MEMS accelerometers and gyroscopes for inertial measurement units
Ataletsel ölçüm birimi için MEMS ivmeölçerler ve dönüölçerler
- Tez No: 153601
- Danışmanlar: PROF. DR. TAYFUN AKIN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Accelerometer, Gyroscope, Inertial Measurement Unit, Micro-Electro- Mechanical Systems (MEMS), and micromachined inertial devices
- Yıl: 2004
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 157
Özet
oz ATALETSEL ÖLÇÜM BİRİMİ İÇİN MEMS İVMEÖLÇERLER VE DÖNÜÖLÇERLER Erişmiş, Mehmet Akif Yüksek Lisans, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Tayfun Akın Eylül 2004, 137 sayfa Bu tez ataletsel ölçüm biriminde (IMU) kullanılabilecek mikroişlenmiş ivmeölçerler ve dönüölçerler geliştirilmesini rapor etmektedir. Mikroişlenmiş EVIU'lar, endüstriyel, medikal ve tüketici uygulamalarında, düşük maliyetli ve yüksek performanslı alternatifler olarak kullanılmaya başlanmıştır. Bu tez çalışması kapsamında çok sayıda ivmeölçer ve dönüölçer üç farklı üretim süreci kullanılarak geliştirilmiş, ayrıca yapılan çeşitli testlerle ürünlerin istenilen şekilde çalıştıkları gösterilmiştir. Buna ek olarak, tez kapsamında üretilmiş olan ivmeölçerler, dış okuma devreleri ile birleştirilerek hibrit ivmeölçer sistemleri tasarlanmış ve bu sistemler endüstriyel test alanlarında test edilmiştir. İvmeölçerler ve dönüölçerler MATLAB analitik simulator ve COVENTORWARE sonlu eleman simülatörü ile tasarlanmış ve en iyilenmiştir. İlk grup ürünler SOIMUMPs adlı ticari bir üretim süreci ile üretilirken, ikinci grup ürünler METU- MET tesislerinde geliştirilen elektrokaplama yöntemi ile üretilmiştir. Üçüncü grup ürünler halen geliştirilmekte olan DRIE bazlı yeni ve gelişmiş bir ürün süreci için tasarlanmıştır. viÜretilen ivmeölçerler ile dönüölçerlerin mekanik ve elektriksel test sonuçları tasarlanan değerlere çok yakın çıkmıştır. SOI ve nikel ivmeölçerlerin testleri endüstriyel ortamlarda da gerçekleştirilmiştir. Bu testleri gerçekleştiribilmek için ivmeölçerler, endüstriyel bir kapasitif okuma devrelerine hibrit bağlanmıştır. Bu ivmeölçer sistemleri sadece iki DC voltaj kaynağı ile beslenmekte ve ölçülen ivmeyle orantılı analog voltaj çıkışı vermektedir. Endüstriyel testler, SOI ivmeölçer sisteminin 799 [xg/VHz ortalama gürültü seviyesi, 1.8 mg/VHz tepe gürültü seviyesi, 22.2 mV/g orantı katsayısı, ve % 0.1 orantı katsayısı hatası olduğunu ve nikel ivmeölçer sisteminin 228 \ıgHHz ortalama gürültü seviyesi, 375 \ıgNHz tepe gürültü seviyesi, 1.02 V/g orantı katsayısı, % 0.23 orantı katsayısı hatası olduğunu göstermiştir. Uzun süreli sabit kayma ile açış-kapanış sabit kayma değerlerinin 20 mg'den küçük olduğu bulunmuştur. Bu sistemler Türkiye'de üretilen en yüksek performanslı mikroişlenmiş ivmeölçer sistemleri olup, ulusal ataletsel ölçüm birimi geliştirilmesinde kullanılabilirler. Anahtar Kelime: İvmeölçer, Jiroskop, Ataletsel Ölçüm Birimi, Mikroelektromekanik Sistemler (MEMS) ve mikroişlenmiş ataletsel sensörler. vıı
Özet (Çeviri)
ABSTRACT MEMS ACCELEROMETERS AND GYROSCOPES FOR INERTIAL MEASUREMENT UNITS Erişmiş, Mehmet Akif M.Sc, Department of Electrical and Electronics Engineering Supervisor: Prof. Dr. Tayfun Akın September 2004, 137 pages This thesis reports the development of micromachined accelerometers and gyroscopes that can be used for micromachined inertial measurement units (EVIUs). Micromachined EVIUs started to appear in the market in the past decade as low cost, moderate performance alternative in many inertial applications including military, industrial, medical, and consumer applications. In the framework of this thesis, a number of accelerometers and gyroscopes have been developed in three different fabrication processes, and the operation of these fabricated devices is verified with extensive tests. In addition, the fabricated accelerometers were combined with external readout electronics to obtain hybrid accelerometer systems, which were tested in industrial test facilities. The accelerometers and gyroscopes are designed and optimized using the MATLAB analytical simulator and COVENTORWARE finite element simulation tool. First set of devices is fabricated using a commercial foundry process called SOEVIUMPs, while the second set of devices is fabricated using the electroplating processes IVdeveloped at METU-MET facilities. The third set of devices is designed for a new advanced process based on DRTfi, which is under development. Mechanical and electrical test results of the fabricated accelerometers and gyroscopes are in close agreement with the designed values. The testing of the SOI and nickel accelerometers is also performed in industrial test environments. In order to perform these tests, accelerometers are hybrid connected to commercially available capacitive readout circuits. These accelerometer systems require only two DC supply voltages for operation and provide an analog output voltage related to the input acceleration. The industrial tests show that the SOI accelerometer system yields a 799 ng/VHz average noise floor, a 1.8 mg/VHz peak noise floor, a 22.2 mV/g sensitivity, and a 0. 1 % nonlinearity, while the nickel accelerometer system yields a 228 (xg/VHz average noise floor, a 375 fxg/VHz peak noise floor, a 1.02 V/g sensitivity, and a 0.23 % nonlinearity. Long-term drift components of the accelerometers are determined to be smaller than 20 mg. These systems are the highest performance micromachined accelerometer systems developed in Turkey, and they can be used in implementation of a national inertial measurement unit.
Benzer Tezler
- Inertial measurement units for motion control of surgical endoscopic robot
Cerrahi endoskopi robotunun hareket denetimi için ataletsel ölçüm birimleri
SERCAN ERAT
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BARBAROS ÖZDEMİREL
- Navigasyon hassasiyetini arttırmak için ataletsel ölçüm birimine tamamlayıcı filtre uygulanması
Implementation of complementary filter to inertial measurement unit to increase navigation sensitivity
MEHMET EMİN OKUDAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İSMAİL BAYEZİT
- Surface micromachined capacitive accelerometers using MEMS technology
MEMS teknolojisi ile yüzey mikroişlenmiş kapasitif ivmeölçerler
REFET FIRAT YAZICIOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2003
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TAYFUN AKIN
- Yönelim çıkarımı için arm tabanlı bir gömülü sistem tasarımı ve gerçeklenmesi
Design and implementation of an arm based embedded system for estimation of the orientation
SÜLEYMAN URMAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MÜŞTAK ERHAN YALÇIN
- Mini insansız hava araçları için bir fırçasız motor test sistemi geliştirilmesi
Development of a brushless motor test system for mini unmanned air vehicles
EZGİ ÇAKICI
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÖKHAN DINDIŞ