Low-cost IOT radiation dose monitoring device design
Düşük maliyetli IOT radyasyon dozu izleme cihazı tasarımı
- Tez No: 982889
- Danışmanlar: PROF. DR. YUSUF YÜKSEL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Dokuz Eylül Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez, BPW34 silikon PIN fotodiyot tabanlı, Nesnelerin İnterneti (IoT) özelliklerine sahip düşük maliyetli bir radyasyon dozimetresinin tasarımını, geliştirilmesini ve karakterizasyonunu sunmaktadır. Temel amaç, genel radyasyon izleme uygulamaları için yeterli duyarlılık ve doğruluğu korurken, geleneksel radyasyon tespit sistemlerine uygun fiyatlı bir alternatif geliştirmektir. Geliştirilen sistem, ters besleme modunda çalıştırılan bir BPW34 fotodiyot, LMP7721 ultra düşük gürültülü işlemsel yükselteç kullanan yük duyarlı ön yükselteç, yaklaşık 1100 kat kazanç sağlayan iki kademeli yükseltme devresi ve darbe tespiti için bir komparatörden oluşmaktadır. ESP32 mikrodenetleyici, gerçek zamanlı veri toplama, işleme ve WiFi ile MQTT protokolleri üzerinden kablosuz iletişimi sağlayan merkezi işlem birimi olarak görev yapmaktadır. Kapsamlı elektriksel karakterizasyon, optik olarak yalıtılmış fotodiyot ile 5,75 milivoltrms temel gürültü seviyesini ortaya koymuştur. Yükselteç zinciri, 4 milivoltpp giriş sinyallerine kadar yüzde 5'ten az sapma ile doğrusal çalışma göstermiştir. Radyasyon dedeksiyon yetenekleri, Amerikyum-241 kaynağı (59,5 kiloelektron volt gama, 0,8'den küçük mikroCurie aktivite) kullanılarak doğrulanmıştır. Ticari FNIRSI GC-01 Geiger sayacı ile yapılan karşılaştırmalı ölçümler, BPW34 detektörünün daha küçük aktif alanı nedeniyle 4,93 kat daha düşük duyarlılık göstermesine rağmen, güvenilir radyasyon tespiti için yeterli olan 4,89 sinyal-gürültü oranına ulaştığını göstermiştir. Yazılım mimarisi, 20 mikrosaniye ölü zamanlı kesme tabanlı darbe sayma, kararlı sayım hızı hesaplamaları için hareketli pencere ortalaması ve radyasyon seviyelerine dayalı uyarlanabilir renk kodlu görsel uyarıları uygulamaktadır. Sistem, uzaktan gözlem ve analiz için bulut platformlarına veri iletimi ile gerçek zamanlı izleme yeteneklerini başarıyla göstermektedir. Bu araştırma, ticari PIN fotodiyotların maliyet etkin radyasyon sensörleri olarak kullanılabilirliğini kanıtlayarak, eğitim kurumları, gelişmekte olan ülkeler ve çoklu tespit noktası gerektiren uygulamalar için radyasyon izlemeyi erişilebilir hale getirmektedir. Profesyonel düzeydeki dozimetrelerin yerini almayı amaçlamasa da, geliştirilen sistem maliyetin birincil kısıt olduğu genel radyasyon güvenliği uygulamaları için pratik bir çözüm sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
This thesis presents the design, development, and characterization of a low-cost radiation dosimeter based on the BPW34 silicon PIN photodiode with integrated Internet of Things (IoT) capabilities. The primary objective was to develop an affordable alternative to conventional radiation detection systems while maintaining adequate sensitivity and accuracy for general radiation monitoring applications. The developed system consists of a BPW34 photodiode operated in reverse bias mode, a charge-sensitive preamplifier using the LMP7721 ultra-low noise operational amplifier, a two-stage amplification circuit providing approximately 1,100 times gain, and a discriminator for pulse detection. The ESP32 microcontroller serves as the central processing unit, enabling real-time data acquisition, processing, and wireless communication via WiFi and MQTT protocols. Comprehensive electrical characterization revealed a baseline noise level of 5.75 milivoltrms with the photodiode optically isolated. The amplifier chain demonstrated linear operation up to 4 milivoltpp input signals with less than 5 percent deviation. Radiation detection capabilities were validated using an Americium-241 source (59.5 kiloelectron volt gamma, less than 0.8 microCurie activity). Comparative measurements with a commercial FNIRSI GC-01 Geiger counter showed that while the BPW34 detector exhibited 4.93 times lower sensitivity due to its smaller active area, it achieved a signal-to-noise ratio of 4.89, sufficient for reliable radiation detection. The software architecture implements interrupt-based pulse counting with 20 microsecond dead time, moving window averaging for stable count rate calculations, and adaptive color-coded visual alerts based on radiation levels. The system successfully demonstrates real-time monitoring capabilities with data transmission to cloud platforms for remote observation and analysis. This research proves the feasibility of utilizing commercial PIN photodiodes as cost-effective radiation sensors, making radiation monitoring accessible for educational institutions, developing countries, and applications requiring multiple detection points. While not intended to replace professional-grade dosimeters, the developed system provides a practical solution for general radiation safety applications where cost is a primary constraint.
Benzer Tezler
- From media-based modulation to reconfigurable intelligent surfaces: Novel index modulation solutions
Ortam-tabanlı modülasyon'dan uyarlanabilir akıllı yüzeylere: Özgün indis modülasyon çözümleri
ZEHRA YİĞİT
Doktora
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERTUĞRUL BAŞAR
PROF. DR. İBRAHİM ALTUNBAŞ
- Microcontroller assisted data recording and data analysis in radition measurement with geiger counter
Geiger sayacı ile radyasyon ölçümünde mikrodenetleyici destekli veri kaydı ve analizi
BETÜL HAYIRLI
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Fizik ve Fizik MühendisliğiAnkara ÜniversitesiSağlık Fiziği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ YAMAN
- GNSS sistemleri için küçük boyutlu yama anteni ve kompakt anten dizisi tasarımı
Design of a compact patch antenna and antenna array for GNSS systems
MUHAMMED YUSUF ŞAHİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MESUT KARTAL
- Otomotiv sistemleri için elektronik kontrol kartı (body controller) ve entegre yazılımlarının geliştirilmesi
Development of electronic control card (body controller) and integrated softwarefor automotive systems
KEREM SEFA AOK
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSakarya Uygulamalı Bilimler ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ FURKAN KAMANLI
- Akustik kitle dalga esasına dayanan rezonatörlerin analizi ve tasarımı
Analysis and design of acoustic bulk wave resonators
EMİR TUFAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1993
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. ERGÜL AKÇAKAYA