Sıvıların tespiti için mikrodalga sensör tasarımı
Microwave sensor design for liquids detection
- Tez No: 921102
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MAHMUT AHMET GÖZEL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Süleyman Demirel Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektromanyetik Alanlar ve Mikrodalga Tekniği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 158
Özet
Sıvılar, insan yaşamını doğrudan veya dolaylı olarak etkileyen önemli maddelerdir ve çeşitli sektörlerde farklı amaçlarla kullanılmaktadır. Gıda sektöründe sıvıların insan sağlığı üzerindeki kritik etkileri bulunurken, makine endüstrisinde sürtünmeyi azaltan yağlar, makine parçalarının korunmasına ve verimliliğin artmasına olanak tanımaktadır. Özellikle otomotiv alanında, motor yağları motorun etkin çalışması için hayati önem taşımaktadır. Motor yağlarının, motor içindeki aksanların sürtünmeyi azaltan kimyasal özelliği, motor kullanıldıkça azalmaktadır. Bu nedenle motor yağları belirli zamanlarda değiştirilmesi gerekmektedir. Bu tez kapsamında gerçekleştirilen çalışmaların ilkinde motor yağ ömrü ve seviyesini belirlemek için anten tabanlı bir sensör tasarımı önerilmektedir. Bu çalışmada 2.40 GHz 'de çalışan“Asimetrik Eş-Düzlemsel Şerit Beslemeli Mikroşerit Sensör Anten”tasarlanmıştır. Anten tabanlı sensör ile 0 km ve 10.000 km kullanılmış motor yağı örnekleri üzerinde ölçümler gerçekleştirilmiştir. Önerilen sensör anten motor yağ içerisine 60 mm daldırılarak yapılan ölçümlerde, temiz motor yağı ile 10.000 km kullanılmış motor yağı arasında 3.01 dB'lik bir fark gözlemlenmiştir. Ayrıca farklı uzunluk seviyelerinde yapılan ölçümlerde, sensörün rezonans frekansı 2.34-1.86 GHz arasında değişim göstermiştir. Böylece, önerilen sensör sayesinde hem motor yağı seviyesi hem de motor yağ ömrü tespitine yönelik ölçümler gerçekleştirilmiştir. Gıda alanında en çok kullanılan sıvılardan olan süt, insan sağlığı için önemli bir besin kaynağıdır; ancak süt ürünlerinde tağşiş ve sahtecilik, ciddi ekonomik kayıplara ve sağlık sorunlarına yol açabilmektedir. Bu nedenle, sütün saflığının ve içeriğini belirlemek amacıyla süt analiz çalışmaları yapılmaktadır. Süt yağ oranının belirlenmesi, süt ve süt ürünlerin besin değerinin belirlenmesine yardımcı olurken, tağşiş analizi ise sahte veya düşük kaliteli süt bileşenlerin tespitine olanak tanımaktadır. Bu tez kapsamında yapılan bir diğer çalışma ise“Süt Yağ Oranı Tespiti ve Tağşiş Analizi”başlıklı çalışmadır. Bu çalışma kapsamında 4.96 GHz' de çalışan TEE-LC (Tamamlayıcı Eliptik Elektrik-LC) Rezonatör Yapılı İletim Hattı Tabanlı Mikrodalga Sensör tasarımı önerilmektedir. Önerilen iletim hattı tabanlı sensör ile homojenize edilmiş ve homojenize edilmemiş 8 farklı yağ oranına sahip iv sütlerin ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Homojenize edilmiş sütler ile yapılan ölçümlerde sensörün rezonans frekansı, süt yağ oranı artışıyla 2.04 GHz' den 2.47 GHz'e değişmiştir. Homojenize edilmemiş sütler ile yapılan ölçümlerde ise sensörün rezonans frekansı süt yağ oranı artışıyla 2.045 GHz' den 2.345 GHz'e değişmiştir. Önerilen sensörün sıvı içerik analizin performansının belirlenmesi için yapılan hassasiyet analizinde, iletim hattı tabanlı sensörün homojenize sütlerin yağ oranlarını algılama hassasiyetinin ortalaması %1.065 iken homojenize olmayan sütleri algılama hassasiyetinin ortalaması %1.284 olarak hesaplanmıştır. Bu çalışma kapsamında iletim hattı tabanlı sensöre kıyasla hassasiyeti artırılmış hem süt yağ oranı tespiti hem de tağşiş analizi yapabilen 7.02 GHz' de çalışan“TEE-LC Rezonatör Yapılı Dal Hatlı Kuplör Tabanlı Mikrodalga Sensör”tasarımı önerilmiştir. Süt yağ oranı tespiti için homojenize edilmiş ve homojenize edilmemiş farklı yağ oranlarına sahip sütler hassasiyeti artırılmış sensör ile ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Homojenize edilmemiş sütler ile yapılan ölçümlerde sensörün rezonans frekansı, süt yağ oranı artışıyla 2.23 GHz' den 2.40 GHz'e değişmiştir. Homojenize edilmiş sütler ile yapılan ölçümlerde ise sensörün rezonans frekansı süt yağ oranı artışıyla 2.18 GHz' den 2.325 GHz'e değişmiştir Süt tağşiş analizi için ise homojenize edilmiş ve homojenize edilmemiş sütlerin içerisine %10 artışlarla su eklenerek önerilen sensör ile ölçümler gerçekleştirilmiştir. Manda sütü içerisine