Holographic optical tweezers combined with back-focal-plane displacement detection

A major problem with holographic optical tweezers (HOTs) is their incompatibility with laser-based position detection methods, such as back-focal-plane interferometry (BFPI). The alternatives generally used with HOTs, like high-speed video tracking, do not offer the same spatial and temporal bandwidths. This has limited the use of this technique in precise quantitative experiments. In this paper, we present an optical trap design that combines digital holography and back-focal-plane displacement detection. We show that, with a particularly simple setup, it is possible to generate a set of multiple holographic traps and an additional static non-holographic trap with orthogonal polarizations and that they can be, therefore, easily separated for measuring positions and forces with the high positional and temporal resolutions of laser-based detection. We prove that measurements from both polarizations contain less than 1% crosstalk and that traps in our setup are harmonic within the typical range. We further tested the instrument in a DNA stretching experiment and we discuss an interesting property of this configuration: the small drift of the differential signal between traps.

Development and Evaluation of a Portable Device for Measuring Curling and Warping in Concrete Pavements, 2016

Portland cement concrete (PCC) pavement undergoes repeated environmental load-related deflection resulting from temperature and moisture variations across pavement depth. This has been recognized as resulting in PCC pavement curling and warping since the mid-1920s. Slab curvature can be further magnified under repeated traffic loads and may ultimately lead to fatigue failures, including top-down and bottom-up transverse, longitudinal, and corner cracking. It is therefore significant to measure the “true” degree of curling and warping in PCC pavements, not only for quality control (QC) and quality assurance (QA) purposes, but also for better understanding of its relationship to long-term pavement performance. Although several approaches and devices—including linear variable differential transducers (LVDTs), digital indicators, and some profilers—have been proposed for measuring curling and warping, their application in the field is subject to cost, inconvenience, and complexity of operation. This research therefore explores developing an economical and simple device for measuring curling and warping in concrete pavements with accuracy comparable to or better than existing methodologies. Technical requirements were identified to establish assessment criteria for development, and field tests were conducted to modify the device to further enhancement. The finalized device is about 12 inches in height and 18 pounds in weight, and its manufacturing cost is just $320. Detailed development procedures and evaluation results for the new curling and warping measuring device are presented and discussed, with a focus on achieving reliable curling and warping measurements in a cost effective manner.

Practical Data Collection: Establishing Methods and Procedures for Measuring Water Clarity and Turbidity of Storm Water Run-Off from Active Major Highway Construction Sites, 2014

In anticipation of regulation involving numeric turbidity limit at highway construction sites, research was done into the most appropriate, affordable methods for surface water monitoring. Measuring sediment concentration in streams may be conducted a number of ways. As part of a project funded by the Iowa Department of Transportation, several testing methods were explored to determine the most affordable, appropriate methods for data collection both in the field and in the lab. The primary purpose of the research was to determine the exchangeability of the acrylic transparency tube for water clarity analysis as compared to the turbidimeter.

Measuring limits of telomere movement on nuclear envelope.

The dynamic behavior of the decondensed chromatin can be monitored by real-time fluorescence confocal microscopy. It can be observed that different chromosomal sites enjoy different degrees of freedom during a certain period, exploring larger or smaller portions of nuclear volume. Here we measure the accessible surface for two chromosomal sites (yeast telomeres Tel3R and Tel6R) that both exhibit strong preferential association with the nuclear membrane in galactose-containing media, but differ significantly in gene activity. Telomere Tel6R, which harbors an inducible gene with high levels of transcription, explores a much larger surface than the telomere Tel3R, which is adjacent to inactive chromatin. Thus, our results distinguish two perinuclear movements characteristic of different transcriptional state, allowing for a better understanding of the correlation between activity of genes and chromatin dynamics.

