FPGA-Based Control Design for Power Electronic Applications

Tehoelektoniikkalaitteella tarkoitetaan ohjaus- ja säätöjärjestelmää, jolla sähköä muokataan saatavilla olevasta muodosta haluttuun uuteen muotoon ja samalla hallitaan sähköisen tehon virtausta lähteestä käyttökohteeseen. Tämä siis eroaa signaalielektroniikasta, jossa sähköllä tyypillisesti siirretään tietoa hyödyntäen eri tiloja. Tehoelektroniikkalaitteita vertailtaessa katsotaan yleensä niiden luotettavuutta, kokoa, tehokkuutta, säätötarkkuutta ja tietysti hintaa. Tyypillisiä tehoelektroniikkalaitteita ovat taajuudenmuuttajat, UPS (Uninterruptible Power Supply) -laitteet, hitsauskoneet, induktiokuumentimet sekä erilaiset teholähteet. Perinteisesti näiden laitteiden ohjaus toteutetaan käyttäen mikroprosessoreja, ASIC- (Application Specific Integrated Circuit) tai IC (Intergrated Circuit) -piirejä sekä analogisia säätimiä. Tässä tutkimuksessa on analysoitu FPGA (Field Programmable Gate Array) -piirien soveltuvuutta tehoelektroniikan ohjaukseen. FPGA-piirien rakenne muodostuu erilaisista loogisista elementeistä ja niiden välisistä yhdysjohdoista.Loogiset elementit ovat porttipiirejä ja kiikkuja. Yhdysjohdot ja loogiset elementit ovat piirissä kiinteitä eikä koostumusta tai lukumäärää voi jälkikäteen muuttaa. Ohjelmoitavuus syntyy elementtien välisistä liitännöistä. Piirissä on lukuisia, jopa miljoonia kytkimiä, joiden asento voidaan asettaa. Siten piirin peruselementeistä voidaan muodostaa lukematon määrä erilaisia toiminnallisia kokonaisuuksia. FPGA-piirejä on pitkään käytetty kommunikointialan tuotteissa ja siksi niiden kehitys on viime vuosina ollut nopeaa. Samalla hinnat ovat pudonneet. Tästä johtuen FPGA-piiristä on tullut kiinnostava vaihtoehto myös tehoelektroniikkalaitteiden ohjaukseen. Väitöstyössä FPGA-piirien käytön soveltuvuutta on tutkittu käyttäen kahta vaativaa ja erilaista käytännön tehoelektroniikkalaitetta: taajuudenmuuttajaa ja hitsauskonetta. Molempiin testikohteisiin rakennettiin alan suomalaisten teollisuusyritysten kanssa soveltuvat prototyypit,joiden ohjauselektroniikka muutettiin FPGA-pohjaiseksi. Lisäksi kehitettiin tätä uutta tekniikkaa hyödyntävät uudentyyppiset ohjausmenetelmät. Prototyyppien toimivuutta verrattiin vastaaviin perinteisillä menetelmillä ohjattuihin kaupallisiin tuotteisiin ja havaittiin FPGA-piirien mahdollistaman rinnakkaisen laskennantuomat edut molempien tehoelektroniikkalaitteiden toimivuudessa. Työssä on myösesitetty uusia menetelmiä ja työkaluja FPGA-pohjaisen säätöjärjestelmän kehitykseen ja testaukseen. Esitetyillä menetelmillä tuotteiden kehitys saadaan mahdollisimman nopeaksi ja tehokkaaksi. Lisäksi työssä on kehitetty FPGA:n sisäinen ohjaus- ja kommunikointiväylärakenne, joka palvelee tehoelektroniikkalaitteiden ohjaussovelluksia. Uusi kommunikointirakenne edistää lisäksi jo tehtyjen osajärjestelmien uudelleen käytettävyyttä tulevissa sovelluksissa ja tuotesukupolvissa.

