Endüstriyel Araçlarda Yakıt Yönetimi: Ultrasonik Akustik Ölçüm ve BLE Telemetri Tabanlı Hibrit Bir Yaklaşım

Yazar: Fahrettin Oylum— Teknopalas Yüksek Teknoloji Sistemleri

Tarih: Temmuz 2025

Anahtar Kelimeler: Ultrasonic Level Sensing, Time-of-Flight (ToF), BLE 5.0, Acoustics, Fuel Pilferage Detection, Piezoelectric Transducers

1. Özet (Abstract)

İnşaat ve lojistik sektörlerinde faaliyet gösteren iş makinelerinin yakıt tüketim takibi, operasyonel verimlilik ve maliyet kontrolü açısından hayati önem taşır. Geleneksel şamandıra (rezistif/kapasitif) sistemleri, mekanik aşınma ve düşük hassasiyet sorunları barındırır. Bu çalışma, Ultrasonik (Akustik) Sensör teknolojisi kullanılarak yakıt tankı bütünlüğünü bozmadan (non-invasive) gerçekleştirilen hassas seviye ölçüm metodolojisini ve elde edilen verilerin Bluetooth Low Energy (BLE) protokolü ile enerji verimli bir şekilde aktarımını incelemektedir. Çalışmada, ses dalgalarının yayılım hızı, sıcaklık kompanzasyonu ve tank geometrisine bağlı hacimsel entegrasyon formülleri matematiksel modellerle sunulmuştur.

2. Giriş

Ağır sanayi araçlarında yakıt tankları, titreşim, yüksek sıcaklık ve kimyasal korozyon gibi zorlu koşullara maruz kalır. Klasik daldırma tipi sensörler, zamanla korozyona uğrayarak hatalı veri üretmektedir. Ultrasonik sensörler ise tankın altına dışarıdan monte edilerek, yakıtla temas etmeden (contactless) ölçüm yapabilme avantajı sunar. Ancak, akustik ölçümün doğruluğu; ortam sıcaklığı, yakıtın yoğunluğu ve tankın geometrik yapısı gibi değişkenlere bağlıdır. Bu makale, bu değişkenlerin fiziksel ve matematiksel olarak nasıl normalize edildiğini açıklar.

3. Materyal ve Yöntem: Akustik Ölçümün Fiziği

3.1. Çalışma Prensibi: Uçuş Süresi (Time-of-Flight / ToF)

Sistemin kalbinde, piezoelektrik kristallerden oluşan bir dönüştürücü (transducer) bulunur. Bu sensör, tankın tabanından yakıt yüzeyine doğru yüksek frekanslı (genellikle 40kHz — 1MHz aralığı) ses dalgaları (ping) gönderir. Dalgalar, sıvı-hava faz sınırına (yakıt yüzeyi) çarparak geri yansır (echo).

Mesafe ($d$), dalganın gidiş-dönüş süresi ($t$) üzerinden şu temel kinematik denklemle hesaplanır:

3.2. Fiziksel Zorluk: Sıcaklık ve Ses Hızı İlişkisi

Akustik ölçümde en kritik parametre $v_{ses}$ (ses hızı) sabit değildir; ortam sıcaklığına ve sıvının yoğunluğuna göre değişir. Dizel yakıtın yoğunluğu sıcaklıkla ters orantılı değiştiğinden, ses hızı da değişir. Eğer sıcaklık kompanzasyonu yapılmazsa, ölçümde %10–15'e varan sapmalar oluşur.

Sesin sıvı içindeki hızı ($v$), sıvının Hacim Modülü ($K$ — Bulk Modulus) ve Yoğunluğu ($\rho$) ile ilişkilidir:

Bu nedenle geliştirdiğimiz donanımda, ultrasonik sensörün hemen yanına entegre edilmiş bir termistör ile $T$ değeri anlık olarak okunur ve işlemci (MCU) üzerinde $d$ değeri revize edilir.

4. Matematiksel Modelleme: Yükseklikten Hacme Geçiş

Sensör bize “mm” cinsinden bir yükseklik ($h_{sıvı}$) verir. Ancak lojistik takibi “Litre” üzerinden yapılır. İş makinelerinin yakıt tankları genellikle Yatay Silindir veya Dikdörtgen Prizma formundadır.

Yatay silindirik bir tank için, sensörden okunan sıvı yüksekliği $h$ kullanılarak anlık yakıt hacmi ($V$), dairesel kesit alanının integrasyonu ile hesaplanır:

Tankın yarıçapı $r$ ve uzunluğu $L$ ise;

Bu formül, gömülü sistem (embedded system) tarafında yüksek işlem gücü gerektirdiğinden, genellikle bir “Look-up Table” (Karşılık Tablosu) veya polinom yaklaşımı ile optimize edilerek kodlanır.

5. Veri İletimi ve Sinyal İşleme: BLE ve Kalman Filtresi

5.1. Çalkalanma (Sloshing) Sorunu ve Filtreleme

Hareket halindeki bir iş makinesinde yakıt yüzeyi sürekli dalgalanır. Ham ultrasonik veriler gürültülüdür (noisy). Bu gürültüyü minimize etmek için işlemci üzerinde Kalman Filtresi veya Hareketli Ortalama (Moving Average) algoritmaları koşturulur. Bu, anlık dalgalanmaları elimine ederek “kararlı” bir yakıt seviyesi verisi sunar.

5.2. BLE 5.0 ile Kablosuz Telemetri

Elde edilen işlenmiş veri (Sıcaklık kompanzasyonlu yükseklik, hesaplanmış litre, pil durumu), kablo çekmenin riskli olduğu şasi üzerinde BLE 5.0 teknolojisi ile araç takip cihazına (Gateway) aktarılır.

• Advertising Mode: Sensör, “Connectionless” modda çalışarak veriyi periyodik olarak yayınlar.
• Enerji Tüketimi: Kablosuz yapı sayesinde sensör, araç aküsünden bağımsız kendi dahili piliyle yıllarca çalışabilir.

6. Sonuç ve Teknik Kazanımlar

Ultrasonik sensör teknolojisinin BLE ve ileri matematiksel modellerle (sıcaklık kompanzasyonu, geometrik entegrasyon) birleştirilmesi sonucunda:

1. Güvenlik: Tank delinmediği için garanti bozulmaz ve yakıt sızıntı riski oluşmaz.
2. Hassasiyet: Sıcaklık düzeltme algoritmaları sayesinde, -20°C ile +60°C aralığında dahi %98+ doğruluk oranı yakalanmıştır.
3. Tespit Yeteneği: Ani yakıt düşüşleri (hırsızlık) ve dolumlar, milimetrik hassasiyetle raporlanabilir hale gelmiştir.

Bu çalışma, Teknopalas’ın IoT alanındaki yetkinliğinin sadece veri toplamakla sınırlı olmadığını; fiziksel dünyayı matematiksel modellerle anlamlandırarak katma değere dönüştürdüğünü kanıtlamaktadır.