Instruments for investigating fitness to drive - needs and expectations in primary care: a qualitative study

Background: Primary care physicians are often requested to assess their patients' fitness to drive. Little is however known on their needs to help them in this task. Aims: The aim of this study is to develop theories on needs, expectations, and barriers for clinical instruments helping physicians assess fitness to drive in primary care. Methods: This qualitative study used semi-structured interviews to investigate needs and expectations for instruments used to assess fitness to drive. From August 2011 to April 2013, we recorded opinions from five experts in traffic medicine, five primary care physicians, and five senior drivers. All interviews were integrally transcribed. Two independent researchers extracted, coded, and stratified categories relying on multi-grounded theory. All participants validated the final scheme. Results: Our theory suggests that for an instruments assessing fitness to drive to be implemented in primary care, it need to contribute to the decisional process. This requires at least five conditions: 1) it needs to reduce the range of uncertainty, 2) it needs to be adapted to local resources and possibilities, 3) it needs to be accepted by patients, 4) choices of tasks need to adaptable to clinical conditions, 5) and interpretation of results need to remain dependant of each patient's context. Discussion and conclusions: Most existing instruments assessing fitness to drive are not designed for primary care settings. Future instruments should also aim to support patient-centred dialogue, help anticipate driving cessation, and offer patients the opportunity to freely take their own decision on driving cessation as often as possible.

Impingement jet cooling of end windings in a high-speed electric machine

The rotational speed of high-speed electric machines is over 15 000 rpm. These machines are compact in size when compared to the power rate. As a consequence, the heat fluxes are at a high level and the adequacy of cooling becomes an important design criterion. In the high-speed machines, the air gap between the stator and rotor is a narrow flow channel. The cooling air is produced with a fan and the flow is then directed to the air gap. The flow in the gap does not provide sufficient cooling for the stator end windings, and therefore additional cooling is required. This study investigates the heat transfer and flow fields around the coil end windings when cooling jets are used. As a result, an innovative and new assembly is introduced for the cooling jets, with the benefits of a reduced amount of hot spots, a lower pressure drop, and hence a lower power need for the cooling fan. The gained information can also be applied to improve the cooling of electric machines through geometry modifications. The objective of the research is to determine the locations of the hot spots and to find out induced pressure losses with different jet alternatives. Several possibilities to arrange the extra cooling are considered. In the suggested approach cooling is provided by using a row of air jets. The air jets have three main tasks: to cool the coils effectively by direct impingement jets, to increase and cool down the flow that enters the coil end space through the air gap, and to ensure the correct distribution of the flow by forming an air curtain with additional jets. One important aim of this study is the arrangement of cooling jets in such manner that hot spots can be avoided to wide extent. This enables higher power density in high-speed motors. This cooling system can also be applied to the ordinary electric machines when efficient cooling is needed. The numerical calculations have been performed using a commercial Computational Fluid Dynamics software. Two geometries have been generated: cylindrical for the studied machine and Cartesian for the experimental model. The main parameters include the positions, arrangements and number of jets, the jet diameters, and the jet velocities. The investigated cases have been tested with two widely used turbulence models and using a computational grid of over 500 000 cells. The experimental tests have been made by using a simplified model for the end winding space with cooling jets. In the experiments, an emphasis has been given to flow visualisation. The computational analysis shows good agreement with the experimental results. Modelling of the cooling jet arrangement enables also a better understanding of the complex system of heat transfer at end winding space.

Measuring the effects through time of the influence of visuomotor and visuotactile synchronous stimulation on a virtual body ownership illusion

Previous studies have examined the experience of owning a virtual surrogate body or body part through specific combinations of cross-modal multisensory stimulation. Both visuomotor (VM) and visuotactile (VT) synchronous stimulation have been shown to be important for inducing a body ownership illusion, each tested separately or both in combination. In this study we compared the relative importance of these two cross-modal correlations, when both are provided in the same immersive virtual reality setup and the same experiment. We systematically manipulated VT and VM contingencies in order to assess their relative role and mutual interaction. Moreover, we present a new method for measuring the induced body ownership illusion through time, by recording reports of breaks in the illusion of ownership ("breaks") throughout the experimental phase. The balance of the evidence, from both questionnaires and analysis of the breaks, suggests that while VM synchronous stimulation contributes the greatest to the attainment of the illusion, a disruption of either (through asynchronous stimulation) contributes equally to the probability of a break in the illusion.

