Sensors
117 theses under this subject heading
Zamansal çoklama yöntemiyle küçük boyutlarda cam elyaf polimer katkılı mandrel tabanlı fiber optik akustik algılayıcılarla dizin oluşturulması
Akustik basınç algılama için konvansiyonel yöntemlerde piezo elektrik tabanlı seramikler kullanılmaktadır. Fakat, düşük bütçe, küçük ebat, yüksek hassasiyet ve en önemlisi elektromanyetik girişimlerden etkilenmemesi sebebiyle fiber optik sistemler, akustik ölçümlerde kullanılmaya başlanılmıştır. Fiber optik tabanlı akustik sistemler, liman gözetleme, askeri gemilerde çekili dizin sonarı ve yan dizin sonarı gibi pek çok alanda konvansiyonel sonar çözümlerine alternatif oluşturmaktadır. Askeri alanlardaki başarısının yanısıra fiber optik sistemler deniz altında petrol/gaz arama çalışmaları ve sismik araştırmalarda da kullanılmaktadır. Fiber tabanlı akustik algılama için dünyada FBG (Fiber Bragg Grating) teknolojisi ve mandrel tabanlı girişim (interforemetrik) sistemler üzerine çalışmalar yapılmaktadır. Yüksek hassasiyeti sebebiyle mandrel tabanlı Mach-Zehnder girişim sistemi bu tez kapsamında tercih edilmiştir. Bu yöndeki bir sistemde lazer ışığı fiber içerisinde iki kısma ayrılmaktadır. Lazer ışığının bir kısmı referans mandrele sarılı fibere giderken diğer kol ise üzerine gelen akustik basınca tepki veren sensör mandrel üzerine sarılı fibere gitmektedir. İki kol arasındaki faz farkı sensör mandrel üzerine gelen akustik dalga hakkında bilgi vermektedir. Tez kapsamında algılayıcı genel tasarımı yapılmış ve sensör kolu olarak kullanılan malzeme yapısı optimize edilmiştir. Farklı malzeme yapıları göz önünde bulundurularak sensör mandrel yapısı analiz edilmiştir. Akustik basınç algılama hassasiyeti ve dayanıklılık göz önünde bulundurularak cam elyaf katkılı polimer (GFRP) sensör mandrel malzemesi olarak tercih edilmiştir. Yapılan literatür araştırmaları sonucunda ulaşabildiğimiz bilgi dahilinde çam elyaf katkılı bir polimerle bu yönde bir çalışmaya rastlanılmamıştır. İlk defa detaylandırılan bu çalışmaların sonuçları umut vericidir. Bu yöndeki bir sistemde akustik bilginin çözümlenebilmesi için girişim düzeneğindeki sensör kolu ve referans kolu arasındaki faz farkı bilgisi elde edilmelidir. Akustik bilginin çözümlenmesinde çevresel etkilerden kaynaklı faz sönümlemesinin de önüne geçebilmek için faz kaynaklı taşıyıcı (PGC, Phase Generated Carrier) yöntemi tez kapsamında kullanılmıştır. Bu çalışmalar sonucunda yaklaşık -150 dB re rad/µP hassasiyete sahip fiber optik akustik algılayıcılar elde edilmiştir. Algılama için en önemli paremetre olan gürültü seviyesi için hem modelleme yapılmış hem de gerçek veriler toplanmıştır. Çalışmalar sonucunda sistem gürültü seviyesinin 50 dB re µP a/√ Hz altında olduğu görülmüştür. Son olarak bu yöndeki bir sistemin en önemli avantajı algılayıcıların aynı hat üzerinden kolayca çoklanabilmesidir. Bu kapsamda farklı alternatifler üzerine araştırmalar yapılmıştır. En önemli çoklama teknikleri Frekans Bölmeli Çoklama (FDM, Frequency Division Multiplexing), Dalgaboyu Bölmeli Çoklama (WDM, Wavelength Division Multiplexing) ve Zaman Bölmeli Çoklama (TMD, Time Division Multiplexing)'dır. Diğer çoklama yöntemlerine göre ebatların ve maliyetlerin düşmesi dolayısıyla TDM yöntemi tercih edilmiş bu yöntem üzerine çalışmalar yapılmıştır.
Akıllı tekstiller alanında kullanılmak üzere termokromik ve multikromik pamuklu kumaşlar eldesi
Günümüzde katma değeri yüksek teknik, fonksiyonel ve akıllı tekstillerin önemi giderek artmaktadır. Akıllı tekstillerin bir sınıfı da kromik materyallerdir. Kromizm belirli etkenlerle (sıcaklık, çözücü, pH vb.) renkte oluşan tersinir değişikliktir. Bu tez projesi kapmasında öncelikle pamuklu kumaşların termokromik boyalarla konvansiyonel çektirme ve emdirme yöntemlerine göre boyanabilirliğini sağlayacak bir proses geliştirilmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla pamuk liflerinin kimyasal modifikasyonu sonrası yün boyama veya parça boyamacıların kullandığı pigment boyama prosesine göre boyanması üzerinde çalışılmıştır. Termokromik boyalar için optimum aplikasyon yöntem ve koşulları saptandıktan sonra, termokromik boyaların halokromik ve/veya fotokromik boyalarla ikili ve üçlü kombinasyonları da gerçekleştirilmiştir. Termokromik, halokromik ve fotokromik boyaların üçlü kombinasyonu kullanılarak ortam ısısının çalışan kişi için rahatsız edici veya risk oluşturucu olup olmadığını haber veren (termokromik), iş ortamında tehlikeli bir kimyasal buharı olup olmadığını (asit- alkali buharları) haber veren (halokromik) ve bir yandan UV ışınlarına karşı koruma sağlarken diğer yandan UV ışınları ile renk değiştirerek (fotokromik) görsel efekt yaratan pamuklu akıllı multikromik sensör giysilerin üretilmesi için yöntem geliştirilmiştir.
Multi-sensör tabanlı laboratuvar tipi silolama sisteminde iki farklı teknik (vakum-sıkıştırma) ile silolanan mısır silajlarında ortam sıcaklıklarının O2, CO2, sıcaklık, basınç ve pH üzerine etkisi
Çalışma laboratuvar koşulları için geliştirilen multi-sensörlü silaj yapım ve veri toplama sistemi kullanılarak yürütülmüştür. Sistemde iki farklı silolama tekniği (Vakumlama-Sıkıştırma) kullanılarak sıkıştırma yapılmıştır. Çalışmalar II. ürün mısır materyali ile yapılmıştır. Çalışmanın temel amacı her iki teknik ile yapılan silaj örneklerinde ortam sıcaklıklarının etkisini incelemek ve silolama amaçlı kullanılan yöntemlerin silaj örnekleri üzerinde etkilerini incelemektir. Bu amaçla iki farklı yöntem ile yapılan silajlar farklı ortam sıcaklığında (Sıcak iklim koşulu-Normal koşullar) depolanmıştır. Silaj örneklerinde sistem üzerinde mevcut oksijen, karbondioksit, sıcaklık, basınç ve pH sensörleri ile veri kaydı yapılarak ortalama veriler değerlendirilmiştir. Çalışma sonuçlarında ortam sıcaklıklarının hem vakumlama (Y1) hem de sıkıştırma (Y2) yöntemi ile elde edilen silajlar üzerinde etkisi olduğu belirlenmiştir. Ayrıca ortam sıcaklığının silaj kalitesini belirleyen parametreler (sıcaklık, pH, basınç, oksijen ve karbondioksit) üzerinde de etkisi olduğu belirlenmiştir. Y1 yöntemi ile elde edilen silajların sıcaklıklarının Y2 yönteminde silolanan örneklere göre daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Y2 yöntemi ile elde edilen silajların basınç değerlerinin Y1 yöntemi ile elde edilen silaj örneklerinden daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Yöntemler arası karbondioksit değerleri karşılaştırıldığında en yüksek değerler Y2 yönteminde elde edilmiştir. Oksijen değerleri ise Y1 yönteminde elde edilen silaj örneklerinde daha yüksek bulunmuştur. En yüksek pH değerleri ise Y1 yönteminde elde edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Silaj, Ortam Sıcaklığı, Vakum Tekniği, Sıkıştırma Tekniği, Sensör
Boya temelli güneş hücreleri için bor içeren makro halkalı yeni bileşiklerin sentezlenmesi
Subftalosiyaninler (SubPc), merkezinde bor atomu bulunduran, sahip oldukları 3 izoindol ünitesinin ise merkezinde mevcut olan bor atomuna bağlı olmasıyla koni şeklini almış bileşiklerdir. SubPc'lerin yapısındaki 14π-elektron yapı içerisinde delokalize bir şekilde bulunur. SubPc'lerin merkezinde bulunan bor atomu yapının moleküler eksenini belirlediğinden dolayı diğer makro halkalı aromatik bileşiklerden farklı olarak düzlemsel değil koni şeklini almıştır. Yaygın düzlemsel aromatik bileşiklerden farklı olarak SubPc'lerin konik yapıları organik çözgenlerde kümeleşme (agregasyon) eğilimini engelemektedir. SubPc'lerin ultraviyole ve görünür ışık (UV-Vis) spektrumunda, karakteristik iki şiddetli absorbsiyon bandı olan, Q (500-700 nm) ve Soret-B (300 nm) görülmektedir. SubPc'lerin absorbsiyon pikleri yapının periferal konumuna bağlanacak donör veya akseptör gruplar ile daha uzun dalga boyuna kaydırılabilir. Bu yüksek lisans tez çalışmasında yeni SubPc türevleri sentezlenmiş, fotofiziksel ve elektrokimyasal karakterizasyonları yapılarak, boya temelli güneş hücrelerinde güneş ışığından elektrik enerjisi üretim potansiyelleri incelenmiştir. Ayrıca, SubPc'lerin periferal konumuna bağlanan farklı grupların molekülün çözünürlüğüne, absorbsiyonuna ve HOMO-LUMO enerji seviyelerine etkileri araştırılmıştır.
