İndüksiyon Ocaklarda Kızılötesi Sensör Tabanlı Otonom Pişirme İçin İleri Veri Analizi Destekli Sensör Veri Füzyonu ve Gerçek Zamanlı Makine Öğrenmesi ile Pişirmenin Kontrolü
Control of cooking with advanced data analysis supported sensor data fusion and real-time machine learning for infrared sensor based autonomous cooking in induction cooker
- Tez No: 935516
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MEHMET SELÇUK ARSLAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 191
Özet
Bu doktora tezi, ev tipi indüksiyon ocaklarda temassız sıcaklık ölçümü ve kontrolünü sağlamak amacıyla, kızılötesi sıcaklık sensörü tabanlı bir ölçüm sistemi yaklaşımı önermekte ve bunun için gerekli ölçüm metodolojilerini geliştirmeyi amaçlamaktadır. Günümüzde mutfak teknolojilerinde kullanıcı konforunu ve pişirme sürecinin verimliliğini arttırmaya yönelik çalışmalar hızla ilerlemekte, bu bağlamda indüksiyon ocaklar enerji verimliliği ve hassas sıcaklık kontrolü gibi avantajlarıyla ön plana çıkmaktadır. Ancak, mevcut ev tipi indüksiyon ocak sistemleri genellikle güç kontrollü olup doğrudan sıcaklık ölçümü yapmamaktadır ve bu durum da pişirme sürecinin doğruluğunu ve tekrar edilebilirliğini negatif yönde etkilemektedir. Bu çalışmada, ocak içerisine entegre edilen temassız kızılötesi sıcaklık sensörü ile pişirme kabı taban sıcaklığının ölçülmesi ve kontrol edilmesi sağlanmıştır. Temassız sıcaklık ölçüm yöntemi, pişirme kabına doğrudan temas gerektirmediğinden kullanıcı konforunu artırırken, hassas sıcaklık kontrolüyle pişirme sürecinin güvenliğini ve verimliliğini iyileştirmektedir. Bu noktada ocak içerisine yerleştirilen sensör sisteminin, başta ocak camı olmak üzere ısınan çevresel bileşenlerden kaynaklanan bozucu termal radyasyon etkisini en aza indirebilmek ve pişirme kabı sıcaklığının ölçülebilir hale getirilmesi için sistemin termal radyasyon modeli incelenmiştir. Termal radyasyon modeli benzetimleri ile bozucu etkileri en aza indirgeyecek bir harici optik filtre kullanımı önerisinde bulunulmuştur. Bu sayede pişirme kabı termal radyasyonu bileşeni ile ocak camı termal radyasyon bileşeni oranı 0.036'dan 1.094'e yükseltilebilmiştir. Bu sayede pişirme kabı sıcaklığı sensör sistemi tarafından algılanabilir duruma gelmiştir. Planck dalga boyuna bağlı elektromanyetik radyasyon denklemi temelli model sayesinde pişirme kabı sıcaklığı ±3°C doğrulukta hesaplanabilmiştir. Çalışma kapsamında, sıcaklık ölçüm doğruluğunu artırmak amacıyla emisivite değişimlerinden kaynaklanan hataların giderilebilmesi için bir emisivite tahmin sistemi tasarlanmıştır. Bu sistem pişirme kabının yüzey pürüzlülüğü ve rengini algılayarak, kural tabanlı bir model aracılığıyla emisivite tahmini gerçekleştirmektedir. Bu sayede farklı emisivite değerlerine sahip pişirme kaplarının emisivite değeri %6 doğruluk oranı ile tahmin edilebilmiş ve termal radyasyon modeli ölçüm sonuçları farklı emisiviteye sahip pişirme kapları için de iyileştirilmiştir. Son olarak, pişirme kabı tipinin belirlenmesi amacıyla sistemin manyetik ve elektriksel parametreleri kullanılarak, çoklu model tabanlı genişletilmiş makine öğrenmesi algoritması mimarisine dayalı bir sınıflandırma modeli geliştirilmiştir. Bu sınıflandırma modeli %92 doğruluk ile 106 farklı pişirme kabını sınıflandırarak, farklı pişirme kaplarında dahi benzer doğrulukta temassız kızılötesi sıcaklık ölçümü mümkün hale getirilmiştir. Tüm bunların yanında sıcaklık kontrollü sensör sistemi tasarımı ile enerji tüketiminde %28 ile %33 arasında değişen oranlarda enerji tasarrufu sağlandığı gözlemlenmiştir. Geliştirilen sistem, deneysel çalışmalarla doğrulanmış ve geleneksel yöntemlere kıyasla daha güvenilir ve hassas ölçümler sağladığı ortaya konmuştur. Bu bağlamda, önerilen yaklaşım, mutfak teknolojilerinde yeni nesil akıllı pişirme sistemlerine katkı sunarak, kullanıcıya minimum müdahale ile maksimum verimlilik sağlayan yenilikçi bir çözüm sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