Paperin pinnan karakterisoinnin ja painettavuuden tutkimusmenetelmät

Työn tarkoituksena on ollut tutkia paperin pinnan karakterisoinnin menetelmiä ja tehdä katsauspaperin painettavuuden ennustamisen tutkimuksiin. Kaikkien kehitettyjen menetelmien tarkoituksena on tavalla tai toisella mitata paperin visuaalista vaikutelmaa loppukäyttäjän kannalta sekä ennustaa paperin painettavuutta. Menetelmiä on kehitetty aina 1940-luvulta lähtien ja tekniikan kehittyessä markkinoille tulee uusia menetelmiä, jotka ovat nopeampia ja tarkempia kuin edeltäjänsä. Työssä tarkasteltavat menetelmät on jaoteltu mekaanisiin, optisiin ja elektronisäteilyn läpäisyyn perustuviin menetelmiin. Lopuksi on tarkasteltu tutkimuksia, joiden pääasiallinen tarkoitus on ollut kehittää mittalaitteita ennustamaan paperin painotulosta todellisissa painatusolosuhteissa. Laboratoriolaitteita ja on-line-mittareita ei ole jaoteltu erikseen, koska menetelmän perusteella on helppo havaita, voiko laite mitata jotakin paperin ominaisuutta jopa yli 40 metriä sekunnissa liikkuvalla paperirainalla.

Sähkömittareiden kaukoluennan kannattavuus ja käyttöönotto sähköverkkoyhtiössä

Sähkömittareiden kaukoluenta (AMR) on tällä hetkellä ajankohtainen aihe, koska useat verkkoyhtiöt ovat tehneet jo päätöksen mittaustoiminnan automatisoinnista ja monissa yhtiöissä ovat selvitykset parhaillaan menossa tai suunnitteilla. Erilaisten ennusteiden mukaan kaikki Suomen sähkömittarit tulevat ajan myötä kaukoluettaviksi, mutta aikataulun arviot vaihtelevat viidestä viiteentoista vuoteen. Diplomityössä on tutkittu Lahti Energia Oy:lle soveltuvaa sähkömittareiden kaukoluentajärjestelmää ja siihen investoimisen kannattavuutta. Tarkastelun kohteena on ollut yhtiölle kaukoluennasta kertyvät kustannukset ja sen avulla saavutettavat säästöt. Koska mittareiden kaukoluennasta on yhtiössä vain vähän kokemusta, lasketut säästöt perustuvat olettamukseen ja arvioituihin lukemiin. Lisäksi työssä on käsitelty yhtiön jakelualueen alueittaista jaottelua kaukoluennan kannattavuuden suhteen ja tutkittu kaukoluennan vaikutuksia yhtiön toimintoihin sekä sen tuomia mahdollisuuksia. Kaukoluennan myötä saadaan täsmällistä tietoa energiankulutuksesta ja asiakkaita voidaan laskuttaa todelliseen mittarinlukemaan perustuen. Sen avulla tulevat mahdollisiksi myös useat lisäpalvelut tai toiminnot, kuten tuntimittaus, sähkön laadun seuranta, sähkökatkojen rekisteröinti ja sähköjen etäkatkaisu. Kaikkia kyseisiä palveluita ei tarvitsevälttämättä hankkia kerralla vaan ne voidaan ottaa myös optiona.

Electric bicycles as a new active transportation modality to promote health.

GOJANOVIC, B., J. WELKER, K. IGLESIAS, C. DAUCOURT, and G. GREMION. Electric Bicycles as a New Active Transportation Modality to Promote Health. Med. Sci. Sports Exerc., Vol. 43, No. 11, pp. 2204-2210, 2011. Electrically assisted bicycles (EAB) are an emerging transportation modality favored for environmental reasons. Some physical effort is required to activate the supporting engine, making it a potential active commuting option. Purpose: We hypothesized that using an EAB in a hilly city allows sedentary subjects to commute comfortably, while providing a sufficient effort for health-enhancing purposes. Methods: Sedentary subjects performed four different trips at a self-selected pace: walking 1.7 km uphill from the train station to the hospital (WALK), biking 5.1 km from the lower part of town to the hospital with a regular bike (BIKE), or EAB at two different power assistance settings (EAB(high), EAB(std)). HR, oxygen consumption, and need to shower were recorded. Results: Eighteen sedentary subjects (12 female, 6 male) age 36 +/- 10 yr were included, with (V) over dotO(2max) of 39.4 +/- 5.4 mL.min(-1).kg(-1). Time to complete the course was 22 (WALK), 19 (EAB(high)), 21 (EAB(std)), and 30 (BIKE) min. Mean %(V) over dotO(2max) was 59.0%, 54.9%, 65.7%, and 72.8%. Mean%HR(max) was 71.5%, 74.5%, 80.3%, and 84.0%. There was no significant difference between WALK and EAB(high), but all other comparisons were different (P < 0.05). Two subjects needed to shower after EAB(high), 3 needed to shower after WALK, 8 needed to shower after EAB(std), and all 18 needed to shower after BIKE. WALK and EAB(high) elicited 6.5 and 6.1 METs (no difference), whereas it was 7.3 and 8.2 for EAB(std) and BIKE. Conclusions: EAB is a comfortable and ecological transportation modality, helping sedentary people commute to work and meet physical activity guidelines. Subjects appreciated ease of use and mild effort needed to activate the engine support climbing hills, without the need to shower at work. EAB can be promoted in a challenging urban environment to promote physical activity and mitigate pollution issues.