Ftalosiyanin temelli fotosensörlerin boya duyarlı güneş hücreleri uygulamaları
Ftalosiyaninler, 4 izoindol ünitesinden oluşan 18-π elektron sistemine sahip 8 azot ve 8 karbon içeren aromatik makrosilik bileşiklerdir. Halkadaki π elektronlarının delokalizasyonu moleküllerin ışık absorblama kapasitelerinin arttırır. Yapının azot atomları ile çevrili olmasından termal kararlılığı yüksektir. Ayrıca kimyasal kararlılığı ve uygun dalga boyundaki (600-800 nm) absorblama kapasitesinden farklı kullanım alanları bulmuştur. Ftalosiyaninler, özellikle fotovoltaik uygulamalarda tercih edilen moleküllerdir. Ancak, moleküller arasındaki güçlü π-π etkileşimleri, agregasyona neden olarak güneş hücrelerinin verimini etkileyebilir. Bu nedenle, ftalosiyaninlerin agregasyonu önlemek ve güneş hücrelerindeki verimlerini artırmak için ışık absorblama kapasitesi ve agregasyon gibi parametrelerin optimize edilmesi gerekmektedir. Bu yüksek lisans çalışmasında, farklı fonksiyonel gruplar içeren ve fotosensör olarak kullanılan ftalosiyanin moleküllerinin yapılarında kaboksilik asit (COOH) bağlayıcı grubuna alternatif olarak imidazol grubu bulunan çeşitli ftalosiyanin türevleri sentezlenmiştir. Bu türevlerin elektrokimyasal ve fotofiziksel özellikleri karakterize edilmiş ve karşılaştırılmıştır. Ayrıca sentezlenen bu türevler, boya temelli güneş hücrelerinde fotosensör olarak kullanılarak fotovoltaik performansları incelenmiştir. Bu çalışmada, imidazol grubu içeren farklı ftalosiyanin türevleri sentezlenmiştir. Bu türevler, kaboksilik asit (COOH) bağlayıcı grubuna alternatif olarak kullanılmıştır. Sentezlenen türevlerin elektrokimyasal ve fotofiziksel özellikleri incelenerek karşılaştırılmıştır. Bu karakterizasyon çalışmaları, moleküllerin elektronik ve optik özelliklerini anlamak için yapılmıştır. Ayrıca, sentezlenen ftalosiyanin türevleri, boya temelli güneş hücrelerinde fotosensör olarak kullanılmış ve fotovoltaik performansları değerlendirilmiştir. Bu çalışmalar, ftalosiyaninlerin güneş hücrelerindeki uygulamalarını daha iyi anlamak ve verimlerini artırmak için önemlidir.
Ultrasonik sprey piroliz yöntemiyle farklı alttaş sıcaklıklarında üretilen nio ince filmlerin karakterizasyonu
Bu çalışmada, farklı alttaş sıcaklıklarında ultrasonik sprey piroliz yöntemi kullanılarak üretilen NiO ince filmlerin karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Ultrasonik sprey piroliz yöntemi, NiO ince filmlerin üretimi için etkili bir yöntem olarak bilinmektedir. Araştırmanın amacı, bu filmlerin yapısal, morfolojik ve elektro-optik özelliklerini ayrıntılı bir şekilde analiz etmek ve alttaş sıcaklığının bu özellikler üzerindeki etkisini belirlemektir. Çalışma kapsamında, 250 °C ile 400 °C arasında değişen alttaş sıcaklıklarında NiO ince filmler üretilmiştir. Filmlerin; X-ışını kırınımı (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve ultraviyole-görünür-yakın kızılaltı spektroskopisi gibi çeşitli karakterizasyon teknikleri ile yapısal, morfolojik ve elektro-optik analizleri gerçekleştirilmiştir. Yapılan analizler alttaş sıcaklığının artmasıyla NiO ince filmlerin yapısal özelliklerini etkilediğini göstermiştir. SEM görüntülerinden düşük alttaş sıcaklıklarında film yüzeylerinin daha pürüzsüz olduğu belirlenmiştir. Band aralığı değerleri 3.50 eV ile 3.70 eV arasında belirlenmiştir. ITO (Indiyum Kalay Oksit) üzerine farklı alttaş sıcaklıklarında biriktirilen NiO ince filmler kullanılarak ITO/NiO/P3HT:PCBM/Al organik güneş pilleri üretilmiştir. En yüksek güç dönüşüm verimi 250 °C'de biriktirilen NiO filmler için %1.3*10^-3 olarak elde edilmiştir. Şampiyon hücrenin; açık devre gerilimi, kısa devre akım yoğunluğu ve dolum çarpanı sırasıyla 0.16 V, 37.46 uA/cm2 ve %21.52 olarak bulunmuştur. Bu çalışma, ultrasonik sprey piroliz yöntemi kullanılarak farklı alttaş sıcaklıklarında üretilen NiO ince filmlerin özelliklerine ilişkin değerli bilgiler içermektedir. Bu bulgular, sensörler, güneş pilleri ve şeffaf iletken elektrotlar gibi çeşitli uygulamalar için NiO ince filmlerinin geliştirilmesine katkı sağlayacaktır.
