Hide menu

Projektbeskrivning

Effektiva ljuskällor

Örjan Danielsson, IFM

Vanliga glödlampor är ineffektiva och skapar mest värme. Dessutom innehåller de miljöfarliga ämnen. Lysrör är effektivare men även dessa är undermåliga ur miljösynpunkt. Lysdioder är ett bättre alternativ eftersom strömmen som driver dem direkt omvandlas till fotoner utan att gå omvägen över uppvärmning av en glödtråd ("det kalla ljuset"). De är även miljövänliga och har lång livslängd. Tunna skikt av halvledarmaterialen galliumnitrid, aluminiumnitrid och indiumnitrid samt blandningar av dessa används idag i lysdioder för vitt ljus. Genom skikten drivs en ström, som omvandlas till blått, violett eller ultraviolett ljus. De bildade fotonerna absorberas av ett material (en fosfor av liknande typ som finns i lysrör) som omger skikten. Fosforen återutsänder sedan ljuset, som nu är en blandning av en mängd olika våglängder dvs. vitt ljus. I projektet ska vi jämföra glödlampor, lysrör och vita diodlampor med avseende på funktion, miljökonsekvenser, energiåtgång, säkerhet och ekonomi. Vidare ingår att fundera på hur design och säkerhet för hus och bilar kommer att förändras om vi har tillgång till högeffektiva ljuskällor, som enbart kräver lågspänning och har en livslängd som vida överstiger bilens. Vi ska också se efter hur en diodlampa är uppbyggd, hur den kan förbättras och hur den tillverkas.

Väderstation

Peder Bergman, IFM

Att kunna förutspå väder har i alla tider varit av intresse för människan och otaliga mer eller mindre framgångsrika metoder har används för detta. Det är dock först på senare tid som vi fått möjlighet att på ett mera vetenskapligt sätt göra mera tillförlitliga prognoser tack vare effektivare mätdatainsamling och större datorkapacitet. Att kunna förutsäga väder har stor betydelse för flyg och sjöfart liksom för många andra grupper i samhället som lantbrukare, turistnäring och vissa branscher inom handeln. Även för vanliga människor är det kommande vädret intressant och det är ett ofta förekommande diskussionsämne under t ex kafferasten på jobbet. För att kunna förutsäga vädret behöver man först göra väderobservationer med hjälp av olika metreologiska instrument. Utgående från dessa observationer samt en lämplig fysikalisk modell som beskriver luftrörelser i atmosfären, så kan man sedan med hjälp av avancerad databehandling göra en prognos för hur vädret kommer att bli dom kommande dagarna. Förhoppningsvis med bättre träffsäkerhet än den man får genom att säga att vädret blir likadant imorgon som idag (vilket har 60% träffsäkerhet). I det här projektet ska vi dels ta reda på hur man samlar in väderdata och gör väderprognoser professionellt och dels titta närmare på hur man gör väderobservationer på en väderstation. För det sistnämnda ändamålet så finns det ett antal metreologiska givare uppsatta på Fysikhusets tak samt möjlighet att med hjälp av en dator samla in data från dessa. Med hjälp av det grafiska programmeringsspråket LabVIEW kan sedan givardata tas om hand och omvandlas till lämpliga fysikaliska storheter som t ex temperatur, lufttryck och vindhastighet. Även grafisk presentation av väderdata samt väderstatistik är möjligt att göra på ett enkelt sätt. En väderstation som visar aktuella väderleksförhållandena vid Linköpings Universitet skall skapas.

