Teleskooppimaston sähkökäyttöjen suunnittelu ja kehittäminen

Työssä kehitettiin kahdesta sähkökäytöstä ja erillisistä vinsseistä koostuva teleskooppimaston putkien nostamiseen ja laskemiseen tarkoitettu vinssijärjestelmä. Järjestelmällä voidaan korvata mekaanisesti monimutkainen ja painava yhdellä sähkökäytöllä toteutettu vinssijärjestelmä. Järjestelmän sähkökäytöt käyttävät vinssien välityksellä mastoon kiinnitettyjä hihnoja. Toinen sähkökäytöistä on säätämätön ja toinen vääntömomenttisäädetty. Säätämätön sähkökäyttö määrää maston nosto- ja laskunopeuden. Vääntömomenttisäädetty sähkökäyttö pitää mastoa käyttävät hihnat sopivalla kireydellä, jolloinmaston nostaminen ja laskeminen voivat tapahtua hallitusti.

Improving Dynamic Characteristics of Open-loop Controlled Log Crane

The improvement of the dynamics of flexible manipulators like log cranes often requires advanced control methods. This thesis discusses the vibration problems in the cranes used in commercial forestry machines. Two control methods, adaptive filtering and semi-active damping, are presented. The adaptive filter uses a part of the lowest natural frequency of the crane as a filtering frequency. The payload estimation algorithm, filtering of control signal and algorithm for calculation of the lowest natural frequency of the crane are presented. The semi-active damping method is basedon pressure feedback. The pressure vibration, scaled with suitable gain, is added to the control signal of the valve of the lift cylinder to suppress vibrations. The adaptive filter cuts off high frequency impulses coming from the operatorand semi-active damping suppresses the crane?s oscillation, which is often caused by some external disturbance. In field tests performed on the crane, a correctly tuned (25 % tuning) adaptive filter reduced pressure vibration by 14-17 % and semi-active damping correspondingly by 21-43%. Applying of these methods require auxiliary transducers, installed in specific points in the crane, and electronically controlled directional control valves.

On sliding mode control ofhydraulic servo systems and a manipulator

The aim of the study is to developa novel robust controller based on sliding mode control technique for the hydraulic servo system with flexible load and for a flexible manipulator with the lift and jib hydraulic actuators. For the purpose of general control design, a dynamic model is derived describing the principle physical behavior for both the hydraulic servo system and the flexible hydraulic manipulator. The mechanism of hydraulic servo systems is described by basic mathematical equations of fluid powersystems and the dynamics of flexible manipulator is modeled by the assumed modemethod. The controller is constructed so as to track desired trajectories in the presence of model imprecision. Experimental and simulation results demonstratethat sliding mode control has benefits which can be used to guarantee stabilityin uncertain systems and improve the system performance and load tolerance.

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.

Ilmatorjuntaohjuksen laukaisualustan vaaitusjärjestelmän kehittäminen

Työn tavoitteena oli vaaitusjärjestelmän kehittäminen ITO 2005 Asrad-R –ohjusjärjestelmän laukaisualustalle. Järjestelmäkontin jokaiseen kulmaan suunniteltiin nostojalat, joita voitiin kääntää sekä nostaa ja laskea hydraulisesti. Järjestelmään kuului myös hydraulikäyttöinen asetaso, jonka ylä- ja ala-asennoilla oli erillinen lukitus. Tärkein vaadittu toiminto oli järjestelmäkontin vaaitus maan vetovoiman suhteen epätasaisella alustalla sekä maastossa että kuorma-auton päällä. Lisäksi tarvittiin nostojalkojen nostoliikkeelle toiminto, jolla konttia nostetaan ja lasketaan siten, että se säilyttää lähtökulmansa. Kaikkia nostojalkojen sylintereitä oli mahdollista käyttää myös yksittäin. Järjestelmällä oli kovat ympäristövaatimukset, koska se oli suunniteltu sotalaitteeksi rauhan ja kriisin aikaista toimintaa varten. Riittävät vapausasteet järjestelmän toimimiseksi ajoneuvon apurungon päällä saatiin nostojalkojen rotaatioliikkeen joustosta ja tassujen liukumisesta poikittain apurungon kiinnikkeissä. Maastossa nostojalat olivat täysin jäykkiä ja liukuminen tapahtui tassujen ja maalevyjen välillä. Hydraulijärjestelmässä käytettiin on/off-magneettiventtiilejä, koska liikkeet olivat hitaita ja vaadittuun tarkkuuteen ja nopeuteen päästiin helposti. Keskeisiä suunnittelun lähtökohtia olivat rakenteiden keveys, järjestelmän yksinkertaisuus, hinta ja toimintavarmuus. Yksinkertaisella ja edullisella järjestelmällä saatiin aikaan hyvin toimiva ratkaisu.