SNAr üzerinden toksik tiyofenol tespiti için yeni kolorimetrik ve florimetrik sensörlerin sentezi ve uygulanabilirliği
Hayatın her noktasında olan Kimyasal Biyolojik Radyolojik Nükleer (KBRN), tarihte birçok kez kullanılmıştır. Henüz insanların kullanımını nasıl keşfettiği ilk kez nasıl kullandıkları bilinmese de birçok olayda ve birçok alanda karşımıza çıkar. Örneğin Tatarların Kaffa şehrini işgali sırasında şehir sularına veba ile enfekte olmuş ölü kişilerin atılması ile suların kirletilmesi, takiben birçok insanın veba nedeniyle hayatını kaybetmesi (Erkekoğlu and Koçer-Gümüşel 2018) örnek olarak verilebilir. Günümüzde ise teknolojinin gelişmesi ile kullanılan ve kullanılma ihtimali olan KBRN ajan sayıları ve toksisite değerleri de giderek artmıştır. Çalışmamızda kullanmış olduğumuz, kimyasal formülü C6H5SH olan Tiyofenol (PhSH) de yüksek toksisiteye sahip endüstriyel bir atıktır. Birçok endüstride yaygın olarak kullanılan PhSH, akut toksisitesi ve tahriş edici etkileri nedeniyle önemli sağlık riskleri teşkil eder. Bu nedenle, PhSH tespiti, çevresel ve gıda güvenliğinin sağlaması için büyük öneme sahiptir. Bu tez kapsamında, PhSH tespiti için iki yeni kırmızı/mavi floresan emisyona sahip sensörler (NS1 ve NS2) sentezlendi ve karakterize edildi.. PhSH reaksiyona girdikten sonra NS1, kırmızı emisyon sadece 10 saniyelik hızlı tepki süresi ve büyük stokes kayması (240 nM) ile düşük tespit limiti (66,7 nM) sergiledi. NS2 ise düşük tespit limiti (75,8 nM), 20 saniyelik hızlı tepki süresi ve mavi emisyon ile PhSH'yi tespit edebildi. İki reseptörün dikkat çekici renk yanıtı ve taşınabilirliği, onları su, toprak, bitki, gıda örnekleri ve canlı hücreler gibi çeşitli örneklerde PhSH'nin yerinde tespiti için uygun hale getirmiştir. Ayrıca, bu reseptörlerin akıllı telefon uygulamalarında, ince tabaka kromotografi kitlerinde ve polisülfon kapsül kitlerinde PhSH içeriğini belirlemek için kullanılabileceği gösterilmiştir. Hazırlanan reseptörler düşük sitotoksisiteye sahip olduğu ve test edilen canlı hücrelerde iyi geçirgenlik gösterdiği belirlenmiştir, ki bu da erken teşhis, hastalık araştırması ve acil analiz için önemlidir. Diğer çalışmalarla karşılaştırıldığında, önerilen yaklaşım tespit limiti, taşınabilirlik, yanıt süresi ve düşük sitotoksisite açısından dikkate değer avantajlara sahiptir. Böylece, sağlık, çevre ve gıda güvenliğinin sağlanması ve düzenleyici standartlara uyumluluğunun sağlanması için birçok talebi karşılamaktadır.
Visual obstacle detection and avoidance for indoor mobile robots
This study is a part of a joint team eort to transform a small-scale model carinto an autonomous moving robot. This transformation includes several routinesthat are essential and attached together. Integration of various equipment on themodel car is the rst step of that routine which is shared among dierent thesisstudies conducted at RAVLAB (Robotics and Autonomous Vehicles Laboratory)of Isk University. Hence, the resulting hardware system which is explained inthis thesis is mostly the co-produce of RAVLAB team.The integration is followed by implementing the software required to establishcontrol and communication links between dierent units. During this thesis, theauthor has developed a multi-threaded main control software to facilitate obstacleavoiding movements of the robot while reading and analyzing sensory inputs.This thesis study mainly focuses on detection of the obstacles with visual informationcollected from an ordinary color camera. The main obstacle detectionalgorithm that is proposed in this thesis is adapted from a powerful backgroundsubtraction algorithm ViBe [1] (Visual Background Extractor). The proposedalgorithm uses the model of the ground plane in order to detect obstacles. Adierent ground plane model is kept for each pixel location as in ViBe. Theproposed algorithm is robust against illumination dierences, shadows and thechanges in the appearance of the ground plane. A comparison is provided (usingground truth data) with another obstacle detection algorithm [2] which also usesa ground plane based model to detect obstacles. The results of the proposedalgorithm under dierent conditions compared to a counterpart.In addition to the obstacle detection, during this study two obstacle avoidancealgorithms are developed to facilitate navigation of the robot in indoor environments.The experiments show that the robot is able to move while avoidingobstacles by using ultrasonic sensors as well as using the visual camera input.
Synthesis, characterization of PVC-graft-calixarene molecules and investigation of interactions of saw transducers with volatile organic compounds
In this thesis study, influence of surface coatings of PVC grafted t-butylcalix[6]arene on the sensitivity of surface acoustic wave sensors were investigated. For this purpose, PVC grafted p-tert-butylcalix[6]arene were chemically synthesized through the copper catalyzed azide-alkyne cycloaddition reactions. At the beginning of synthesis stage, PVC was functionalized by substitution reaction of chloride with azide groups and chemical structure was revealed by FTIR spectrometry. On the other side, p-tert-butylcalix[6]arene was alkylated with propargyl bromide using K2CO3 and characterizations which include NMR and FTIR have been carried out. Finally, these separately synthesized materials were reacted through the copper catalyzed azide-alkyne cycloaddition reactions. Chemical structure of PVC grafted t-butyl-calix[6]arene was characterized by using NMR and FTIR spectrometer. Coating solution was prepared by dissolving the synthesized material in DMF and it was coated on ST-cut SAW devices by electrospray coating technique. In order to observe effect of the coating thickness on sensor responses, three different SAW sensors which have different coating thickness were obtained by changing exposure time of solution. An experimental system has been designed to be used in this project in which examines the ability of the PVC-modified calixarenes to retain volatile organic compounds in nanogram concentrations. Sensitivity of the SAW sensors to volatile organic compounds was measured in this computer controlled gas flow and mixture system. Sensing properties of PVC grafted thin films were studied towards volatile organic compounds which were include acetone, ethanol, hexane, heptane, chloroform, toluene. Variation of the responses of the SAW sensors was investigated according to the coating layer thickness and interaction parameters between sensing layer and gas analyte. The influence of interaction of various functional groups with calixarene molecule to sensitivity has been analyzed, as well. In conclusion, it is aimed to study the effects of coated layers on the SAW transducer surface and the sensor properties of the SAW transducer. Therefore sensitivity, repeatability and detection performance of SAW sensors were measured by exposing of PVC grafted thin films towards VOC at variable concentration ratios.
Diz eklem hareket açıklığı ölçümünde giyilebilir hareket sensörlerinin geçerlilik ve güvenilirliğinin incelenmesi
Eklem hareket açıklığı (EHA), kas-iskelet sisteminin işlevini belirleyen faktörlerden biridir, doğru ve tekrarlanabilir bir yöntemle ölçülebilmeli ve kaydedilebilmelidir. Bu çalışmada; diz ekleminde EHA'nın giyilebilir hareket sensörleri ile ölçülmesinin geçerli ve güvenilir bir ölçüm yöntemi olup olmadığının araştırılması amaçlanmaktadır. Çalışma Haliç Üniversitesi Sağlık Bilimleri Fakültesi Fizyoterapi ve Rehabilitasyon Bölümü'nde 15 Aralık 2021 – 15 Nisan 2022 tarihleri arasında, 18-25 yaş arası 70 sağlıklı üniversite öğrencisi ile yapılmıştır. Katılımcıların dominant diz eklemi EHA'ları hem dijital gonyometre (Meloq EasyAngle) hem de giyilebilir hareket sensörleri (MetaMotionRL) ile ayrı ayrı ölçüldü. Diz eklemi aktif fleksiyon açısı önce birinci değerlendirici tarafından; dijital gonyometre (Meloq EasyAngle) ile 3 kez ölçüldü ve en yüksek değer kaydedildi. İki adet giyilebilir hareket sensörü dominant alt ekstremitede tibia ve femur orta noktası hizasında uyluk ve bacak dış kenarına velkrolu bant ile sabitlendi. Birinci değerlendirici tarafından diz eklemi aktif fleksiyon açısı MetamotionRL ile 3 kez ölçüldü ve en yüksek değer kaydedildi. Sensörler çıkarıldı ve 10 dakika içinde tekrar takılarak aynı değerlendirici tarafından ikinci kez aynı yöntemle ölçüldü ve en yüksek değer kaydedildi. Sensörlerin çıkarılmasını takiben katılımcı aynı odada farklı bir muayene masasına alındı ve sensörlerin uygulanması sonrasında protokole uygun olarak ikinci değerlendirici tarafından ölçüm 3 kere gerçekleştirildi ve en yüksek değer kaydedildi. Değerlendirici içi ve değerlendiriciler arası güvenilirlik Sınıf İçi Korelasyon (ICC) testi ile; gonyometre ve giyilebilir hareket sensörü ölçümleri arasındaki uyum (geçerlilik) Spearman korelasyon testi ile değerlendirildi. Giyilebilir hareket sensörü ile yapılan ölçümlerde değerlendirici içi (ICC p=0,000) ve değerlendiriciler arası (ICC p=0,000) güvenilirlik yüksek bulunmuştur. Dijital gonyometre ile ölçülen diz aktif fleksiyon açısı ile giyilebilir hareket sensörü ile yapılan ölçüm arasında yüksek korelasyon (Spearman rs=0,865, p=0,000) gözlenmiştir. Bu çalışmada, 18-25 yaş arası sağlıklı erişkinlerde MetaMotionRL marka giyilebilir hareket sensörleri ile yapılan diz aktif fleksiyon eklem hareket açıklığı ölçümünün geçerli ve güvenilir bir yöntem olduğu sonucuna varıldı. Anahtar Kelimeler: Diz Eklem Hareket açıklığı, Giyilebilir Hareket Sensörleri, MetamotionRL.
