Zararlı kokuları algılayıp internet üzerinden ileten elektronik burun tasarımı
Design of the electronic nose to detect harmful odors that transmits over the internet
Yazar: NURGÜL SENYÜCEL
Danışman: YRD. DOÇ. DR. HİLMİ KUŞÇU
Trakya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Teorisi ve  Dinamiği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Geri yayılım ağları = Back propagation networks ; Koku duyusu = Smell ; Sanal gerçeklik = Virtual reality ; Uzman sistemler = Expert systems ; Yapay sinir ağları = Artificial neural networks

Özet:
Günümüzde sadece petrokimya tesislerinde değil, endüstriyel üretimin hemen her alanına yayılan ve üretimde kullanılan zehirli ve patlayıcı maddelerin oluşturduğu riskleri ve ortaya çıkan zararlı gazların etkilerinin azaltılması amacıyla, riskin tümüyle gerçekleşmesinden önce kaçağın yerinin zamanında tespit edilmesi gerekmektedir. Ayrıca ev ve işyerlerinde meydana gelen gaz kaçakları hayati tehlike oluşturmaktadır. Risklerin en aza indirilmesi, parasal kayıpların azaltılması ve özellikle can güvenliğinin sağlanmasındaki etkin rolü nedeniyle zararlı gaz algılama sistemlerinin önemi çok büyüktür. Bununla beraber gıda sektöründe hayvansal ürünlere olan talebe bağlı olarak, hayvansal üretim işletmeleri ve yetiştirilen hayvan sayısında gün geçtikçe artış olmaktadır. Hayvan yetiştirilen büyük tesislerdeki barınak ve kümeslerin iç ortamlarında hava kalitesi düşmekle beraber hayvanların solunumu sırasında ortaya çıkan gazlar ve biriken atıkların ayrışması sonucu zararlı gazlar birikmektedir. Bunun sonucu olarak hayvansal üretimde verim kayıpları olduğu gibi hayvanların ve çalışanların sağlığı da olumsuz yönde etkilenmektedir. 
Son yıllarda zararlı gaz algılama sistemlerinde gaz dedektörleri yerine farklı tiplerde tasarlanmış elektronik burun sistemleri kullanılmaya başlanmıştır. Metal oksit gaz sensörleri (MOX) yüksek hassasiyet ve düşük maliyetli oldukları için koku tanıma sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Elektronik Burun hızlı tanıma uygulamalarında, sadece tanıma zamanı değil sensörlerin tepki-yanıt süresi de dikkate alınması gereken başka bir parametredir. Sensörlerin zararlı gazlara karşı daha hızlı tepkime vermesi için elektronik burunun algılama ünitesi içinde analiz edilecek hava karışım yoğunluğunun arttırılması için yeni donanımlar ve yöntemler geliştirilmesi gerekmektedir. Ayrıca Elektronik Burun performansı doğru sensör seçimi, algılama ünitesinin donanımsal yapısı ve kokuların türlü alanına göre doğru örüntü tanıma algoritması seçilmesiyle artmaktadır. Bununla beraber elektronik burun otomasyon sistemi ve web tabanlı uygulamalar içinde kullanılacaksa yapay sinir ağı yazılımının yanı sıra bir uzman sistem yazılımına da ihtiyaç duyacaktır. Zararlı gaz algılama sistemlerinde en önemli problem ortam içinde bulunan birden fazla yanıcı ve patlayıcı gazlar arasında hangisinin daha yoğun olduğunun tespit edilmesi ve bunların yoğunluğa göre kendi aralarında hassasiyet sıralanması yapılmasıdır.
Tez çalışmasında zararlı kokuları algılayıp internet üzerinden ileten Elektronik Burun sisteminde yapay sinir ağı ve uzman sistemler beraber olarak kullanılmıştır. Yapay sinir ağı ve uzman sistemler birbirleriyle bütünleşmiş ve ilişkisel olarak tasarlanmıştır. Elektronik Burun sisteminde Uzman Sistem kullanılmasının amacı öğrenme ve test etme dışında karar verme ve otomatik kontrol işlevi kazandırılması amaçlanmıştır. Bu çalışmada Elektronik Burun algılama ünitesi içinde piyasada farklı zararlı gazları algılamak için imal edilmiş metal oksit gaz sensörleri kullanılmıştır. Bu sensörler yardımıyla zararlı kokuları algılayıp yapay sinir ağı (YSA) ile tanıyan, alt patlama sınırındaki (LEL) eşik değerlerinde alarm veren ve gerekli durumlarda otomatik veya el ile rölelere bağlı cihazları kontrol edebilen, zararlı gaz hassasiyet sıralaması yapabilen, algılanan zararlı gaz verilerini internet üzerinden ileterek sistemin son durumunu web sayfası üzerinde yayımlayan ve gerekli durumlarda Elektronik Burun sistemindeki rölelere bağlı cihazların internet üzerinden kontrolünü yapılabilen yeni bir uzman sistem yaklaşımı ile Elektronik Burun sistemi tasarlanmıştır. Bununla beraber zararlı gaz algılama sistemlerinin en önemli problemi olan ortam içinde bulunan birden fazla yanıcı ve patlayıcı gazlar arasında hangisinin daha yoğun olduğunun tespit etmekte ve bunların yoğunluğa göre kendi aralarında hassasiyet sıralanması yapılmaktadır. Ayrıca yeni bir elektronik burun prototipi ile Elektronik Burun yazılımı geliştirilmiştir.