This doctoral dissertation proposes an infrared temperature sensor-based measurement system approach to enable non-contact temperature measurement and control in domestic induction hobs and aims to develop the necessary measurement methodologies for this purpose. Advancements in kitchen technologies are rapidly progressing to enhance user comfort and improve the efficiency of the cooking process. In this context, induction hobs stand out due to advantages such as energy efficiency and precise temperature control. However, existing domestic induction hob systems are generally power-controlled and do not perform direct temperature measurements, which negatively affects the accuracy and repeatability of the cooking process. In this study, a non-contact infrared temperature sensor integrated into the hob was employed to measure and control the bottom temperature of the cooking vessel. Since the non-contact temperature measurement method does not require direct contact with the cookware, it enhances user comfort while improving the safety and efficiency of the cooking process through precise temperature control. At this point, the thermal radiation model of the system was examined to minimize the interfering thermal radiation effects caused by heated environmental components, particularly the hob glass, and to ensure the measurable detection of the cookware temperature. Based on thermal radiation model simulations, the use of an external optical filter was proposed to minimize these interfering effects. As a result, the ratio of the thermal radiation component from the cookware to that from the hob glass was increased from 0.036 to 1.094, making the cookware temperature detectable by the sensor system. Using a model based on Planck's wavelength-dependent electromagnetic radiation equation, the cookware temperature was estimated with an accuracy of ±3°C. To enhance temperature measurement accuracy, an emissivity estimation system was designed to compensate for errors arising from emissivity variations. This system detects the surface roughness and color of the cookware and estimates the emissivity using a rule-based model. Consequently, the emissivity of cookware with different emissivity values was estimated with 6% accuracy, and the thermal radiation model measurement results were improved for cookware with varying emissivity. Furthermore, to classify cookware types, a classification model based on a multi-model extended machine learning algorithm architecture was developed using the system's magnetic and electrical parameters. This classification model achieved 92% accuracy in classifying 106 different cookware types, enabling consistent non-contact infrared temperature measurement across various cookware types. Additionally, the temperature-controlled sensor system design resulted in energy savings ranging between 28% and 33%. The developed system has been experimentally validated, demonstrating more reliable and precise measurements compared to conventional methods. In this regard, the proposed approach contributes to next-generation smart cooking systems in kitchen technologies by offering an innovative solution that maximizes efficiency with minimal user intervention.
Benzer Tezler
- Ev tipi indüksiyon ocaklarda yeni nesil güç anahtarlarının kullanımının incelenmesi
Examination of new generation power semiconductors in domestic induction cooktops
AHMET ERKEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ATİYE HÜLYA OBDAN
- İndüksyonlu ocaklarda kablosuz enerji transferi
Wireless power transfer on domestic inducton hobs
UĞUR CAN İÇEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. KORAY GÜRKAN
- Ev tipi indüksiyonlu ocak bobinlerinin tasarımı ve homojen pişirme parametrelerinin incelenmesi
Design of household induction cooker coils and examination of homogeneous cooking parameters
ALİ BUĞRA BUĞDAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELİN ÖZÇIRA ÖZKILIÇ
- Quasi-resonant circuitry to improve heat transfer and efficiency in induction cookers
Yarı rezonans devreli indüksiyonlu ocaklarda ısı transferini ve verimliliği artırmak
HÜSEYİN KÜÇÜKOSMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiÖzyeğin ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÖKTÜRK POYRAZOĞLU
- Investigation of CO and CO2 emissions from a domestic gas burner
Ev tipi setüstü ocak brulörlerinde CO ve CO2 salınımının incelenmesi
ALPAY ÖZSÜER
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Makine Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÜNVER ÖZKOL