Kardiyopulmoner baypas sonrası gelişen akut böbrek yetmezliğinin erken tanısı için omiks yaklaşımlar ve elektroanalitik çalışmalar
Kardiyopulmoner baypas işlemine maruz kalan hastalarda kanın kalp-akciğer makinası devreleriyle temas etmesi sonucu görülen akut böbrek yetmezliği (ABY) gelişebilir. ABY tanısı için serum kreatinin düzeyine bakılır, fakat serum kreatinin düzeyi hastanın yaşına, kilosuna, kas kitlesine ve hidrasyon durumuna göre değişkenlik gösterebilir. Ayrıca serum kreatinin düzeyi renal fonksiyonlarda %50 azalma olmadan tespit edilemeyebilir. Bu durum ABY tanısının gecikmesine ve gerekli tedavinin başlamasında gecikmelere neden olmaktadır. Kreatinin yerini alabilecek yeni biyobelirteçler hastalığın erken tanısını kolaylaştırabilir. Bu amaçla tez çalışmasında, gaz kromatografisi-kütle spektrometresi ile hedeflenmemiş metabolomik analizler gerçekleştirilmiştir. Baypas sonrasında ABY gelişen (hasta) (n=9) ve ABY gelişmeyen (kontrol) (n=96) kişilerin plazma metabolomik profilleri baypas öncesi ve sonraki 0.5, 4, 12 ve 24. saatlerde karşılaştırılmıştır. Analiz sonucunda 222 tane bilinen, 1076 tane bilinmeyen metabolit tespit edilmiştir. Sistein, fumarik asit, galakturonik asit, glukonik asit, hippürik asit, hipoksantin (HXA), malonik asit, metiyonin, fenilasetaldehit, treonin ve ürik asit (UA) miktarlarının hasta grubunda anlamlı olarak değiştiği görülmüştür. Biyobelirteç adayı olarak bulunan metabolitler için hedeflenmiş çalışmaların yapılması önem arz etmektedir. Tezin ikinci aşamasında, ABY'nin erken tanısında kullanılabilecek, anlamlı olarak değişen UA, HXA ve aynı yolakta yer alan ksantin (XA)'nın plazma örneklerinden analizi için elektroanalitik yöntem geliştirilmiştir. İndirgenmiş grafen oksit ile modifiye camsı karbon elektrot sensör olarak kullanılmıştır. Geliştirilen yöntem optimize edildikten sonra validasyon çalışması yapılmıştır. UA, XA ve HXA için LLOQ değerleri sırası ile 0.12 µM, 0.13 µM ve 0.43 µM'dir. Analizler sonucunda UA ve HXA hasta ve kontrol grubundaki kişilerde anlamlı değiştiği görülmüştür.
Somatostatin ve bazı analoglarının miktar tayini için elektroanalitik yöntemler geliştirilmesi
Somatostatin ve analogları olan oktreotid ve lanreotid, somatostatin reseptörleri pozitif olan hastalarda tümör büyümesini baskılayabilmekte; böylece metastatik nöroendokrin kanser ve karsinoid tümörlerin gelişimini yavaşlatmakta veya durdurmakta; hırıltılı solunum, kızarıklık ve mide bulantısı gibi belirtileri de ortadan kaldırmaktadırlar. Büyüme hormonu engelleyiciler olarak kullanılan ve sentetik olarak elde edilen somatostatin ve analogları klinik uygulamada yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca somatostatin ve analogları, akromegali ve devlik gibi somatostatin ile ilgili bozuklukların tedavisinde de kullanılmaktadır. Bu tez kapsamında somatostatin ve analogları olan oktreotid ile lanreotid tayini için hassas, seçici ve hızlı bir elektrokimyasal sensör geliştirilmesi; sensörün hassasiyet ve seçiciliğinin arttırılması için moleküler baskılı polimerler (MIP) kullanılması; geliştirilecek olan yeni sensörün performansının değerlendirilmesi; geliştirilen sensör kullanılarak somatostatin ve analoglarının elektrokimyasal davranışlarının incelenmesi; elektrokimyasal analizlerinin optimizasyon ve validasyon çalışmaları gerçekleştirilecektir.
Yeni nesil TNT sensör sistemleri: Enkapsüle piren içeren içi boş silika jel yapıları
Ülkemizde ve küresel çapta yaşanan ve büyük can kayıplarına yol açan terör olaylarının başında bombalı saldırılar gelmektedir. Bu saldırılarda kullanılan patlayıcıların ana maddelerini trinitrotoluen (TNT), dinitrotoluen (DNT) gibi nitro aromatik bileşiker oluşturmaktadır. Bu nedenle, bu bileşiklerin önceden tespiti terör saldırılarının önlenmesi hususunda büyük önem arz etmektedir. Nitro-tabanlı patlayıcıların tespiti için floresans sönümleme metodu tekrarlanabilir, hızlı ve pratik bir metot olarak öne çıkmaktadır. Piren ve türevleri floresans özellik göstermeleri ve yüksek kuantum verimine sahip olmaları nedeniyle sıklıkla floresans tabanlı TNT sensör sistemlerinde kullanılmaktadır. Her ne kadar polar organik çözücüler içerisinde piren tabanlı floresans sensörleri yüksek performans gösterse de sulu ortamlardaki analizlerde piren bileşikleri kullanılamamaktadır. Poliaromatik hidrokarbon yapısına sahip piren ve türevlerinin su ve sulu ortamda çözünmüyor oluşu ilgili bileşiklerin su ortamındaki analizlere adaptasyonunu zorlaştırmaktadır. Bu tez kapsamında hidrofilik içi boş silika jel yapıları içerisine 1-pirenmetanol bileşiği gözenek boyut küçültme işlemi ile enkapsüle edilerek yeni bir sensör sistemi geliştirilmiştir. Mezoporoz yapıdaki içi boş SiO2 yapısı sert-şablon olarak manyetik γ-Fe2O3 çekirdeğinin etrafının Stöber metodu ile SiO2 kaplanması ve sonrasında çekirdeğin asidik ortamda yapıdan uzaklaştırılması ile elde edilmiştir. SiO2 tabanlı yapılar FTIR, N2 adsorpsiyon/desorpsiyon analizleri, X-ışınları fotoelektron spektroskopisi (XPS), Geçirmeli elektron mikroskopu (TEM) ile karakterize edilmiştir. 1-pirenmetanol içeren bileşiklerin fotofiziksel özellikleri Görünür Bölge-Ultraviyole (UV-Vis) ve floresans spektroskopisi ile incelenmiştir. Patlayıcı tespit çalışmaları floresans sönümleme metodu kullanılarak trinitrotoluen (TNT) ve dinitrotoluen (DNT) bileşikleri varlığında yürütülmüştür. Sensörün TNT bileşiği için yüksek hassasiyet gösterdiği ve 7.03 x 10-8 M gibi düşük bir tespit limitine (LOD) sahip olduğu bulunmuştur. DNT ve diğer nitroaromatik patlayıcılar ile yapılan floresans sönümleme çalışmalarında ise sensörün TNT yapısına karşı yüksek seçicilik gösterdiği bulunmuştur
Altın nanopartiküller kullanılarak kortizol için plazmonik sensör sinyalinin seçici yükseltilmesi
