Teho- ja energiamittauspalvelun kartoitus ja kehittäminen

Luotettavien energiamittauspalvelujen tarjoaminen vaatii mittauksien ja niihin liittyvien työvaiheiden tarkan dokumentoinnin ja ohjeistuksen. Sähkötaseiden hallinnassa ja sel-vityksessä käytettävien mittaustietojen määrä on suuri. Dokumentointijärjestelmä on välttämätön mittaustietojen hallitsemiseksi. Sujuva työvaiheiden suorittaminen vaatii niiden kartoittamisen ja sen pohjalta tehdyn ohjeistamisen. Diplomityö voidaan jakaa neljään osaan. Aluksi selvitetään sähköenergiamittausten käyttöä tasehallinnassa ja -selvityksessä. Siihen liittyen tehdään selvitys myös mittaus-velvollisuuksista sekä mittausten tarvitsijoista. Toisessa osassa tutkitaan, miten mittaustieto siirretään jännite- ja virtamuuntajilta ener-gianhallintajärjestelmään, ja mitä työvaiheita on suoritettava ennen kuin mittaustieto voidaan ohjata asiakkaalle tai jatkokäsittelyyn. Kolmas osa muodostuu mittaustietokannan kehittämisestä Microsoft Access-tietokantaohjelmalla. Tietokantaan keskitetään kaikki mahdollinen mittauksiin liittyvä tieto. Tietokanta helpottaa monia mittauksiin liittyviä selvitystehtäviä, sillä siitä voidaan hakea tietoa monin eri hakukriteerein. Neljännessä osassa tarkastellaan mittauspalvelun toiminnassa esiin tulleita epäkohtia ja esitetään niille korjausehdotukset.

Älykkäiden energiamittareiden mahdollistamat palvelut

Sähkönmittaus suoritetaan enenevissä määrin älykkäiden energiamittareiden avulla niin Suomessa kuin muuallakin maailmassa. Älykkäät energiamittarit mahdollistavat huomattavasti monipuolisemman mittaustiedon saannin kuin tavanomaisilla mittareilla saatavan pelkän kulutetun energian määrän. Mittauksesta vastuussa olevalle taholle syntyy kuluja mittareiden asennuksesta uusien tehokkaampien tietojärjestelmien ylläpitoon siirryttäessä uuteen älykkäämpään mittausjärjestelmään. Kulujen kattamiseksi olisi hyödyllistä, jos monipuolisempaa mittaustietoa voitaisiin käyttää laajemmin kuin pelkästään asiakkaiden laskutukseen. Tästä johtuen mittaustiedon tehokasta hyödyntämistä varten tulee kehittää uusia palveluja esimerkiksi raportoinnin, mittaustietojen analysoinnin sekä kysyntäjouston saralla. Tässä työssä esitellään älykkäisiin energiamittareihin liittyvää tekniikkaa ja syitä miksi älykkäämpiin sähkönmittausjärjestelmiin ollaan siirtymässä. Mittaroinnin nykytilannetta käydään läpi niin Suomen kuin eräiden muidenkin Euroopan maiden osalta. Työssä esitetään myös muutamia käytännön palvelumahdollisuuksia ja pohditaan millaiseksi sähkönmittausjärjestelmät tulevaisuudessa muotoutuvat.

