Geri Dön

Fotoakustik yöntemi ile katı cisimlerde tahribatsız kusur tespiti

Non-destructive defect detection in solid objects using the photoacoustic method

  1. Tez No: 863793
  2. Yazar: ZEKERİYA BALCI
  3. Danışmanlar: PROF. DR. AHMET MERT
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Mekatronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering, Mechatronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Bursa Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 109

Özet

Fotoakustik (FA) yöntemi, ışık enerjisinin malzeme üzerinde ısıl enerjiye dönüşmesiyle oluşan akustik dalgaları analiz etme esaslı bir tekniktir. Tahribatsız muayene (TM) için kullanılması, malzemeye zarar vermeden kusurların tespit edilmesini sağlaması ve çeşitli malzemelerde kullanılabilmesi gibi avantajlara sahiptir. Bu yöntemde, lazer ışığı malzemeye gönderilir ve malzeme tarafından emilen ışık, termal enerjiye dönüşür. Termal enerjinin neden olduğu termal genleşme, ses dalgalarının oluşmasına yol açar. Bu ses dalgaları, akustik algılayıcılar tarafından algılanır ve analiz edilir. FA sinyaller, sağlam ve kusurlu malzemelerde farklı özellikler gösterir. Bu özellikler, sinyal genliği, frekans, periyot ve zaman-frekans özellikleri gibi parametrelerle tanımlanabilir. Bu parametreler, makine öğrenmesi (MÖ) yöntemleri aracılığıyla sınıflandırılarak kusurların tespit edilmesi mümkündür. FA sunduğu avantajlardan dolayı son yıllarda malzeme kusur tespitinde popülaritesi giderek artan bir yöntem olmuştur. Bu çalışmada, lazer, mikrofon ve veri toplama kartı ile tasarlanan düzenek ile alüminyum, demir, plastik ve tahta malzemelerinden elde edilen FA sinyallere Görgül Kip Analizi (GKA) tabanlı, zaman ve zaman-frekans düzleminde öznitelik çıkarma yöntemine dayanan, malzemelerde kusur tespiti için bir çerçeve çalışma önerilmiştir. Her malzeme gurubu içerisinde 120 adet sağlam, 120 adet kusurlu toplam 240 örnek ve toplamda 960 örnek kullanılmıştır. Bu örneklerden elde edilen 14 adet öznitelik ile k-en yakın komşu (k-NN), karar ağacı (KA) ve destek vektör makineleri (DVM) sınıflandırıcıları kullanılarak kusurlu ve sağlam malzemeler tespit edilmiştir. Malzemeler hem aynı sınıf içinde hem de tüm malzeme guruplarının dahil olduğu doğrulama teknikleri ile test edilmiştir. Birini dışarıda bırak çapraz doğrulama yöntemi ile sınıf içi ve tüm malzemeler için kusurlu ve sağlam tespit oranı sırasıyla DVM'de %100 ve k-NN'de %97.77 olarak elde edilmiştir. Bu çalışmada önerilen yöntem, FA yönteminin farklı malzemelerdeki yüzey kusurları için etkinliğini artırmaya yönelik önemli bir katkı sağlamaktadır. GKA ile FA sinyaldeki gürültüler süzülmüş, taban kaymasının etkisi azaltılmış ve aynı zamanda özellik çıkarımı için faydalı sinyal elde edilmiştir. Bu şekilde önerilen metodoloji ile FA sinyallerindeki taban kayması elimine edilerek sinyal işleme sürecinin iyileştirdiği gösterilmiştir. Bu sayede, FA sinyal ve GKA yöntemi ile farklı malzemelerdeki kusur tespitinin başarı oranı önemli ölçüde artırılmıştır. Literatürde bir malzeme özelinde yapılan çalışmaların aksine, önerilen yöntem ile farklı kusurların bulunduğu ve farklı malzemeler için ortak bir sınıflandırma çerçevesi geliştirilmiştir.

