TARIFNAME KOKUNUN GÖRÜNTÜYE DÖNÜSTÜRÜLMESI VE DERIN ÖGRENME iLE KOKU SENSÖRÜ Teknik Alan Bu bulus; iki asamali tümlesik yapi ile birinci asamada üretilen optik kimyasal sensörün kimyasal buharlardan etkilendiginde optik filtre davranisinin degismesi ile bu filtreden geçen isin spektrumunun degismesi sayesinde kameraya düsen sensör görüntüsünde siddet degisiminden kaynaklanan örüntü degisimi, ikinci asamada görüntü isleme tekniklerini kullanan derin ögrenme algoritmalari ile sensör verilerinin islenerek uçucu kimyasal buharlarinin ve/veya bir sekilde buharlastirilan kimyasallari kimliklendiren ve konsantrasyonunu tayin eden bir sistem ile ilgilidir. Teknigin Bilinen Durumu Koku, burun araciligiyla hissedilen, genelde çok düsük konsantrasyonlarda havada çözülmüs olarak bulunan kimyasal maddelerden her biridir. Kokuya karakteristik niteligini veren, moleküller arasindaki farkliliklardir. Aroma ve parfüm gibi konfor alanlarinin yaninda sanayi, saglik ve besin gibi dogrudan yasami etkileyen alanlarda kimyasal moleküller koku sensörleri ile algilanabilmektedir. Organik çözücüler, kimya endüstrisinde ve laboratuvarlarda büyük miktarlarda yaygin olarak kullanilmaktadir. Organik çözücülerin çogu, tehlikeli ve toksik özelliklere sahip organik kimyasallardir. Bu nedenle çok düsük konsantrasyonlarda bile çevre kirliligine ve insan sagligina zarar verirler. Örnegin metanol, alkollü içeceklerde yalnizca yüzde birkaç konsantrasyonda körlüge neden olabilir ve hatta insan yasamini tehdit edebilir, havada asiri düzeyde benzene uzun süre maruz kalmak lösemiye ve potansiyel olarak ölümcül bir kan kanserine neden olabilir. Bu nedenle endüstride, tipta, gida güvenliginde ve çevre kontrolünde organik çözücülerin konsantrasyonunu yüksek hassasiyet ve düsük maliyetle belirleme yönteminin bulunmasi önemlidir. Ayrica zararli birçok gaz ya kokusuzdur ya da insan tarafindan algilanmasi oldukça zordur. Zararli gazlari, organik çözücüleri algilamak endüstri, saglik ve askeri uygulamalarda gelisen teknolojiyle birlikte daha da önemli hale gelmistir. Simdiye kadar yapilan çalismalarda genellikle sensör aktif maddesinin gaz ile etkilesimi sonucunda iletkenligi gibi fiziksel parametrelerinde degisme incelenerek gazin veya kokunun türü ve konsantrasyonu ölçülmeye çalisilmistir. Bu sensörlerde tepki süresi, seçicilik, hassaslik gibi problemler halen daha çözüm beklemektedir. Mevcuttaki kimyasal sensörlerin en büyük dezavantaji, kimyasalin kimliklendirilmesi ve konsantrasyonunun ayni anda yapilamamasidir. patent dokümaninda, sistem, sensör ile gazlari taniyan bir ünite ve derin ögrenme ile tanimlama yapan ve sinir aglari ile kullanarak siniflandirma yapmakta, görüntüye dönüstürme algoritmasi mevcut olmayip hastaneler için dizayn edilmistir. dokümanda, derin ögrenme tabanli endüstriyel üretim, medikal, çevre ve güvenlik alaninda kokuyu grafiklere dönüstürerek tanimlama yapildigi belirtilmektedir. Yine teknikte var olan TH18049U sayili dokümanda, koku sensörünün algisini sinyallere dönüstürerek tanimlama yapilmaktadir. dokümaninda ise, sensörle etkilesime giren tespit edilecek gazin toplanmasini ve buradan ham koku verileri elde edilmesinin ardindan evrisimli sinir agi araciligi ile siniflandirma sonuçlari bir görüntüleme cihazinda gösterilmektedir. Mevcut teknikte yer alan çalismalar incelendiginde