Lämminvesivaraajan ohjaus automaatiolla aurinkosähköä tuottavassa kotitaloudessa

Hajautettu sähköntuotanto aurinkopaneeleilla on Suomessa kasvussa. Kotitalouksiin asennettujen aurinkopaneelijärjestelmien määrä kasvaa jatkuvasti, mutta suuri osa tuotetusta sähköenergiasta syötetään sähköverkkoon. Tämä johtuu aurinkosähkön tuotannon painottumisesta kesäpäiviin, jolloin kotitalouksien kulutus on pienimmillään. Suurin hyöty itse tuotetusta energiasta saadaan kuitenkin käyttämällä se tuotantokohteessa, jolla minimoidaan energiansiirto sähköverkon ja kotitalouden rajapinnassa. Siirtämällä kotitalouden suurimpia kuormia aurinkosähkön mukaan ohjatuksi, voidaan saavuttaa merkittäviä parannuksia tuotetun sähkön omakäyttöasteessa. Helpoimmillaan tämä onnistuu kellokytkimellä, joka ajoittaa kulutuksen parhaimman tuotannon ajalle. Tämä ei kuitenkaan poista ongelmaa tilanteissa, jossa aurinkosähkön tuotanto on häiriintynyt esimerkiksi pilvisyyden takia aamupäivällä ja huipputuotanto saavutetaan vasta iltapäivän puolella. Saatavilla on jo useita järjestelmiä, jotka ohjaavat kodin laitteita tuotannon mukaisesti. Suuri osa näistä järjestelmistä on kuitenkin suunniteltu toimimaan vain tuotetun energiamäärän mukaisesti, ottamatta huomioon kotitaloudessa olevaa muuta, automaation piiriin kuulumatonta kulutusta. Tässä kandidaatin työssä vertaillaan sähköenergian eri mittaustapoja ja niiden vaikutusta siirretyn energian laskennalliseen määrään. Lisäksi työssä tutkitaan lämminvesivaraajan kuormanohjausta käyttäen termostaatti-, kellokytkin- ja logiikkaohjausta. Työssä esitelty logiikkaohjaus hyödyntää siirretyn energian mittausta sähköverkon ja kotitalouden rajapinnassa, ottaen automaattisesti huomioon myös talouden muun kulutuksen. Työssä esitellään myös esimerkkilaitteisto, jolla suunniteltu logiikka voidaan toteuttaa.

Voimalaitoksen energiaraportoinnin kehittäminen

Diplomityössä tarkasteltiin Metsä Board Simpeleen voimalaitoksen energiaraportointi kokonaisuutta. Tarkastelun kohteena olivat lämpö-, sähkö- ja polttoaine-energiat. Tarkastelun pääpaino oli energian määritykseen tarvittavissa mittapisteissä sekä niistä muodostuvissa raporteissa. Työn tavoitteena oli saada luotettavat energiaraportit, jotka ovat jaoteltu selkeästi ja johdonmukaisesti. Tavoitteena oli myös vähentää kuukausiraportoinnin muodostamiseen tarvittavaa henkilötyöaikaa. Teoriaosuudessa käsitellään yleisesti voimalaitosprosessin toimintaa sekä siinä käytettäviä polttoaineita. Energiataseen muodostamisen perusteita tarkasteltiin voimalaitosprosessin kannalta. Energian määrityksiin käytettävät prosessimittaukset käytiin läpi. Raportointivelvollisuudet selvitettiin, niin tilastokeskuksien, kuin viranomaistenkin suuntaan. Työosuudessa perehdyttiin käytössä oleviin raportointikäytäntöihin sekä raporttipohjiin. Energialaskentayhtälöt ja parametrit tarkastettiin tarvittavilta osin. Työnaikana havaittiin nopeasti, että raportointi muodostetaan pitkälti Microsoft Excel-taulukkolaskentaohjelmiston avulla. Olemassa olevia automatisoituja raportteja ei hyödynnetty ollenkaan, koska niitä pidettiin epäluotettavina. Työn tuloksena automatisoidut kuukausiraportit tarkastettiin, virheet korjattiin ja ne otettiin käyttöön. Automaattisiin raportteihin tehtiin päivitysehdotukset uusista raporttipohjista. Viralliseen kuukausiraportointiin rakennettiin myös kokonaan uudet raportointipohjat, jotka hyödyntävät automaattisesti muodostuvia raportteja. Uudet raporttipohjat nopeuttivat raportointityötä merkittävästi. Polttoaine-energian hallintajärjestelmä todettiin vanhanaikaiseksi ja sen uusimista suositellaan. Uusinnalla raportointityö helpottuisi ja sen avulla siitä saataisiin kattavampi.