Kortizol, psikolojik ve fizyolojik strese tepki olarak insan vücudu tarafından salınan bir steroid hormonudur. Kortizol, sinir, bağışıklık, kardiyovasküler solunum, üreme, kas-iskelet, örtü sistemleri gibi hemen hemen her organ sistemini etkileyebilir. Bunun yanında kortizol, çok sayıda hastalık için bir biyobelirteçtir ve kan basıncı, glikoz seviyeleri ve kabohidrat metabolizması gibi çeşitli fizyolojik süreçlerin düzenlenmesinde önemli bir rol oynar. Ayrıca kardiyovasküler, immün, renal, iskelet ve endokrin sistemin homeostazında önemli bir rol oynar. Kortizolün sağlığa etkileri, hormonun vücutta ne sıklıkta dolaştığına bağlıdır. Kortizolün fazla veya az üretimi vücutta çeşitli hastalıklara neden olabilir. Bu yüzden kortizol tespitine yönelik etkin, duyarlı ve seçici bir yöntemin geliştirilmesi oldukça önemlidir. Bu çalışmada plazmonik sensör ile moleküler baskılama yöntemi ve altın nanopartiküller bir arada kullanılarak, yapay plazma, yapay idrar ve sulu çözeltilerden, kortizolü yüksek hassasiyet ve seçicilik ile tayin edebilen plazmonik bir sensör tasarlanmıştır. Bu amaç ile kortizol baskılanmış N-metakroil-(L)-histidin metil ester-altın nanopartiküller (MIP-AuNP), aynı reçeteyle hazırlanan kortizol baskılanmamış (AuNP-NIP) ve aynı reçeteyle hazırlanan altın nanopartikül eklenmeden kortizol baskılanmış (MIP) olmak üzere 3 adet plazmonik sensör hazırlanmıştır. Altın nanopartiküllerin boyut analizi yapıldıktan sonra hazırlanan her plazmonik sensör AFM, temas açısı ve FTIR-ATR spektrometre analizleri ile karakterize edilmiştir. Plazmonik sensör yanıtını yükseltmek amacı ile yapıya eklenen AuNP'lerin etki mekanizmasını incelemek için altın nanopartikül eklenmeden hazırlanan MIP plazmonik sensör ile AuNP-MIP plazmonik sensör arasında derişim analizleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen veriler ışığında plazmonik sensörün verdiği sinyal yanıtları karşılaştırılmıştır. AuNP-MIP plazmonik sensör 0.01-100 ppb kortizol derişimleri arasında 0.9744 korelasyon katsayısı ile gerçek zamanlı analiz yaparken MIP plazmonik sensör 1-100 ppb kortizol derişimleri arasında 0.9862 korelasyon katsayısı ile gerçek zamanlı analiz edebildiği gözlenmiştir. AuNP-MIP plazmonik sensörün LOD ve LOQ değerleri 0.0082 ve 0.027 olarak hesaplanmış ve AuNP-MIP plazmonik sensörün Langmuir adsorpsiyon izoterm modeline uyduğu görülmüştür. Bunu yanı sıra AuNP-MIP, MIP ve AuNP-NIP plazmonik sensörleri ile klobetazol ve flutikazon yarışmacı ajanları ile seçicilik deneyleri yapılmış ve AuNP-MIP plazmonik sensörün klobetazole ve flutikazona göre sırasıyla 6.26 ve 6.11 kat daha seçici olduğu görülmüştür. Ayrıca baskılama etkinliğini belirlemek için ise AuNP-MIP ve AuNP-NIP plazmonik sensörleri ile aynı yarışmacı ajanlar kullanılmış ve AuNP-MIP plazmonik sensörün kortizol molekülüne AuNP-NIP plazmonik sensöre göre 4.96 ve 4.71 kat daha seçici olduğu görülmüştür. AuNP-MIP plazmonik sensörün beş defa peşpeşe yapılan tekrar kullanılabilirlik analizinde herhangi bir performans kaybı olmadan kortizol tayin edebildiği sonucuna varılmıştır. Buna ek olarak AuNP-MIP plazmonik sensörün sadece sulu ortamda değil yapay plazma ve yapay idrar gibi karmaşık bir ortamda da kortizol tayin edebildiği görülmüştür. Validasyon çalışmaları yüksek performanslı sıvı kromatografi (HPLC) cihazı ile yapılmıştır.
Yüzey plazmon rezonans sensörü ile sentetik reseptörler kullanılarak sütte bulunan benzilpenisilinin tayini
Gıda ürünlerinde, içme suyunda ve çevrede bulunan antibiyotik kalıntıları, antibiyotiğe dirençli bakteri suşlarının ortaya çıkması, normal ekolojik dengenin bozulması ve alerjik reaksiyon insidansının artması dahil olmak üzere ciddi sağlık sonuçlarına neden olmaktadır. Bu sebeplerden dolayı, halk sağlığının korunması için gıda ve çevredeki bu antibiyotik kalıntılarının tespiti hayati önem taşımaktadır. Bu tez çalışması kapsamında, moleküler baskılama tekniği kullanılarak hazırlanan yüzey plazmon rezonans (SPR) sensör ile hem sulu çözelti hem de süt örneklerinden benzilpenisilin antibiyotiğinin seçici ve hassas tayini gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla, benzilpenisilin baskılanmış poli (hidroksietil metakrilat-grafen oksit-N-metakriloil-L-fenilalanin) (MIP-GO) SPR sensör hazırlanmıştır. Hazırlanan sensör yüzeyinin farklı yöntemler ile karakterize edilmesinden sonra MIP-GO SPR sensör benzilpenisilini 1-100 ppb derişim aralığında 0.021 ppb düşük tayin sınırı ve 0.9665 korrelasyon katsayısı ile doğrusal ilişki göstererek tayin etmiştir. MIP-GO SPR sensörün hedef molekül benzilpenisilini seçici tayin ettiğini göstermek amacı ile seçicilik çalışmaları gerçekleştirilmiş ve benzilpenisilini, amoksisilinden 8.16 kat ve ampisilinden 14.04 kat daha seçici tayin ettiği tespit edilmiştir. Baskılama verimliliğini incelemek amacı ile benzilpenisilin baskılanmamış poli (hidroksietil metakrilat-grafen oksit-N-metakriloil-L-fenilalanin) (NIP-GO) SPR sensör benzilpenisilin molekülü eklenmeden aynı polimerizasyon reçetesi kullanılarak hazırlanmıştır. MIP-GO SPR sensör ile NIP-GO SPR sensör karşılaştırıldığında baskılama verimliliği (IF) 11.06 olarak tespit edilmiştir. Grafen oksit (GO) yüzey plazmon rezonans sinyal yanıtını artırmak amacı ile eklendiğinden, bu etkiyi incelemek için GO eklenmeden hazırlanan poli (hidroksietil metakrilat-grafen oksit-N-metakriloil-L-fenilalanin) (MIP) SPR sensör ile kontrol deneyleri gerçekleştirilmiştir. MIP-GO, NIP-GO ve MIP SPR sensörler, fourier dönüşümlü kızılötesi spektrofotometresi, atomik kuvvet mikroskobu ve temas açısı ölçümleri ile karakterize edilmiştir. MIP-GO SPR sensörün tekrarlanabilirlik çalışmaları, 25 ppb benzilpenisilin derişimi içeren çözelti ile gerçekleştirilerek istatistiksel olarak analiz edilmiştir. %1.0'den az olan gün-içi analizlerin yüzde göreli standart sapması (RSD), aynı sensörle dört adsorpsiyon-desorpsiyon döngüsünden sonra bile benzilpenisilin algılama yeteneğinde ihmal edilebilir bir kayıp olduğuna işaret etmiştir. Gerçek gıda örneği olarak içine 6.25 ppb benzilpenisilin eklenen ve eklenmeyen sütteki benzilpenisilin miktarı MIP-GO SPR sensör ile tespit edilmiştir. Validasyon çalışmaları için yüksek performanslı sıvı kromatografisi (HPLC) deneyleri gerçekleştirilmiştir.