ME - Mobile Electronic Personality

Digital services require personal information for a variety of reasons. Due to advances in communication technology, new types of services are evolving alongwith traditional Internet services. Due to the diversity of services, the traditional approaches to personal information handling designed for Internet services are inadequate. Therefore, new approaches are necessary. In this thesis, a solution where personal information is stored in and accessed from the user's mobile device is presented. This approach is called Mobile Electronic Personality (ME). The ME approach is compared to the existing approaches which rely on a database either at a service, a trusted third party or a client program. Various personal information properties are taken into account in the comparison of storage locations. The thesis presents both the internal and the communication architecture of the ME. The internal architecture defines how the information is stored in the mobile device. The communication architecture defines how the information can be accessed by different types of services from the ME. The use of the architecture is described for services in different environments. A simple ME based solution for the authentication of a user is defined. The authentication of service, which is required to protect the privacy of the users is also presented.

Evaluation of an electronic nose to assess fruit ripeness

The main goal of our study was to see whether an artificial olfactory system can be used as a nondestructive instrument to measure fruit maturity. In order to make an objective comparison, samples measured with our electronic nose prototype were later characterized using fruit quality techniques. The cultivars chosen for the study were peaches, nectarines, apples, and pears. With peaches and nectarines, a PCA analysis on the electronic nose measurements helped to guess optimal harvest dates that were in good agreement with the ones obtained with fruit quality techniques. A good correlation between sensor signals and some fruit quality indicators was also found. With pears, the study addressed the possibility of classifying samples regarding their ripeness state after different cold storage and shelf-life periods. A PCA analysis showed good separation between samples measured after a shelf-life period of seven days and samples with four or less days. Finally, the electronic nose monitored the shelf-life ripening of apples. A good correlation between electronic nose signals and firmness, starch index, and acidity parameters was found. These results prove that electronic noses have the potential of becoming a reliable instrument to assess fruit ripeness.

Bioinspired electronic white cane implementation based on a LIDAR, a tri-axial accelerometer and a tactile belt

This work proposes the creation of a bioinspired electronic white cane for blind people using the whiskers principle for short-range navigation and exploration. Whiskers are coarse hairs of an animal's face that tells the animal that it has touched something using the nerves of the skin. In this work the raw data acquired from a low-size terrestrial LIDAR and a tri-axial accelerometer is converted into tactile information using several electromagnetic devices configured as a tactile belt. The LIDAR and the accelerometer are attached to the user’s forearm and connected with a wire to the control unit placed on the belt. Early validation experiments carried out in the laboratory are promising in terms of usability and description of the environment.

Ultrasonic and LIDAR sensors for electronic canopy characterization in vineyards: advances to improve pesticide application methods

Canopy characterization is a key factor to improve pesticide application methods in tree crops and vineyards. Development of quick, easy and efficient methods to determine the fundamental parameters used to characterize canopy structure is thus an important need. In this research the use of ultrasonic and LIDAR sensors have been compared with the traditional manual and destructive canopy measurement procedure. For both methods the values of key parameters such as crop height, crop width, crop volume or leaf area have been compared. Obtained results indicate that an ultrasonic sensor is an appropriate tool to determine the average canopy characteristics, while a LIDAR sensor provides more accuracy and detailed information about the canopy. Good correlations have been obtained between crop volume (CVU) values measured with ultrasonic sensors and leaf area index, LAI (R2 = 0.51). A good correlation has also been obtained between the canopy volume measured with ultrasonic and LIDAR sensors (R2 = 0.52). Laser measurements of crop height (CHL) allow one to accurately predict the canopy volume. The proposed new technologies seems very appropriate as complementary tools to improve the efficiency of pesticide applications, although further improvements are still needed.

Toxicity assessment of refill liquids for electronic cigarettes.

We analyzed 42 models from 14 brands of refill liquids for e-cigarettes for the presence of micro-organisms, diethylene glycol, ethylene glycol, hydrocarbons, ethanol, aldehydes, tobacco-specific nitrosamines, and solvents. All the liquids under scrutiny complied with norms for the absence of yeast, mold, aerobic microbes, Staphylococcus aureus, and Pseudomonas aeruginosa. Diethylene glycol, ethylene glycol and ethanol were detected, but remained within limits authorized for food and pharmaceutical products. Terpenic compounds and aldehydes were found in the products, in particular formaldehyde and acrolein. No sample contained nitrosamines at levels above the limit of detection (1 μg/g). Residual solvents such as 1,3-butadiene, cyclohexane and acetone, to name a few, were found in some products. None of the products under scrutiny were totally exempt of potentially toxic compounds. However, for products other than nicotine, the oral acute toxicity of the e-liquids tested seems to be of minor concern. However, a minority of liquids, especially those with flavorings, showed particularly high ranges of chemicals, causing concerns about their potential toxicity in case of chronic oral exposure.

