شماره ركورد
24918
شماره راهنما
PHY2 809
عنوان
به كار گيري يادگيري عميق در تحليل داده هاي چيدمان آزمايشگاهي پراكندگي ديناميكي نور ليزر
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
فيزيك - اپتيك و ليزر
دانشكده
فيزيك
تاريخ دفاع
1404/04/11
صفحه شمار
98 ص .
استاد راهنما
دكتر سعيد قوامي صبوري
كليدواژه فارسي
پراكندگي ديناميكي نور , حركت برواني , قطر هيدروديناميكي , يادگيري عميق , شبكههاي عصبي , مدل طبقهبندي , مدل رگرسيون
چكيده فارسي
پراكندگي ديناميكي نور يكي از روشهاي نوري غيرتماسي و غيرمخرب براي اندازهگيري اندازهي ذرات معلق در محيطهاي كلوئيدي است كه بر پايهي تحليل نوسانات شدت نور ناشي از حركت برواني ذرات درون سيال عمل ميكند. اين روش در صنايع دارويي، غذايي، محيطزيست، رنگسازي و نانوفناوري كاربرد گستردهاي دارد. با اين حال، تحليل دادههاي حاصل از پراكندگي ديناميكي نور در شرايطي كه اندازهي ذرات بزرگ يا غلظت سيال زياد باشد، دشوار است. هدف از اين پژوهش، ارتقاء دقت و سرعت اندازهگيري در بهكارگيري يادگيري عميق براي تحليل مستقيم سيگنالهاي خام پراكندگي ديناميكي نور، ميباشد. براي اين منظور، سامانهاي آزمايشگاهي طراحي و اجرا شد كه شامل منبع ليزر هماهنگ دوم نئوديميم ياگ با طول موج 532 نانومتر، چاپر مكانيكي، آشكارساز، نوساننماي ديجيتال و كووت ميباشد. ذرات ميكروسيليس بهعنوان نمونه، مورد استفاده قرار گرفتند كه با بهرهگيري از دستگاه شيكر الك آزمايشگاه مواد، در 9 بازهي اندازهاي مشخص تفكيك وسپس محلولهايي از آنها تهيه گرديدهاست. آزمايشها تحت تغيير پارامترهايي مانند توان ليزر، فاصلهي نمونه تا آشكارساز، پوششدهي آشكارساز براي كاهش نوفهي محيطي، نرخ نمونهبرداري نوساننما و هندسهي كووت انجام گرفتهشدهاست. سيگنالهاي خروجي شدت نور بهصورت سري زماني ثبت و مستقيما در فرآيند تحليل استفاده شدهاند. در مرحلهي پردازش، دو مدل شبكهي عصبي عميق يعني طبقهبندي و رگرسيون طراحي و آموزش داده شدهاند. سيگنالهاي ورودي، بدون هيچگونه پيشپردازشي، بهصورت كاملا خام وارد شبكه شدند. براي آموزش شبكهي عصبي از پايگاه دادهاي با بيش از 9 ميليون دادهي عددي مربوط به سيگنال شدت نور استفاده شدهاست. نتايج نشان داد كه در مدل طبقهبندي دقت حدود 96 درصد و در مدل رگرسيون ميانگين خطاي مطلق حدود 32/0 ميكرومتر ميباشد كه نشان از خطاي پايين شبكه در تخمين قطر هيدروديناميكي ذرات دارد. زمان تحليل سيگنال با استفاده از شبكههاي عصبي بسيار پايين آمدهاست. همچنين، هر دو مدل، در مواجهه با سيگنالهاي حاصل از نمونههاي داراي چندپراكندگي نيز عملكرد قابل قبولي از خود نشان دادند. در مجموع، اين پژوهش نشان ميدهد كه استفاده از شبكههاي عصبي با دادهي خام، ضمن حذف نياز به تحليلهاي عددي پيچيده، باعث افزايش دقت، كاهش زمان محاسبه، و بهبود پايداري تحليل دادهها ميشود. اين رويكرد گامي در جهت خودكارسازي تحليل دادههاي پراكندگي ديناميكي نور و توسعهي ابزارهاي دقيق آزمايشگاهي با قابليت تعميم به دادههاي پيچيده دارد.
كليدواژه لاتين
Dynamic Light Scattering , Brownian Motio , Hydrodynamic Diameter , Deep Learning , Neural Networks , Classification Model , Regression Model
عنوان لاتين
Deployment of Deep Learning in Analyzing Data from a Dynamic Laser Light Scattering Experimental Setup
گروه آموزشي
فيزيك
چكيده لاتين
Dynamic Light Scattering (DLS) is a non-contact and non-destructive optical technique used to measure the size of suspended particles in colloidal environments. It is based on analyzing the fluctuations in light intensity caused by the Brownian motion of particles in a fluid. DLS has widespread applications in the pharmaceutical, food, environmental, paint, and nanotechnology industries. However, analyzing DLS data becomes challenging when particle sizes are large or the fluid concentration is high. The aim of this study is to enhance the accuracy and speed of particle size estimation by applying deep learning to directly analyze raw DLS signals. To this end, a laboratory system was designed and implemented, consisting of a 532 nm second harmonic Nd:YAG laser source, mechanical chopper, detector, digital oscilloscope, and cuvette. Microsilica particles were used as the sample material, classified into nine defined size ranges using a standard sieve shaker, and then suspended in solution. Experiments were conducted by varying parameters such as laser power, sample-to-detector distance, detector shielding to reduce environmental noise, oscilloscope sampling rate, and cuvette geometry. The output light intensity signals were recorded as time series and directly used in the analysis process. In the processing phase, two deep neural network models—classification and regression—were designed and trained. The input signals, in their entirely raw form and without any preprocessing, were fed into the networks. For training, a database of over 〖9×10〗^6 numerical light intensity signals was used. Results showed that the classification model achieved approximately 96% accuracy, while the regression model attained a mean absolute error of approximately 0.32 micrometers, indicating low error in estimating the hydrodynamic diameter of particles. The use of neural networks significantly reduced the signal analysis time. Furthermore, both models demonstrated acceptable performance when applied to signals from polydisperse samples. Overall, this study shows that employing neural networks with raw data not only eliminates the need for complex numerical analyses but also improves accuracy, reduces computational time, and enhances the stability of data analysis. This approach represents a step toward automating DLS data interpretation and developing precise laboratory tools capable of handling complex datasets.
تعداد فصل ها
4
فهرست مطالب pdf
143150
نويسنده