Michelson interferometer with porch swing bearing for portable FTIR spectrometer

The interferometer for low resolution portable Fourier Transform middle infrared spectrometer was developed and studied experimentally. The final aim was a concept for a commercial prototype. Because of the portability, the interferometer should be compact sized and insensitive to the external temperature variations and mechanical vibrations. To minimise the size and manufacturing costs, Michelson interferometer based on plane mirrors and porch swing bearing was selected and no dynamic alignment system was applied. The driving motor was a linear voice coil actuator to avoid mechanical contact of the moving parts. The driving capability for low mirror driving velocities required by the photoacoustic detectors was studied. In total, four versions of such an interferometer were built and experimentally studied. The thermal stability during the external temperature variations and the alignment stability over the mirror travel were measured using the modulation depth of the wide diameter laser beam. Method for estimating the mirror tilt angle from the modulation depth was developed to take account the effect from the non-uniform intensity distribution of the laser beam. The spectrometer stability was finally studied also using the infrared radiation. The latest interferometer was assembled for the middle infrared spectrometer with spectral range from 750 cm−1 to 4500 cm−1. The interferometer size was (197 × 95 × 79) mm3 with the beam diameter of 25 mm. The alignment stability as the change of the tilt angle over the mirror travel of 3 mm was 5 μrad, which decreases the modulation depth only about 0.7 percent in infrared at 3000 cm−1. During the temperature raise, the modulation depth at 3000 cm−1 changed about 1 . . . 2 percentage units per Celsius over short term and even less than 0.2 percentage units per Celsius over the total temperature raise of 30 °C. The unapodised spectral resolution was 4 cm−1 limited by the aperture size. The best achieved signal to noise ratio was about 38 000:1 with commercially available DLaTGS detector. Although the vibration sensitivity requires still improving, the interferometer performed, as a whole, very well and could be further developed to conform all the requirements of the portable and stable spectrometer.

Vibrations in Rotating Machinery Arising from Minor Imperfections in Component Geometries

Vibrations in machines can cause noise, decrease the performance, or even damage the machine. Vibrations appear if there is a source of vibration that excites the system. In the worst case scenario, the excitation frequency coincides with the natural frequency of the machine causing resonance. Rotating machines are a machine type, where the excitation arises from the machine itself. The excitation originates from the mass imbalance in the rotating shaft, which always exists in machines that are manufactured using conventional methods. The excitation has a frequency that is dependent on the rotational speed of the machine. The rotating machines in industrial use are usually designed to rotate at a constant rotational speed, the case where the resonances can be easily avoided. However, the machines that have a varying operational speed are more problematic due to a wider range of frequencies that have to be avoided. Vibrations, which frequencies equal to rotational speed frequency of the machine are widely studied and considered in the typical machine design process. This study concentrates on vibrations, which arise from the excitations having frequencies that are multiples of the rotational speed frequency. These vibrations take place when there are two or more excitation components in a revolution of a rotating shaft. The dissertation introduces four studies where three kinds of machines are experiencing vibrations caused by different excitations. The first studied case is a directly driven permanent magnet generator used in a wind power plant. The electromagnetic properties of the generator cause harmonic excitations in the system. The dynamic responses of the generator are studied using the multibody dynamics formulation. In another study, the finite element method is used to study the vibrations of a magnetic gear due to excitations, which frequencies equal to the rotational speed frequency. The objective is to study the effects of manufacturing and assembling inaccuracies. Particularly, the eccentricity of the rotating part with respect to non-rotating part is studied since the eccentric operation causes a force component in the direction of the shortest air gap. The third machine type is a tube roll of a paper machine, which is studied while the tube roll is supported using two different structures. These cases are studied using different formulations. In the first case, the tube roll is supported by spherical roller bearings, which have some wavinesses on the rolling surfaces. Wavinesses cause excitations to the tube roll, which starts to resonate at the frequency that is a half of the first natural frequency. The frequency is in the range where the machine normally operates. The tube roll is modeled using the finite element method and the bearings are modeled as nonlinear forces between the tube roll and the pedestals. In the second case studied, the tube roll is supported by freely rotating discs, which wavinesses are also measured. The above described phenomenon is captured as well in this case, but the simulation methodology is based on the flexible multibody dynamics formulation. The simulation models that are used in both of the last two cases studied are verified by measuring the actual devices and comparing the simulated and measured results. The results show good agreement.

