Süt ve süt ürünlerine yönelik metamalzeme tabanlı sensör uygulamaları
Metamaterial based sensör applications for milk and dairy products
Yazar: İBRAHİM YAŞAR
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET BAKIR
Yozgat Bozok Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering

Özet:
Metamalzeme tabanlı sensör uygulamaları: günümüzde fiziksel parametrelerin tespiti, saflık analizleri, görünmezlik pelerini, kanserli hücre algılanması, gıda ve petrol ürünlerindeki hile tespiti gibi çeşitli alanlarda kullanılmaktadır. Mevcut literatüre bakıldığında, metamalzeme yapıları kullanılarak oluşturulan sensör tasarımları içerisinde, süt ve süt ürünlerine yönelik olarak yüksek algılama hassasiyetine ve çeşitliliğine sahip bir çalışma eksikliği görülmüştür. Bu yüzden, ayrık halka rezonatörleri kullanılarak X-Band da çalışan yüksek algılama hassasiyeti ve yüksek kalite faktörü gibi özellikleri bulunan metamalzeme tabanlı sensör tasarlanmış, üretilmiş hem simülasyon hem de deneysel olarak doğrulanmıştır. Önerilen sensör çalışmasında düşük kayıp değeri olduğu için Arlon DiClad527 malzemesi alttaş olarak kullanılmıştır. İki ayrık halka ve iki ayrık dörtgen rezonatör alttaşın ön ve arka yüzüne yerleştirilerek önerilen yapı oluşturulmuştur. Rezonatör boyutları ve şekilleri, ihtiyaç duyulan yüksek hassasiyet değerini elde etmek için FIT tabanlı CST Microwave Studio Programında tasarlanmış ve benzetilmiştir. Dielektrik ölçümleri için kalibrasyon işlemi her aşamada tekrar edilmiş ve 85070E dielektrik ölçüm kiti kullanılmıştır. Deneysel çalışma için simülasyona uygun şekilde WR90 dalga kılavuzu ile uyumlu örnek tutucu içine yerleştirilen numunelerin ölçümleri 8-12 GHz frekans aralığında gerçekleştirilmiştir. Tez çalışmasını çeşitlendirmek ve tüm süt ürünlerindeki uygulamayı gösterebilmek için yağ oranı ve taze-bozukluk durumları dikkate alınarak süt, yoğurt, ayran ve peynir numuneleri kullanılmıştır. Simülasyon ve deneysel çalışma sonuçlarına bakıldığında birbirleriyle uyumlu lineer sonuçlar alındığı görülmektedir. Literatürde benzer çalışma olmamasından dolayı bu tez çalışmasında, yüksek algılama hassasiyetine sahip metamalzeme tabanlı sensör tasarımı geliştirilmiştir. Tasarımı yapılan sensör cihazı bu alanda pek çok avantajı da üzerinde barındırmaktadır.

Abstract:
Today, metamaterial-based sensor applications are used in various fields such as detection of physical parameters, purity analysis, invisibility cloak, cancer cell detection and fraud detection in food and petroleum products. Considering the current literature, a lack of studies with high detection sensitivity and diversity for milk and diary products has been observed among sensor designs created by using matematerial structures. Therefore using split ring resonators, a matematerial based sensor with features such as high sensing sensitivity and high quality factor operating in X-Band has been designed and manufactured. It has been verified both as simulation and as experimental. Arlon DiClad527 material was used as substrate because it has a low loss value in the proposed sensor study. The proposed structure has been created by placing two split rings and two split rectangular resonators on the front and back of the substrate. The dimensions and shopes of the resonator have been designed and simulated in the FIT based CST Microwave Studio program in order to reach the high sensitivity value which is needed. For the dielectric measurement, the calibration process has been repeated at each stage and 85070E dielectric measurement kit has been used. The measurements of the samples placed in the sample holder compatible with WR90 waveguide in accordance with the simulation for experimental study have been carried out in the frequency of 8-12 GHz. In order to diversify the thesis study and show its application in all diary products, milk, yoghurt, ayran and cheese samples have been used, taking into account the fat ratio and fresh-disorder conditions. Considering the simulation and experimental results, it is seen that linear results are compatible with each other. Matematerial-based sensor design with high sensing sensitivity has been developed in this thesis study, due to the lack of similar studies in the literature. The designed sensor device also has many advantages.