Silicon carbide surface modification by nitrogen plasma expander

Silicon carbide (SiC) has been employed in many different fields such as ballistic armor, thermal coating, high performance mirror substrate, semiconductors devices, among other things. Plasma application over the silicon carbide ceramics is relatively recent and it is able to promote relevant superficial modifications. Plasma expander was used in this work which was supplied by nitrogen and switched by a capacitor bank. Nitrogen plasma was applied over ceramic samples for 20 minutes, in a total medium of 1440 plasma pulses. SiC ceramics were produced by uniaxial pressing method (40 MPa) associated to isostatic pressing (300 MPa) and sintered at 1950 degrees C under argon gas atmosphere. Silicon carbide (beta-sic - BF-12) supplied by HC-Starck and sintering additive (7.6% YAG - Yttrium Aluminum Garnet) were used in order to obtain the ceramics. Before and after the plasma application, the samples were characterized by SEM, AFM, contact angle and surface energy measurement.

Comparison of SRIM, MCNPX and GEANT simulations with experimental data for thick Al absorbers

Proton computerized tomography deals with relatively thick targets like the human head or trunk. In this case precise analytical calculation of the proton final energy is a rather complicated task, thus the Monte Carlo simulation stands out as a solution. We used the GEANT4.8.2 code to calculate the proton final energy spectra after passing a thick Al absorber and compared it with the same conditions of the experimental data. The ICRU49, Ziegler85 and Ziegler2000 models from the low energy extension pack were used. The results were also compared with the SRIM2008 and MCNPX2.4 simulations, and with solutions of the Boltzmann transport equation in the Fokker-Planck approximation. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Comparison of GEANT4 simulations with experimental data for thick al absorbers

Proton beams in medical applications deal with relatively thick targets like the human head or trunk. Therefore, relatively small differences in the total proton stopping power given, for example, by the different models provided by GEANT4 can lead to significant disagreements in the final proton energy spectra when integrated along lengthy proton trajectories. This work presents proton energy spectra obtained by GEANT4.8.2 simulations using ICRU49, Ziegler1985 and Ziegler2000 models for 19.68MeV protons passing through a number of Al absorbers with various thicknesses. The spectra were compared with the experimental data, with TRIM/SRIM2008 and MCNPX2.4.0 simulations, and with the Payne analytical solution for the transport equation in the Fokker-Plank approximation. It is shown that the MCNPX simulations reasonably reproduce well all experimental spectra. For the relatively thin targets all the methods give practically identical results but this is not the same for the thick absorbers. It should be noted that all the spectra were measured at the proton energies significantly above 2MeV, i.e., in the so-called Bethe-Bloch region. Therefore the observed disagreements in GEANT4 results, simulated with different models, are somewhat unexpected. Further studies are necessary for better understanding and definitive conclusions. © 2009 American Institute of Physics.

Reduced calibration curve for proton computed tomography

The pCT deals with relatively thick targets like the human head or trunk. Thus, the fidelity of pCT as a tool for proton therapy planning depends on the accuracy of physical formulas used for proton interaction with thick absorbers. Although the actual overall accuracy of the proton stopping power in the Bethe-Bloch domain is about 1%, the analytical calculations and the Monte Carlo simulations with codes like TRIM/SRIM, MCNPX and GEANT4 do not agreed with each other. A tentative to validate the codes against experimental data for thick absorbers bring some difficulties: only a few data is available and the existing data sets have been acquired at different initial proton energies, and for different absorber materials. In this work we compare the results of our Monte Carlo simulations with existing experimental data in terms of reduced calibration curve, i.e. the range - energy dependence normalized on the range scale by the full projected CSDA range for given initial proton energy in a given material, taken from the NIST PSTAR database, and on the final proton energy scale - by the given initial energy of protons. This approach is almost energy and material independent. The results of our analysis are important for pCT development because the contradictions observed at arbitrary low initial proton energies could be easily scaled now to typical pCT energies. © 2010 American Institute of Physics.

