İndüksiyon Ocaklarda Kızılötesi Sensör Tabanlı Otonom Pişirme İçin İleri Veri Analizi Destekli Sensör Veri Füzyonu ve Gerçek Zamanlı Makine Öğrenmesi ile Pişirmenin Kontrolü
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Mekatronik Mühendisliği, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2025
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: HAKAN ALTUNTAŞ
Danışman: Mehmet Selçuk Arslan
Özet:Bu doktora tezi, ev tipi indüksiyon ocaklarda temassız sıcaklık ölçümü ve kontrolünü sağlamak amacıyla, kızılötesi sıcaklık sensörü tabanlı bir ölçüm sistemi yaklaşımı önermekte ve bunun için gerekli ölçüm metodolojilerini geliştirmeyi amaçlamaktadır. Günümüzde mutfak teknolojilerinde kullanıcı konforunu ve pişirme sürecinin verimliliğini arttırmaya yönelik çalışmalar hızla ilerlemekte, bu bağlamda indüksiyon ocaklar enerji verimliliği ve hassas sıcaklık kontrolü gibi avantajlarıyla ön plana çıkmaktadır. Ancak, mevcut ev tipi indüksiyon ocak sistemleri genellikle güç kontrollü olup doğrudan sıcaklık ölçümü yapmamaktadır ve bu durum da pişirme sürecinin doğruluğunu ve tekrar edilebilirliğini negatif yönde etkilemektedir. Bu çalışmada, ocak içerisine entegre edilen temassız kızılötesi sıcaklık sensörü ile pişirme kabı taban sıcaklığının ölçülmesi ve kontrol edilmesi sağlanmıştır. Temassız sıcaklık ölçüm yöntemi, pişirme kabına doğrudan temas gerektirmediğinden kullanıcı konforunu artırırken, hassas sıcaklık kontrolüyle pişirme sürecinin güvenliğini ve verimliliğini iyileştirmektedir. Bu noktada ocak içerisine yerleştirilen sensör sisteminin, başta ocak camı olmak üzere ısınan çevresel bileşenlerden kaynaklanan bozucu termal radyasyon etkisini en aza indirebilmek ve pişirme kabı sıcaklığının ölçülebilir hale getirilmesi için sistemin termal radyasyon modeli incelenmiştir. Termal radyasyon modeli benzetimleri ile bozucu etkileri en aza indirgeyecek bir harici optik filtre kullanımı önerisinde bulunulmuştur. Bu sayede pişirme kabı termal radyasyonu bileşeni ile ocak camı termal radyasyon bileşeni oranı 0.036'dan 1.094'e yükseltilebilmiştir. Bu sayede pişirme kabı sıcaklığı sensör sistemi tarafından algılanabilir duruma gelmiştir. Planck dalga boyuna bağlı elektromanyetik radyasyon denklemi temelli model sayesinde pişirme kabı sıcaklığı ±3°C doğrulukta hesaplanabilmiştir. Çalışma kapsamında, sıcaklık ölçüm doğruluğunu artırmak amacıyla emisivite değişimlerinden kaynaklanan hataların giderilebilmesi için bir emisivite tahmin sistemi tasarlanmıştır. Bu sistem pişirme kabının yüzey pürüzlülüğü ve rengini algılayarak, kural tabanlı bir model aracılığıyla emisivite tahmini gerçekleştirmektedir. Bu sayede farklı emisivite değerlerine sahip pişirme kaplarının emisivite değeri %6 doğruluk oranı ile tahmin edilebilmiş ve termal radyasyon modeli ölçüm sonuçları farklı emisiviteye sahip pişirme kapları için de iyileştirilmiştir. Son olarak, pişirme kabı tipinin belirlenmesi amacıyla sistemin manyetik ve elektriksel parametreleri kullanılarak, çoklu model tabanlı genişletilmiş makine öğrenmesi algoritması mimarisine dayalı bir sınıflandırma modeli geliştirilmiştir. Bu sınıflandırma modeli %92 doğruluk ile 106 farklı pişirme kabını sınıflandırarak, farklı pişirme kaplarında dahi benzer doğrulukta temassız kızılötesi sıcaklık ölçümü mümkün hale getirilmiştir. Tüm bunların yanında sıcaklık kontrollü sensör sistemi tasarımı ile enerji tüketiminde %28 ile %33 arasında değişen oranlarda enerji tasarrufu sağlandığı gözlemlenmiştir. Geliştirilen sistem, deneysel çalışmalarla doğrulanmış ve geleneksel yöntemlere kıyasla daha güvenilir ve hassas ölçümler sağladığı ortaya konmuştur. Bu bağlamda, önerilen yaklaşım, mutfak teknolojilerinde yeni nesil akıllı pişirme sistemlerine katkı sunarak, kullanıcıya minimum müdahale ile maksimum verimlilik sağlayan yenilikçi bir çözüm sunmaktadır.