Endokrin bozucu hormonlara özgü gravimetrik nanosensörün hazırlanması ve moleküler modellenmesi
Doğal östrojenik hormonların kadınlarda hormonal tedavilerde doğum kontrol hapı olarak ve veterinerlikte çiftlik hayvanlarının büyüme öncülleri olarak sıklıkla kullanılmaktadırlar. Bu bileşenlerin idrarla atılmalarıyla su kaynaklarına ya da toprağa karışması ile insan sağlığını ve yaban hayatını tehdit etmekte ve ayrıca sucul organizmalar üzerinde ciddi yan etkilerin oluşmasına neden olmaktadırlar. Kadınlar için menopoz sonrası hormon replasman tedavilerinde yaygın olarak kullanılan östrojenik hormonlar, doğal su kaynağı kirleticilerinin başında gelmektedir. ABD Çevre Koruma Ajansı (EPA) tarafından 2020 yılında düzenlenen Endokrin Bozucu Kimyasal (EBK) kirleticiler listesinde yer alan östrojenik hormonlar, günümüzde kullanılan tespit yöntemleri ile ancak belirli sınırların üzerinde tespit edilebilmektedir. Equilin (Equ), kimyasal kirleticiler listesinde sağlık risk düzeyi 0.35 µg/L olan östrojenik hormonlardan biridir. Bu tez çalışmasında, endokrin bozucu su kirleticilerinden olan Equ'in, hızlı ve etkin bir şekilde gerçek zamanlı kantitatif tayini için yüksek maliyetli cihazlara ve uzman kullanımına ihtiyaç duyulmadan, yüksek hassasiyette ölçüm yapabilen bir kuartz kristal mikro terazi nanosensör hazırlanmıştır. Bu nanosensör sistemi ile hem Equ'in hem de 17β-estradiol, estron, estriol östrojenik hormonların etkileşimleri incelenmiştir. Ayrıca bu östrojenik hormonlar ile nanosensör etkileşimleri bilgisayarlı modelleme çalışmaları ile karşılaştırılmıştır. AutoDock moleküler modelleme programının kullanılması, hedef moleküle yüksek seçicilik ve afinite gösteren biyomimetik ligandların tasarımını kolaylaştıran bir araç olmuştur. Östrojenik hormonları üç boyutlu geometrik yapılarına göre seçici olarak tanıyacak ligand molekülleri olarak Tirozin (Tyr), Triptofan (Trp) ve Fenilalanin (Phe) amino asitleri seçilmiştir. Amino asitler ve östrojenik hormonların moleküller arası etkileşimlerinin serbest bağlanma enerjileri hesaplanarak birbirleriyle en çok etkileşim halinde olan moleküller belirlenmiştir. Moleküler modelleme sonuçları ile Equ ve Tyr, Trp ve Phe arasındaki etkileşimler esas olarak hidrofobik etkileşimlere dayandığı görülmüştür. Tyr, Trp ve Phe moleküllerinin sırasıyla fenil halkası, indol grubu ve fenil kısımları, Equ'in halka yapısına hidrofobik etkileşimlerle yönlenmişlerdir. Tez kapsamında, östrojenik hormonlar, QCM nanosensör sisteminde afiniteye dayalı etkileşimler ile kısa sürede hassas bir şekilde tespit edilmişlerdir. QCM nanosensörü 11-merkaptoundekanoik asit (11-MUA) ile kendiliğinden düzenlenen tek tabaka oluşturularak ve daha sonra Tyr, Trp ve Phe amino asitleri ile modifiye edilerek hazırlanmıştır. Bu tez çalışmasında geleneksel QCM sensör sistemlerinden farklı olarak amino asitlerin desorpsiyon mekanizması araştırılmıştır. Algılama işlemi, kuvars kristal yüzeyine bağlanan moleküllerin neden olduğu kütle artışı yerine yüzeyden uzaklaştırılan kütle miktarına bağlı olarak gerçekleşmiştir. Equ ve amino asitler arasındaki afinite etkileşimleri hem moleküler modelleme ile teorik olarak hem de gerçek zamanlı QCM ölçümleri ile deneysel olarak incelenmiş ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Equ için en düşük tespit limiti, 25-500 nM aralığında lineer dinamik algılama ile Tyr, Trp ve Phe modifiye QCM nanosensör için sırasıyla 4.59, 5.05 ve 6.30 ng/L olarak elde edilmiştir. Hem tespit limiti hem de QCM sensogramlarında meydana gelen rezonans frekansındaki değişimlere göre, Tyr ve Trp modifiye edilmiş QCM nanosensörlerin Phe modifiye edilene kıyasla daha yüksek performansa sahip oldukları bulunmuştur. Tez çalışması kapsamında QCM nanosensör ile ilk kez Equ analizi ve amino asitlerle olan etkileşimleri moleküler modellenmesi yapılarak bu alanda yapılacak olan birçok çalışmaya ışık tutacak niteliktedir.
Gmo detection with nanobiosensing system integration of artificial intelligence
Genetically modified organisms (GMOs) and their products have been in the food and feed sectors for decades. There are almost 32 crops approved in 44 countries. Every country has different legislation regarding the threshold values and allowed GM events. In the case of Turkey, there are not any GMOs that have been given approval for food use except for three microbial food enzymes. In order to determine GMO levels in the specified limits, rapid and sensitive GMO detection is required. The aim of this study is to propose a new method that makes critical decisions regarding GMO and to develop an amplification-free, DNA-based nanobiosensor that will allow rapid, qualitative determination of the Cry1Ac gene in soybean event MON87701. The new methodology with gold nanoparticles (AuNPs) offers an excellent platform based on the genomic DNA (gDNA) sequence of interest's hybridization with a complementary sequence. gDNA isolated from the Certified Reference Materials (CRM) was prepared with high purity. The probes used were the exact complementary of the gene of interest. Optimal conditions for the GMO nanobiosensor have been determined and with three batches of citrate reduction synthesized AuNPs. Firstly, heat treatment is applied to unamplified gDNA and the complementary probe to allow hybridization, later addition of AuNPs. Detection was accomplished through aggregation of AuNPs which was associated with color changes of the reaction after addition of NaCl. The aggregation levels were evaluated using UV–vis absorption or by visual observation immediately. A correlation was obtained between the GMO level according to the Cry1Ac gene with a colorimetric change of red to purple. The detection limit is as low as nanomolar, and the detection time estimated as 10 min. The method proposed here has the potential to be an alternative method available in food. Finally, a successful prediction analytics model has been developed from the obtained data set with the machine learning algorithm, support vector machine, that will automatically classify and predict GM levels from different batches of AuNPs. Further models are integrated into a user-friendly website.