Styrning och optimering av bilbana

Erik Frisk, ISY

Webbsida

Styrsystem i bilar (i dagligt tal ofta kallat elektronikbox) används idag alltmer för att optimera bilens funktion. Det finns flera olika exempel. Det kan röra sig om att utifrån kontinuerliga mätningar i motorn eftersträva optimal förbränning. (I framtiden t.o.m. drömmen om att uppnå perfekt förbränning och efterbehandling så att bilen fungerar som luftrenare.) Det kan också röra sig om att med hänsyn till exempelvis aktuellt väder uppnå optimal bränsleförbrukning, eller om att öka säkerheten genom dynamisk fordonsstabilisering.
I fordonssystems undervisningslaboratorium finns en bilbana med två spår som båda kan styras av en dator eller via vanliga körhandtag. Alla som k¨ ort bilbana vet att det är enkelt att köra ett varv snabbt, men svårt att hela tiden köra snabbt och säkert. En dator kanske inte kan köra lika snabbt som en människa men den kan istället köra med stor precision. I projektet bilbanestyrning strävar vi efter att utveckla programvara i Matlab f ör att styra bilbanan med en dator. Bilbanan kan köras med målet att köra så exakt som möjligt m.a.p. en referenstid. För att kunna köra med mycket hög hastighet krävs olika pådrag vid olika områden i banan. Bilbanans och bilens egenskaper förändras under körning vilket leder till olika varvtider för samma pådrag. För att kunna köra mot en referenstid krävs därf ör en adaptiv styrning av bilbanan. Detta kan implementeras med en mer eller mindre avancerad regulator. I en dator som är kopplad till bilbanan finns ett instickskort som kan läsa av digitala signaler och generera styrsignaler. Utmed bilbanan finns ett antal diskreta givare placerade, vilka indikerar att bilarna har passerat en viss punkt. Givarna är kopplade till datorn som ger och lagrar informationen och räknar tiden sedan en bil passerade en given givare. På banan finns också separata givare som indikerar när ett nytt varv påbörjas. Det finns utvecklad programvara i Matlab för att styra bilarnas gaspådrag och för att få information om var bilarna befinner sig.

Mätmetod för smidig cykling i städer

Ingrid Andersson, IEI

I framtidens storstäder kommer privatbilar att ha en mindre betydelse. Orsaken är bristande tillgång till yta. Gator kommer att användas för kollektivtrafik, varutransporter och underhåll, men inte för biltrafik. Förutom kollektivtrafiken kommer cykeln att bli betydelsefull. Cykeln kan användas som enskilt transportmedel (jobbpendling etc), eller som komplement till kollektivtrafiken (hyrcykel eller egen vikcykel).

Det är viktigt att stråken för cykeltrafik blir genomtänkta och väl integrerade med andra trafikslag. Man ska kunna cykla säkert, tryggt och smidigt ett antal kilometer i stadstrafiken, med god fart och jämnt tempo. Samtidigt måste annan trafik också få plats –varutransporter, elmopeder, barnvagnar, gångtrafikanter etc. Trafiksystemet kommer att innehålla gatukorsningar och trafikljus. Cykelstråken kan vara smala med mötande trafik. Ibland kommer trafikanter inte att följa trafikreglerna.

Samspelet med annan trafik kommer att leda till en ryckighet i cyklandet och en påtvingad beredskap för oförutsedda händelser. Möjligheten att cykla med god fart och jämnt tempo minskar. Att cykla långsamt är förstås mindre mentalt krävande, men kostar tid. Smidiga, trygga och säkra cykelvägar kan ibland finnas, men är då avsevärt längre än vad som borde vara nödvändigt.

För analys och framtida utbyggnad av cykelstråken i en stad behövs ett sätt att mäta och jämföra stråkens cykelvänlighet. Detta projekt föreslår därför en mätmetod för cykelstråkens cykelvänlighet i en stad!

Projektet analyserar cykling med hjälp av GPS och dataanalys, och gruppen utvecklar beräkningsmodeller som bygger på cyklistens energianvändning under cyklingen.

Värmeförluster vid andning

Joakim Wren, IEI

Kunskap om hur människokroppen fungerar ur ett värmetekniskt/termodynamiskt perspektiv är viktigt i många situationer. Exempel är konstruktion av kläder för extrema förhållanden och vård av för tidigt födda barn och brännskadepatienter. Försök att via insikt om hur människokroppen interagerar med omgivningen göra en uppskattning av hur mycket värme som avges med andningen. Avgiven värmeeffekt skall uppskattas med hjälp av temperaturkänsliga sensorer och tillhörande mätsystem. Ett antal sensorer skall byggas, testas och utvärderas, dels i labbmiljö och dels vid verkliga testfall. Uppskattningen av med andningen avgiven värme ska relateras till totalt avgiven värme från kroppen.

