A silicon micromachined frost sensor for industrial applications
Endüstriyel uygulamalar için silisyum mikroişlenmiş buzlanma duyargası
- Tez No: 116485
- Danışmanlar: DOÇ. DR. TAYFUN AKIN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Mikro-Elektro-Mekanik Sistemler (MEMS), silisyum mikroişleme, kapasitif basınç sensörü, buzdolabı, kapasitif okuma devresi ve buzlanma, Buzlanma, Mikroelektromekanik sistemler, Sensörler, Silisyum, Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS), silicon micromachining, capacitive pressure sensor, refrigerator, capacitive readout circuit, frost, Icing, Microelectromechanical systems, Sensors, Silicon
- Yıl: 2001
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez MEMS (Mikro-Elektro-Mekanik Sistemler) teknolojisi kullanarak üretilen silisyum mikroişlenmiş buzlanma duyargasının (sensör) geliştirilmesini anlatmaktadır. Duyarga düşük maliyeti, küçük boyutları ve düşük güç kullanımı sebebiyle buzdolabı gibi ev eşyalarını da içeren pek çok endüstriyel uygulamalarda kullanılabilmektedir. Duyarga, gövde mikroişleme ve boron aşındırma-durdurma tekniği kullanılarak üretilmiş 2u«ı kapasitif ^k ve 700-1000um çaplı 2.5-6.0|j.m incelikte diyaframlı kapasitif basınç duyarga yapılan kullanmaktadır. İ nce diyaframın DC uyarımla bükülmesiyle, duyarganın kapasite değeri değişir. Buzla kaplandığında diyafram esnekliği azaldığından kolaylıkla bükülemez, diğer bir deyişle DC uyarımla kapasitesi değişmez. Dolayısıyla uygun bir okuma devresi ve protokolle duyarga üzerinde buz oluşumu tesbit edileblir. Üretilmiş bir kaç değişik duyarga MATLAB, ANSYS ve MEMCAD gibi sonlu eleman modelleme programları ile incelendi ve buz oluşumuna duyarlılığının arttırılması için gerekli optimum yap! belirlendi. Simülasyonlar sonucunda 700nmgenişliğe sahip 2. 5 pm kalınlıkta bir diyaframın 1.6 pF nominal kapasitansı olduğu ve 20 V uyarımda bu kapasitansın 57 fF değiştiği belirlendi. Diyaframın üzerinde 5 um kalınlıkta bir buz modellendiğinde ise kapasite değişimi sadece 28 fF oldu. Duyarga için gerekli okuma devresi tasarlandı ve küçük taşınabilir alumina taban üzerine yüzey monte elemanlar kullanılarak üretildi. Duyarga da aynı taban üzerinde okuma devresinin yanına yerleştirildi. Tamamlanmış sistem bir buzdolabın içine yerleştirildi ve test edildi. Test sonuçlan okuma devresinin çıkışının buzsuzken 35mV buzla 9mV değiştiğini gösterdi. Buz oluşumunun devamlı gözlenmesi sonucunda sistemin buza duyarlılığının 2.22 mV/mm olduğu ölçüldü. Bu sonuçlar ışığında geliştirilen duyarganın buz oluşumunun tesbitinde fonksiyonel ve kullanılabilir olduğu görüldü.
Özet (Çeviri)
This thesis presents the development of a silicon micromachined frost sensor implemented using MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) technology. The sensor offers low cost, small size, and low power operation, so that it can be used for many industrial applications, including household appliances like refrigerators. The sensor uses capacitive pressure sensor structures with a 2um capacitive gap and a 2.5-6um thin diaphragm of 700-1 000pm diameter size, which were fabricated using bulk micromachining and boron etch-stop techniques. The thin diaphragm deflects with DC actuation, changing the sensor's capacitance value. When covered with frost, the diaphragm cannot deflect easily due to its stiffness change, i.e.; its capacitance does not change with DC actuation. Therefore, using a proper readout circuit and protocol, frost accumulation on the sensor can be determined. A number of different fabricated sensors were evaluated using finite element modelling with tools like MATLAB, ANSYS, and MEMCAD, and an moptimum structure was determined for enhanced sensitivity for frost accumulation. Simulations show that one such sensor with 700^m square diaphragm and 2.5 ^un thickness provides a nominal capacitance of 1.6pF and results in a capacitance change of 57fF with a 20V actuation. When a 5pim layer of frost is modelled on top of the diaphragm, the capacitance change is only 28fF. A readout circuit was designed and implemented with surface mounted components on a small portable-alumina board, which was also used to place the sensor next to the readout electronics. The complete system was installed and tested in a no-frost refrigerator. Test results show that the output of the readout circuit, under 23V DC bias, changes by 35mV without frost and 9mV with frost. Continuous monitoring of frost accumulation shows that the sensitivity of the circuit is 2.22m V/mm of frost. These results show that the developed sensor is functional and can be used to detect frost accumulation.
Benzer Tezler
- A frost sensor system using MEMS technology
MEMS teknolojisi ile buz(lanma) algılama sistemi
ZAFER SALMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2003
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TAYFUN AKIN
- Mikroişlenmiş ivme ölçer üretimi ve optimizasyonu
Fabrication and optimization of micro machined accelerometers
MEHMET MURAT OKYAR
Yüksek Lisans
Türkçe
1994
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiY.DOÇ.DR. HAKAN ÖZDEMİR
- Katı çözelti sertleşmesinin küresel grafitli dökme demirin dönel eğmeli yorulma davranışına etkisi
Effect of solid solution strengthening on rotating bending fatigue behaviour of ductile cast iron
BARIŞ ATEŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN ÇİMENOĞLU
- Silicon surface micromachined gyroscopes using mems technology
Mems teknolojisi ile silisyum yüzey mikroişlenmiş jiroskoplar
SAİD EMRE ALPER
Yüksek Lisans
İngilizce
2000
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TAYFUN AKIN
- A fully-differential bulk-micromachined MEMS accelerometer with interdigitated fingers
İçiçe geçmiş parmaklar ile tam-diferensiyel gövde-mikroişlenmiş MEMS ivmeölçer
OSMAN AYDIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. TAYFUN AKIN