Endüstride yaygın olarak kullanılan doğal ahşapların elektriksel özelliklerinin tahribatsız yöntemler kullanılarak tahmin edilmesine yönelik ampirik matematiksel modellerin geliştirilmesi

Son yıllarda endüstriyel alanda birçok uygulama doğal kaynaklara ilgi duymaya başlamıştır. Doğal ahşap gibi ham maddeler, mikrodalga ısıtma ve kurutma sistemlerinde, sürdürülebilir elektroniklerde ve mercek uygulamalarında birçok uygulamada yer almaktadır. Bu nedenle malzeme bilimi mühendisliğinin doğal ahşabın fiziksel özelliklerine yönelik bu tür araştırmalara kritik bir ihtiyacı vardır. Bu çalışma için yaygın olarak kullanılan toplam dokuz doğal ahşap hazırlanmıştır. Seçilen doğal ahşap üç yumuşak ağaç (Sedir, Ardıç ve Çam) ve altı sert ağaç (Ceviz, Çınar, Titrek kavak, Kestane, Meşe ve Okaliptüs) olarak sınıflandırılabilir. Her numune düğümsüz olarak özenle seçilmiştir. Hazırlanan ahşap malzemelerin mekanik kesime bağlı olarak 0,4 mm ile 0,6 mm arasında kalınlık değişimi sağlanmıştır. Ayrıca ölçüm düzeneğinde kullanılacak dalga kılavuzu adaptörleri için her ahşap malzeme benzer boyutlarda üç numuneden oluşturulmuştur. Ancak endüstri için en önemli amaç, hem nem içeriği hem de yoğunluk koşullarındaki değişimler altında elektriksel özelliklerin tepki davranışıdır. Bu çalışmada, seçilen dokuz ağaç örneğinin incelenen elektriksel özellikleri [2,17–6,0 GHz] frekans aralığında belirlenmiştir. Ölçümler, VNA ve üç dalga kılavuzu adaptörü (WR340, WR229 ve WR159) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Her numunenin ölçümünün 500 ham veri noktası içerdiği toplam 49.500 yumuşak ağaç ve 99.000 sert ağaç S parametresi toplanmıştır. Toplanan s-parametreleri, ahşap numunelerin MATLAB ile dielektrik özelliklerinin hesaplanmasında kullanılmıştır. Farklı nem ve yoğunluk koşulları altında elde edilen dielektrik özellikleri belirten, her ölçümün ortalama veri sonuçlarından ampirik bir matematiksel model oluşturmak için kullanıldı. Oluşturulan ampirik matematiksel modeller, yumuşak ağaç dielektrik veri sonuçları kullanılarak oluşturulmuş toplam 36 ampirik matematiksel modele ve sert ağaç dielektrik veri sonuçlarını kullanan 72 ampirik matematiksel modele sahiptir. Sunulan doğal ahşap örneklerinin ampirik matematiksel modelleri, hem geçirgenlik hem de tanjant kaybının dielektrik veri sonuçları için üretildi. Geçirgenlik veri sonuçlarından elde edilen ampirik modelde, R2'nin 0,9'un üzerinde olduğu hesaplanırken, kayıp Tanjant sonuçlarında ise R2'nin 0,7'nin üzerinde olduğu sonucuna varılmıştır. Buna göre elde edilen modellerin tahmin kabiliyetlerinin yüksek olduğu tespiti yapılabilir. Elde edilen modellerin performansını incelemek için ampirik matematiksel değerlendirmeler de yapıldı. Değerlendirme için farklı kalınlıklarda ve farklı yoğunluk koşullarında yeni bir ahşap numune seti hazırlandı. Bu ampirik model performans incelemesinin farklı koşullar altında değerlendirilmesine olanak sağlayacaktır. Doğal ahşap malzemelerin dielektrik geçirgenliğinin tahmin edilmesinde ampirik model performans değerlendirme sonuçlarının %85'lik doğruluk oranına sahip olduğu değerlendirildi. Oluşturulan ampirik modellerin tahmin sonucuna, bu ampirik modellerin oluşturulmasında kullanılan önceden hazırlanmış ahşap numune setlerinden bu kadar farklı koşullar altında bile güvenilebilir. Bu çalışmanın amacı, seçilen doğal ahşapların farklı nem içeriği ve yoğunluk seviyelerindeki elektriksel özelliklerinin değişimlerini mikrodalga tahribatsız muayene teknikleri ile detaylı bir şekilde analiz etmek ve analiz sonuçlarına göre oluşturulan ampirik modeller yardımı ile elektriksel özelliklerin matematiksel olarak belirlenmesine olanak sağlamaktır.