Tasoseulan parametrien kokeellinen optimointi ja simulointimallin verifiointi

Tämä kandidaatintyö tarkastelee rakeisen materiaalin seulontaan liittyviä käsitteitä ja laitteita, etsii optimaalisia parametreja seulonnan erotustehokkuudelle laboratorio-olosuhteissa sekä verifioi aikaisempien tutkimuksien simulointimallia. Mittauksessa seulottiin erikokoisia lasipalloja. Mittausten muuttuvia parametreja olivat seulatason värähtelyn taajuus, kaltevuus ja syöttömassa. Värähtely edistää partikkelien kerrostumista, kaltevuus lisää partikkelien vierintänopeutta ja syöttömassan lisääminen tarkoittaa suurempaa kapasiteettia. Mittausten perusteella värähtelyn ja kaltevuuden lisääminen parantaa erotustehokkuutta. Sen sijaan liiallinen kaltevuuden ja syöttömassan lisääminen heikentää erotustehokkuutta. Seulonnan erotustehokkuudet määritettiin alitteiden kokonaismassan perusteella. Tässä työssä kokeellisesti määritettyjä erotustehokkuuden arvoja verrattiin Rotich et al. [2013, 2014] kehittämän seulan simulointimallin tuloksiin. Malli simuloi seulan erotustehokkuutta eri seulan parametreilla ja mallin antamat simulointitulokset noudattivat hyvin tässä työssä saatuja kokeellisia mittaustuloksia.

Teollisuuspuhaltimien runkorakenteiden ja siipipyörien suunnittelu

Tämä diplomityö tehtiin Voikkaalla Dust Control Systems Oy:lle. Työ on osa teollisuuspuhaltimien tuotekehitystä yrityksen olemassaolevan puhallinratkaisujen, sekä suunnitteluprosessin kautta. Työn tavoitteena oli tutkia puhaltimen toiminnasta aiheutuvan värähtelyn vaikutusta puhaltimen rakenteisiin nykyisillä puhallinmalleilla, sekä tutkia eri rakenneratkaisujen käyttöä yrityksen normaalista tuotelinjasta suuremmilla puhaltimilla. Työ toteutettiin kahden toteutuneen puhallinprojektin yhteydessä, joiden rakenteellisia ominaisuuksia pyrittiin arvioimaan normaalin suunnitteluprosessin ohella puhallinkomponenttien mitoituksen suhteen. Molemmat projektit olivat yrityksen mittakaavassa huomattavan suuria sekä suunnittelultaan haastavia, joten ne sopivat diplomityön toteutukseen hyvin. Suunnittelussa käytettiin FE-mallinnukseen Femap ja COMSOL-ohjelmistoja, sekä värähtelyn simulointiin yliopistolla kehitettyä RoBeDyn – laskentaohjelmaa. Työn aikana todettiin, että tarkempi FE-mallinnus yrityksen valmiista 3D-malleista on varsin hankala toteuttaa ja vaatisi mallien suunnittelun erityisesti lujuuslaskentaa varten. Laskennassa päädyttiin käyttämään yksinkertaistettuja malleja, joiden avulla saatiin johdonmukaisia arvioita puhaltimien toiminnasta eri materiaalivahvuuksilla. Käytännössä tuloksien oikeellisuutta päästään arvioimaan kesällä 2015 puhaltimien valmistuttua.