Potential Acquisition Candidates for a Supplier of Wood Processing Machinery

Diplomityön tavoitteena oli sopivimman yritysostokohteen valitseminen useiden kilpailijoiden joukosta puunkäsittelykoneiden toimittajalle. Ensin esiteltiin Suomen metsäteollisuus sekä sen osaamistarpeista noussut metsäklusteri pääosin kohdeyrityksen näkökulmasta. Seuraavaksi annettiin kuva yrityksen tuotteista, kilpailijoista ja asiakkaista. Yritysostoprosessi kuvattiin sekä esille tuotiin yleiset motiivit ja kriittiset menestystekijät. Lisäksi kuvattiin kilpailijoiden ja liiketoimintaympäristön analysointi yrityksen menestyksen edellytyksenä. Puuntyöstökoneiden markkinat segmentoitiin ja analysoitiin vuodesta 1990 aina tähän päivään asti, jotta löydettäisiin kehityskelpoiset osa-alueet eli alueet, joissa yrityksen markkinaosuutta voitaisiin kasvattaa. Kandidaattien ominaisuuksia verrattiin yritysoston motiiveihin. Yritysten tuotteet sekä maantieteellinen sijainti pisteytettiin, jotta sopivimmat yritykset nousisivat esille. Kolme yritystä valittiin syvällisempään tarkasteluun. Yritysten tuotteita, taloudellista asemaa ja globaalia verkostoa vertailtiin keskenään muiden tekijöiden, kuten maailmantalouden ohessa. Taloudellisesti vakaa ja teknisesti monipuolinen yritys kohtasi yritysoston motiivit parhaiten. Kohteen positiivisia puolia olivat sijainti, tuotteet ja palvelut. Lisäksi, yritys sopii ostajan strategiaan sekä auttaa kohtaamaan asiakkaiden nykyiset ja tulevat tarpeet.

Tarkkoihin matkustajatietoihin perustuva hissiohjausjarjestelma

Työssä esitetään geneettisten algoritmien käyttöön perustuva hissiohjausjärjestelmä, jossa ohjauspaatosten tekemisessä hyödynnetään tarkkoja matkustajatietoja. Tämä hissiohjausjärjestelmä soveltuu käytettäväksi muun muassa kohde-allokointiin perus-tuvassa hissijärjestelmässä, jossa matkustajat antavat hissikutsun yhteydessä kohde-kerrostietonsa. Esitetty ohjausjärjestelmä soveltuu käytettäväksi ulkokutsun välittömään tai jatkuvaan allokointiin perustuvassa hissijärjestelmässä. Työn kirjallisessa osuudessa esitetään parannuksia aiemmin esitettyihin hissiohjausjärjestelmiin ja käydään läpi erilaisia kohde-allokointiin perustuvia hissijärjestelmiä. Työssä kuvataan uusi matkustaja-ohjaustapa, joka vähentää matkustajan tekemän hissikutsun välittömään palveluun liittyviä hissiohjausongelmia. Tarkkoja matkustajatietoja hyödyntämällä hissijärjestelmä kykenee sekä tarjoamaan matkustajille yksilöllistä palvelua että kuljettamaan matkustajia tehokkaasti.

