Polymer optical fiber sensor and the prediction of sensor responseutilizing artificial neural networks
Polimer optik lif sensör ve sensör cevabının yapay sinir ağları kullanarak tahmin edilmesi
- Tez No: 770532
- Danışmanlar: PROF. NANCY B. POWELL, PROF. DR. ABDEL-FATTAH SEYAM
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Tekstil ve Tekstil Mühendisliği, Textile and Textile Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: North Carolina State University
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Tekstil Teknolojisi Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 274
Özet
Küresel pazar araştırmaları gösterdi ki polimer optik lif (POF) ve POF sensörler alanında büyüyen bir trend bulunmaktadır. Telekomünikasyon, tıp, savunma, uzay, ve otomotiv fiber optik sensörlerin uygulama alanlarıdır. Bunlar arasında otomotiv endüstrisi, POF sensör alanındaki inovasyonlar için en umut verici uygulama alanıdır. Otomobillerdeki POF sensörleri özellikle koltuk doluluğunu tespit etme ve akıllı yaya koruma sistemleri içindir. Bu tez otomotiv koltuk doluluğu algılama uygulaması için yoğunluk modülasyonlu içsel sensör olarak derece indisli perflorlu polimer optik lifi incelemektedir. Bir fiber optik sensör, yüksek bant genişliğine sahip, hafif, ve elektromanyetik girişime (EMI) karşı bağışık olduğundan gerinim ölçer, elastomerik mesane, ve dirençli sensör sistemleri gibi elektrik tabanlı muadillerinden daha yüksek performans sunmaktadır. Bu fiber optik sensörü koltuk doluluğu algılama için potansiyel uygun bir malzeme yapar. Tekstil temelli bir fiber optik sensör, tipik olarak oturmuş insanın uylukları altındaki alana yerleştirilmek üzere tasarlandı. POF malzeme olarak perflorlu (PF) derece indisli (GI) POF (62.5/750 µm)'un kullanıldığı önerilen POF sensör tasarımının iyi performans gösterebileceği basınç aralığı 0.18-0.21 N/cm2 olarak bulundu. İlave olarak, yüzey malzemesi (kumaş) ve sünger altlığı içeren otomotiv koltuk kaplamasının sensör performansına etkisi analiz edildi. Yüzeydeki kumaş yapısının ve sünger desteğin kalınlığının sensör sonuçlarını değiştirmek için önemli faktörler olmadığı bulundu. Amacı, Kalite Fonksiyon Yayılımı (QFD) Kalite Evi analizinin bir parçası olarak, otomotiv koltuk ağırlık sensörleri için sensör performans karakteristikleri pazar taleplerini daha iyi anlamak olan bir araştırma çalışması, anket, gerçekleştirildi. Ankete katılan firmalar ilk 5 en önemli sensör karakteristiği üzerinde anlaştılar: tekrar üretilebilirlik, doğruluk, seçicilik, eskime, ve çözünürlük. Sensör cevabını tahmin etmek için, yapay sinir ağları (ANN), insan sinir sistemini taklit ederek oluşturulan matematiksel bir model, kullanıldı. ANN'leri geliştirmek için Qwiknet (versiyon 2.23) kullanıldı ve Qwiknet sonuçlarına göre eğitim ve test veri setleri için tahmin performansları sırasıyla %75 ve %83.33 idi. Bu tezde, Bölüm 1, dünya çapında plastik optik lif (POF) ve fiber optik sensör pazarlarını, ve özellikle biyomedikal ve yapısal sağlık izleme (SHM) uygulamaları için fiber optik algılama tasarımında kullanılan mevcut tekstil yapılarını açıklamaktadır. Bölüm 2, polimer optik lifler, fiber optik sensörler, ve otomobillerin yolcu koltuklarında doluluk algılama üzerine detaylı literatür taraması sağlamaktadır. Bölüm 3, araştırma amaçlarını içermektedir. Bölüm 4, POF'in çekme yüklemeye, bükmeye, ve döngüsel çekme yüklemeye tepkisini tartışma bölümleriyle sunmaktadır. Bölüm 5, Analitik Hiyerarşi Prosesi (AHP) kullanarak Kalite Fonksiyon Yayılımı (QFD) formatında müşteri ihtiyaçlarını önceliklendirmek için e-posta tabanlı bir anket ve anket sonuçlarını içermektedir. Bölüm 6, POF sensör tasarımını ve onun basınç altındaki davranışını açıklamaktadır. Bölüm 7, Bölüm 6'nın deneysel sonuçlarına dayanarak bir veri analizi sağlamaktadır. Bölüm 8, bu çalışmanın özetini ve gelecek çalışma için önerileri sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
