Hamidreza Karami

امروزه حسگرهای صوتی نقش بسیار مهمی در تشخیص آسیب در سازه‌ها (SHM) پیش از وقوع تخریب دارند. علاوه بر این حسگرهای صوتی در توسعه برداشت کننده‌های انرژی صوتی (AEH) از منابع هدر رفت صدا مانند نویزها در ترافیک، ورزشگاه‌ها، ایستگاه قطار و غیره نقش بسزایی دارند. با معرفی و توسعه مواد نانو ساختار بر پایه تیتانات زیرکونات سرب (PZT) این امر می‌تواند با بهره‌وری بیشتر انجام شود. در پژوهش حاضر در سه فاز؛ ۱- سنتز نانو ساختار‌های PZT خالص و آلائیده با Nb و Nd به روش الکترویسی و کلیسناسیون، ۲- رفتار آکوستیک داربست‌های منعطف پلی وینیلیدین فلوراید (PVDF) حاوی نانو ساختار‌ها و ۳- نقش مقدار نانو ساختار‌های PZT غیر استوکیومتری بر برداشت انرژی آکوستیک داربست-های منعطف PVDF، اهداف مذکور مورد بررسی قرار می‌گیرند. با آلایش Nb و Nd به‌طور انفرادی و هم‌زمان در ترکیب Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 الیاف صاف و بدون عیب با متوسط قطر الیاف 82 ± 292 نانومتر پس از الکتروریسی سنتز شدند. الیاف پس از کلسیناسیون به نانو ویسکر تغییر شکل یافتند. آلایش هم‌زمان Nb و Nd نه‌تنها منجر به افزایش نسبت l/d ویسکر شد، بلکه بیشترین بی‌نظمی ساختاری و ترکیب نزدیک به مرز مورفوترومپیک (MPB) که دلیل مشاهده بیشترین رفتار دی‌الکتریک (21642)، حساسیت پیزوالکتریک (mV/N 69/7) و مغناطیس (Oe 492) است، حاصل شد. همچنین مطالعات نشان داد که Nb تمایل به تشکیل PZT غنی از Zr (ساختار رومبوئدرال) و Nd تمایل به تشکیل PZT غنی از Ti (ساختار تتراگونال) دارد. در فاز دوم، به کمک روش الکتروریسی، نانو ساختار‌های خالص و آلائیده شده PZT در درون یا به صورت خوشه متصل به الیاف در داربست PVDF سنتز شدند. نتایج نشان داد که آلایش هم‌زمان Nb و Nd منجر به بیشترین افزایش فاز β (8/79 درصد) در ساختار PVDF شد که حساسیت پیزوالکتریک (mV/N 071/1) از آن منتج شد. با بررسی رفتار آکوستیک داربست‌ها شامل ضریب جذب صوت (α) و ضریب کاهش نویز (NRC)، مشخص شد که نانو ساختار‌های PZT آلائیده شده به‌طور هم‌زمان با Nb و Nd بیشترین اثر بر جذب صدا را دارند. از این رو در فاز سوم پژوهش از نانو ساختار‌های PZT غیر استوکیومتری (آلائیده شده با Nb و Nd به‌طور هم‌زمان) به‌عنوان نانو ژنراتور (PENG) در رفتار AEH داربست‌های منعطف بر پایه PVDF استفاده شد. با تغییر مقدار PENG (برابر 5/2، 5 و 10 درصد وزنی) مورفولوژی الیاف تغییر یافت. در ترکیب شامل 5/2 درصد PENG توزیع همگن نانو ساختار‌ها درون الیاف مشاهده شد. همچنین بیشینه فاز β، حداکثر حساسیت پیزوالکتریک (V/N 95/1) و مغناطیس (Oe 750) و کمترین مقاومت سطحی (kΩ/sq 2/1) داربست در این مقدار مشاهده شد. بررسی نتایج فرایند برداشت انرژی آکوستیک نشان داد که بیشترین چگالی توان خروجی (W/g 0822/0) در فشار صوتی 90 دسی‌بل و فرکانس 2000 هرتز توسط داربست منعطف PVDF حاوی 5/2 درصد وزنی نانو ساختار‌های PZT غیر استوکیومتری (آلائیده شده با Nb و Nd به‌طور هم‌زمان) قابل استحصال است. با توجه به یافته‌های این پژوهش، می‌توان نانو ساختار‌های PZT غیر استوکیومتری را به‌عنوان یک عامل مؤثر در حسگر‌های صوتی و برداشت گر انرژی آکوستیک پیشنهاد کرد.

