Geri Dön

A wide-bandwidth high-sensitivity MEMS gyroscope

Geniş bant aralığına sahip yüksek hassasiyetli MEMS dönüölçer

  1. Tez No: 224018
  2. Yazar: KORHAN ŞAHİN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. TAYFUN AKIN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2008
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
  12. Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 143

Özet

Bu tez çevresel basınç değişimlerine dayanıklı, geniş bant aralığına sahip, yüksek hassasiyetli ve etkileşimsiz MEMS dönüölçer geliştirilmesini anlatmaktadır. Geniş bant aralığına sahip yüksek hassasiyetli dönüölçüm işlemi bu çalışmada önerilen yeni tasarlanmış bir 2 serbestlik dereceli algılama modu osilatörü tarafından sağlanmaktadır. Bu yeni tasarım algılama modu osilatörü, mod frekansı eşleştirmeli dönüölçerlerin hassasiyet seviyelerine yaklaşırken, taktik amaçlı ve ataletsel seyrüsefer denetlemesi amaçlı uygulamaların gerektirdiği geniş bant aralığını sağlamaktadır. Tasarlanan dönüölçer ODTÜ Mikroelektronik tesislerinde geliştirilen cam-üzeri-silisyum mikroişleme yöntemiyle üretilmiştir. Üretilen dönüölçer yalnızca 5,1 x 4,6 mm2'lik bir yüzey alanı kaplamaktadır.Tasarlanan dönüölçerin sürüş modu osilatörü 25 mTorr vakum altında 8760 kalite faktörü göstermiştir. Algılama modu osilatörü 40 V potansiyel altında 2,5 kHz bant aralığı göstermektedir. Tasarlanan algılama modu osilatörü 1 kHz bant aralığıyla çalıştırıldığında 131 uV/(derece/s) işlenmemiş dönü hassasiyetine sahiptir.Üretilen dönüölçer METU-MEMS grubunda tasarlanan devrelere bağlanarak bütün bir açısal hız ölçüm sistemi hazırlanmıştır. Bu sistemin orantı katsayısı 13,1 mV/(derece/s) olarak ölçülürken, orantı katsayısının çevresel basıncın 40 mTorr ve 500 mTorr arasında değiştirilmesine gösterdiği duyarlılık sadece % 0,38 olarak gözlemlenmiştir. Bu şartlar altında R kare orantı katsayısı hatası en yüksek % 0,0006, orantı katsayısının yüzdesel doğrusallıktan en yüksek sapması % 0,141 olarak ölçülmüştür. Üretilen açısal dönüş hızı ölçüm sistemi 131 derece/saat sabit kayma kararlılığı ve 1,15 derece/ kök saat açısal rastgele hareket değeri göstermektedir.Tasarlanan dönüölçerin düşük gürültülü elektronik devrelere bağlanmasıyla elde edilecek açısal hız ölçüm sistemi, taktik amaçlı uygulamaların gerektirdiği yüksek hassasiyeti sağlarken, çevresel basınç değişimlerine karşı yüksek dayanım göstereceği sonucuna varılmıştır.

Özet (Çeviri)

This thesis reports the development of a wide-bandwidth high-sensitivity mode-decoupled MEMS gyroscope showing robustness against ambient pressure variations. The designed gyroscope is based on a novel 2 degrees of freedom (DoF) sense mode oscillator, which allows increasing the operation bandwidth to the amount required by tactical-grade and inertial-grade operations while reaching the mechanical sensitivity of near matched-mode vibratory gyroscopes. The designed gyroscope is fabricated using the in-house developed silicon-on-glass (SOG) micromachining technology at METU Microelectronics facilities. The fabricated gyroscope measures 5.1 x 4.6 mm2.The drive mode oscillator of the gyroscope reaches quality factor of 8760 under 25 mTorr vacuum environment. The sense mode bandwidth is measured to reach 2.5 kHz at 40 V proof mass voltage. When the fabricated gyroscope is operated with a bandwidth of 1 kHz, measurements show a relatively high raw mechanical sensitivity of 131 uV/(deg/s).Fabricated gyroscope is hybrid connected to external electronics developed at METU-MEMS research group. The scale factor is measured to be 13.1 mV/(deg/s) with a maximum R square nonlinearity of 0.0006 % and a maximum percent deviation nonlinearity of 0.141 %, while the maximum deviation of the scale factor for large vacuum level variations between 40 mTorr to 500 mTorr is measured to be only 0.38 %. The bias stability and angle random walk of the gyroscope are measured to be 131 deg/h and 1.15 deg/roothour, respectively.The proposed 2 DoF sense mode oscillator design shows the potential of tactical-grade operation, while demonstrating extreme immunity to ambient pressure variations.

Benzer Tezler

  1. Optimization of collapsed mode cmut receiver for maximum off-resonance sensitivity

    Çökme modu cmut alıcısının rezonans altı duyarlılık hassasiyet eniyileştirilmesi

    MANSOOR KHAN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HAYRETTİN KÖYMEN

  2. Birim kazançlı akım izleyici tasarımı ve aktif devrelere uygulanışı

    Unity gain current follower design and applications to active circuits

    ERHAN ERGÜN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2008

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOndokuz Mayıs Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. MUSTAFA ULUTAŞ

  3. Optik haberleşme için lazer sinyali tabanlı düşük maliyetli devre tasarımı uygulaması

    Laser signal based low cost circuit design application for optical communication

    BERKAY ÇAVUŞ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBursa Uludağ Üniversitesi

    Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ŞEKİP ESAT HAYBER

  4. Laboratory testing of effects caused by landslides triggered by earthquakes through utilizing fiber optic methods

    Depremlerin tetiklediği heyelanların yaratmış olduğu etkilerin fiber optik yöntemlerle laboratuvarda test edilmesi

    CEM DEMİR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    İnşaat MühendisliğiHacettepe Üniversitesi

    Geoteknik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MUSTAFA KEREM KOÇKAR

  5. New approaches on the enhancement of side channel attack measurements against cryptographic devices

    Kripto aygıtlarına karşı yapılan yan kanal atak ölçümlerinin iyileştirilmesi üzerine yeni yaklaşımlar

    AHMET EMİN BEKMEZCİ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İSMAİL SERDAR ÖZOĞUZ