Metsäkoneen nostopuomin valmistuksen tehostaminen

Diplomityö käsittelee nostopuomin hitsauksen ja koneistuksen kehittämistä alihankinta-konepajassa. Työn tavoitteena on nostopuomin valmistuksen tehostaminen. Työssä kes-kitytään hitsauksen osalta tuotantolayoutin kehittämiseen, kaariaikasuhteen parantami-seen sekä hitsausmuodonmuutosten ehkäisyyn ja ennakointiin. Koneistuksessa keskity-tään tuotantolayoutin kehittämiseen sekä kappaleen kiinnittämiseen ja työkaluvalintoi-hin. Työn teoriaosa käsittelee hitsauksen ja koneistuksen seikkoja, jotka vaikuttavat valmis-tuksen tehokkuuteen. Lisäksi teoriaosassa perehdytään tuotantomuotoihin, tuotantojär-jestelmiin ja tuotannonohjaukseen. Käytännön osuudessa käsitellään niitä valmistuksen tehostamiskeinoja, jotka soveltuvat metsäkoneen nostopuomien sarjatuotantoon Jormet Oy:ssä. Työssä esitellään valmistuksen työvaiheet sekä selvitetään tuotannon ongelmakohdat ja pullonkaulat. Ongelmana tuotannossa on suuri jalostamattoman työn osuus, joka koos-tuu siirroista, nostoista, muodonmuutosten oikomisesta sekä koneistuksessa puomin kiinnittämisestä ja irrottamisesta. Layout muutokset, hitsauskiinnittimien ja pyörityslaitteiden kehittäminen sekä töiden ohjeistus nostavat kaariaikasuhdetta ja lyhentävät hitsausaikaa. Koneistuksessa layoutin ja kiinnittimen kehittäminen vähentävät jalostamattoman työn osuutta parantaen samalla koneistuksen tehokkuutta. Lastuamistehokkuus paranee oikeiden työkalu- ja parametri-valintojen avulla.

Deposition and characterization of lines printed through laser-induced forward transfer

The possibility of printing two-dimensional micropatterns of biomolecule solutions is of great interest in many fields of research in biomedicine, from cell-growth and development studies to the investigation of the mechanisms of communication between cells. Although laser-induced forward transfer (LIFT) has been extensively used to print micrometric droplets of biological solutions, the fabrication of complex patterns depends on the feasibility of the technique to print micron-sized lines of aqueous solutions. In this study we investigate such a possibility through the analysis of the influence of droplet spacing of a water and glycerol solution on the morphology of the features printed by LIFT. We prove that it is indeed possible to print long and uniform continuous lines by controlling the overlap between adjacent droplets. We show how, depending on droplet spacing, several printed morphologies are generated, and we offer, in addition, a simple explanation of the observed behavior based on the jetting dynamics characteristic of the LIFT of liquids.

Messiah

r1955, Boston.

Taajuusmuttajan vanheneminen syklisissä käytöissä

Tässä työssä tarkastellaan taajuusmuuttajan vanhenemista syklisissä käytöissä puolijohdetehokomponenttien osalta. Laitteiden vikaantumisprosessien analysoimiseksi työssä suunnitellaan syklinen kestotestausjärjestelmä, joka mahdollistaa useamman taajuusmuuttajan yhtäaikaisen vanhentamisen. Jaksottaisesti toistuvat kuormitussyklit rasittavat termomekaanisesti taajuusmuuttajan tehomoduulin sisäisiä rakenteita suurten lämpötilavaihtelujen johdosta. Teoriaosuuden pääpaino kohdistuu puolijohdetehokomponenttien rakenteeseen, vikaantumisprosesseihin ja eliniän kartoittamiseen. Työssä käydään läpi yleisimpien pienijännitteisten moottorinohjausinverttereiden tehomoduulien mekaaniset rakenteet, tyypillisemmät syklisestä kuormituksesta johtuvat vikaantumisprosessit sekä puolijohdetehokomponenttivalmistajien käyttämät syklisen eliniän testausmenetelmät. Loppuosassa työtä suunnitellaan taajuusmuuttajan syklinen kestotestausjärjestelmä laitteiden keinotekoista vanhentamista varten. Testausjärjestelmällä voidaan kuormittaa useampaa taajuusmuuttajaa vuorottain mielivaltaisella kuormitusvirtaprofiililla. Laitteita vanhennettiin kaksi testierää kuormittamalla niitä jaksottaisesti hissikäytön tyypillisellä kuormitusprofiililla. Puolijohdetehokomponentin vanhenemisen edistystä seurattiin termisen impedanssiketjun mittausmenetelmällä, joka perustuu IGBT:n kollektoriemitterijännitteen lämpötilariippuvuuteen. Testilaitteiden puolijohdetehokomponentit hajosivat syklisen eliniän päättymiseen teoriassa esitettyjen vikaantumisprosessien seurauksesta. Tehomoduulien vika-analyysi osoittaa syklisen kestotestausjärjestelmän soveltuvaksi menetelmäksi tutkia erilaisten kuormitusprofiilien vaikutusta taajuusmuuttajan vanhenemiseen.