Controlador de demanda e fator de potência de baixo custo para unidades consumidoras de energia elétrica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Untergrundstudien zur Messung der Strangeness-Vektorformfaktoren des Protons durch paritätsverletzende Elektronenstreuung unter Rückwärtswinkeln

Im Rahmen des A4-Experiments werden die Beiträge des Strange-Quarks zu den elektromagnetischen Formfaktoren des Protons gemessen. Solche Seequarkeffekte bei Niederenergieobservablen sind für das Verständnis der Hadronenstruktur wichtig, denn sie stellen eine direkte Manifestation der QCD-Freiheitsgrade im nichtperturbativen Bereich dar.rnrnLinearkombinationen der Strangeness-Vektorformfaktoren des Protons $G_E^s$ und $G_M^s$ sind experimentell über die Messung der paritätsverletzenden Asymmetrie im Wirkungsquerschnitt der elastischen Streuung longitudinal polarisierter Elektronen an unpolarisierten Nukleonen zugänglich. Vor dieser Arbeit hatte die A4-Kollaboration zwei solche Messungen unter Vorwärtsstreuwinkeln bei den Viererimpulsübertägen $Q^2$ von jeweils 0.23 und 0.10 (GeV/c)$^2$ veröffentlicht. Um die Separation von $G_E^s$ und $G_M^s$ beim höheren $Q^2$-Wert zu erhalten, wurde eine Messung unter Rückwärtswinkeln mit der Strahlenergie von 315 MeV durchgeführt.rnrnIm A4-Experiment werden die an einem Flüssigwasserstoff-Target gestreuten Elektronen eines longitudinal polarisierten Strahls mit einem Cherenkov-Kalorimeter einzeln gezählt. Durch die kalorimetrische Energiemessung erfolgt die Trennung der elastischen von den inelastischen Ereignissen. Bei Rückwärtswinkeln wurde dieses Apparat mit einem Szintillator als Elektronentagger erweitert, um den $\gamma$-Untergrund aus dem $\pi^0$-Zerfall zu unterdrücken.rnrnUm die Auswertung dieser Messung zu ermöglichen, wurden im Rahmen dieser Arbeit die gemessenen Energiespektren anhand von ausführlichen Simulationen der Streuprozesse und des Antwortverhaltens der Detektoren untersucht, und eine Methode zur Behandlung des restlichen Untergrunds aus der $\gamma$-Konversionrnvor dem Szintillator entwickelt. Die Simulationergebnisse sind auf dem 5%-Niveau mit den Messungen verträglich, und es wurde bewiesen, dass die Methode der Untergrundbehandlung anwendbar ist.rnrnDie Asymmetriemessung bei Rückwärtswinkeln, die man nach Anwendung der hier erarbeiteten Untergrundbehandlung erhält, wurde für die Separation von $G_E^s$ und $G_M^s$ bei $Q^2$=0.22 (GeV/c)^2 mit der Vorwärtswinkelmessung beim selbenrn$Q^2$ kombiniert. Es ergeben sich die Werte:rnrn$G_M^s$= -0.14 ± 0.11_{exp} ± 0.11_{theo} undrn$G_E^s$= 0.050 ± 0.038_{exp} ± 0.019_{theo}, rnrnwobei die systematische Unsicherheit wegen der Untergrundbehandlung im experimentellen Fehler enthalten ist. Am Ende der Arbeit werden die aus diesen Resultaten folgenden Rückschlüsse auf den Einfluss der Strangeness auf die statischen elektromagnetischen Eigenschaften des Protons diskutiert.rn

Messung der Charmonium-Produktion und Energiekalibration für Elektronen mit dem Atlas-Experiment