Investigation of defect formation and electronic transport in microcrystalline silicon deposited by hot-wire CVD

We have investigated doped and undoped layers of microcrystalline silicon prepared by hot-wire chemical vapour deposition optically, electrically and by means of transmission electron microscopy. Besides needle-like crystals grown perpendicular to the substrate's surface, all of the layers contained a noncrystalline phase with a volume fraction between 4% and 25%. A high oxygen content of several per cent in the porous phase was detected by electron energy loss spectrometry. Deep-level transient spectroscopy of the crystals suggests that the concentration of electrically active defects is less than 1% of the undoped background concentration of typically 10^17 cm -3. Frequency-dependent measurements of the conductance and capacitance perpendicular to the substrate surface showed that a hopping process takes place within the noncrystalline phase parallel to the conduction in the crystals. The parasitic contribution to the electrical circuit arising from the porous phase is believed to be an important loss mechanism in the output of a pin-structured photovoltaic solar cell deposited by hot-wire CVD.

Experts' consensus on use of electronic cigarettes: a Delphi survey from Switzerland.

OBJECTIVES: In some countries, nicotine-containing electronic cigarettes (e-cigarettes) are considered a consumer product without specific regulations. In others (eg, Switzerland), the sale of e-cigarettes containing nicotine is forbidden, despite the eagerness of many smokers to obtain them. As scientific data about efficacy and long-term safety of these products are scarce, tobacco control experts are divided on how to regulate them. In order to gain consensus among experts to provide recommendations to health authorities, we performed a national consensus study. SETTING: We used a Delphi method with electronic questionnaires to bring together the opinion of Swiss experts on e-cigarettes. PARTICIPANTS: 40 Swiss experts from across the country. OUTCOME MEASURES: We measured the degree of consensus between experts on recommendations regarding regulation, sale, use of and general opinion about e-cigarettes containing nicotine. New recommendations and statements were added following the experts' answers and comments. RESULTS: There was consensus that e-cigarettes containing nicotine should be made available, but only under specific conditions. Sale should be restricted to adults, using quality standards, a maximum level of nicotine and with an accompanying list of authorised ingredients. Advertisement should be restricted and use in public places should be forbidden. CONCLUSIONS: These recommendations encompass three principles: (1) the reality principle, as the product is already on the market; (2) the prevention principle, as e-cigarettes provide an alternative to tobacco for actual smokers, and (3) the precautionary principle, to protect minors and non-smokers, since long-term effects are not yet known. Swiss authorities should design specific regulations to sell nicotine-containing e-cigarettes.

Supplier Evaluation on the Standard Material and Component Markets in the Electronic Manufacturing Equipment Industry

Työn tavoitteena oli arvioida ja selvittää toimittajasuhteeseen vaikuttavia tekijöitä JOT Automation Group Oyj.n ja sen alihankkijoiden välisessä yhteistyössä ja muodostaa yrityksen kilpailukykyä parantava toimittaja-arviointiprosessi. Työssä keskityttiin tarkastelemaan yleisillä materiaali- ja komponenttimarkkinoilla toimivia toimittajia elektroniikkateollisuuden tuotantojärjestelmien valmistuksessa. Ensin tutustuttiin toimittajasuhdetta ja sen arviointia käsitelleeseen kirjallisuuteen. Teorian tueksi tehtiin haastatteluja ja kartoitettiin ensisijaisia tarpeita ja tavoitteita arviointiprosessille. Valmis prosessi testattiin käytännössä kahden eri case-esimerkin avulla. Prosessista muodostui kahteen eri työkaluun jakautunut kokonaisuus, joista auditointi arvioi toimittajan kyvykkyyttä vastatta sille asetettuihin vaatimuksiin. Toimittajan suorituskyvyn mittaaminen puolestaan testaa ja vertaa jatkuvasti toiminnan todellista tasoa auditoinnissa saatuihin tuloksiin. Työ sisältää selvityksen ja ohjeistuksen toimittaja-arviointiprosessin käytöstä. Prosessin käyttö alentaa toimittajaan kohdistuvaa materiaalien saatavuuteen ja hankintaan liittyviä riskejä. Esimerkeistä saadut kokemukset osoittivat, että prosessin avulla päästään pureutumaan tärkeisiin ydinalueisiin ja kehittämään niitä sekä toimittajalle, että ostajayritykselle edullisella tavalla. Toimittaja-arviointiprosessista kehittyy toimintatapa yrityksen ja sen toimittajan välisen suhteen ylläpitämiseksi.