Modellering och simulering av hörselfunktionen

Göran Salerud, IMT

Som ingenjör befinner man sig ofta i situationer där ljud av olika karaktär ska mätas och beskrivas. Människan har själv ett inbyggt ljudavkännande system, hörseln, för att utföra detta. Systemet innefattar även en perceptionsdel som överstiger de mest tekniskt avancerade mätsystemen. Systemet, eller delar av det, uppvisar ibland fel och vi upplever detta som nedsatt hörsel. Vari består då systemets degradering och hur kan man mäta och beskriva dels ett fungerande men även ett defekt system? Med denna kunskap som invariabler kan man då konstruera ett kompenserande system, hörapparaten, analogt eller digitalt? Hur gör man som ingenjör för att beskriva det biologiska systemet och vilken karaktäristik och funktion ska man bygga in i sitt system?
I projektet förvärvas insikt i hur naturen konstruerat ett avkodningssytem för akustiska signaler och hur vi som ingenjörer försöker efterlikna detsamma. Målen är att studenten ska:
1. Kunna beskriva akustiska vågfenomen och hur de kan registreras av dels ett biologiskt samt ett tekniskt system.
2. Kunna redogöra för samt demonstrera tekniska lösningar för att avhjälpa defekter i hörselsystemet.
3. Kunna beskriva olika ljudmiljöer tekniskt och perceptionsmässigt.

Räkna med pengar

Pontus Söderbäck, Johan Gustafsson, IEI

Reuters är ett program som används på de finansiella marknaderna för att få tillgång till realtidskurser och kurshistorik på t.ex. aktier och räntor. Genom att räkna på kurserna kan data behandlas och presenteras på ett sätt som ger god översyn. Historiska aktiekurser ger information om osäkerheten i olika aktier och kan användas för att bestämma risken i en aktieportfölj. Samma data kan även användas för att bestämma de optimala investeringarna. Optioner är ett finansiellt instrument som ger investerare möjlighet att hantera risk. Genom att handla rätt mängd aktier kan risken i optioner minimeras.

SmartCar - den tänkande bilen

Johan Löfberg, ISY

Autonoma farkoster (på land, i vatten eller i luften) blir allt vanligare i många sammanhang. Av avgörande betydelse för hur väl en autonom farkost kan fås att fungera är den sensorinformation som finns tillgänglig, den matematiska modell som beskriver farkostens uppträdande samt metoden för hur sensorinformationen används för att styra farkosten. För t ex ett obemannat flygplan (UAV) är detta en mycket komplex uppgift. I detta projekt skall en förenklad men representativ situation hanteras där dessa aspekter illustreras. Målet med projektet är att med hjälp av LEGO Mindstorms bygga en bil som förmår att följa en bana på golvet med hjälp av tillgängliga sensorer. I projektuppgiften ingår också att ge förslag på kompletterande sensorer, med vilkas hjälp förbättrade prestanda skulle kunna uppnås, samt att göra en kort redogörelse för vilka sensorer och styrprinciper som används i någon kommersiell autonom farkost. Syftet med projektet är att ge inblick i ett spännande teknikområde där framgångsrik verksamhet förutsätter goda kunskaper inom Y-arens specialområden matematik, fysik och elektroteknik. Ett ytterligare syfte med projektet är att ge en uppfattning om möjligheter med och begränsningar hos autonoma farkoster.

Optiskt system för gasmätning i industriella processer

Sergiy Valyukh, IFM

I industriella processer behövs ibland övervakning av koncentrationen av gas i miljöer där risk för explosion eller exponering för farliga gaser föreligger. Ett exempel är tvättprocesser med flyktiga lösningsmedel. Inga elektriska ledningar bör därför finnas i en sådan miljö. Vidare är det inte alltid möjligt att montera omfattande mätutrustning i eller i närheten av miljön. Mätning med ljus kan erbjuda både kontaktlös mätning och mätning på avstånd. Det mätproblem som ska lösas är att från ett avstånd på 5m övervaka gaskoncentration i en sluten behållare utan elektriska genomföringar. En möjlig lösning är att använda polariserat laserljus som reflekteras mot en sensoryta. Förändring i ljusets polarisation mäts och tas som ett mått på gaskoncentrationen. Sensorytan placeras i den aggressiva miljön och laserstrålen skickas in och tillbaks genom fönster. I projektet ingår: konstruktion av ett optiskt system där lasrar, polarisering av ljus, reflektion, mätning av polarisation och fotodetektor studeras; konstruktion av elektronik omfattande förstärkare, mätvärdesinsamling och datorbearbetning; utveckling av provkammare med fönster för ljus och innehållande speglar och provhållare; studier av sensorytor med eventuell tillverkning, utprovning, kalibrering genom mätning på gaser med kända koncentrationer erhållna från vätskefas: samt arbetsmiljöaspekter såsom laserskydd och gasgränsvärden.