Bone morphogenetic proteins: from structure to clinical use

Bone morphogenetic proteins (BMPs) are multi-functional growth factors belonging to the transforming growth factor ß superfamily. Family members are expressed during limb development, endochondral ossification, early fracture, and cartilage repair. The activity of BMPs was first identified in the 1960s but the proteins responsible for bone induction were unknown until the purification and cloning of human BMPs in the 1980s. To date, about 15 BMP family members have been identified and characterized. The signal triggered by BMPs is transduced through serine/threonine kinase receptors, type I and II subtypes. Three type I receptors have been shown to bind BMP ligands, namely: type IA and IB BMP receptors and type IA activin receptors. BMPs seem to be involved in the regulation of cell proliferation, survival, differentiation and apoptosis, but their hallmark is their ability to induce bone, cartilage, ligament, and tendon formation at both heterotopic and orthotopic sites. This suggests that, in the future, they may play a major role in the treatment of bone diseases. Several animal studies have illustrated the potential of BMPs to enhance spinal fusion, repair critical-size defects, accelerate union, and heal articular cartilage lesions. Difficulties in producing and purifying BMPs from bone tissue have prompted the attempts made by several laboratories, including ours, to express these proteins in the recombinant form in heterologous systems. This review focuses on BMP structure, molecular mechanisms of action and significance and potential applications in medical, dental and veterinary practice for the treatment of cartilage and bone-related diseases.

Sähkökoneessa esiintyvien voimien yksityiskohtainen mittausjärjestelmä

Hissiteollisuudessa nostokoneistoina käytettyjen sähkömoottoreiden laatuvaatimukset ovat tiuken-tuneet viime vuosina. Erityisesti koneistojen tuottama ääni ja mekaaninen värähtely ovat olleet jat-kuvasti tiukentuneen tarkastelun alaisena. Hissikoriin ja hissiä ympäröiviin rakenteisiin välittyvästä värähtelystä johtuva ääni on yksi hissin laatuvaikutelmaan merkittävimmin vaikuttavia tekijöitä. Nostokoneisto on yksi tärkeimmistä äänen ja värähtelyn lähteistä hissijärjestelmässä. Koneiston suunnittelulla edellä mainittuja tekijöitä voidaan minimoida. Sähkökoneiden suunnittelussa finiit-tielementtimenetelmien (FEM) käyttö on vakiintunut haastavimmissa sovelluksissa. Kone Oyj:llä nostokoneistoina käytetään aksiaalivuokestomagneettitahtikoneita (AFPMSM), joiden FEM simu-lointiin käytetään yleisesti kolmea eri tapaa. Kukin näistä vaihtoehdoista pitää sisällään omat hyö-tynsä, että haittansa. Suunnittelun kannalta tärkeää on oikean menetelmän valinta ai-ka/informatiivisuus suhteen maksimoimiseksi. Erittäin tärkeää on myös saatujen tulosten oikeelli-suus. Tämän diplomityön tavoite on kehittää järjestelmä, jonka avulla AFPMS-koneen voimia voidaan mitata yksityiskohtaisella tasolla. Järjestelmän avulla voidaan tarkastella käytössä olevien FE-menetelmien tulosten oikeellisuutta sekä äänen että värähtelyn syntymekanismeja. Järjestelmän tarkoitus on myös syventää Kone Oyj tietotaitoa AFPMS-koneiden toiminnasta. Tässä työssä esitellään AFPMS-koneen epäideaalisuuksia, jotka voivat vaikuttaa mittajärjestelmän suunnitteluun. Myös koneen epäideaalisuuksiin lukeutuvaa ääntä on tarkasteltu tässä työssä. Jotta työn tavoitteiden mukaista FE-menetelmien vertailua ja tulosten oikeellisuuden tarkastelua voitai-siin tehdä, myös yleisimpiä AFPMS-koneen FE-menetelmiä tarkastellaan. Työn tuloksena on mittajärjestelmän suunnitelma, jonka avulla voidaan toteuttaa kuuden vapausas-teen voimamittaus jokaiselle koneistomagneetille alle 1N resoluutiolla. Suunnitellun järjestelmän toimivuutta on tarkasteltu FE-menetelmiä käyttäen ja järjestelmässä käytettävän voima-anturin ky-vykkyyttä on todennettu referenssimittauksin. Suunniteltu mittajärjestelmä mahdollistaa sähkömoottorin useiden eri epäideaalisuuksien tarkaste-lun yksityiskohtaisella tasolla. Mittausajatuksen soveltaminen myös muiden koneiden tutkimiseen tarjoaa mahdollisuuksia jatkotutkimuksille.