belirtilen oranlarda su eklenmesiyle sensörün çalışma frekansı, 2.40 GHz' den 2.105 GHz'e değişmektedir. Ayrıca manda ve keçi sütlerinin içerisindeki jersey sütünün tağşişini belirleyebilmek için önerilen sensör ile jersey sütü tağşişli manda ve keçi sütlerinin ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Bu ölçümlerde manda sütü içerisine %10 oranlarla eklenen jersey sütü sensörün çalışma frekansını 2.40 GHz' den 2.32 GHz'e değiştirmiştir. Önerilen sensörün sıvı içerik analizinin performansının belirlenmesi için yapılan hassasiyet analizinde, dal hatlı kuplör tabanlı sensörün homojenize sütlerin yağ oranlarını algılama hassasiyetinin ortalaması %1.35 iken homojenize olmayan sütleri algılama hassasiyetinin ortalaması %1.553 olarak hesaplanmıştır. Tez kapsamında, süt yağ oranı ve tağşiş analizi için saha çalışmalarında kullanılabilecek yeni bir ölçüm sistemi geliştirilmiştir. Bu sistem, TEE-LC Rezonatör Yapılı Mikrodalga sensör, gerilim kontrollü RF osilatör ve güç dedektöründen oluşmaktadır. Gerilim kontrollü RF osilatör, belirlenen bir frekansta sensöre sinyal gönderirken, güç dedektörü bu sinyali DC sinyaline dönüştürmektedir. Bu sayede, DC gerilim değerlerindeki değişimlerle süt yağ oranı ve tağşiş analizi yapılabilmektedir. Manda sütü üzerine eklenen su oranlarının ölçümlerinde, DC çıkış değerleri 1.55 volttan 1.18 volt seviyelerine düşmüştür. Önerilen sistem, literatürdeki benzer çalışmalara göre daha iyi bir performans sergilediği ve saha problemlerinde önemli bir çözüm sunabileceği düşünülmektedir.
Özet (Çeviri)
Liquids are important substances that directly or indirectly affect human life and are used for different purposes in various sectors. While liquids have critical effects on human health in the food sector, friction-reducing oils in the machinery industry allow the protection of machine parts and increased efficiency. Especially in the automotive sector, engine oils are vital for the efficient operation of the engine. The chemical properties of engine oils that reduce friction in the components in the engine decrease as the engine is used. Therefore, engine oils must be changed at certain times. In the first of the studies carried out within the scope of this thesis, an antenna-based sensor design is proposed to determine engine oil life and level. In this study, an“Asymmetric Coplanar Strip-Fed Microstrip Sensor Antenna”operating at 2.40 GHz was designed. Measurements were carried out on 0 km and 10.000 km used engine oil samples with the antenna-based sensor. In the measurements made by immersing the proposed sensor antenna 60 mm into the engine oil, a difference of 3.01 dB was observed between clean engine oil and 10.000 km used engine oil. In addition, in measurements made at different length levels, the resonance frequency of the sensor varied between 2.34-1.86 GHz. Thus, measurements were made for both engine oil level and engine oil life determination with the proposed sensor. Milk, which is one of the most used liquids in the food sector, is an important source of nutrition for human health; however, adulteration and counterfeiting in dairy products can lead to serious economic losses and health problems. For this reason, milk analysis studies are carried out to determine the purity and content of milk. While determining the milk fat content helps to determine the nutritional value of milk and dairy products, adulteration analysis allows the detection of fake or low-quality milk components. Another study conducted within the scope of this thesis is the study titled“Milk Fat Content Determination and Adulteration Analysis”. Within the scope of this study, a TEE-LC (Complementary Elliptic Electric-LC) Resonator Structured Transmission Line Based Microwave Sensor design operating at 4.96 GHz is proposed. The measurements of homogenized and non-homogenized milks with 8 different fat content were performed with the proposed transmission line based sensor. In the measurements made with homogenized milks, the resonance frequency of the sensor changed from 2.04 GHz to 2.47 GHz with the increase in milk fat content. vi In the measurements made with non-homogenized milks, the resonance frequency of the sensor changed from 2.045 GHz to 2.345 GHz with the increase in milk fat content. In the sensitivity analysis made to determine