Electronic Commerce - Advantages and Requirements through Supply Chain

Työ käsittelee Metso Paper Servicen varaosa- ja kulutusosatuotelinjojen mahdollisuuksia sähköiseen liiketoimintaan ulkoisten asiakkaiden kanssa sekä sähköisten transaktioiden vaikutuksia, etuja ja edellytyksiä. Työssä selvitetään Metson ja sen kymmenen kotimaisen asiakastehtaan myynti- ja ostoprosessin toiminta. Prosessimallin avulla arvioidaan valmiuksia sähköisiin transaktioihin nykyisessä myynti- ja ostotoiminnassa. Tarkastelu painottuu toimintoihin tarjontaketjun eri vaiheissa. Teknisiä näkökohtia käsitellään kokonaiskuvan luomiseksi. Lisäksi työssä arvioidaan muutoksia, joita sähköinen liiketoiminta aiheuttaisi. Haastatteluin tehdyssä tutkimuksessa kartoitetaan näkemyksiä sähköiseen liiketoimintaan erilaisilla organisaation tasoilla. Kokonaisnäkemys syntyy erilaisista näkökulmista sähköiseen kauppaan. Sähköiseen liiketoimintaan suhtaudutaan myönteisesti. Kokemuksia on kuitenkin vielä vähän. Vaikka hankkeita sähköisen liiketoiminnan lisäämiseksi on vireillä, yhtä tärkeää on parantaa valmiuksia tehostamalla paitsi informaatiovirtaa, myös materiaalivirtaa.

Adolescents et cigarettes électroniques [Adolescents and electronic cigarettes].

L'usage de cigarettes électroniques (vapotage) augmente chez les jeunes et les professionnels de la santé se sentent démunis. Ce court article donne quelques informations pratiques. L'usage (vapotage) de cigarettes électroniques (e-cigarettes) est un phénomène relativement récent qui est en train de prendre une ampleur inattendue, surtout chez les jeunes. Bien que les taux de prévalence soient extrêmement variables d'un pays à l'autre, ils sont en net augmentation: tant parmi ceux qui les ont seulement essayées que chez ceux qui les utilisent habituellement, les taux de prévalence ont doublé ou presque triplé en à peine une année. En outre, une proportion notable d'utilisateurs d'e-cigarettes (de 8 à 33% selon les études)n'avaient jamais fumé de cigarettes conventionnelles. Ce phénomène pourrait faire des e-cigarettes la porte d'entrée au tabagisme parmi les jeunes. Adolescents and electronic cigarettes: The use of electronic cigarettes (vaping) is increasing among young people and health professionals feel ill-prepared. This short article provides some practical information The use of electronic cigarettes (vaping) is increasing among young people and health professionals feel ill-prepared. This short article provides some practical information.

Searching electronic marketplaces

The main objective of this thesis was to analyze the usability of registers and indexes of electronic marketplaces. The work is focused on UDDI-based electronic marketplaces, which are standardized by the W3C. UDDI-registers are usable in intranets, extranets and in Internet. Using UDDI-registers Web-services can be searched in many ways, including alphabetical and domain specific searches. Humans and machines can use the features UDDI-registers. The thesis deals the design principles, architectures and specifications of UDDI-registers. In addition, the thesis includes the design and the specifications of an electronic marketplace developed for supporting electronic logistics services.