Response of fine root respiration to variations in biotic and abiotic factors in a mixed Mediterranean forest affected by drought-induced secondary succession

Understanding the factors controlling fine root respiration (FRR) at different temporal scales will help to improve our knowledge about the spatial and temporal variability of soil respiration (SR) and to improve future predictions of CO2 effluxes to the atmosphere. Here we present a comparative study of how FRR respond to variability in soil temperature and moisture in two widely spread species, Scots pines (Pinus sylvestris L.) and Holm-oaks (HO; Quercus ilex L.). Those two species show contrasting water use strategies during the extreme summer-drought conditions that characterize the Mediterranean climate. The study was carried out on a mixed Mediterranean forest where Scots pines affected by drought induced die-back are slowly being replaced by the more drought resistant HO. FRR was measured in spring and early fall 2013 in excised roots freshly removed from the soil and collected under HO and under Scots pines at three different health stages: dead (D), defoliated (DP) and non-defoliated (NDP). Variations in soil temperature, soil water content and daily mean assimilation per tree were also recorded to evaluate FRR sensibility to abiotic and biotic environmental variations. Our results show that values of FRR were substantially lower under HO (1.26 ± 0.16 microgram CO2 /groot·min) than under living pines (1.89 ± 0.19 microgram CO2 /groot·min) which disagrees with the similar rates of soil respiration previously observed under both canopies and suggest that FRR contribution to total SR varies under different tree species. The similarity of FRR rates under HO and DP furthermore confirms other previous studies suggesting a recent Holm-oak root colonization of the gaps under dead trees. A linear mixed effect model approach indicated that seasonal variations in FRR were best explained by soil temperature (p<0.05) while soil moisture was not exerting any direct control over FRR, despite the low soil moisture values during the summer sampling. Plant assimilation rates were positively related to FRR explaining part of the observed variability (p<0.01). However the positive relations of FRR with plant assimilation occurred mainly during spring, when both soil moisture and plant assimilation rates were higher. Our results finally suggest that plants might be able to maintain relatively high rates of FRR during the sub-optimal abiotic and biotic summer conditions probably thanks to their capacity to re-mobilize carbon reserves and their capacity to passively move water from moister layers to upper layers with lower water potentials (where the FR were collected) by hydraulic lift.

Two-phase flow measurements with spacer grid in a rod bundle geometry

Heat transfer effectiveness in nuclear rod bundles is of great importance to nuclear reactor safety and economics. An important design parameter is the Critical Heat Flux (CHF), which limits the transferred heat from the fuel to the coolant. The CHF is determined by flow behaviour, especially the turbulence created inside the fuel rod bundle. Adiabatic experiments can be used to characterize the flow behaviour separately from the heat transfer phenomena in diabatic flow. To enhance the turbulence, mixing vanes are attached to spacer grids, which hold the rods in place. The vanes either make the flow swirl around a single sub-channel or induce cross-mixing between adjacent sub-channels. In adiabatic two-phase conditions an important phenomenon that can be investigated is the effect of the spacer on canceling the lift force, which collects the small bubbles to the rod surfaces leading to decreased CHF in diabatic conditions and thus limits the reactor power. Computational Fluid Dynamics (CFD) can be used to simulate the flow numerically and to test how different spacer configurations affect the flow. Experimental data is needed to validate and verify the used CFD models. Especially the modeling of turbulence is challenging even for single-phase flow inside the complex sub-channel geometry. In two-phase flow other factors such as bubble dynamics further complicate the modeling. To investigate the spacer grid effect on two-phase flow, and to provide further experimental data for CFD validation, a series of experiments was run on an adiabatic sub-channel flow loop using a duct-type spacer grid with different configurations. Utilizing the wire-mesh sensor technology, the facility gives high resolution experimental data in both time and space. The experimental results indicate that the duct-type spacer grid is less effective in canceling the lift force effect than the egg-crate type spacer tested earlier.