Automatisk teckenidentifiering

Viktor Linders, MAI

Ett vanligt förekommande delproblem i tillämpningar är klassificieringsproblemet. Man betraktar då objekt som kan vara av ett antal olika typer, eller klasser. För ett givet (okänt) objekt är man intresserad av att avgöra vilken klass det tillhör. För att kunna avgöra vilken klass ett visst objekt tillhör måste man ha information om vad som är typiskt för de olika klasserna. Vanligt är att man till sin hjälp har ett antal objekt där man på förhand känner vilken klass de tillhör. Denna mängd kallas referensmängden.

Ett exempel på en metod för att typbestämma objekt är Närmsta-granne-metoden. Man inför ett mått på skillnaden mellan två olika objekt och för ett givent okänt objekt hittar man det närmsta objektet från referensmängden. Det okända objektet antas sedan vara av samma typ som dess närmsta granne ur referensmängden. Ett exempel är maskinell läsning av postnummer där varje siffra läses in som en bild. Referensmängden innehåller ett stort urval av handskrivna siffor som används för typbestämmningen.

Närmsta-granne-metoden är enkel men trots detta väldigt träffsäker. Med en tillräckligt stor referensmängd har man säkert redan objekt som liknar det okända man försöker typbestämma. Med en stor referensmängd blir dock metoden ineffektiv. I projektet skall vi därför försöka beskriva mängden handskrivna siffror av en viss typ som ett linjärt rum. Istället för att hitta den närmsta grannen skall vi försöka hitta det linjära rum som ligger närmast en viss okänd siffra. Förhoppningen är att denna metod blir lika träffsäker som närmsta-granne-metoden men samtidigt mycket effektivare.

Metoderna i projektet kan användas för att lösa många olika typer av klassificeringsproblem. Exempelvis skräppostfiltrering, sökning på internet, etc. Det enda som krävs är att varje objekt kan beskrivas som ett element i ett linjärt rum.

EKG-registrering under fysisk aktivitet

Marcus Larsson, IMT

Hjärtats kontraktion och pumpfunktion styrs av bioelektriska signaler som kan studeras på kroppens utsida med hjälp av elektroder och elektrisk mätutrustning. De potentialer som fortplantas från hjärtat och sedan registreras har låg amplitud och mätningarna är känsliga för störningar. Det som registreras presenteras oftast grafiskt som EKG-kurvor vilka kan analyseras av vårdpersonal för att studera hur hjärtat arbetar. EKG-registreringar används rutinmässigt inom sjukvården för att utreda hjärtproblem hos patienter och för att kunna behandla den bakomliggande orsaken.

För idrottsmän är det också viktigt att hålla koll på hjärtats verksamhet för att kunna maximera sina insatser och träna bättre. Då är det däremot inte lika viktigt att kunna registrera det faktiska utseendet på EKGt utan det viktigaste är antalet hjärtslag per minut. Eftersom det är svårt, eller till och med onödigt att ha en hel EKG-apparat inkopplad har pulsmätare tagits fram som enligt reklamen har en EKG-noggrannhet – vad menas med det? Skulle riktiga EKG-registreringar vara till större nytta för den aktive än simpel pulsmätning?

Vid Institutionen för medicinsk teknik finns ett system för trådlös registrering av EKG. Projektgruppen kommer att använda systemet för att studera hur EKG registrering sker och vidareutveckla systemet så att det fungerar tillfredsställande i olika situationer. Vidare ska gruppen föreslå hur den erhållna informationen kan presenteras för brukaren på ett lämpligt sätt.