چکیده - تعیین محل اصابت صاعقه (LLS) Lightning Location Systems یکی از چالش‌های امروزی در حوزه‌های مختلف و به‌ویژه حوزه برق و الکترونیک است. برای تعیین محل اصابت صاعقه، استفاده از روش‌های کلاسیک مرسوم بوده؛ ولی اخیراً استفاده از روش معکوس زمانی الکترومغناطیسی (EMTR)Electromagnetic time reversal نیز رواج ‌یافته است. باتوجه‌به محاسبه شکل موج کامل میدان با استفاده از روش EMTR، دقت در تعیین محل اصابت صاعقه به‌طور قابل‌توجهی نسبت به روش‌های پیشین افزایش‌یافته است. در روش معکوس‌زمانی‌الکترومغناطیسی به‌کمک تفاضل‌محدود‌حوزه‌زمان (FDTD) Finite Difference Time Domain، ابتدا میدان الکترومغناطیسی گذرای تولید شده توسط کانال صاعقه محاسبه شده و پس از معکوس کردن زمانی موج، از محل حسگر یا حسگرها، به منبع خود باز انتشار می‌شود و مجدداً با کمک FDTD، میدان الکترومغناطیسی بازانتشاری در محیط موردنظر محاسبه می‌شود. با داشتن میدان الکترومغناطیسی محیط، با استفاده از معیارهایی (مانند حداکثر دامنه میدان، حداکثر انرژی و آنتروپی و...) محل اصابت صاعقه تعیین می‌گردد. در روشهای کلاسیک تعیین یکتای پاسخ نهایی در محیط‌های با ویژگی‌های متفاوت کاری بس دشوار است و استفاده از حداقل سه حسگر نیز الزامی و واجب است. برای غلبه بر این محدودیت‌ها در این رساله روشی بر اساس ترکیب یادگیری ماشین و EMTR سه بعدی (3D-FDTD) برای تعیین محل اصابت صاعقه پیشنهاد شده است که تاکنون بکار نرفته است . ابتدا، روش تفاضل محدود حوزه زمان سه‌بعدی در محاسبه میدان الکترومغناطیسی محیط به‌کارگرفته‌شده و با استفاده از EMTR میدان الکترومغناطیسی باز انتشاری (مجدداً با کمک 3D-FDTD) در کل محیط محاسبه شد. بدین طریق داده‌های لازم برای تولید پروفایل‌های تصاویر RGB آماده گردید. سپس برای یادگیری ماشین از VGG19، یک شبکه عصبی کانولوشنی (CNN) Convolutional neural network از پیش آموزش‌دیده، برای استخراج ویژگی‌های تصاویر استفاده شد. در آخر، برای تعیین محل اصابت صاعقه، از لایه برازش‌کننده‌ای استفاده گردید. روش پیشنهادی در MATLAB و Python شبیه‌سازی و اجرا گردید که نتایج، کارآیی روش پیشنهادی برای تعیین محل اصابت صاعقه در محیط سه‌بعدی و بدون الزام استفاده از حداقل سه حسگر را نشان داد.

چکیده: برای مکان یابی تخلیه جزئی در ادوات قدرت، تاکنون روش های مختلفی از جمله روش های ابتکاری و روش اختلاف زمانی (TDoA) پیشنهاد و بکارگیری شده است که ضعف ها و معایب هر یک، کاربرد آن ها را در عمل محدود نموده است. زیرا در وضعیت های دارای اندکی پیچیدگی، مانند حضور نویز، موانع، بازتابنده ها و یا ناهمگنی محیط و ...، دقت نتایج حاصله به شدت تحت تاثیر قرار می گیرد. روش جدیدتر معکوس زمانی که اخیرا در زمینه مکان یابی تخلیه جزئی پیشنهاد شده است، بخوبی توانسته در چنین حالاتی و تنها با بکارگیری یک سنسور منفرد، دقت قابل توجهی را در مکان یابی تخلیه جزئی ارائه نماید. در این رساله روش جدید معکوس زمانی و نیز نسخه ی متفاوت و به روزتری از آن، با نام روش فیلتر معکوس، جهت مکان یابی تخلیه جزئی در GIS، در رژیم الکترومغناطیسی پیشنهاد شده و به منظور ارزیابی روش پیشنهادی، سناریوهای مختلفی طراحی، و با استفاده از نرم افزار CST-MWS در دو ساختار لوله ای شکل و T شکل، شبیه سازی شده است. نتایج کار نشان می دهد که در صورت بکارگیری معیار کمینه آنتروپی برای تعیین زمان بازتمرکز امواج، این روش در کلیه سناریوهای آزمایش شده با دقت مطلوبی قادر به مکان یابی تخلیه جزئی در GIS می باشد. همچنین در ادامه کار، برای اولین بار روش معکوس زمانی بصورت عملی در رژیم الکترومغناطیسی و روی یک ماکت آکواریوم مانند که از آب پر شده است، پیاده سازی شده است.