mevcut gaz sensörü teknolojilerinde gerek sensör aktif malzemelerinin gelistirilmesi gerekse kullanilan mevcut sensör mekanizmalarinin sinirlamalarindan dolayi yeni nesil sensör gelistirilmesi önemli hale gelmis ve bu konuda yapilacak yeniliklere yakin gelecekte daha da fazla ihtiyaç duyulacagi anlasilmaktadir. Bulusun Kisa Açiklamasi Mevcut bulus; yukarida bahsedilen gereksinimleri karsilayan, tüm dezavantajlari ortadan kaldiran ve ilave bazi avantajlar getiren, iki asamali tümlesik yapi ile birinci asamada üretilen optik kimyasal sensörün kimyasal buharlardan etkiIendiginde optik filtre davranisinin degismesi ile bu filtreden geçen isin spektrumunun degismesi sayesinde kameraya düsen sensör görüntüsünde siddet degisiminden kaynaklanan örüntü degisimi, ikinci asamada görüntü isleme tekniklerini kullanan derin ögrenme algoritmalari iIe sensör veriIerinin islenerek uçucu kimyasal buharlarinin ve/veya bir sekilde buharlastirilan kimyasallari kimliklendiren ve konsantrasyonunu tayin eden bir sistem ile ilgilidir. Bulusun önceIikIi amaci; üretiIen optik kimyasal sensörün kimyasal buharlardan etkiIendiginde optik filtre davranisinin degismesi ile bu filtreden geçen isin spektrumunun degismesi sayesinde kameraya düsen sensör görüntüsünde siddet degisiminden kaynaklanan örüntü degisimidir. Bulusun bir diger amaci; görüntü isleme tekniklerini kullanan derin ögrenme algoritmalarinin makine ögrenmesinde daha etkili olusundan kaynaklanan sensör verisinin islenmesidir. Bulusun bir diger amaci; uçucu kimyasal buharlarinin ya da bir sekilde buharlastirilan kimyasallarin kimliklendirilmesini ve konsantrasyonunu çok yüksek duyarlilikla tayin etmektir. Bulusun yapisal ve karakteristik özellikleri ve tüm avantajlari asagida verilen detayli açiklama sayesinde daha net olarak anlasilacaktir. Bu nedenle degerlendirmenin de bu detayli açiklama göz önüne alinarak yapilmasi gerekmektedir. Bulusun Detayli Açiklamasi Bu detayli açiklamada, kokunun görüntüye dönüstürülmesi ve derin ögrenme iIe koku sensörü konunun daha iyi anlasilmasina yönelik olarak ve hiçbir sinirlayici etki olusturmayacak sekilde açiklanmaktadir. Bulus, birinci asamada üretilen optik kimyasal sensörün kimyasal buharlardan etkilendiginde optik filtre davranisinin degismesi ile bu filtreden geçen isin spektrumunun degismesi sayesinde kameraya düsen sensör görüntüsünde siddet degisiminden kaynaklanan örüntü degisimi ve ikinci asamada görüntü isleme tekniklerini kullanan derin ögrenme algoritmalari ile sensör verilerinin islenerek uçucu kimyasal buharlarinin ve/veya bir sekilde buharlastirilan kimyasallari kimliklendiren ve konsantrasyonunu tayin eden iki asamali tümlesik yapisi olan bir sistemdir. Bulus en tercih edilen haliyle, kokunun görüntüye dönüstürülmesi ve derin ögrenme ile koku sensörüdür. Sekil 1 ile verilen, sensör aktif bölgesi gözenekli silisyum olan, bir isik kaynagi ve bir kamera ile entegre edilmis, gözenekli silisyum sensöründen kokunun görüntüye dönüstürülmesi için sistemdir. Sekil 1 ile verilen sistem; i. Optik yolu içine alan test hücresi (3, 5, 6, 7, 8), ii. Kimyasal buharin üretilip seyreltildigi kisim (9, 10, 12, 13, 14), iii. Sicaklik kontrolü (11, 20), iv. Görüntü alici kamera (2, 4), v. Cihaz kontrolü ve veri toplama için bilgisayar (1) vi. 2 adet solenoid valf (14) bilesenlerinden olusmaktadir. Sekil 1 ile verilen sistemin numaralandirilan bölümleri ayrintili olarak: 1. Bütün cihazlarin kontrolü için kullanilan kontrolcü bilgisayar (PC). 