Kompozit tabanlı alan etkili transistör tasarımı ve dokunsal algılama uygulaması
Bu tez kapsamında nanokompozit yapılar kullanılarak esnek alan etkili transistör (FET) tasarım ve üretimine dair çalışmalar yapılmıştır. Alan etkilerinin gerçekleştiği tasarım topoloji olarak ince film transistörlere (TFT) benzer şekilde olup, işlevsel olarak esnek dokunsal sensör görevi görmektedir. Günümüz teknolojilerinde özellikle giyilebilir sistemlere artan ilgiyle doğru orantılı olarak esnek yapılara yönelim hızla artmaktadır. Elektronik aygıtların temel birimi olarak kabul gören transistörlerde bu gelişmeden nasibini almaktadır. Bu süreçte metal oksit yapılar kullanılarak alan etkili transistörler oluşturulma eğilimi artmıştır. Mekanik bir girdi olan, basınç ile değişen elektriksel değerler sensör çıktılarını oluşturuken, TFT dielektriği üzerindeki kanal genişliği değişmekte, buna bağlı olarak dokunma-akım gözlenmektedir. Deneyler öncesi hazırlanacak kompozitlerin karışım oranları ve iletkenlik bilgisi benzetim ortamında gerçekleştirilmiştir. Tez çalışması kapsamında oluşturulacak alan etkili transistörlerin, düşük maliyette ve sürdürülebilir kaynaklar ile kullanımı için materyal seçimi ve karşılaştırılması yapılmıştır. Buna ek olarak hızlı ve yaygın üretim için kolay elde edilebilir sistemler tercih edilmiş, üretime erişelebilirlik artılmak istenmiştir. Diğer birçok endüstriyel üretim basamakları açıklanmış, getirileri bahsedilmiştir. Ayrıca kanal genişliği ve birim hacimdeki FET sayısını optimize etmek için parametre çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Bu FET'lerin kapı elektrotlarının karşılaştırılmasını yapmak adına grafen ve bakır elektrotlar tercih edilmiştir. Üretim sonrası doğrulama adına grafen elektrotların karakterizasyonu Raman spekstreskopisi ile sağlanmıştır. Oluşturulan grafen elektrotlar ile iki kat daha iyi kapasitif etki meydana gelmiştir. Elde edilen yarı iletken katmanlar sıcak-nokta probu yöntemiyle P veya N tipi olarak ifade edilmektedir. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve atomik kuvvet mikroskobu (AFM) yardımıyla katkı partiküllerinin dağılımı yorumlanmıştır. Ardından elektriksel karakterizasyonları gerçekleştirilmiştir. Esnek algılama birimlerinin çıktılarından anlamlı veriler elde edebilmek adına makine öğrenmesi algoritmaları kullanılmıştır. Alttan kapılı, alttan kontaklı üretilen tasarımda, üçgen, yıldız, kare ve daire desenlerinin üç kolonlu sensör matris üzerine teması sonucu elde edilen verilerin sınıflandırılmasında %95 üzeri doğruluk değerlerine erişilmiştir.
Oda termostatları için sıcaklık ölçüm kararlılığını artıran bir algoritma geliştirilmesi
HVAC&R sistemleri kapalı ortam sıcaklığını ve hava kalitesini en düşük enerji tüketimi ile konfor şartlarında tutmayı amaçlamaktadır. HVAC&R sistemlerinde oda termostatları kullanıcı arayüzü olarak kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında bir oda termostatının üzerinde bulundurduğu sensör aracılığı ile yaptığı ortam sıcaklığı ölçümünü etkileyen faktörler incelenecektir. Tez sonucunda oda termostatlarının sıcaklık ölçümünde, oluşan sapmaları en aza indirgeyerek, kararlılığı artıracak bir algoritma geliştirilmeye çalışılacaktır. Çalışma boyunca optimal kullanım şartlarına uygun olarak montajlanmış ve konumlandırılmış oda termostatları ve referans sensörler üzerinden sıcaklık ölçümleri yapılarak ve elde edilen veriler doğrultusunda sapmalar incelenmiştir. Tespit edilen sapmalar doğrultusunda algoritma geliştirilerek en optimal sonuç elde edilene kadar testler tekrarlanmıştır. Yapılan testler sonucunda oda termostatının yapısı gereği dahili sıcaklık sensörünün elektronik komponent ısınmalarından etkileniyor olduğu tespit edilmiştir. Bu kapsamda yük altında çalışan bir termostatın incelemeler ile sıcaklık ölçümünde oluşan sapmanın termostat çalışma süresine bağlı değişimi hesaplanmaya çalışılmıştır. Elde edilen verilen doğrultusunda oluşturulan denklem algoritmaya dahil edilerek zamana bağlı olarak ölçümlerde hata payı düzeltmesi yapılmıştır. Böylelikle termostatın elektronik olarak ısınma ve soğuma süreçleri algoritma üzerinde öngörülerek sıcaklık ölçümünde oluşan sapma en optimal şekilde ortadan kaldırılmıştır.
Vibrotaktil geri bildirim: Giyilebilir sensörlerin denge üzerine etkisi
Giriş ve Amaç: Bilateral Vestibüler Hipofonsiyon (BVH), her iki iç kulakta tam bir vestibüler fonksiyon kaybıdır. BVH'li bireyler, özellikle karanlıkta veya düz olmayan yüzeylerde yürürken dengeyi korumakta zorluk yaşamaktadır. Bu durum düşme riskinde artış, görsel bulanıklık, baş dönmesi, dengesizlik ve genel fiziksel durumda bozukluğa neden olmaktadır. Bu çalışmanın amacı denge kemerinin günlük yaşam aktiviteleri (GYA) ve yaşam kalitesi üzerine etkilerini incelemekdir. Yöntem: Çalışmaya Barany kriterlerine göre Bilateral Vestibülopati tanılı 18-65 yaş arası 22 birey dâhil edildi. Çalışmaya katılmadan önce vestibüler sistem değerlendirilmesinde yüksek hızlı video-okülografi (Vhit 1085 ICS Impulse için kullanılan prototip) kullanılarak test yapıldı. Çalışmaya katılan bireylerde vertigo, dizziness şiddetini ve sıklığını değerlendirmek için Vizüel Analog Skalası (VAS),SF-36 Yaşam Kalitesi Anketi (SF-36), vestibüler sistem hastalıklarındaki emosyonel, fiziksel ve fonksiyonel sonuçlar için Baş Dönmesi Engellilik Envanteri, statik denge ve postüral stabilite için Hur Smart Balance Statik Denge cihazı kullanılarak, bireyler çalışma öncesi ve sonrası değerlendirildi. Hur Statik Smart Balance cihazı ile yapılan değerlendirmede olguların statik denge puanı, propriosepsiyon puanı, görsel puanı, vestibüler puanı, stabilite limiti (LOS) sonuçları incelendi. Denge kemerinin nasıl kullanıldığına dair bireylere kısa bilgi verildi. Denge kemeri, kullanıcının eğildiği yönü algılayarak vücut pozisyonunu uyararak titreşimli geribildirim sağladı. Denge kemerini bireyler 4 hafta boyunca günlük yaşam aktivitelerinde (otururken, ayaktayken, hareket halindeyken) ve vestibüler rehabilitasyon sırasında kullanıldı. Vestibüler Rehabilitasyon programı, 4 hafta süresince haftada 2 gün toplamda 8 seans denge kemeriyle tamamlandı. Denge kemeri kullanımı sonrası, objektif ve subjektif denge puanları denge kemeri kullanımı öncesi sonuçları ile karşılaştırıldı. Bulgular: Çalışmaya yaş ortalaması 48,59±9y, toplam 22 birey alındı. Cinsiyet dağılımları 15'i (%68,2) kadın, 7'si (%31,8) erkek şeklindeydi. Denge kemeri kullanımı sonrasında denge puanlarının karşılaştırmasına baktığımızda; prorpiosepsiyon puanlarında (p=0,040*), görsel puanlarında (p=0,014*), vestibüler puanlarında (p=0,002**) istatiksel olarak anlamlı artış olduğu gözlenirken, yalnızca statik denge puanında istatiksel olarak anlamlı fark olmadığı belirlendi (p>0.05). Denge kemeri kullanımı sonrasında LOS skorlarının karşılaştırılmasına baktığımızda; LOS arka test skorunda (p=0,001**), LOS sol test skorunda (p=0,001**) istatiksel olarak anlamlı bir artış olduğu gözlenirken, LOS ön test skoru ve LOS sağ test skorunda istatiksel olarak anlamlı fark olmadığı belirlendi (p>0.05). Denge kemeri kullanımı sonrasında VAS vertigo frekansı (p=0,001**), VAS vertigo şiddeti (p=0,001**), baş dönmesi frekansı (p=0,001**), baş dönmesi şiddeti (p=0,001**) skorlarında istatistiksel olarak anlamlı azalma olduğu gözlendi. SF-36 (p=0,001**). Baş Dönmesi Engellilik Envanteri skorlarında istatistiksel olarak anlamlı düzeyde azalış olduğu gözlendi (p=0,001**). (**p<0.01 için karşılaştıma anlamlıdır. *p<0.05 için karşılaştırma anlamlıdır) Sonuç ve Öneriler: Denge kemerinin, somatosensoriyel girdiyi arttırıp vibrotaktil geri bildirim ile vestibüler rehabilitasyona katkı sağladığı ve yaşam kalitesini arttırdığı dikkati çekti. Çalışmamızın sonucunda denge kemeri kullanan Bilateral Vestibülopatili bireylerde, denge puanlarında anlamlı farklılıklar oldu. Bilateral Vestibülopatili kişiler denge kemeri kullanarak, başkalarına veya yürüme yardımcılarına ihtiyaç duymadan serbestçe hareket ettiği gözlendi. BVH'li bireylerde denge kemerinin vücut pozisyonu ve dengesi hakkında dokunsal geri bildirim sağlayarak bağımsızlığı yeniden kazanmaya yol açtığı, aktif ve sosyal bir yaşam tarzı sürdürülmesi sağladığı görüldü. Bilateral Vestibülopatili bireylerin fiziksel aktivite düzeyini arttıracak yaklaşımlara yer verilmesi gerektiği düşünülmektedir.
