Geri Dön

Gömülü sistem tabanlı, nabız oksimetre senkronlu, yeni nesil oksijen konsantratör tasarımı, gerçekleştirilmesi ve bulanık mantık ile kontrol modeli

Embedded system based, pulse oximeter synchronized, new generation oxygen concentrator design, implementation and control model with fuzzy logic

  1. Tez No: 895676
  2. Yazar: ŞERAFETDİN BALOĞLU
  3. Danışmanlar: PROF. DR. İSMAİL SARITAŞ
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Selçuk Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 213

Özet

Kronik Obstrüktif Akciğer Hastalığı (KOAH); zararlı gaz ve partiküllere karşı havayolları ve akciğerin artmış kronik inflamatuvar yanıtı ile ilişkili ve genellikle ilerleyici özellikteki kalıcı hava akımı kısıtlanması ile karakterize, yaygın, önlenebilir ve tedavi edilebilir bir hastalıktır. Kronik solunum rahatsızlığı bulunan (Astım-KOAH) hastaların yaşamlarını sürdürebilmesi için Uzun Süreli Oksijen Tedavisi (USOT) gerekir. USOT için en ekonomik ve uygun seçenek, oksijen konsantratör (OK) cihazıdır. Oksijen yetersizliği çeken hasta bu cihazları kesintisiz, saatlerce kullanmak durumundadır. OK'nın saatler boyu meydana getirdiği gürültü, hastanın konforunu ve psikolojisini olumsuz etkilemektedir. Klinik müdahalelerde, hipoksi, astım gibi hastalıkların tespit ve takibinde vücuttaki oksijen satürasyon (SpO2) takibinin önemli olması, vücut sıcaklığı düşmüş hipoksi durumundaki hastalara gereksiz uygulanabilecek arteriyel kan gazı gibi invaziv işlemleri ortadan kaldıracak; SpO2, nabız ve vücut sıcaklığı verilerini ölçerek kablosuz veri aktarımı yapabilen, ventilatör, OK gibi cihazlarla senkron çalışan nabız oksimetre (NO) cihazı tasarlanmış, gerçekleştirilmiş ve çalışması deneysel olarak gösterilmiştir. OK cihazının bir modeli fiziki ortamda gerçekleştirilmiş, Python PyQt5 arayüz yazılımı üzerinde, hastaya verilecek oksijenin akış hızı, sıcaklığı ve basıncı monitörize edilmiştir. Düz lineer motora göre kuvvetli, çift yönlü hareket edebilen, sabit bobin, hareketli neodyum mıknatıslı tübüler lineer motor (TLM) tasarlanmış, optimizasyonu yapılmış ve OK cihazları için TLM'lu hava kompresörü önerilmiştir. Tasarım ve optimizasyon işlemi öncelikle prototip TLM üzerinde yapılmıştır. Elde edilen bulgular, nihai TLM çalışmasını oluşturan iki farklı tasarım üzerine aktarılmıştır. Yapısal tasarım parametrelerinin çokluğu, her parametrenin müstakil değiştirilerek TLM optimize etme zorluğu ve bazı tasarım parametrelerinin statik elektromanyetik