2. Sensörden görüntü almak için kullanilan kamera (Görünür bölge, infrared, kisa dalgaboyu kizil ötesi, vd). 3. Kamera lensi ve sogutucu blok. 4. Kamera sogutucusu (Fanli alüminyum blok). . Optik yol (Sensör hücresi ile kamerayi birbirine baglar. Içeri ortam isiginin girmesini engeller ve sensör görüntüsünün kamerada net olarak olusmasini saglar). 6. Sensör hücresi sogutucusu (Peltier sogutuculu, Fanli, Alüminyum blok). 7. Sensör ölçüm hücresi (Iç kismi teflon dis kismi alüminyum, kontrollü buhar giris çikisli, isitma lambasi ve termal çift bulunan hazne). 8. Isik kaynagi (Görünür bölge veya kizilalti bölgede isik çikaran kaynaklar, aydinlaticilar, lazer ve LED kaynaklar). 9. Kimyasalin bulundugu hazne (Cam veya borosilica cam, ölçülmek istenen kimyasal sivi akis kontrolcüsüne bu hazneye gönderilen gazin basinci ile . Sivi akis kontrol ünitesi (Test hücresine gönderilmek istenen kimyasal bu ünite ile kontrol edilir). 11. Sicaklik kontrol ünitesi (Adim kontrol cihazi, bu ünite ile sensör ölçümünün yapilacagi hücrenin iç sicakligi istenen sicaklikta sabit tutulur). 12. Kimyasalin buhar elde etme sistemi (Ölçüm hücresine gönderilmek istenen buhar burada buharlastirilir ve seyreltilir). 13. Gaz akis kontrol üniteleri (Seyreltici ve süpürücü gazlar bu ünitelerle kontrol edilir). 14. Solenoid valfler (Hazirlanan kimyasal bu valfler araciligiyla test hücresine yönlendirilir). . Güç kaynagi (Isik kaynagi, kamera, sicaklik kontrol cihazi, sivi akis kontrol cihazi, gaz akis kontrol cihazlari, buharlastirici, solenoid valfler için enerji saglar). 16. Gaz tasiyici borular (6mm paslanmaz çelik boru). 17. Enerji tasiyici kablolar (Kamera ve isik kaynagi için). 18. Kontrol cihazlari ve PC arasinda iletisimi saglayan kablolar. 19. Peltier sogutucu, lamba ve termal çift ile sicaklik kontrol cihazi arasinda iletisimi saglayan kablolar. . Sivi tasiyici borular (6mm paslanmaz çelik boru), seklindedir. Sekil 2 ile verilen; ölçüm sisteminin, kamera, isik kaynagi ve test hücresinden olusan kisminin detay görüntüsüdür. Sekil 2 ile (A) kamera, isik kaynagi ve test hücresinden olusan kismin sag görünümü, (B) kamera, isik kaynagi ve test hücresinden olusan kismin sol görünümü, (C) test hücresi kisminin iç kismi verilmistir. Sekil 2 (C) ile verilen ölçüm sitemi ayrintili olarak: 1. Peltier sogutucu (Test hücresinin sogutulmasi içi kullanilir). 2. Optik yol (Sensör görüntüsünün kameraya istenen ölçekte düsürülmesi için kullanilir. Ayrica kameraya disaridan isik girisini engeller. Alüminyumdan üretilmistir.) 3. Cam veya borosilikat cam (Kimyasal buharin test hücresinden kameraya geçmesini engellemek için kullanilir). 4. Isitma lambasi (Sensör yüzeyinin istenen sicakliga ulastirilip kimyasal buharin sensörden uzaklastirilmasi için kullanilir). . Termal çift (Test hücresinin sicakliginin izlenmesinde ve kontrolünde kullanilir). 6. Gözenekli silisyumun yerlestirildigi konum (Fabrikasyonu yapilan gözenekli silisyum buraya yerlestirilir.). 7. Teflon tabaka (Test hücresinin iç yüzeyini olusturan tabaka). 8. Alüminyum tabaka (Test hücresinin dis yüzeyini olusturan tabaka). Fanli alüminyum sogutucu (Peltierde olusan sicakligi uzaklastirmak için kullanilir). . Cam veya borosilikat cam (Kimyasal buharin test hücresinden isik kaynagina geçmesini engellemek için kullanilir). 