Pyörivän keskiökärjen rakenteen kehittäminen työstövärähtelyjen välttämiseksi sorvauksessa

Tässä diplomityössä käsitellään sorvauksen työstövärähtelyjen ja sorvin keskiökärjen rakenteen yhteyttä. Työ on osa Lappeenrannan teknillisen yliopiston VMAX-projektia, ja sen taustalla on pyrkimys uudenlaisen, sorvin kärkipylkän puristusvoiman ajonaikaiseen säätämiseen perustuvan työstövärähtelyjen välttämismenetelmän kehittämiseen. Tämän menetelmän toiminnan todentaminen oli työn ensimmäinen tavoite. Menetelmän toteuttaminen asettaa kuitenkin käytetyn keskiökärjen rakenteelle tiettyjä vaatimuksia. Työn toisena tavoitteena oli nämä vaatimukset täyttävän keskiökärjen prototyypin kehittäminen. Tutkimus eteni seuraavasti. Ensimmäiseksi ongelma määriteltiin tutustumalla työn teoreettiseen taustaan ja aiheeseen liittyvään tutkimukseen Lappeenrannan teknillisestä yliopistosta ja muualta. Myös keskiökärkiä valmistavien yritysten tuotekatalogeja tarkasteltiin. Seuraavaksi siirryttiin alustavaan suunnitteluvaiheeseen, jossa verifioitiin menetelmän toiminta ja luotiin konsepteja keskiökärjen rakenteen kehittämistä varten. Tämän alustavan vaiheen jälkeen suoritettiin suunnitteluprosessi keskiökärjen prototyypille. Lopuksi, suunnitellun prototyypin rakenteen käyttäytymistä arvioitiin tietokonemallinnuksen avulla. Lisätuloksena tutkimuksen aikana johdettiin yksinkertaistettu elementtimenetelmään perustuva laskentamalli järjestelmän ominaistaajuuksien selvittämiseksi. Laskentamallin tarkkuutta arvoitiin. Suunnitteluprosessin tuloksena saatiin kaikki menetelmän toiminnan sekä normaalin käytön asettamat vaatimukset täyttävä rakenne keskiökärjen prototyypille. Myös johdetun laskentamallin tulokset ovat varsin lähellä 3D-elementtimallinnuksen antamia tuloksia. Tutkimuksen tavoitteiden voidaan siis sanoa toteutuneen. Koska prototyyppiä ja laskentamallia ei kuitenkaan ole vielä kokeellisesti verifioitu, tämä ei ole täysin varmaa.

Melo generaattori 1 kuntokartoitus

Työn tarkoitus on arvioida ja selvittää, milloin generaattorin uusinta on optimaalista tehdä vesivoimalaitoksella teknisen kunnon suhteen. Melon generaattori otettiin käyttöön vuonna 1971 ja se on peruskunnostettiin 1998. Vuonna 2009 tehdyn kuntokartoituksen mukaan koneelle annettiin laskelmien 20 vuotta elinikään. Alkuperäisessä generaattorissa on ollut ongelmia alusta asti. Alkuperäiset ongelmat pohjautuvat väärään uralukuun, joka aiheutti värinöitä koneeseen. Värinät saatiin korjattua staattorin käämitystä muuttamalla 1973 ja muutos rajoitti generaattorin tehon 33 MW:iin. Myöhemmin konetta on ajettu yli 33 MW:n teholla, joka aiheutti staattorin levypaketin aaltoilun. Aaltoilu olisi voinut aiheuttaa vakan vaurion generaattoriin. Vuonna 2014 tehdyn revision yhteydessä edellä mainitut ongelmat poistuivat. Ottaen huomioon generaattori 2 ongelmat (käyttöönotettu 1971), niin voidaan todeta, että revisio tehtiin täysin optimaaliseen aikaan.