Abstract:
Today, in the petrochemical plants, industrial poisonous and explosives used in the productions made  in industry pose a considerable risk. During these productions, harmful gases  emerge. So as to reduce the effects and risks of harmful gases revealed,  first of all, it should be necessary to determine the place of gas leakage exactly on time. Besides, the gas leakages emerging at homes and places of business constitute a crucial danger. Such kind of risks and financial loss are tried to reduce less and less through poisonous gas detection systems. Poisonous gas detection systems play an important role especially in maintaining life safety.  Nevertheless,  the number  of stock farming and animal  production enterprises is increasing considerably day by day depending on the demands to animal products in food industry.Indoor air quality of barns and poultry houses in big facilities where animals are raised is falling down due to  animal feeding  stuff and waste. On the other hand,  harmful gases are accumulated  through animal respiration,  sweating and  decomposition of wastes. As a result of these harmful gases, the health of animals and workers is also being  affected negatively as well as production losses in animal raising.

        In recent years, different types of designed electronic nose systems have begun to be used instead of gas detectors in harmful  gas detection systems.  Because metal oxid sensors (MOX)  have high precision and low cost, they are commonly used in smell recognition systems. Not only the recognition time but also  the reaction-response duration should be taken into consideration in electronic nose quick recognition applications. The  reaction- response duration of sensors is an important parametre. So that sensors react  against harmful gases  more quickly, air mixing density which will be analysed in the detection unit of the  electronic nose should be increased.
Nevertheless, new equipments and  methods should be developed. Besides,  the electronic nose performance is directly proportionate to true sensor  selection and  hardware structure of detection unity. And also,  performance increases through the selection of algorithm  which  realizes the smell  recognition correctly and quickly. On the other hand, the smell recognition could also be carried out through artificial neural network algorithms.  But, artificial neural network is insufficient for electronic nose automation system and web based applications. These systems need expert system software as well as artificial neural network software. Besides, the most important problem in the metal oxid sensor-fitted gas detection systems is that more than one ignitable and explosive gases exist in the environment(contex/ setting). Metal oxid sensors are affected  from all the ignitable and explosive gases.  The determination and alignment of the ignitable and explosive gases in the setting  about which one is denser through  metal oxid sensor-fitted gas detection systems is an important problem.

            In the thesis study, the artificial neural network and expert systems  have been used together in electronic nose system. The artificial neural network and  expert systems have been integrated with each other and have been  designed attitudinally. The aim of the use of expert system in electronic nose system is not only to learn and test but also to decide and obtain the automatic control procedure. In this study, metal oxid  gas Sensors designed and produced to detect the different  harmful gases in the market have been used  in  electronic nose detection unit. By means of these sensors;
-	An electronic nose  system, through a new expert system, which detects and knows the harmful smells through artificial neural network ,
-	gives an alarm in the threshold values at  low explosive level,
-	can, in necessary situations, control the vehicles depending on automatic or relays with hand,
-	determines which one is denser among more than one ignitable and explosive gases and makes precision alignment among themselves dependent on their density,
-	webcasts the last situations of the detected  harmful gas data by publishing on the internet,
-	can, in necessary situations, control the vehicles depending on relays in the electronic nose system on the web page has been designed.
   
On the other hand,  an electronic nose software has been designed through a new electronic nose prototype.