kuvvetle doğrusal olmayan ilişkisi nedeniyle; çalışmada, Ansys Maxwell3D ortamında magnetik, mangnetostatik ve transient çözücülü Sonlu Elemanlar Metodu (SEM) kullanılarak TLM'nun itme kuvvetinin optimizasyonu yapılmıştır. TLM'nun itme kuvvetini iyileştirmek, tasarım parametrelerini optimize etmek için SEM 3D modeline dayalı optimizasyon yöntemi kullanılmıştır. Tasarımlarda, Ansys Maxwell3D ortamında magnetik, magnetostatik ve transient çözücülerde Maxwell eşitliklerinden faydalanılmıştır. Tasarlanan prototip TLM'nun üretimi gerçekleştirilerek elektrik akımı uyarımıyla mekanik hareket başarıyla sağlanmıştır. Prototip TLM'nun yarıçapı, mıknatıslar arası mesafe, bobin spir sayısı x akım ve pvc kalınlığı parametreleri üzerinde optimizasyon işlemi yapılmıştır. Optimizasyon öncesi ve sonrası çalışmalar karşılaştırıldığında, çalışma strokundaki itme kuvvetinin 790.44 fN'dan 69.1676 nN'a çıktığı Ansys Maxwell3D ortamında kaydedilmiştir. Prototip TLM'un optimizasyonu, tasarımı ve ampirik denemeler neticesinde nihai TLM için iki farklı tasarım üzerinde çalışılmıştır. Tasarım-2'nin ürettiği stroke kuvveti tasarım-1'den biraz düşük olsa da yapılabilirliği dikkate alındığında tasarım-2 bulguları kullanılarak nihai TLM üretilmiştir. Her iki tasarımın optimizasyonunda stroke'un (itme kuvveti); TLM stator yarıçapı, mil ile stator arasında kalan hava boşluğu (air_gap) ters orantısal; TLM bobin spir sayısı, stator diş kalınlığı (Ws_tooth), stator boyunduruk kalınlığı (h_yoke), ferromanyetik halka genişliği (steel_lenght) ile doğru orantısal ilişki olduğu görülmüştür. Ayrıca her iki tasarımda 1008 ve 1010 çelik malzemenin stroke'a etkisi araştırılmış ve en iyi sonucun çelik 1008 materyalden sağlandığı Ansys Maxwell3D ortamında görülmüştür. 1008 çelik malzeme kullanılarak hesaplanan tasarım-1 sonucu 488.7878 newton ve tasarım-2 sonucu ise 370.4721 newton olarak tespit edilmiştir. 1010 çelik malzeme kullanılarak hesaplanan tasarım-1 sonucu 372.4338 newton ve tasarım-2 sonucu ise 320.2876 newton olarak tespit edilmiştir. Sonuç olarak bu çalışmada, medikal sektörde kullanılan OK cihazında kullanılmak üzere TLM'lu hava kompresörü tasarlanmış, optimizasyonu yapılarak gerçekleştirilmiştir. Raspberry Pi4 (RPi4) mini bilgisayarda Python PyQt5 ile yapay zekâ (YZ) tekniklerinden bulanık mantıkla kontrolü için bir kontrol modeli önerilmiştir. Yapılan değerlendirmeler sonucunda TLM'lu hava kompresörünün çalıştığı, kontrol sisteminin ise güvenilir ve kararlı olduğu görülmüştür.

