkilöstön koulutus uuteen prosessinohjaukseen kuului myös osaksi diplomityötä. Uuden reseptiohjauksen avulla pyrittiin saamaan prosessin ohjaus havainnollisemmaksi ja ennustettavammaksi käyttäjille, yhdenmukaistamaan käyttäjien ajotapaa sekä suunnitella tuotereseptit vastaamaan paremmin todellista tuotantoa. Uusi reseptiohjaus mahdollistaa myös lajikekohtaisten parametrien käytön ja hyväksi havaittujen ajoreseptien tallennuksen. Tasaussäiliön pinnankorkeuden säädön tavoitteena on poistaa tuotantokatkokset, jotka johtuivat säiliön tyhjenemisestä tai täyttymisestä. Rakeistusrummun suhdesäädön tavoitteena on reaktoriliemen ja kuiva-ainesyöttöjen oikean suhteen säilyttäminen. Uuden reseptiohjauksen käyttöönoton jälkeen ajoreseptit ovat vastanneet todellista tuotantoa ja tuotantovauhti on jäänyt pysyvästi korkeammalle tasolle. Tasaussäiliön pinnansäätö toimii suunnitellulla tavalla ja on myös otettu käyttöön. Reaktoriliemen ja kuivasyöttöjen suhdesäätö on testattu käytännössä ja toimii halutulla tavalla. Suhdesäädön paremman toiminnan kannalta epätarkkoja toimilaitteita tulisi kuitenkin uusia.

Real-time Linux in electric drive systems

Reaaliaikaisten käyttöjärjestelmien käyttö sulautetuissa järjestelmissä on kasvamassa koko ajan. Sulautettuja tietokoneita käytetään yhä useammassa kohteessa kuten sähkökäyttöjen ohjauksessa. Sähkökäyttöjen ohjaus hoidetaan nykyisin yleensä nopealla digitaalisella signaaliprosessorilla (DSP), jolloin ohjelmointi ja päivittäminen on hidasta ja vaikeaa johtuen käytettävästä matalan tason Assembler-kielestä. Ratkaisuna yleiskäyttöisten prosessorien ja reaaliaikakäyttöjärjestelmien käyttö. Kaupalliset reaaliaikakäyttöjärjestelmät ovat kalliita ja lähdekoodin saaminen omaan käyttöön jopa mahdotonta. Linux on ei-kaupallinen avoimen lähdekoodin käyttöjärjestelmä, joten sen käyttö on ilmaista ja sitä voi muokata vapaasti. Linux:iin on saatavana useita laajennuksia, jotka tekevät siitä reaaliaikaisen käyttöjärjestelmän. Vaihtoehtoina joko kova (hard) tai pehmeä (soft) reaaliaikaisuus. Linux:iin on olemassa valmiita kehitysympäristöjä mutta ne kaipaavat parannusta ennen kuin niitä voidaan käyttää suuressa mittakaavassa teollisuudessa. Reaaliaika Linux ei sovellus nopeisiin ohjauslooppeihin (<100 ms) koska nopeus ei riitä vielä mutta nopeus kasvaa samalla kun prosessorit kehittyvät. Linux soveltuu hyvin rajapinnaksi nopean ohjauksen ja käyttäjän välille ja hitaampaan ohjaukseen.

Tapahtumien tutkinnan systematisointi Loviisan voimalaitoksella

Tämä diplomityö käsittelee tapahtumien tutkinnan systematisointia Loviisan voimalaitoksella. Nykyisin Loviisan voimalaitoksella tutkitaan tapahtumia usealla tavalla eikä raporttien tuloksia pystytä täysin hyödyntämään. Diplomityössä käydään läpi erilaisia tapahtumien tutkintamenetelmiä sekä tutustutaan perussyyanalyysimenetelmiin. Matalan tason tapahtumien tutkintaan kehitettiin kysymyslista, jolla saadaan helposti selville tapahtumien ongelma-alueet. Kysymyslista mahdollisti myös tapahtumien laaja-alaisen luokittelun, jonka avulla tunnistetaan eri tapahtumien kautta ilmenneitä yhteisiä ongelma-alueita. Tapahtumien tutkintaan liittyy myös riskien arviointi. Tässä diplomityössä kehitettiin riskimatriisi tapahtuman vakavuuden ja jatkoselvitystarpeen arvioinnin avuksi. Perussyyanalyysimenetelmistä AcciMap-menetelmä osoittautui käyttökelpoiseksi ja sitä suositellaan kokeiltavaksi seuraavan inhimilliseen toimintaan liittyvän perussyyanalyysin yhteydessä.