در گرما درمانی، هدف انتقال انرژی گرمایی به سلول های تومور و ایجاد ناحیه ای از سلول های مرده سرطانی می باشد. روش مایکروویو یک روش گرما درمانی است که از سیگنال الکترومغناطیس تابیده شده از یک آنتن، برای حرارت دادن به عضو استفاده و یک آسیب مستقیم ناشی از دمای بالا ایجاد می کند. نظر به اینکه کارآیی گرما درمانی به توزیع دمای به دست آمده طی فرآیند بستگی دارد، تحصیل دقیق توزیع دما و شناخت حالت مطلوب آن، گام اول برای هر عمل گرما درمانی می باشد. در این رساله، یک مدل شامل آنتن درون بافت کبد به عنوان محیط متخلخل در مختصات استوانه ای دو بعدی مورد مطالعه قرار گرفته-است. کبد متخلخل شامل دو بخش سلول های سالم و تومور با شعاع متوسط 7 میلی متر می باشد. اثربخشی آنتن تک برش، دو-برش و دو قطبی با فرکانس عملکرد 45/2 گیگا هرتز و توان 10 تا 12 کیلووات، مطالعه و مقایسه شده است. به علاوه برای اولین بار آنتن تک برش توام با برش دوم میکرون، ارائه و مطالعه شده است. معادلات حاکم در محیط فورترن حل شده اند. نتایج به-دست آمده با نتایج مقالات چاپ شده قبلی و یک مطالعه ی آزمایشگاهی موجود اعتبارسنجی شده اند. همچنین برای اعتبارسنجی مرحله به مرحله نتایج عددی، مسئله در نرم افزار مولتی فیزیک کامسول شبیه سازی شده است. نتایج اعتبارسنجی صحت و دقت کد توسعه داده شده ی عددی را تایید می کنند. ابتدا، لزوم حل میدان سرعت مورد بررسی قرار گرفته و اعتبار شرط تعادل حرارتی موضعی مطالعه شده است. مقایسه نتایج توزیع دما در زوج های متناظر تخلخل و سرعت سیال خون در حفره های مویرگی کبد جامد، اعتبار شرط تعادل حرارتی موضعی را در سرعت هایی کم تر از حدود 7/0 میلیمتر بر ثانیه نشان می دهد. در یک مقایسه کلی بین آنتن تک برش، دو برش و دو قطبی، برای تولید دمای ماکزیمم یکنواخت، آنتن دو برش نوع دوم عملکرد بهتری نشان می دهد.این یکنواختی افزایش دما در عضو تحت درمان باعث از بین بردن محدوده بزرگ تری از سلول های سرطانی میدما، یک بخش از عضو به دمای ماکزیمم می رسد و گرمایش نامطلوب پس رو به میزان چشمگیری کاهش می یابد، اگرچه حصول یک دمای مشخص نیازمند زمان طولانی تری از درمان است. با توجه به اینکه گسترش گرما در راستای آنتن و عمق بافت در انواع آنتن متفاوت است، شکل مقطع توده ی سرطانی کبد، دایروی یا بیضوی، باید مبنای انتخاب آنتن کارآمدتر برای هر مورد درما

در این رساله از ساختار شبکه های عصبی مبتنی بر قواعد کوانتوم یک کنترل کننده تکمیلی ادوات FACTS پیشنهاد می شود که به منظور افزایش پایداری و میرا کردن نوسانات فرکانس پایین در یک سیستم قدرت چندماشینه مورد استفاده قرار می گیرد. روش کنترلی انجام شده در این پروژه به صورت روش کنترل غیر مستقیم می باشد که در آن به منظور آموزش پارامتر های کنترل کننده لازم است حساسیت سیستم غیرخطی توسط یک شناساگر محاسبه گردد. پیاده سازی و طراحی شناساگر و کنترل کننده پیشنهادی توسط شبکه های عصبی مبتنی بر قواعد کوانتوم انجام می گیرد. با توجه به معایب روش های آموزش مبتنی بر الگوریتم های تکاملی و یا الگوریتم های مبتنی بر مشتق در این رساله آموزش شبکه عصبی پیشنهادی توسط یک الگوریتم آموزش ترکیبی متشکل از الگوریتم ژنتیک و الگوریتم پس انتشار خطا انجام می شود. در روش آموزش پیشنهادی با به کارگیری از توانمندی های هر دو الگوریتم آموزش، معایب یک الگوریتم با استفاده از نقاط قوت الگوریتم دیگر مرتفع می گردد. در ادامه پارامتر های شناساگر و کنترل کننده پیشنهادی توسط روش آموزش ترکیبی پیشنهادی بهینه سازی می شوند. بعد از طراحی کنترل کننده از آن به عنوان کنترل کننده تکمیلی ادوات FACTS یعنی یک جبران ساز سری سنکرون استاتیکی (SSSC) مورد استفاده قرار می گیرد.