The effects of stretching on the flexibility, muscle performance and functionality of institutionalized older women

Stretching has been widely used to increase the range of motion. We assessed the effects of a stretching program on muscle-tendon length, flexibility, torque, and activities of daily living of institutionalized older women. Inclusion/exclusion criteria were according to Mini-Mental State Examination (MMSE) (>13), Barthel Index (>13) and Lysholm Scoring Scale (>84). Seventeen 67 ± 9 year-old elderly women from a nursing home were divided into 2 groups at random: the control group (CG, N = 9) participated in enjoyable cultural activities; the stretching group (SG, N = 8) performed active stretching of hamstrings, 4 bouts of 1 min each. Both groups were supervised three times per week over a period of 8 weeks. Peak torque was assessed by an isokinetic method. Both groups were evaluated by a photogrammetric method to assess muscle-tendon length of uni- and biarticular hip flexors and hamstring flexibility. All measurements were analyzed before and after 8 weeks by two-way ANOVA with the level of significance set at 5%. Hamstring flexibility increased by 30% in the SG group compared to pre-training (76.5 ± 13.0° vs 59.5 ± 9.0°, P = 0.0002) and by 9.2% compared to the CG group (76.5 ± 13.0° vs 64.0 ± 12.0°, P = 0.0018). Muscle-tendon lengths of hip biarticular flexor muscles (124 ± 6.8° vs 118.3 ± 7.6°, 5.0 ± 7.0%, P = 0.031) and eccentric knee extensor peak torque were decreased in the CG group compared to pre-test values (-49.4 ± 16.8 vs -60.5 ± 18.9 Nm, -15.7 ± 20%, P = 0.048). The stretching program was sufficient to increase hamstring flexibility and a lack of stretching can cause reduction of muscle performance.

Protein turnover, amino acid requirements and recommendations for athletes and active populations

Skeletal muscle is the major deposit of protein molecules. As for any cell or tissue, total muscle protein reflects a dynamic turnover between net protein synthesis and degradation. Noninvasive and invasive techniques have been applied to determine amino acid catabolism and muscle protein building at rest, during exercise and during the recovery period after a single experiment or training sessions. Stable isotopic tracers (13C-lysine, 15N-glycine, ²H5-phenylalanine) and arteriovenous differences have been used in studies of skeletal muscle and collagen tissues under resting and exercise conditions. There are different fractional synthesis rates in skeletal muscle and tendon tissues, but there is no major difference between collagen and myofibrillar protein synthesis. Strenuous exercise provokes increased proteolysis and decreased protein synthesis, the opposite occurring during the recovery period. Individuals who exercise respond differently when resistance and endurance types of contractions are compared. Endurance exercise induces a greater oxidative capacity (enzymes) compared to resistance exercise, which induces fiber hypertrophy (myofibrils). Nitrogen balance (difference between protein intake and protein degradation) for athletes is usually balanced when the intake of protein reaches 1.2 g·kg-1·day-1 compared to 0.8 g·kg-1·day-1 in resting individuals. Muscular activities promote a cascade of signals leading to the stimulation of eukaryotic initiation of myofibrillar protein synthesis. As suggested in several publications, a bolus of 15-20 g protein (from skimmed milk or whey proteins) and carbohydrate (± 30 g maltodextrine) drinks is needed immediately after stopping exercise to stimulate muscle protein and tendon collagen turnover within 1 h.

