Model validation and performance analyses for mems design
Mikro-elektro-mekanik sistem tasarımında model doğrulama ve performans analizleri
- Tez No: 182072
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. İPEK BAŞDOĞAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilim ve Teknoloji, Makine Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Science and Technology, Mechanical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2006
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 84
Özet
Mikro-elektro-mekanik sistemler geleceğin yeni ve gelişen teknolojileri arasında yeralmaktadır ve çok çeşitli alanlarda uygulamaları bulunmaktadır. Bu tarz sistemlerinperformanslarını tasarım sürecinde önceden tahmin etmek, tasarım maliyetini büyük ölçüdedüşürürken, tasarım kalitesini de arttırabilir. Bu çalışmada, mikro sistemlerin performanslarınıönceden saptamak için geliştirilen model doğrulama ve tasarım metotları sunulmaktadır.Geliştirilen metotları uygulamak için iki boyutlu bir mikro tarayıcı ayna örnek sistem olarakseçilmiştir. Model doğrulama metodu, sonlu elemanlar yöntemiyle oluşturulmuş modelin,mikro sistemlerin düzleme dik olan titreşimlerini ölçmek için kullanılan deneysel modalanaliz düzeneği yardımıyla doğrulanmasını içermektedir. Deney düzeneğinde titreşimsinyallerini mikro sisteme temas etmeden ölçmek için Laser Doppler Vibrometer (LDV)kullanılmaktadır. Mikro sistemdeki titreşim sinyallerini ölçmek için deneysel bir yöntemgeliştirilmiş ve bu yöntemle toplanan veriler MATLAB ve bir modal analiz programı olanME'scope kullanılarak işlenmiştir. Sonlu elemanlar modeli ve deneysel sonuçlar, modeldekikusurları ortaya çıkarmak için karşılaştırılmıştır. Doğrulanan sonlu elemanlar modeli, yenitasarım çalışmaları için oluşturulan durum-yer (state-space) gösterimini elde etmek içinkullanılmıştır. Tarayıcı aynanın bozunma analizlerinde (Disturbance Analysis), bozucu torketkisi altındaki aynanın dönme açısının standart sapması (RMS) Lyapunov yaklaşımıyardımıyla hesaplanmış ve bu işlem için de durum-yer modeli kullanılmıştır. Sistemperformansını arttırmak üzere kullanılacak kritik tasarım parametrelerini saptamak için,bozunum analizleri, bozunum hassasiyet analizleri (Disturbance Sensitivity Analysis) ilebirleştirilmiştir. Bozunum hassasiyet analizlerine ek olarak tasarım parametrelerinin modalhassasiyetleri de incelenmiştir. Bu analiz, tasarım parametrelerinde küçük değişiklikleryaparak sistemin doğal frekanslarının buna bağlı değişimlerinin gözlenmesiyleoluşturulmuştur.Bu tezde sunulan bir başka çalışma da, analitik formüller yardımıyla mikro sistemin doğalfrekanslarının hesaplanmasıdır. Bu çalışma, bu tezde kullanılan mikro sisteme özgü olmasınarağmen, tasarımda yüksek frekans koşulları ve sistemin belli doğal frekanslarının birbirinden1ayrılması söz konusu ise erken tasarım aşamasında tasarımcı mühendis için çok değerli birbilgi olabilir.Düzlem içindeki titreşimlerin ölçülmesinde kullanılabilecek bir deney düzeneği ve ölçümmetodu da bu tezde bütünlüğü sağlamak için sunulmuştur. Fakat, düzlem içi titreşimölçümlerinin sonuçları şu anda mevcut değildir ve gelecekte yapılacak çalışmalarabırakılmıştır.2
Özet (Çeviri)
Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) are among the new and emergingtechnologies of the future and have many applications in different disciplines. Predicting theperformance of such systems early in the design process can significantly impact the designcost and also improve the quality of the design. This thesis presents the model validation anddesign methodologies developed to predict the performance of the micro systems. A two-dimensional micro scanner mirror was chosen as the case study to demonstrate the developedmethodologies. The model validation methodology includes the verification of the finiteelement model using an experimental modal analysis setup for measuring the out-of-planevibrations of the micro devices. The setup includes a laser doppler vibrometer (LDV) that isused to pick up signals without contacting the micro structure. An experimental procedurewas developed to collect the vibration data and then the data were processed by usingMATLAB and modal analysis software ME?scope. The finite element analysis andexperimental results were compared to identify the inaccuracies in the modeling assumptions.Validated finite element model was used to obtain the state space representation of themicroscanner mirror to proceed further with additional design studies. The state space modelwas used for disturbance analysis which was performed using Lyapunov approach to obtainroot mean square (RMS) values of the mirror rotation angle under the effect of a disturbancetorque. The disturbance analysis framework was combined with the sensitivity analysis todetermine the critical design parameters for improving the system performance. In addition tothe disturbance sensitivity analysis, modal sensitivities of the design parameters were alsoinvestigated. This analysis was conducted by perturbing the design parameters andinvestigating the change in the modal frequencies.Another study that was conducted in this thesis was the prediction of the modalfrequencies of the micro device using analytical formulations. Although this analysis is veryspecific to the micro device used in this thesis, it may provide valuable information to theengineer at the initial design stage especially when high frequency requirements andseparation of vibration modes are very critical.1The in-plane vibration setup and the measurement procedure is also explained in thisthesis for completeness. However, the results of the in-plane measurements are not availablecurrently and left for a future work.2
Benzer Tezler
- Design modeling and characterization of electrostatically actuated microscanners
Elektrostatik tahrikli mikro-tarayıcıların tasarımı, modellenmesi ve karakterize edilmesi
ÇAĞLAR ATAMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2004
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HAKAN ÜREY
- A mems based drug effect analysis system utilizing droplet microfluidics
Damlacık microakışkanlarını kullanan mems tabanlı ilaç etkisi analiz sistemi
METİN DÜNDAR ÖZKAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALUK KÜLAH
DOÇ. DR. ENDER YILDIRIM
- İvmeölçer hata parametrelerinin analizi, kalibrasyonu ve modellenmesi
Analysis, calibration and modeling of error parameters of accelerometer
ÖZGE KARAKOÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAnkara ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÖKHAN SOYSAL
- Performance and degradation evaluation of a combined cycle power plant
Kombine çevrim bir güç santralinin performans ve yaşlanmasının değerlendirilmesi
TUĞRUL BAŞARAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
EnerjiSabancı ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MAHMUT F. AKŞİT
- Modelling, analysis and experimental validation of vibration of electric motors
Elektrik motorlarının titreşimlerinin modellenmesi, analizi ve deneysel olarak doğrulanması
DENİZ BİLGİLİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KENAN YÜCE ŞANLITÜRK