Målen med projektet är att studenten ska kunna:

  • förklara biopotentialernas uppkomst i hjärtat och hur de kan registreras och presenteras;
  • registrera och använda EKG-signaler för undersökning av hjärtats aktivitet och funktion under både vila och arbete;
  • använda utrustningen i klinisk, eller laborativ, miljö och under fysisk träning i rörelse;
  • ge riktlinjer för framtida användningsområden för utrustningen.

Stråldosplaner för cancerbehandling

Fredrik Berntsson, MAI

Cancer är en av de vanligaste dödsorsakerna i Sverige såväl som i världen. En av behandlingsformerna för cancer är strålbehandling. För att utföra strålbehandling krävs att många olika moment utförs, ett av dessa är att skapa en stråldosplan, dvs. en plan för var och hur länge strålning skall ske vid varje behandlingstillfälle. En sådan plan har som mål att leverera tillräcklig dos till cancertumören utan att skada omkringliggande vävnad. I detta projekt skall studenterna ta fram verktyg för att skapa stråldosplaner, dessa skall bygga på användning av optimeringsmetoder.

Medicinsk bildförbättring med artificiella neurala nätverk

Marcus Wallenberg, ISY

Vid insamling av medicinska bilder påverkas den slutliga bildens kvalitet både av själva utrustningens egenskaper och av begränsningar i bildtagningsförfarandet. Vid till exempel datortomografi (CT) måste stråldosen begränsas för att inte utsätta patienten för onödiga risker. Detta leder till artefakter, ökad brusnivå och försämrad bildkvalitet. Felaktigt inställda eller icke fungerade sensorelemet leder också till saknade eller felaktiga bilddata, vilka i många fall inte kan mätas om i efterhand. Artificiella neurala nätverk spelar viktig roll inom digital bildbehandling idag, till stor del till följd av ökad tillgång till kostnadseffektiv beräkningshårdvara. Djupa nätverk (s.k. Deep Learning), och särskilt faltningsnät (Convolutional Neural Networks) används idag för att lösa en mängd uppgifter inom digital bildbehandling som tidigare varit för beräkningstunga för praktiska tillämpningar. Projektet syftar till att undersöka hur små faltningsnätverk kan användas för brusreducering, borttagning av artefakter och rekonstruktion av förlorade data i CT-bilder. Projektgruppen skall undersöka vilka metoder som används inom området, och vilka designval som påverkar prestanda i de olika fallen. Projektgruppen skall även leverera och utvärdera nätverk för dessa ändamål.

Optisk kommunikation

Sergiy Valyukh, IFM


Användningen av ljus i telekommunikation har ökat dramatiskt under de senaste åren. Optiska fibrer ersätter elektriska ledningar och optiska länkar tillsammans med optisk databehandling är huvudmotivet i forskning och utveckling för allt fler företag. Nyckelelementet för effektivt optisk kommunikation är en elektro-optisk modulator. I detta projekt, föreslås att sätta samman en del av en så kallad optisk linje baserad på en flytande kristallmodulator, som också används som en bildpunkt i LCD-skärmar. Arbetet innehåller följande tre sammanhörande delar: elektronik, programmering och fysik. Den elektroniska delen ger generering av en drivsignal för den flytande kristallmodulatorn och läser information från fotodetektorn. Programmeringen behövs för att styra elektronik och databehandling. Målet för den fysiska delen är att montera det optiska systemet och att bestämma den optimala orienteringen av den flytande kristallcellen med avseende på polarisatorerna och värden för de drivsignalerna. Genomförande av kryptografiska metoder kommer att forskas.

Bildinterpolation

Hannes Frenander, MAI

Manipulation av bilder är en tillämpning där avancerade matematiska metoder används för att lösa ett flertal olika problem. Exempel är att ändra upplösning på en bild, eller att reparera skadade delar. Många tillämpningar inom bildbehandling kan formuleras som ett <i>interpolationsproblem</i>. Om delar av en bild är skadade kan vi betrakta vissa pixlar som obekanta; och beräkna lämpliga värden genom att utnyttja information från omgivande kända pixlar.