11. Optik lens (isik kaynaginin isiginin gözenekli silisyuma odaklanmasi için kullanilir). 12. Isik kaynagi (Gözenekli silisyum yüzeyinin aydinlatilmasinda kullanilir). 13. Baglanti aparati (Isik kaynagi ve test hücresini birbirine baglar). 14. Termal çift kablolari. . Isitma lambasi kablolari, seklindedir. Üstten isik kaynagi ile aydinlatilan 1cmx1cm boyutlarindaki gözenekli silisyumdan geçen isinlar alttaki kamerada bir görüntü olusturup, isik kaynagindan gelip kameraya ulasan isinlar gözenekli silisyumdan dolayi kamerada çok büyük bir sayida pikselden olusan bir örüntü olusturmaktadir. Kokuya maruz kaldiginda gözenekler koku ve/veya gaz ile kismen ya da tamamen doldugu için etkin kirilma indisi degistigi için kameraya düsen görüntüde degismektedir. Kamerada olusan görüntü koku ve/veya gazin cinsine, konsantrasyonuna ve hatta gözenekli silisyuma gelis yönüne göre farklilik göstermektedir. Kameradan elde edilen video görüntüleri kullanilarak derin ögrenme algoritmalari koku ve/veya gazin cinsi ve konsantrasyonu ayni anda milyonlarca pikselden elde edilen görüntü kullanildigi için çok kisa bir zamanda Çalisma teknigi olarak, gözenekli silisyum sensör, test hücresinde Sekil 2 (C) ile verilen 6 numarali bölgeye yerlestirilip, isik kaynagindan çikan isik sensör yüzeyine düsürülüp, sensörden geçen isik kameraya ulasarak görüntü elde edilir. Test hücresi sensör yüzeyindeki sicaklik Sekil 1 ile verilen 11 numarali ve Sekil 2 (C) ile verilen 4 ve 5 numara ile gösterilen elemanlar ile istenen sicakliga gelene kadar isitildiktan sonra Sekil 1 ile verilen 11 numarali ve Sekil 2 (C) ile verilen 1 ve 9 numara ile gösterilen elemanlar ile test hücresini sicakliginin oda sicakligina düsmesi saglanirken, test hücresine Sekil 1 ile verilen 13 numarali gaz akis kontrol üniteleri ile sabit akista Azot gazi gönderilir ve sicaklik sabitlendikten sonra kamera kaydi baslatilir. Kamera kaydinin ilk 120 saniyesi boyunca sensör azot gazina maruz birakildiktan sonra Sekil 1 ile verilen 9,10,12,13 numaralar ile gösterilen bilesenlerle elde edilen kimyasal buhar test hücresine gönderilirken 120 saniye boyunca sensörün kimyasal buhar altindaki videosu alinir. Daha sonra buhar kesilir ve test hücresine azot akisi yapilir ve 120s boyunca sensörün azot altindaki videosu alinarak sensörün kamera da olusturdugu görüntünün videosu azot ortaminda ve kimyasal buhar altinda toplanir ve sensörün gözenekli yapisindan ötürü sahip oldugu özellik nedeniyle kimyasal buhar altinda kamerada olusturdugu görüntü ile azot gazi altinda olusturdugu görüntü farki görüntü isleme ve yapay zeka metotlari ile ayirilarak koku ve/veya gazin kimliklendirilmesi yapilarak hem de konsantrasyonu belirlenmis olur. Tüm bu özelliklere sahip kokunun görüntüye dönüstürülmesi ve derin ögrenme ile koku sensörü ile bulusa konu olan koku ve/veya gazin cinsi ve konsantrasyonu görüntüye dönüstürülerek çok kisa bir zamanda ve hassasiyette tespit edilmis ve bu isleme özgü mevcut problemler de elimine edilmis olacaktir. Bulus konusu sensörle bulus konusu alanda zararli gazlar ve organik çözücüleri algilamak endüstri, saglik ve askeri uygulamalarda iyilestirme saglamaktadir. TR TR TR TR TR TR TR TR TR TR TR TR