Tek Boyutlu(1D) Indırect Tıme-Of-Flıght(İtof) Tabanlı Sensör Uygulaması

Abstract

Tez çalışmasında, ışık kaynağının kullanıldığı ölçüm yöntemlerinin biyomedikal alandaki kullanımları belirtilip uçuş süresi(time-of-flight) yöntemiyle çalışan tek boyutlu ölçümler yapabilen bir sensör geliştirilmiştir. Uçuş süresi yöntemiyle birlikte yoğunluk tabanlı(intensity-based), üçgenleme(triangulation), eş odaklı(confocal) ve interferometrik(interferometric) yöntemlerin de çalışma prensipleri ve biyomedikal çalışmaları anlatılmıştır. Uçuş süresi ölçüm yönteminde mesafe ölçümü, ışık kaynağından çıkan dalgaların hedefe çarpıp geri dönmesi arasında geçen süreyi veya gönderilen ve alınan dalga arasındaki faz farkını hesaplanarak bulunur. Ölçümün temeli iki sinyal arasındaki süre veya faz farkının hesaplanması dayanır. Hesaplama işlemleri özel üretilmiş entegreler aracılığıyla yapılır. Uçuş süresi prensibine dayanan sensörlerin, günümüzde otonom araçlardan tarım sektörüne kadar çok geniş bir uygulama alanları bulmaktadır. Biyomedikal alanda ise hasta izlemesi ve konumlandırılması, akıllı algoritmalarla hastada olabilecek atakların tespiti, radyasyon dozunun optimum olarak ayarlanması için hasta vücut hacminin ölçümü, fizik tedavide yapılacak hareketlerin uzaktan doğru açılarla yapılmasının kontrolü, çeşitli hibrit sensörle tümörlerin saptanması, bebeklerde solunum takibi gibi birçok uygulaması bulunmaktadır.Bu çalışmada, uçuş süresi yöntemiyle çalışan, gönderilen ve yansıyan sinyallerin faz farkını hesaplayarak mesafe ölçümü yapan bir sensör geliştirilmiştir. Sensörden belli uzaklıklarda ölçümler alınmıştır. Bu ölçümlerde sensörün 10 cm ila 250 cm arasındaki mesafelerde ortalama hata yüzdesi %0.44 olduğu, uzak mesafelere(>5m) çıkıldığında ise ortalama hata yüzdesi %1.63 olduğu gözlemlenmiştir. Çalışmada elde edilen bilgiler ve sonuçlar, ileride yapılacak 3D ToF kamera için zemin oluşturacaktır. Bununla da biyomedikal alandaki çeşitli sorunlara daha ucuz ve hızlı çözümler sunulacağı gibi yeni kullanım alanları da doğuracaktır.

In the thesis study, a sensor that can make one-dimensional measurements working with the time-of-flight method has been developed by specifying the biomedical uses of the measurement methods in which the light source is used. Along with the time-of-flight method, the working principles and biomedical studies of intensity-based, triangulation, confocal and interferometric methods are also explained. In the time-of-flight measurement method, distance measurement is found by calculating the time elapsed between the waves coming out of the light source hitting the target and returning, or the phase difference between the transmitted and received wave. The basis of the measurement is based on the calculation of the time or phase difference between two signals. Calculations are made by means of special ICs. Today, sensors based on the time-of-flight principle find a wide range of applications, from autonomous vehicles to the agricultural sector. In the biomedical field, there are many applications such as patient monitoring and positioning, detection of possible attacks in the patient with smart algorithms, measurement of patient body volume for optimum adjustment of radiation dose, control of movements to be performed in physical therapy at precise angles, detection of tumors with various hybrid sensors, respiratory monitoring in infants.In this study, a sensor that works with the time-of-flight method and measures the distance by calculating the phase difference of the transmitted and reflected signals has been developed. Measurements were taken at fixed distances from the sensor. In these measurements, the average error rate at the distances of 10 cm to 250 cm from 10 cm to 250 cm was 0.44%, while the average error rate was 1.63% for far-off distances (> 5m). The information and results obtained in the study will form the basis for the 3D ToF camera to be made in the future. With this, cheaper and faster solutions will be offered to various problems in the biomedical field, as well as new areas of use.