Alan önceliğine dayalı ortamlarda kablosuz sensör ağlarının dinamik yerleşim eniyilemesi
Kablosuz Sensör Ağları'nda alan önceliğine dayalı yerleştirme problemi, farklı öncelik değerlerine sahip bölgelerden oluşan belirli bir alana yerleştirilecek sensörlerin en yüksek değere sahip alanı en düşük maliyetle kapsamasını sağlamayı hedeflemektedir. Bu tez çalışmasında, sensör yerleştirme problemi öncelikli alanların dinamik olduğu yani hareket ettiği ortamlar için genişletilmiş ve bir çözüm yöntemi önerilmiştir. Literatürde sensör yerleştirme probleminin bu şekli ve çözüm yöntemi ilk olarak ele alınmaktadır. Yöntemde öncelikle ilk görüntü, uzman / kullanıcı tarafından belirlenen öncelikli renk aralıkları kullanılarak ön işlemden geçirilmektedir. Ardından, ısıl işlem algoritmasının (SA) probleme uyarlanmış şekli ile sensörler görüntü üzerinde optimum konumlara yerleştirilmektedir. Bu amaçla, sensörler tarafından kapsanan alandaki piksel öncelikleri toplamı hesaplanmaktadır. Daha sonra, takip eden görüntü kareleri için öncelikli alanların hareketleri dikkate alınarak tez çalışması sırasında geliştirilen ısıl işlem algoritması tabanlı bir yöntemle sensör konumları sürekli olarak eniyilenmektedir. Sensörlerin, ortamdaki değişikliklere uyum sağlayarak hızlı bir şekilde yer değiştirebilmeleri sağlanmıştır. Deneysel çalışmalar için konuya özgü bir hareketli görüntü veri seti oluşturulmuş, farklı uydu görüntüleri ve hareket senaryoları için sonuçlar elde edilerek sunulmuştur. Önerilen yöntemin sonuç başarısını önemli ölçüde artırdığı görülmüş ve değerlendirmeler yapılmıştır.
Kapasite kısıtlı en küçük kapsayan ağaç algoritmaları
Telsiz duyarga ağlar (TDA) üzerinde bulunan düğümlerin sahip oldukları enerji kaynakları genellikle sınırlıdır. Bu sebeple düğümlerin kullandıkları algoritmaların, enerji-etkin algoritmalar olarak tasarlanması önemlidir. Kapasite kısıtlı en küçük kapsayan ağaç (KEKA) algoritmaları, TDA üzerinde enerji etkin yönlendirme patikaları oluşturmak ve oluşturulan alt ağaçlar arasında yük dengesi sağlamak için kullanılabilir. Birçok merkezi algoritma bu problemi çözmek için tasarlanmış olmasına rağmen problemin TDA'ya uygun enerji-etkin çözümü bulunmamaktadır. Bu problemle ilgili merkezi bir algoritma; TDA'da n düğümlü ağ üzerindeki çıkış düğümünde uygulamanın bit karmaşıklığı O(n^2 logn) bit olmaktadır. Bu çalışmada, TDA'da KEKA problemini çözmeyi hedefleyen iki algoritma önerilmiştir. DIST_PRIM (DPRIM) algoritmasını temel alan DCMST ve Esau-Williams (E-W) algoritmasını temel alan MCO algoritmalarının tasarımı verilmiştir. DCMST algoritmasının bit karmaşıklığı DIST_PRIM algoritmasıyla aynıdır, O(n^2)'dir. MCO algoritmasının bit karmaşıklığı O(n logn) bit'tir. Önerilen DCMST algoritmasının performansı, DPRIM ve DCMST algoritmasının merkezi olarak çalıştırıldığı (CENTRAL) algoritmayla karşılaştırılmıştır. MCO algoritmasının performansı, E-W algoritmasının merkezi olarak TDA üzerinde çözülüp (CENTEW), çözümün tüm düğümlere bildirildiği senaryo ile karşılaştırılmıştır. Elde edilen simülasyon sonuçlarına göre DCMST ve MCO algoritmalarının enerji tüketimi açısından CENTRAL ve CENTEW algoritmalarına göre daha etkin olduğu görülmüştür.
Detection quality measure in surveillance wireless sensor networks
The performance of a surveillance wireless sensor network is generally measured with its detection capability which is affected by various parameters such as the sensor count, the sensor range, the area width and the target mobility model. We assume that intruders prefer some favorite paths because of their geographical advantages and pass through them instead of following a random mobility model. These paths are generally in close vicinity of each other and they can be bounded in a region. In this thesis, we inspect the travelers? favorite region notions and propose some image processing tools to detect their location within a border area. Following this, we present a closed form of the detection probability as the detection quality measure in the existence of travelers? favorite paths. The detection probability is reduced to the geometric line intersection problem using bijection and the boundary conditions of intruder trajectories for the border area and the favorite regions are determined. The line intersection problem is solved using tools from the integral geometry and geometric probability. The effect of the favorable region on the detection quality under different conditions is calculated using probabilistic models. The accuracy of the proposed quality measure is validated by both analytical methods and simulation results. Furthermore, the importance of the intrusion model on the network performance is presented using realistic scenarios. It is shown that the existence of favorite paths has significant impact on the detection quality of the network. We extend our work to border areas with multiple favorite path regions and present a closed form of detection probability for such generic cases. We also inspect the effects of various system parameters such as the sensing model and application scenarios on the detection quality measure using both analytical tools and simulations. The proposed detection quality measure provides analytical tools to forecast the expected detection performance and to optimize the network according to the intruder mobility model.
Heuristic methods for solving the sensor network localization problem
Location information in sensor networks is necessary for some applications. When this information is not present, the locations of the sensors can be obtained by using the distance measurements among sensor nodes. However, it must be considered that due to the measurement errors and other constraints, there can be a noise in the distance data. Existing methods aim to determine the sensor locations by minimizing the difference between resulting and real distances. We investigate most frequently used solution methods for different problem instances. We classify these methods as the force directed method continued with the conjugate gradient method, the gradient descent method, Sammon?s mapping, the Attraction-Repulsion Method and Stochastic Proximity Embedding. As the performance measure, we use stress-based errors and location-based errors. Stress values are used to determine how close the resulting inter-sensor distances are to the real inter-sensor distances. Location-based errors are used to compare the resulting coordinates obtained by the methods to the real coordinates. Prior to computing the location-based errors, we perform the Procrustes Analysis to make a more qualified comparison. In our experimental setting, we also consider two extensions. In the first one, there are missing entries in the actual distance matrix. The second extension involves the case where locations of some sensors are already known. We find out that the Attraction-Repulsion Method and Stochastic Proximity Embedding benefit more from the known location information of the sensors and are also robust when there are missing entries in the distance matrix.