I en dimension kan linjär interpolation användas. En funktion approximeras då med en rät linje. Denna metod är enkel och fungerar bra men den är inte enkel att generalisera till högre dimension (2D för bilder och 3D för filmer). Inom projektet skall vi därför undersöka möjligheten att formulera interpolationsproblemet med hjälp av differentialekvationer. Den metod vi skall implementera kan sedan användas för att lösa många olika problem inom bildbehandling.

Mätning av kateterböjning och -vinkel

Edwin Jager, IFM

En hjärtinfarkt uppstår när en blodpropp bildas i kranskärlen i hjärtat och stänger av blodflödet till hjärtat. För att återställa blod tillförsel till hjärtat, öppnas kranskärlen genom en så-kallad ballongvidgning. Läkaren för en kateter in i en artär, vanligen i ljumsken och leder sedan katetern genom aorta och vidare till hjärtats kranskärl. Realtids röntgengenomlysning används för att navigera katetern genom kärlsystemet. När det tilltäppta kranskärlet är lokaliserat så öppnas detta genom att expandera en ballong som sitter på katetern. Ofta sätts även ett stent, ett slags metallnätsrör, in för att hålla upp kärlet.  

I detta projekt ska vi utveckla och testa ett mätsystem som ska sitta på katetern och som ska ge information om böjningen och vinkeln av katetern för att tillföra läkaren ytterligare information om positionen av katetern för att underlätta styrningen av katetern under införsel.

Solceller för energi till personlig teknik

Roger Magnusson, IFM

De senaste decennierna har för med sig en explosiv utveckling av elektriska solceller. De har blivit effektivare, billigare och mer mångsidiga. En samtidig trend är att vår teknik ska kunna hämta den energi den behöver ur omgivningen. Exempel finns från små bordskalkylatorer med solceller upp till passivhus som utnyttjar spillvärme från boende och elförsörjning från solpaneler på taket.

Idag använder de flesta av oss teknik som man bär med sig, t.ex. smartphones och funktionsklockor (wearables). Många smartphones idag laddas enkelt med 5V som kan tas från USB-uttag.

Erfarenheten visar att en smartphone ibland kräver mer energi än vad den egentligen är designad för. Att turista i en främmande stad drar batteri. Mycket skärmtid, ljusstyrka för god läsbarhet. Navigering, information… Musik, bluetoothlurar… Många uthållighetssportare har upptäckt att som pulsklocka och GPS har mobilen inte alltid tillräcklig batteritid.

Kanske finns sätt att hämta energi ur omgivningen även för personlig teknik? Teknik som drivs med 5V handlar om kommunikation, information, musik, position, ta bilder... Vi använder tekniken där vi befinner oss, den bör helst vara en del av oss själva. Förmågan att hämta energi ur omgivningen borde finnas i våra tillhörigheter – i våra kläder, i personliga tillhörigheter (jackor, väskor, ryggsäckar).

En idé är att använda solceller för att hämta energi ur ljuset omkring oss. Projektet ska kartlägga energianvändningen i personlig teknik, och laddning från solceller på kläder och tillhörigheter.

Konstdetektering

Johanna Palm-Avis, Helene Arthursson, Östergötlands Museum

Målerikonservatorer arbetar ofta med bemålade föremål som övermålats eller bättrats med ny färg och förgyllning. Få kulturhistoriska föremål är bevarade i sitt orginalskick, de flesta har under årens lopp blivit övermålade. Orsaken till övermålningen kan vara normalt slitage men även stil och smakförändringar under årens lopp. Senare färglager kan gömma spännande originalmåleri där både måleriteknik och ingående material kan ge oss värdefull information kring t ex datering och ursprungligt utförande. Det underliggande färgskiktet finns dock oftast kvar och man kan ibland skönja dessa skikt vid bortfall av överliggande färglager. Ibland kan man också ta till hjälp olika tekniker, där t.ex. ljus av olika våglängder används för att penetrera de översta skikten och därmed få information om underliggande strukturer. I detta projekt ska ni ta fram information om hur olika pigment och bindemedel påverkar möjligheten att använda olika typer av våglängd hos ljus. Ni ska också analysera ett verkligt, ommålat kulturföremål och försöka skapa en bild av hur det äldre måleriet varit utförd.


Responsible for this page: Urban Forsberg
Last updated: 09/11/17