Özet (Çeviri)

Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD) is a common, preventable and treatable disease characterised by permanent airflow limitation, usually progressive, associated with an increased chronic inflammatory response of the airways and lung to harmful gases and particles. Patients with chronic respiratory disease (Asthma-COPD) require Long Term Oxygen Therapy (USOT) to sustain their lives. The most economical and suitable option for USOT is the oxygen concentrator (OC) device. Patients suffering from oxygen deficiency have to use these devices for hours without interruption. The noise generated by the OC for hours negatively affects the comfort and psychology of the patient. Since oxygen saturation (SpO2) monitoring in the body is important in clinical interventions, detection and follow-up of diseases such as hypoxia and asthma, and to eliminate invasive procedures such as arterial blood gas that can be applied unnecessarily to patients with hypoxia with decreased body temperature; A pulse oximetry (NO) device that can measure SpO2, pulse and body temperature data and can perform wireless data transfer, synchronised with devices such as ventilators and OC devices was designed, realised and its operation was experimentally demonstrated. A model of the OC device was realised in a physical environment, and the flow rate, temperature and pressure of the oxygen to be given to the patient were monitored on the Python PyQt5 interface software. A powerful, bidirectional, bidirectional, fixed coil, moving neodymium magnet tubular linear motor (TLM) was designed and optimised and an air compressor with TLM was proposed for OC devices. The design and optimisation process was firstly performed on a prototype TLM. The obtained findings are transferred to two different designs that constitute the final TLM study. Due to the large number of structural design parameters, the difficulty of optimising the TLM by varying each parameter individually and the non-linear relationship of some design parameters with the static electromagnetic force, the thrust of the TLM is optimised by using the finite element method (SEM) with magnetic, magnetostatic and transient solvers in Ansys Maxwell3D environment. Optimisation method based on SEM 3D model was used to optimise the design parameters to improve the thrust of the TLM. In the designs, Maxwell's equations were utilised in the magnetic, magnetostatic and transient solvers in Ansys Maxwell3D environment. The designed prototype TLM was fabricated and mechanical motion was successfully achieved with electric current excitation. Optimisation was performed on the radius, distance between magnets, number of coil spirals x current and PVC thickness parameters of the prototype TLM. When the pre- and post-optimisation studies were compared, it was recorded in Ansys Maxwell3D environment that the thrust force in the working stroke increased from 790.44 fN to 69.1676 nN. As a result of the optimisation and design of the prototype TLM and empirical experiments, two different designs were studied for the final TLM. Although the stroke force produced by design-2 is slightly lower than design-1, considering its feasibility, the final TLM was produced using the findings of design-2. In the optimisation of both designs, it was observed that stroke is inversely proportional to TLM stator radius, air_gap between shaft and stator, and directly proportional to TLM coil spiral number, stator tooth thickness (Ws_tooth), stator yoke thickness (h_yoke), ferromagnetic ring width (steel_lenght). In addition, the effect of 1008 and 1010 steel materials on stroke in both designs was investigated and it was seen in Ansys Maxwell3D environment that the best result was obtained with steel 1008 material. The design-1 result calculated using 1008 steel material is 488.7878 newton and the design-2 result is 370.4721 newton. Design-1 result calculated using 1010 steel material was 372.4338 newton and design-2 result was 320.2876 newton. As a result, in this study, an air compressor with TLM was designed, optimised and implemented to be used in the OK device used in the medical sector. A control model was proposed to control the compressor with fuzzy logic, one of the artificial intelligence (AI) techniques, using Python PyQt5 on a Raspberry Pi4 (RPi4) mini computer. As a result of the evaluations, it was found that the air compressor with TLM works and the control system is reliable and stable.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    507837

    Gömülü sistem tabanlı elektrokardiyogram holter cihazının tasarlanması ve yapay sinir ağı- genetik algoritma hibrit modeli ile aritmi tespiti

    Design of embedded system-based ecg holter device and detection of arrhythmia by artificial neural network-genetic algorithm hybrid model

    AHMET YESEVİ TÜRKER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    BiyomühendislikSakarya Üniversitesi

    Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA ZAHİD YILDIZ

  2. Tez No

    304710

    İnternet üzerinden izlenebilen kablosuz taşınabilir tıbbi izleme sistemi tasarımı ve uygulaması

    An internet monitored wireless portable medical system design and application

    GAMZE DOĞALI ÇETİN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2011

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolSakarya Üniversitesi

    Elektronik-Bilgisayar Eğitimi Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. CÜNEYT BAYILMIŞ

  3. Tez No

    634539

    Hava aracı otopilot destek sistemi olarak bir pilot sağlık takip sistemi tasarımı, prototiplenmesi ve entegrasyonu

    Design, prototyping and integration of a pilot health monitoring system as a support system for aircraft autopilot

    EFKAN YILMAZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ RAMAZAN YENİÇERİ

  4. Tez No

    868837

    A new approach for classifying maize crop diseases using IoT-based deep learning convolutional networks

    IoT tabanlı derin öğrenme evrimisel ağları kullanarak mısır ürün hastalıklarının sınıflandırılmasına yönelik yeni bir yaklaşım

    NABIL MUSTAFA OMAR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolKadir Has Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    Assoc. Prof. Dr. NIMA JAFARI NAVIMIPOUR

  5. Tez No

    577911

    Gömülü sistem tabanlı bina içi otonom robot

    Embedded system based building autonomous robot

    RIDVAN DOĞAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolMarmara Üniversitesi

    Mekatronik Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ UĞUR KESEN

Geri Dön