Determining vehicle drivetrain dynamics using system identification

Target of this book is to propose an approach for modelling drivetrain dynamics in order to design further a vibration control system of a hybrid bus. In this thesis two approaches are examined and compared. First model is obtained by theoretical means: drivetrain is represented as a system of rotating masses, which motion is described with differential equations. Second model is obtained using system identification method: mathematical description of the dynamic behavior of a system is formed based on measured input (torque) and output (speed) data. Then two models are compared and an optimal approach is suggested.

Methods of discard ewes carcass suspension and the quality of meat

The objective of this study was to evaluate the carcass suspension method concerning quality of sheep meat. Ten discard ewes were used, with approximately 62 kg of body weight. After slaughtering, flaying, evisceration and removal of head and paws, carcasses were longitudinally divided into two parts. Alternated sides of half carcasses were hanged by the tendon of the gastrocnemius (Treatment 1 - T1) and by the pelvic bone (Treatment 2 - T2) in cold store for a 24-hour period. Subsequently, the Semimembranosus muscle was removed from all half carcasses for meat quality analyses. The Semimembranosus muscles from the carcasses hanged by the pelvis suspension method presented higher softness than the same muscles from the carcasses hanged by the tendon of the gastrocnemius, with values of 1.99 kgf.cm-2 and 3.15 kgf.cm-2, respectively. Treatment 2 presented lower meat cooking losses than Treatment 1, with average values of 32.14 and 33.44%, respectively. The remaining meat quality parameters evaluated were not influenced by the carcass suspension method. We concluded that the carcass suspension method influenced meat softness and losses by cooking, with better results for carcasses hanged by the pelvic bone.

Identification and characterisation of phenolic compounds extracted from Moroccan olive mill wastewater

Olive mill wastewater, hereafter noted as OMWW was tested for its composition in phenolic compounds according to geographical areas of olive tree, i.e. the plain and the mountainous areas of Tadla-Azilal region (central Morocco). Biophenols extraction with ethyl acetate was efficient and the phenolic extract from the mountainous areas had the highest concentration of total phenols' content. Fourier-Transform-Middle Infrared (FT-MIR) spectroscopy of the extracts revealed vibration bands corresponding to acid, alcohol and ketone functions. Additionally, HPLC-ESI-MS analyses showed that phenolic alcohols, phenolic acids, flavonoids, secoiridoids and derivatives and lignans represent the most abundant phenolic compounds. Nüzhenide, naringenin and long chain polymeric substances were also detected. Mountainous areas also presented the most effective DPPH scavenging potential compared to plain areas; IC50 values were 11.7 ± 5.6 µg/ml and 30.7 ± 4.4 µg/ml, respectively. OMWW was confirmed as a rich source of natural phenolic antioxidant agents.

Pyörivien sähkökäyttöjen ennakoiva kunnossapito reaaliaikaisen värähtelymittauksen avulla

Teollisuuden pyörivien sähkökäyttöjen ennakoivaan kunnossapitoon investoidaan jatkuvasti enemmän ja enemmän, jotta käytönaikaisia sähkökäyttöjen rikkoontumisia saataisiin ehkäistyksi. Lisäksi huoltojen ajoittamista halutaan optimoida siten, että suunniteltujen tuotantoseisokkien aikana saataisiin tehdyksi oleelliset ja tarpeelliset huoltotoimenpiteet. Pyörivien sähkökäyttöjen kunnonvalvontamenetelmiä ja -tapoja on erilaisia ja yhtenä vaihtoehtona voisi olla reaaliaikainen värähtelymittaus. Tässä diplomityössä tarkastellaan kunnossapidon käsitteitä, värähtelymittaukseen liittyviä suureita ja menetelmiä, sekä reaaliaikaisen värähtelymittauksen hyödyntämistä teollisuudessa.