Physical activity in adolescence - with special reference to cardiovascular health

Liikunta ja sydän- ja verisuoniterveys nuorilla Aikuisiällä ilmenevien sydän- ja verisuonisairauksien kehitys alkaa lapsuudessa. Vähäinen liikunta lisää vaaraa sairastua sydän- ja verisuonisairauksiin sekä vaikuttaa haitallisesti näiden sairauksien riskitekijöihin läpi elämän. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tutkia nuorten liikuntaa ja sen yhteyttä sydän- ja verisuoniterveyteen. Sydän- ja verisuoniterveyttä tutkittiin riskitekijöiden sekä valtimon laajentumiskyvyn avulla. Tutkittavat koostuivat nuorista, jotka osallistuivat pitkäaikaisen sepelvaltimotaudin ehkäisytutkimuksen (STRIP) 13-vuotistutkimuskäynnille ja jotka raportoivat vapaa-ajan liikuntatottumuksensa (n=560). Liikunnan lisäksi nuorten pituus, paino, verenpaine ja olkavaltimon laajentumiskyky mitattiin sekä analysoitiin laboratorionäytteitä (otettiin verinäyte) ja selvitettiin ruoankäyttöä. Vähäinen vapaa-ajan liikunta oli yleistä etenkin tytöillä. Vapaa-ajallaan vähän liikkuvat pojat viettivät enemmän aikaa televisio- ja tietokoneruudun ääressä kuin vapaa-ajallaan paljon liikkuvat pojat. Äidin, toisin kuin isän, vapaa-ajan liikunta ja paino olivat yhteydessä lapsen vapaa-ajan liikuntaan. Vähän liikkuvat tytöt olivat olleet jo kahden vuoden iästä saakka useammin ylipainoisia kuin runsaammin liikkuvat ikätoverinsa. Sydän- ja verisuonisairauksien riskitekijöiden kasautuminen oli tavallisempaa vähän kuin paljon liikkuvilla nuorilla. Vähän liikkuvilla pojilla oli lisäksi huonompi olkavaltimon laajentumiskyky kuin paljon liikkuvilla pojilla. Tämä on tärkeä löydös, koska valtimon laajentumiskyky kuvannee sydän- ja verisuoniterveyttä jo ennen rakenteellisten muutosten ilmaantumista. Useat nuoret, etenkin tytöt, liikkuivat vähän vapaa-ajallaan. Vähäisellä vapaa-ajan liikunnalla oli haitallinen yhteys sydän- ja verisuonisairauksien riskitekijöihin sekä valtimon laajentumiskykyyn. Nuorten kannustaminen liikunnalliseen elämäntapaan on erittäin tärkeää sydän- ja verisuoniterveyden edistämiseksi sekä nuoren että kansanterveyden kannalta.

Salmonella enterica– Mechanisms of fluoroquinolone and macrolide resistance

Salmonella enterica – Fluorokinoloni- ja makrolidiresistenssimekanisimit Vakavia salmonellainfektioita on pitkään hoidettu fluorokinoloniantibiooteilla, kuten siprofloksasiinilla. Fluorokinolonien runsas käyttö niin ihmisillä kuin eläimilläkin on kuitenkin johtanut fluorokinoloniresistenttien salmonellakantojen lisääntymiseen. Vuoteen 2002 asti kaikki matalan tason fluorokinoloniresistenssiä ilmentävät salmonellakannat olivat resistenttejä nalidiksiinihapolle, joka on vanha ensimmäisen polven kinoloniantibiootti jota ei enää käytetä infektioiden hoidossa. Vuonna 2003 havaitsimme aivan uudentyyppisen resistenssifenotyypin salmonelloissa. Kaikki uuden fenotyypin kannat osoittivat matalaa fluorokinoloniresistenssiä (MIC ≥0.125 mg/L), mutta useat kannat olivat yllättäen aikaisempaa herkempiä nalidiksiinihapolle (MIC ≤32 mg/L). Ilmiöllä on suuri merkitys salmonellan antibioottiherkkyyksien määrittämisessä, sillä jos kanta on ollut nalidiksiinihapolle herkkä, sitä on pidetty herkkänä myös fluorokinoloneille. Väitöskirjatyössä määritettiin vuosina 2003–2007 Suomessa kerättyjen kotimaisten ja ulkomaalaisten S. enterica -kantojen fluorokinoloniresistenssiä sekä tutkittiin uuden salmonellafenotyypin epidemiologiaa ja resistenssimekanismeja. Lisäksi tutkittiin salmonellan hoidossa mahdollisesti käyttökelpoisen makrolidiantibioottijohdannaisen, atsitromysiinin tehoa salmonelloihin ja erityisesti matalaa fluorokinoloniresistenssiä ilmentäviin kantoihin. Tutkimuksessa havaittiin, että matalaa fluorokinoloniresistenssiä osoittavien salmonellakantojen määrä vähenee. Lasku oli voimakkainta Kaakkois-Aasiasta tuoduissa kannoissa. Uusi resistenssifenotyyppi on plasmidivälitteinen ja qnr-geenit olivat ainoa plasmidivälitteinen kinoloniresistenssimekanismi, joka kannoista löydettiin. Myöskään kromosomaalisten gyrA, gyrB ja parE -geenien QRDR-alueelta ei löydetty fluorokinoloniresistenssiä aiheuttavia mutaatioita. Transformaatiolla osoitettiin qnr-plasmidien olevan siirtyviä ja uusi resistenssifenotyyppi saatiin ilmennettyä myös herkässä vastaanottajakannassa. Nämä tulokset osoittavat, että vaikka S. enterican qnr-fenotyyppi on toistaiseksi levinnyt pääasiassa Kaakkois-Aasiaan, se siirtyy helposti bakteerista toiseen ja tulee todennäköisesti aiheuttamaan hoito-ongelmia myös muualla maailmassa. Uudentyyppinen qnr-fenotyyppi voi olla vaikea havaita perinteisellä herkkyysmäärityksellä. Siksi laboratorioissa tulisi aina määrittää sekä siprofloksasiiniettä nalidiksiinihappoherkkyydet. Atsitromysiinin osoitettiin olevan herkkyysmääritysten mukaan tehokas salmonelloja kohtaan mukaanlukien matala-asteista fluorokinoloniresistenssiä ilmentävät bakteerikannat.