Software process improvement using an electronic process guide

Kasvava kiinnostus ohjelmistojen laatua kohtaan on herättänyt ohjelmistoprosesseihin ja niiden kehittämiseen kohdistuvaa huomiota viime vuosina. Ohjelmistoyritykset ympäri maailmaa ovat ottaneet käyttöön ohjelmistoprosessin kehittämismalleja, kuten CMM ja SPICE, pyrkiessään kohti parempilaatuisia ohjelmistotuotteita. Samalla on huomattu, että tehokas prosessien parantaminen ja suorittaminen tarvitsee tuekseen kuvauksen prosessista, jotta prosessin perusteellinen ymmärtäminen ja kommunikointi olisi mahdollista. Ohjelmistoprosesseja voidaan kuvata monilla eri tavoilla. Prosessiopas on prosessin esitysmuoto, jonka päätarkoituksena on helpottaa prosessin ymmärtämistä ja kommunikointia. Elektroninen prosessiopas on Web-teknologiaa hyödyntävä prosessiopas. Tässä työssä luodaan kehitysympäristö elektronisille prosessioppaille, joiden tarkoituksena on tukea ohjelmistoprosessin kehittämistä ja suorittamista. Ympäristö mahdollistaa ohjelmistoprosessinmallintamisen sekä yksilöllisten oppaiden luomisen ja muokkaamisen. Kehitysympäristöä käytetään mallintamaan tietoliikenneohjelmistoja valmistavan yrityksen ohjelmistoprosessia sekä luomaan elektronisia prosessioppaita tukemaan prosessin kehitystä ja suorittamista. Lopuksi pohditaan prosessioppaiden tarjoamaa tukea sekä mahdollisuuksia kohdeyrityksessä.

Electronic Data Interchange in Logistics Processes

Tämän diplomityön tarkoituksena oli tehdä selvitys EDI:in liittyvistä vaikutuksista, tarpeista ja eduista sekä valmistella Oracle Applications- toiminnanohjausjärjestelmän EDI Gateway- modulin ottamista tuotantokäyttöön. Tietoa tarvekartoitukseen saatiin keskustelujen avulla. Uusia kaupallisista lähtökohdista johdettuja, yritysten väliseen kaupankäyntiin ja internet-teknologian hyödyntämiseen kehitettyjä aloitteita käsiteltiin EDI-näkökulmasta tulevaisuutta varten. Ajankohtaisinta tietoa tätä diplomityötä varten löydettiin myös internetistä. Tämän jälkeen oli mahdollista toteuttaa sopivan laaja mutta rajattu EDI pilottiprojekti EDI-konseptin luomista varten. EDI:n vaikutuksiin ostossa keskityttiin tässä diplomityössä enemmän ja EDI:ä päätettiin soveltaa aluksi ostotilauksissa. EDI:n hyötyjä on vaikea mitata numeerisesti. Suurta määrää rahaa tai tuoteyksiköitä on käsiteltävä EDI-partnerin kanssa riittävän usein. EDI:n käyttöönottovaiheessa pääongelmat ovat sovelluksiin liittyviä tietotekniikkaongelmia. Selvityksistä ja EDI-projektista saatu tieto on mahdollista hyödyntää jatkokehityksessä. Lisätoimenpiteitä tarvitaan kokonaan toimivan järjestelmän luomiseksi.

Electronic transport in low temperature nanocrystalline silicon thin-film transistors obtained by Hot-Wire CVD

Hydrogenated nanocrystalline silicon (nc-Si:H) obtained by hot-wire chemical vapour deposition (HWCVD) at low substrate temperature (150 °C) has been incorporated as the active layer in bottom-gate thin-film transistors (TFTs). These devices were electrically characterised by measuring in vacuum the output and transfer characteristics for different temperatures. The field-effect mobility showed a thermally activated behaviour which could be attributed to carrier trapping at the band tails, as in hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H), and potential barriers for the electronic transport. Trapped charge at the interfaces of the columns, which are typical in nc-Si:H, would account for these barriers. By using the Levinson technique, the quality of the material at the column boundaries could be studied. Finally, these results were interpreted according to the particular microstructure of nc-Si:H.