Geri Dön

Fiber bragg ızgara sensörlerinde çapraz duyarlılık etkilerinin sensör-algoritma ortak tasarımı ve fizik bilgili sinirsel ağlarla bastırılması

Suppression of cross sensitivity effects in fiber bragg grating sensors with sensor-algorithm codesign and physics informed neural networks

PDF İndir

  1. Tez No: 1014955
  2. Yazar: FATİH YALINBAŞ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. GÜNEŞ YILMAZ, DR. OĞUZHAN COŞKUN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2026
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Bursa Uludağ Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Fiber Bragg Izgara (FBG) sensörleri, elektromanyetik bağışıklıkları ve çoklama yetenekleriyle elektrikli araçların yapısal sağlık izleme (SHM) ve batarya yönetim sistemlerinde (BMS) temel bileşenlerdir. Ancak, spektral özniteliklerin tek boyutlu bir manifold üzerine çökmesiyle karakterize edilen çapraz hassasiyet (cross-sensitivity) dejenerasyonu, bu teknolojinin hassas ölçüm kapasitesini kısıtlayan yapısal bir tıkanıklık oluşturmaktadır. Bu tezde, söz konusu belirsizliği gidermek ve ortogonal fiziksel imzalar üretmek amacıyla sensör fiziği ile algoritmanın eş zamanlı optimize edildiği bir sensör algoritma ortak tasarımı paradigması önerilmiştir. Araştırma kapsamında, asimetrik kuadratik cıvıltılı FBG (A-QC-IG-FBG), üst-yapı FBG (SFBG) ve polarizasyon çeşitlemeli ters-Gauss FBG (IG-FBG) özgün mimariler geliştirilerek özellik uzayı genişletilmiştir. Geliştirilen A-QC-IG-FBG modelinde, yan lob asimetri farkı (SLAD) parametresi üzerinden 0-500 𝜇𝜖 aralığında 0,14 dB'lik karakteristik bir güç değişimi saptanmıştır. IG-FBG mimarisinde ise gerginlik kaynaklı çift kırılma (birefringence) etkisiyle oluşan spektral ayrışma (∆𝜆 ) kullanılarak sıcaklıktan bağımsız bir ölçüm kanalı oluşturulmuştur. Matematiksel sağlamlık analizleri, standart FBG mimarilerinde 4600'ün üzerinde olan hassasiyet matrisi koşul sayısının (𝐾 ), önerilen IG-FBG tasarımıyla 64 seviyesine, SFBG ile ise 8,57 seviyesine indirilerek katastrofik hata büyümesinin engellendiğini kanıtlamıştır. Algoritmik katmanda, transfer matris yöntemi (TMM) fiziğini kayıp fonksiyonuna dahil eden fizik bilgili sinir ağları (PINN) kullanımı, etiketli veri ihtiyacını %10 seviyelerine indirerek veri verimliliğini 2,2 kat artırmıştır. cıvıltı destekli akıllı başlatma (CASI) yöntemi yakınsama hızını %30 artırırken, geliştirilen modeller IG-FBG mimarisinde < 1,0 ℃ sıcaklık ve < 10,0 𝜇𝜖 gerginlik hatası ile en yüksek hassasiyeti sunmuştur. Elde edilen sonuçlar, donanım katmanında kurgulanan ortogonalliğin, karmaşık derin öğrenme modellerine duyulan ihtiyacı azalttığını ve otonom sistem güvenliği için sağlam bir algılama altyapısı sunduğunu ortaya koymaktadır.

Özet (Çeviri)

Fiber Bragg Grating (FBG) sensors, with their electromagnetic immunity and multiplexing capabilities, are fundamental components in the structural health monitoring (SHM) and battery management systems (BMS) of electrical vehicles. However, cross sensitivity degeneracy, characterized by the collapse of spectral features onto a one dimensional manifold, constitutes a structural bottleneck limiting the precision measurement capacity of this technology. In this thesis, a sensor-algorithm codesign paradigm, where sensor physics and decoding algorithms are optimized concurrently, is proposed to eliminate this uncertainty and generate orthogonal physical signatures. Within the scope of the research, original architectures such as asymmetric quadratic chirped FBG (A-QC-IG-FBG), superstructure FBG (SFBG), and polarization-diversity inverse-Gaussian FBG (IG-FBG) were developed to expand the feature space. In the developed A-QC-IG-FBG model, a characteristic power change of 0.14 dB was detected within the 0-500 𝜇𝜖 range via the side-lobe asymmetry difference (SLAD) parameter. In the IG-FBG architecture, a temperature-independent measurement channel was established using the spectral splitting (∆𝜆 ) caused by the strain-induced birefringence effect. Mathematical robustness analyses proved that the condition number (𝐾 ) of the sensitivity matrix, which is over 4600 in standard FBG architectures, was reduced to 64 with the proposed IG-FBG design and to 8.57 with the SFBG, thereby preventing catastrophic error growth. At the algorithmic layer, the utilization of physics informed neural networks (PINNs) which integrate transfer matrix method (TMM) physics into the loss function, reduced the requirement for labeled data to 10% and increased data efficiency by 2.2 times. While the chirp-assisted smart initialization (CASI) method increased the convergence speed by 30%, the developed models offered the highest precision in the IG-FBG architecture with a temperature error of < 1.0 ℃ and a strain error of < 10.0 𝜇𝜖. The obtained results demonstrate that the orthogonality

Benzer Tezler

  1. Tez No

    656323

    Eşzamanlı sıcaklık ve gerilim algılayabilen eğik fiber bragg sensör tasarımı ve simülasyonu

    Design and simulation of the tilted fiber bragg sensor capable of simultaneously detecting temperature and strain

    SELİN ECE KİPRİKSİZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGazi Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MURAT YÜCEL

  2. Tez No

    921406

    Design and validation of mechanical multi-axis force/moment sensors

    Mekanik çok eksenli kuvvet/moment algılayıcılarının tasarımı ve doğrulaması

    MİTHAT CAN ÖZİN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2025

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İLKER MURAT KOÇ

    DOÇ. DR. BİLSAY SÜMER

  3. Tez No

    339143

    Fiber Bragg ızgara tabanlı optik sensörlerin analizi

    Analysis of Fiber Bragg grating sensors

    LALE KARAMAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2009

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. N. ÖZLEM ÜNVERDİ

  4. Tez No

    309309

    An Experimental Study on the process monitoring of resin transfer molded composite structures using fiber optic sensors

    Reçine iletim tekniği ile üretilmiş kompozit yapıların üretim süreçlerinin fiber optik sensörlerle gözetimi

    NAZLI GÜLSİNE ÖZDEMİR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2011

    İnşaat MühendisliğiSabancı Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. MEHMET YILDIZ

  5. Tez No

    514299

    Demiryolu güvenliği için fiber optik sensör tasarımı

    Fiber optical sensor design for railway safety

    NAİL FERHAT ÖZTÜRK

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGazi Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MURAT YÜCEL

Geri Dön