Counselling on limited preoperative fasting in paediatric ambulatory tonsillectomy

Rajoitetun preoperatiivisen paaston ohjaus lasten päiväkirurgisessa nielurisaleikkauksessa Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää, onko sairaanhoitajan toteuttama, vanhempien interaktiivinen preoperatiivinen ohjaus lapsen rajoitettuun preoperatiiviseen paastoon ja aktiiviseen nesteyttämiseen turvallista, kuinka vanhemmat omaksuvat kyseistä tietoa ja edistääkö se turvallisesti lapsen postoperatiivista toipumista päiväkirurgisen nielurisaleikkauksen jälkeen. Aineisto koostui sadastakuudestatoista perheestä, joiden lapsi, iältään 4 – 10 vuotta, oli kutsuttu päiväkirurgiseen nielurisaleikkaukseen. Koeryhmä (n= 58) ohjattiin interaktiivisesti lapsen preoperatiiviseen paastoon ja aktiiviseen preoperatiiviseen nesteyttämiseen. Lapsen suositellut preoperatiiviset paastoajat olivat: 4t syömättä ja 2t juomatta. Leikkauspäivän aamuna vanhemmat rohkaisivat lapsia juomaan annokset kirkkaita nesteitä kahteen otteeseen; jälkimmäinen annos 2t ennen leikkausta. Kontrolliryhmä (n= 58) sai preoperatiivisen ohjauksen kirjallisena ilman interaktiivista ohjausta; paastoajat olivat samat kuin koeryhmässä: 4t syömättä ja 2t juomatta. Vanhempien tiedontasoa lapsen leikkaukseen liittyvästä paastosta mitattiin tietotestillä, joka sisälsi myös preoperatiivista tiedontarvetta ja ahdistusta mittaavan mittarin (The Amsterdam Preoperative Anxiety and Information scale, APAIS). Mittaukset suoritettiin ennen preoperatiivista ohjausta tai kirjallisten ohjeiden lähettämistä sekä lapsen leikkausta seuraavana päivänä. Lapsen leikkauksen jälkeen vanhemmat arvioivat myös heille välitetyn informaation tasoa. Lapsen postoperatiivista kipua, pahoinvointia, janoa ja nälkää lapset itse arvioivat VAS- asteikolla (10cm), ja vanhemmat ja sairaanhoitajat numeerisella 0 – 10 asteikolla. Mittaukset suoritettiin 2t, 4t, 8t, ja 24t lapsen leikkauksen jälkeen. Vanhemmat pitivät päiväkirjaa lapsen ravinnosta ja kipulääkityksestä. Aineisto analysoitiin sekä tilastollisesti että sisällön analyysilla. Vanhempien tiedontaso lapsen leikkauksen jälkeen oli molemmissa ryhmissä merkitsevästi parantunut, mutta kontrolliryhmän vanhempien ahdistus ei ollut helpottanut verrattuna heidän ahdistukseensa ennen lapsen leikkausta. Mitä korkeammat pisteet vanhemmat saivat tietotestistä lapsen leikkauksen jälkeen sitä vähemmän he tunsivat tiedontarvetta ja ahdistusta. Merkitsevästi alhaisemmat pisteet tietotestistä oli vanhemmilla, joilla oli alempi peruskoulutus. Kontrolliryhmän lapset paastosivat preoperatiivisesti merkitsevästi pitempään kuin koeryhmän lapset. Perioperatiivisesti lapset paastosivat kiinteästä ruuasta yhtä kauan, mutta nesteistä kontrolliryhmä merkitsevästi pitempään. Postoperatiivisen toipumisen alussa koeryhmän lapset olivat merkitsevästi kivuttomampia. Molemmissa ryhmissä lapset olivat kipeimpiä kahdeksan tuntia leikkauksesta ja pahoinvointisimpia neljä tuntia leikkauksesta. Ensimmäisen kahdeksan tunnin aikana leikkauksen jälkeen lapset eivät olleet janoisia tai nälkäisiä, mutta VAS- arvot koeryhmässä jäivät alhaisemmalle tasolle kuin kontrolliryhmässä 24 postoperatiivisen tunnin ajan. Leikkausta seuraavana aamuna kontrolliryhmän lapset olivat merkitsevästi janoisempia ja nälkäisempiä kuin interventioryhmän lapset. Sairaanhoitajan toteuttama vanhempien interaktiivinen preoperatiivinen ohjaus lapsen rajoitettuun preoperatiiviseen paastoon lisää vanhempien tiedontasoa ja vähentää preoperatiivista tiedontarvettaan ja ahdistusta, ja turvallisesti parantaa lapsen kokemusta leikkausprosessin ja postoperatiivisen toipumisen aikana nielurisaleikkauksen jälkeen. Kaikkien leikkaukseen tulevien lasten nesteyttäminen kaksi tuntia ennen päivän ensimmäistä leikkausta voi olla ratkaisu lasten kohtuuttomien perioperatiivisten paastoaikojen estämiseksi. Aina ei kuitenkaan ole mahdollisuuksia vanhempien henkilökohtaiseen kohtaamiseen, mikä haastaa hoitotieteellisen tutkimuksen kartoittamaan muita mahdollisuuksia vanhempien interaktiiviseen ohjaukseen.