Der Wirkungsquerschnitt der Charmoniumproduktion wurde unter Nutzung der Daten aus pp-Kollisionen bei s^{1/2}=7TeV, die im Jahr 2010 vom Atlas-Experiment am LHC aufgezeichnet wurden, gemessen. Um das notwendige Detektorverständnis zu verbessern, wurde eine Energiekalibration durchgeführt.rnrnrnUnter Nutzung von Elektronen aus Zerfällen des Charmoniums wurde die Energieskala der elektromagnetischen Kalorimeter bei niedrigen Energien untersucht. Nach Anwendung der Kalibration wurden für die Energiemessung im Vergleich mit in Monte-Carlo-Simulationen gemessenen Energien Abweichungen von weniger als 0,5% gefunden.rnrnrnMit einer integrierten Luminosität von 2,2pb^{-1} wurde eine erste Messung des inklusiven Wirkungsquerschnittes für den Prozess pp->J/psi(e^{+}e^{-})+X bei s^{1/2}=7TeV vorgenommen. Das geschah im zugänglichen Bereich für Transversalimpulse p_{T,ee}>7GeV und Rapiditäten |y_{ee}|<2,4. Es wurden differentielle Wirkungsquerschnitte für den Transversalimpuls p_{T,ee} und für die Rapidität |y_{ee}| bestimmt. Integration beider Verteilungen lieferte für den inklusiven Wirkungsquerschnitt sigma(pp-> J/psi X)BR(J/psi->e^{+}e^{-}) die Werte (85,1+/-1,9_{stat}+/-11,2_{syst}+/-2,9_{Lum})nb und (75,4+/-1,6_{stat}+/-11,9_{syst}+/-2,6_{Lum})nb, die innerhalb der Systematik kompatibel sind.rnrnrnVergleiche mit Messungen von Atlas und CMS für den Prozess pp->J/psi(mu^{+}mu^{-})+X zeigten gute Übereinstimmung. Zum Vergleich mit der Theorie wurden Vorhersagen mit verschiedenen Modellen in nächst-zu-führender und mit Anteilen in nächst-zu-nächst-zu-führender Ordnung kombiniert. Der Vergleich zeigt eine gute Übereinstimmung bei Berücksichtigung von Anteilen in nächst-zu-nächst-zu-führender Ordnung.

Supersymmetry searches in the single lepton final state with the ATLAS detector

This thesis presents an analysis for the search of Supersymmetry with the ATLAS detector at the LHC. The final state with one lepton, several coloured particles and large missing transverse energy was chosen. Particular emphasis was placed on the optimization of the requirements for lepton identification. This optimization showed to be particularly useful when combining with multi-lepton selections. The systematic error associated with the higher order QCD diagrams in Monte Carlo production is given particular focus. Methods to verify and correct the energy measurement of hadronic showers are developed. Methods for the identification and removal of mismeasurements caused by the detector are found in the single muon and four jet environment are applied. A new detector simulation system is shown to provide good prospects for future fast Monte Carlo production. The analysis was performed for $35pb^{-1}$ and no significant deviation from the Standard Model is seen. Exclusion limits subchannel for minimal Supergravity. Previous limits set by Tevatron and LEP are extended.

E-ToF-Messungen mit kalorimetrischen Tieftemperatur-Detektoren zur Bestimmung spezischer Energieverluste und zur Massenidentifikation niederenergetischer Schwerionen