the performance of the proposed sensor in liquid content analysis, the average sensitivity of the transmission line based sensor to detect fat content of homogenized milks was calculated as 1.065%, while the average sensitivity of the detection of non-homogenized milks was calculated as 1.284%. Within the scope of this study, a“TEE-LC Resonator Structured Branch Line Coupler Based Microwave Sensor”design operating at 7.02 GHz, which has increased sensitivity compared to the transmission line based sensor and can perform both milk fat content detection and adulteration analysis, was proposed. For milk fat ratio determination, homogenized and non-homogenized milks with different fat ratios were measured with a sensor with increased sensitivity. In the measurements made with non-homogenized milks, the resonance frequency of the sensor changed from 2.23 GHz to 2.40 GHz with the increase in milk fat ratio. In the measurements made with homogenized milks, the resonance frequency of the sensor changed from 2.18 GHz to 2.325 GHz with the increase in milk fat ratio. For milk adulteration analysis, water was added to homogenized and non-homogenized milks in 10% increments and measurements were carried out with the recommended sensor. By adding water at the specified rates to buffalo milk, the operating frequency of the sensor changed from 2.40 GHz to 2.105 GHz. In addition, in order to determine the adulteration of jersey milk in buffalo and goat milks, measurements of adulterated buffalo and goat milks were carried out with the recommended sensor. In these measurements, jersey milk added to buffalo milk at 10% ratios changed the sensor's operating frequency from 2.40 GHz to 2.32 GHz. In the sensitivity analysis performed to determine the performance of the liquid content analysis of the proposed sensor, the average sensitivity of the branch line coupler based sensor in detecting the fat content of homogenized milk was calculated as 1.35%, while the average sensitivity of detecting non-homogenized milk was calculated as 1.553%. Within the scope of the thesis, a new measurement system that can be used in field studies for milk fat content and adulteration analysis was developed. This system consists of a TEE-LC Resonator Structured Microwave sensor, a voltage-controlled RF oscillator and a power detector. The voltage-controlled RF oscillator sends a signal to the sensor at a specified frequency, while the power detector converts this signal into a DC signal. In this way, milk fat content and adulteration analysis can be performed with changes in DC voltage values. In the measurements of water ratios added to buffalo milk, DC output values decreased from 1.55 volts to 1.18 volts. It is thought that the proposed system exhibits better performance compared to similar studies in the literature and can provide an important solution to field problems.
Benzer Tezler
- Wireless RF sensing in ionic aqueous environment: Modeling, design and validation
İyonik sulu ortamda kablosuz RF algılama: Modelleme, tasarım ve doğrulama
SOBHAN GHOLAMI
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Anten tabanlı mikrodalga sensörlerin çeşitli alanlardakiuygulamaları
Applications of antenna based microwave sensors in various fields
CUMALİ KOPMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİskenderun Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OĞUZHAN AKGÖL
- Mikrodalga ölçüm verilerinden makine öğrenmesi teknikleri kullanılarak patlayıcı madde tespiti
Explosive detection using machine learning techniques from microwave measurement measurement data
EBRU EFEOĞLU
Doktora
Türkçe
2021
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolTrakya ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜRKAN TUNA
- Multiclass classification of hepatic anomalies based on in vivo microwave dielectric properties
Hepatik anomalilerin in vivo mikrodalga dielektrik özelliklerine dayalı çok sınıflı sınıflandırılması
ZEYNEP GÜLSÜM BİLGEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ TUBA YILMAZ ABDOLSAHEB
- Açık uçlu eşeksenel prob ile dielektrik spektroskopi için makine öğrenmesi temelli kestirim yöntemleri
Machine learning based estimation methods for dielectric spectroscopy with open-ended coaxial probe
MUSA ALPEREN YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ÇAYÖREN