Multilevel converter modulation: implementation and analysis

Multilevel converters provide an attractive solution to bring the benefits of speed-controlled rotational movement to high-power applications. Therefore, multilevel inverters have attracted wide interest in both the academic community and in the industry for the past two decades. In this doctoral thesis, modulation methods suitable especially for series connected H-bridge multilevel inverters are discussed. A concept of duty cycle modulation is presented and its modification is proposed. These methods are compared with other well-known modulation schemes, such as space-vector pulse width modulation and carrier-based modulation schemes. The advantage of the modified duty-cycle modulation is its algorithmic simplicity. A similar mathematical formulation for the original duty cycle modulation is proposed. The modified duty cycle modulation is shown to produce well-formed phase-to-neutral voltages that have lower total harmonic distortion than the space-vector pulse width modulation and the duty cycle modulation. The space-vector-based solution and the duty cycle modulation, on the other hand, result in a better-quality line-to-line voltage and current waveform. The voltage of the DC links in the modules of the series-connected H-bridge inverter are shown to fluctuate while they are under load. The fluctuation causes inaccuracies in the voltage production, which may result in a failure of the flux estimator in the controller. An extension for upper-level modulation schemes, which changes the switching instants of the inverter so that the output voltage meets the reference voltage accurately regardless of the DC link voltages, is proposed. The method is shown to reduce the error to a very low level when a sufficient switching frequency is used. An appropriate way to organize the switching instants of the multilevel inverter is to make only one-level steps at a time. This causes restrictions on the dynamical features of the modulation schemes. The produced voltage vector cannot be rotated several tens of degrees in a single switching period without violating the above-mentioned one-level-step rule. The dynamical capabilities of multilevel inverters are analyzed in this doctoral thesis, and it is shown that the multilevel inverters are capable of operating even in dynamically demanding metal industry applications. In addition to the discussion on modulation schemes, an overvoltage in multilevel converter drives caused by cable reflection is addressed. The voltage reflection phenomenon in drives with long feeder cables causes premature insulation deterioration and also affects the commonmode voltage, which is one of the main reasons for bearing currents. Bearing currents, on the other hand, cause fluting in the bearings, which results in premature bearing failure. The reflection phenomenon is traditionally prevented by filtering, but in this thesis, a modulationbased filterless method to mitigate the overvoltage in multilevel drives is proposed. Moreover, the mitigation method can be implemented as an extension for upper-level modulation schemes. The method exploits the oscillations caused by two consecutive voltage edges so that the sum of the oscillations results in a mitigated peak of the overvoltage. The applicability of the method is verified by simulations together with experiments with a full-scale prototype.