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.

KPI definition for measuring customer extranet benefits for a forest company

Tutkimuksen tavoitteena oli määrittää hyötyjä, joita Stora Enso on saavuttanut ottamalla käyttöön extranet-järjestelmän, jonka avulla asiakkaat voivat seurata toimitusketjuaan. Tässä tutkimuksessa keskityttiin taloudellisten hyötyjen määrittämiseen ja aineettomien hyötyjen tutkiminen rajattiintyön ulkopuolelle. Samalla tuli kehittää mittarit itsepalveluasteiden laskemiseksi tietyille toiminnoille, joita asiakkaat voivat hyödyntää järjestelmässä. Myös toiminnot, joita järjestelmässä pääasiassa käytetään, tuli määrittää kvantitatiivisen tutkimuksen avulla. Myyntihenkilöstön haastattelut toimivat apuna laskettaessa taloudellisia hyötyjä. Teoriaosuudessa käsitellään yleisesti sähköisiä palveluita erityisesti yritysten välistä kaupankäyntiä koskevalla alueella. Myös toimitusketjua ja tunnusluku mittareiden rakentamista on esitelty yleisellä tasolla teoriaosassa. Työn keskeisimmät tulokset ovat itsepalveluasteiden mittarit, niiden avulla lasketut itsepalveluasteet sekä taloudelliset hyödyt, joita yrityson saavuttanut järjestelmän käyttöönoton jälkeen.

Lämmönlähteiden aiheuttamien konvektiovirtausten vaikutus vastakkaiseen tuloilmasuihkuun

Huoneen sisäisten lämpölähteiden aiheuttamilla konvektiovirtauksilla eli pluumeilla on huomattava vaikutus ilmastointipalkkijärjestelmäntoimintaan. Tätä vaikutusta ei ole tutkittu kovin paljon. Tässä työssä tutkittiin huoneen päätyseinässä olevan sähkölämmityspatterin vaikutusta aktiivisen ilmastointipalkin toimintaan. Tutkimus kohdistui vastakkaisten suihkujen törmäykseen. Suihkuina olivat pluumit ja tuloilmavirtaus. Tutkimukseen kuului sekä teoreettinen että kokeellinen osio. Teoreettisessa tarkastelussa käytiin läpi ilmastointipalkin teoriaa sekä konvektiovirtausten muodostumisen teoriaa. Lisäksi esitettiin, kuinka suihkuista lasketaan liikemäärävirta. Kokeellisessa osiossa mitattiin huoneen sisäisten lämpölähteiden aiheuttamia pluumeja. Lämpölähteet oli sijoitettuina tutkimushuoneen päätyseinän viereen. Mittauksissa keskityttiin tarkemmin sähkölämmityspatteriin ja sitä mallinnettiin eri tehoilla. Lisäksi mitattiin ilmastointipalkin tuloilmavirtausta eri ilmamäärillä. Pluumien ja tuloilmavirtauksen törmäyskäyttäytymistä selvitettiin savukuvauksella. Analyysiosiossa sähkölämmityspatterin aiheuttaman pluumin ja palkin tuloilmavirtauksen törmäyskäyttäytymiselle kehitettiin malli. Mallissa huomioitiin vastaikkaisten törmäävien suihkujen liikemäärät ja esitettiin kohdat tutkimushuoneen pituussuunnassa, jossa tuloilmavirtaus kääntyy oleskeluvyöhykkeelle. Ilmastointipalkkijärjestelmässä tuloilmavirtauksen tulisi kääntyä oleskeluvyöhykkeelle vasta huoneen seinustalla. Tutkimuksen perusteella näin käy, jos pluumin liikemäärä on noin 10% tai vähemmän tuloilman liikemäärästä. Muulloin palkin tuloilmavirtaus kääntyy oleskeluvyöhykkeelle liian aikaisin ja aiheuttaa mahdollisestivedontunnetta.