Kalorimetrische Tieftemperatur-Detektoren (Calorimetric Low Temperature Detectors, CLTDs) wurden erstmals in Messungen zur Bestimmung des spezifischen Energieverlustes (dE/dx) niederenergetischer Schwerionen beim Durchgang durch Materie eingesetzt. Die Messungen wurden im Energiebereich unterhalb des Bragg-Peaks, mit 0.1 - 1.4 MeV/u 238U-Ionen in Kohlenstoff und Gold sowie mit 0.05 - 1.0 MeV/u 131Xe-Ionen in Kohlenstoff, Nickel und Gold, durchgeführt. Die Kombination der CLTDs mit einem Flugzeitdetektor ermöglichte dabei, kontinuierliche dE/dx-Kurven über größere Energiebereiche hinweg simultan zu bestimmen. Im Vergleich zu herkömmlichen Meßsystemen, die Ionisationsdetektoren zur Energiemessung verwenden, erlaubten die höhere Energieauflösung und -linearität der CLTDs eine Verringerung der Kalibrierungsfehler sowie eine Erweiterung des zugänglichen Energiebereiches der dE/dx-Messungen in Richtung niedriger Energien. Die gewonnen Daten können zur Anpassung theoretischer und semi-empirischer Modelle und somit zu einer Erhöhung der Präzision bei der Vorhersage spezifischer Energieverluste schwerer Ionen beitragen. Neben der experimentellen Bestimmung neuer Daten wurden das alternative Detektionsprinzip der CLTDs, die Vorteile dieser Detektoren bezüglich Energieauflösung und -linearität sowie der modulare Aufbau des CLTD-Arrays aus mehreren Einzeldetektoren genutzt, um diese Art von Messung auf potentielle systematische Unsicherheiten zu untersuchen. Unter anderem wurden hierbei unerwartete Channeling-Effekte beim Durchgang der Ionen durch dünne polykristalline Absorberfolien beobachtet. Die koinzidenten Energie- und Flugzeitmessungen (E-ToF) wurden weiterhin genutzt, um das Auflösungsvermögen des Detektor-Systems bei der direkten in-flight Massenbestimmung langsamer und sehr schwerer Ionen zu bestimmen. Durch die exzellente Energieauflösung der CLTDs konnten hierbei Massenauflösungen von Delta-m(FWHM) = 1.3 - 2.5 u für 0.1 - 0.6 MeV/u 238U-Ionen erreicht werden. In einer E-ToF-Messung mit Ionisationsdetektoren sind solche Werte in diesem Energie- und Massenbereich aufgrund der Limitierung der Energieauflösung durch statistische Schwankungen von Verlustprozessen beim Teilchennachweis nicht erreichbar.

Towards End-User Driven Power Saving Control in Android devices

Abstract. During the last decade mobile communications increasingly became part of people's daily routine. Such usage raises new challenges regarding devices' battery lifetime management when using most popular wireless access technologies, such as IEEE 802.11. This paper investigates the energy/delay trade-off of using an end-user driven power saving approach, when compared with the standard IEEE 802.11 power saving algorithms. The assessment was conducted in a real testbed using an Android mobile phone and high-precision energy measurement hardware. The results show clear energy benefits of employing user-driven power saving techniques, when compared with other standard approaches.

The Interstellar Neutral He haze in the heliosphere: what can we learn?

Neutral interstellar helium has been observed by the Interstellar Boundary Explorer (IBEX) since 2009, with a signal-to-noise ratio well above 1000. Because of the geometry of the observations, the signal observed from January to March each year is the easiest to identify. However, as we show via simulations, the portion of the signal in the range of intensities from 10(-3) to 10(-2) of the peak value, previously mostly left out from the analysis, may provide important information about the details of the distribution function of interstellar He gas in front of the heliosphere. In particular, these observations may inform us about possible departures of the parent interstellar He population from equilibrium. We compare the expected distribution of the signal for the canonical assumption of a single Maxwell-Boltzmann population with the distributions for a superposition of the Maxwell-Boltzmann primary population and the recently discovered Warm Breeze, and for a single primary population given by a kappa function. We identify the regions on the sky where the differences between those cases are expected to be the most visible against the background. We discuss the diagnostic potential of the fall peak of the interstellar signal, reduced by a factor of 50 due to the Compton-Getting effect but still above the detection limit of IBEX. We point out the strong energy dependence of the fall signal and suggest that searching for this signal in the data could bring an independent assessment of the low-energy measurement threshold of the IBEX-Lo sensor.