Özet (Çeviri)

Photoacoustic (PA) is a technique that utilizes acoustic waves generated by the conversion of light energy into thermal energy to detect material defects. The PA method is advantageous since it allows for non-destructive testing (NDT), thereby enabling defect detection without causing any damage to the material, and it can be applied to a wide variety of materials. In this method, laser light is sent into the material and the light absorbed by the material is converted into thermal energy. The thermal energy results in thermal expansion, which in turn results in the generation of sound waves. The sound waves are then detected by the acoustic sensors for analysis. PA signals show different characteristics from intact and defective materials. These characteristics can be described by parameters such as signal amplitude, frequency, duration and time-frequency characteristics. Machine learning (ML) methods are used for classification of these parameters to detect defects. Photoacoustic has become an increasingly popular method for material defect detection in recent years due to its advantages. In this study, we propose a framework for material defect detection based on Empirical Mode Decomposition (EMD) based feature extraction in time and time-frequency domain for PA signals obtained from aluminum, iron, plastic and wood materials using a laser, microphone and data acquisition board. Within each material group, a total of 240 samples (120 intact samples and 120 defective samples) and a total of 960 samples were used. With 14 features extracted from these samples, k-nearest neighbor (k-NN), decision tree (DT) and support vector machine (SVM) classifiers were used to classify defective and intact materials. Materials were classified both within the same class and within the class including all material groups. With the leave-one-out cross-validation method, the defective and intact detection rates for all materials and within the class were 100% for SVM and 97.77% for k-NN, respectively. The method proposed in this study makes a significant contribution to improve the effectiveness of the PA method for surface defects in different materials. With EMD, the noise in the PA signal is filtered out, the effect of the baseline drift is reduced and at the same time a useful signal is obtained for feature extraction. The proposed method effectively improves the signal processing by eliminating the baseline drift in the PA signals while performing two different tasks at the same time. In this way, the accuracy rate of defect detection in different materials is significantly improved. In contrast to the material-specific studies in the literature, with the proposed method, a common classification framework was developed for different materials with different defects.

Benzer Tezler

  1. IR rezonans tabanlı fotoakustik hoparlör geliştirilmesi

    Developing photo-acoustic speaker: Based on IRresonance

    BENGİ DERYA MUŞDAL

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Fizik ve Fizik MühendisliğiÇanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUSTAFA KURT

  2. Synthesis of nanoparticles by laser ablation in liquid method and optical applications

    Sıvıda lazer ablasyon ile nanoparçacık sentezi ve optik uygulamalar

    UMUT TAYLAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ BÜLEND ORTAÇ

  3. Fotoakustik görüntülemede ayrık karmaşık görüntü yöntemi algoritmasının geri-çatma yöntemine uygulanması

    Application of discrete complex image method algorithm to back-projection method in photoacoustic imaging

    OKAN BERK GAZİOĞLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBaşkent Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. DERYA YILMAZ

  4. Sodyum perborat ve karbamid peroksitin ağartma etkisinin foton kullanıldığında veya kullanılmadığında oluşturduğu fotoakustik etkinin spektrofotometrik analiz ile değerlendirilmesi

    Evaluation of photoacustic effect of sodium perborate and carbamid peroxide on bleaching effect, with or without use of photons, using spectrophotometric analysis

    ERTUĞRUL KAPISIZ

    Diş Hekimliği Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Diş HekimliğiAydın Adnan Menderes Üniversitesi

    Endodonti Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SENEM YİĞİT ÖZER

  5. Oval kanala sahip ve kalsiyum hidroksit uygulanmış dişlerde farklı irigasyon aktivasyon yöntemlerinin irigasyon solüsyonunun dentin tübüllerine penetrasyonu üzerindeki etkisinin lazer taramalı konfokal mikroskop ile incelenmesi

    Evaluation of the effect of different irrigation activation techniques on the penetration of irrigation solution into dentinal tubules by confocal laser scanning microscopic analysis

    GAMZE ER KARAOĞLU

    Diş Hekimliği Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Diş HekimliğiBolu Abant İzzet Baysal Üniversitesi

    Endodonti Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ZELİHA UĞUR AYDIN