Spin Polarization and Normal Reflection at Nanoscale Point Contacts

This thesis presents point-contact measurements between superconductors (Nb, Ta, Sn,Al, Zn) and ferromagnets (Co, Fe, Ni) as well as non-magnetic metals (Ag, Au, Cu, Pt).The point contacts were fabricated using the shear method. The differential resistanceof the contacts was measured either in liquid He at 4.2 K or in vacuum in a dilutionrefrigerator at varying temperature down to 0.1 K. The contact properties were investigatedas function of size and temperature. The measured Andreev-reflection spectrawere analysed in the framework of the BTK model – a three parameter model that describescurrent transport across a superconductor - normal conductor interface. Theoriginal BTK model was modified to include the effects of spin polarization or finitelifetime of the Cooper pairs. Our polarization values for the ferromagnets at 4.2 K agree with the literature data, but the analysis was ambiguous because the experimental spectra both with ferromagnets and non-magnets could be described equally well either with spin polarization or finite lifetime effects in the BTK model. With the polarization model the Z parametervaries from almost 0 to 0.8 while the lifetime model produces Z values close to 0.5. Measurements at lower temperatures partly lift this ambiguity because the magnitude of thermal broadening is small enough to separate lifetime broadening from the polarization. The reduced magnitude of the superconducting anomalies for Zn-Fe contacts required an additional modification of the BTK model which was implemented as a scaling factor. Adding this parameter led to reduced polarization values. However, reliable data is difficult to obtain because different parameter sets produce almost identical spectra.

Foraging ecology and parental care of common terns (Sterna hirundo) nesting in Windermere Basin, Lake Ontario

The relationships among chick feeding, size and type of prey item, and foraging time away from the brood have not been well studied in seabirds. This study investigated spatial and temporal patterns of foraging and chick-provisioning among 23 radio-tagged male common terns nesting at Hamilton Harbour, Lake Ontario during 1991 and 1992. Telemetry data were collected concurrently with behavioural observations from an elevated blind. Terns fitted with transmitters did not differ from controls with respect to either brood attendance, patterns of chick mortality, species and size distributions of prey delivered to offspring, or chick-provisioning rates. There was a clear separation of parental roles: males were primarily responsible for feeding chicks while females allocated more time to brood attendance. The prey species most commonly delivered to chicks by adults were rainbow smelt (Osmerus mordax) and alewife (A/osa pseudoharengus), followed in importance by larval fish, emerald shiner (Notropis antherinoides), salmonids, and fathead minnows (Pimepha/es prome/as). The relative proportions of various fish speCies delivered to chicks by males differed over the course of each breeding season, and there was also much variability in species composition of prey between years. Sizes of prey delivered to chicks also differed between sampling periods. The modal size of fish brought to chicks during Peak 1991 was 1.5 bill lengths, while the majority of prey in Late 1991 were small larval fish. The reverse trend occurred in 1992 when small fish were delivered to chicks predominantly during the Peak nesting period. During periods when predominantly small fish were delivered to chicks, the foraging activity of radio-tagged males was concentrated within a two kilometer radius of the colony. The observed variation in prey composition and foraging locations during the study likely reflects temporal variation in the availability of prey in the vicinity of the colony. Males delivered fish to chicks at a constant rate, while females 4 increased their feeding frequency over the first six to ten brood days. The mean length of fish delivered to chicks by adults increased significantly with increasing chick age. As a group, within each nesting period, transmittered males either foraged predominantly in the same directional bearing (north during Peak 1991, south during Late 1992), or concentrated foraging activity in the immediate vicinity of the colony (Late 1991, Peak 1992). However, individual radio-tagged males exhibited unique and predictable foraging patterns, often favouring specific locations within these areas and differing in their secondary foraging patterns. Overall, the Lake Ontario shoreline between NCB Bay" (3.5 km south of colony) and the lift bridge canal (4 km north of colony) was the foraging area used most frequently by radiotagged males during the chick-rearing period. Foraging patterns of transmittered males at Windermere Basin are similar to patterns of peak-nesting common terns, but differ from those of late-nesters, at a nearby colony (Port Colborne, Lake Erie). Differences between the foraging patterns of late-nesting terns at these colonies likely reflect differences in annual patterns of fish availability between the two locations. No relationship was found between foraging proficiency of adults and survival of offspring. Stochastic factors, such as predation by black-crowned nightherons (Nycticorax nycticorax) and adverse weather conditions during the early stages of chick rearing, may be more important determinants of common tern breeding success than parental quality or fish availability.