The global market researches showed that there is a growing trend in the field of polymer optical fiber (POF) and POF sensors. Telecommunications, medicine, defense, aerospace, and automotive are the application areas of fiber optic sensors, where the automotive industry is the most promising application area for innovations in the field of POF sensors. The POF sensors in automobiles are particularly for detection of seat occupancy, and intelligent pedestrian protection systems. This dissertation investigates graded index perfluorinated polymer optical fiber as an intensity modulated intrinsic sensor for application in automotive seat occupancy sensing. Since a fiber optic sensor has a high bandwidth, is small in size, is lightweight, and is immune to electromagnetic interference (EMI) it offers higher performance than that of its electrical based counterparts such as strain gauge, elastomeric bladder, and resistive sensor systems. This makes the fiber optic sensor a potential suitable material for seat occupancy sensing. A textile-based fiber optic sensor was designed to be located in the area beneath the typical seated human's thighs. The pressure interval under which the proposed POF sensor design could perform well was found to be between 0.18 and 0.21 N/cm2 , where perfluorinated (PF) graded index (GI) POF (62.5/750 µm) was used as the POF material. In addition, the effect of the automotive seat covering including face material (fabric) and foam backing to the sensor's performance was analyzed. The face fabric structure and the thickness of foam backing were not found to be significant factors to change the sensor results. A research study, survey, was conducted of which purpose was to better understand market demands in terms of sensor performance characteristics for automotive seat weight sensors, as a part of the Quality Function Deployment (QFD) House of Quality analysis. The companies joined the survey agreed on the first 5 most important sensor characteristics: reproducibility, accuracy, selectivity, aging, and resolution. Artificial neural network (ANN), a mathematical model formed by mimicking the human nervous system, was used to predict the sensor response. Qwiknet (version 2.23) software was used to develop ANNs and according to the results of Qwiknet the prediction performances for training and testing data sets were 75%, and 83.33% respectively. In this dissertation, Chapter 1 describes the worldwide plastic optical fiber (POF) and fiber optic sensor markets, and the existing textile structures used in fiber optic sensing design particularly for the applications of biomedical and structural health monitoring (SHM). Chapter 2 provides a literature review in detail on polymer optical fibers, fiber optic sensors, and occupancy sensing in the passenger seats of automobiles. Chapter 3 includes the research objectives. Chapter 4 presents the response of POF to tensile loading, bending, and cyclic tensile loading with discussion parts. Chapter 5 includes an e-mail based survey to prioritize customer needs in a Quality Function Deployment (QFD) format utilizing Analytic Hierarchy Process (AHP) and survey results. Chapter 6 describes the POF sensor design and the behavior of it under pressure. Chapter 7 provides a data analysis based on the experimental results of Chapter 6. Chapter 8 presents the summary of this study and recommendations for future work.
Benzer Tezler
- Optical fiber-based microcylinder ring resonator: A robust platform for optofluidic sensing
Optik lif tabanlı mikrosilindir halka çınlaç: Optoakışkan algılamaya yönelik sağlam bir üstyapı
NIMA BAVILI
Doktora
İngilizce
2021
Fizik ve Fizik MühendisliğiKoç ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPER KİRAZ
- Plastic fiber optic humidity and gas sensor
Plastik fiber optik nem ve gaz sensörü
SABRİYE AÇIKGÖZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2007
Fizik ve Fizik MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF.DR. NACİ İNCİ
- Antioksidan kapasite ölçümü için doğal polimer film esaslı optik sensör geliştirilmesi
Development of natural polymer film based optical sensor for antioxidant capacity measurement
FURKAN BURAK ŞEN
- Çevre değişimlerine duyarlı polimerlerin fiber optik kimyasal sensör yapımında kullanılması
Stimuli sensitive polymers for use in fiber optic chemical sensors
OKAN OKTAR
- MEMS sensor platform for vital monitoring under mri and intraocular pressure measurement
Yaşamsal işaretlerin ve göz içi basıncın ölçülmesine yönelik MEMS basınç ölçer platformunun geliştirilmesi
PARVIZ ZOLFAGHARI
Doktora
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ONUR FERHANOĞLU
