MEMS piezoelectric energy harvester for cochlear implant applications
Koklear implant uygulamaları için MEMS piezoelektrik enerji üreteci
- Tez No: 338449
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HALUK KÜLAH, PROF. DR. HASAN NEVZAT ÖZGÜVEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Kulak Burun ve Boğaz, Makine Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering, Otorhinolaryngology (Ear-Nose-Throat), Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2013
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 103
Özet
Bu tez çalışmasında, koklear implant kullanıcılarının batarya bağımlılıklarını azaltmaya yönelik yeni bir metod önerilmiştir. Önerilen metod kulak zarına bağlı olarak çalışan bir MEMS enerji üreticini kullanmaktadır. Enerji üreteci kulak zarı titreşimlerini elektriğe çevirmekte ve koklear implantı beslemektedir; böylece batarya değiştirme/şarj etme problemini azaltmaktadır. Önerilen metodun başka bir varyasyonu çoklu frekans enerji üreteci kullanılarak elektrik üretilmesi ve aynı zamanda titreşim frekansının belirlenmesidir. Üretilen elektrik sinyallerini kokleanın ilgili bölgelerine ulaştırarak işitme sinirleri uyarılabilmektedir. Böylece, kokleanın çalışma prensibini elektro-mekanik olarak mimic eden bir enerji üreteci ile tamamen vücut içinde ve kendi enerjisini sağlayabilen bir koklear implant gerçekleştirilmiş olacaktır. Modelleme, tasarım ve optimizasyon çalışmaları çalışma koşullarını hesaba katarak yapılmıştır. Kulak zarının ve enerji üretecinin birbirine yakın kütle ve esnekliklerinin olmasından dolayı yapılar sonlu elemanlar metodu (SEM) kullanarak entegre edilmiştir. Başlangıçta, enerji üreteci modeli geliştirilmiş ve makro boyutta bir prototiple doğrulanmıştır. Daha sonra, SEM kullanılarak bir membran modeli geliştirilmiştir. Son aşamada, bu iki yapı birleştirilmiş ve optimizasyon çalışmaları yapılmıştır. Piezoelektrik enerji üreteçlerini üretmek için diğer metodlar arasında yüksek gerinim katsayılarından ve yüksek güç potansiyeli olmasından ötürü hazır piezoseramik yapılar tercih edilmiştir. Bu piezoseramik yapıların MEMS yapılarına entegrasyonu amacıyla bir üretim metodu uygulanmıştır. Üretim aşamaları düşük sıcaklıkta yapıştırma ve inceltme işlemlerini de kapsamaktadır. Son olarak üretilen cihaz test edilmiş ve 0.1g ivme altında rezonans frekansı olan 474 Hz de titreşirken 1.33 uW güç üretmiştir.
Özet (Çeviri)
This thesis proposes a novel method for eliminating the battery dependency of cochlear implant users. The proposed method utilizes a MEMS harvester mounted onto the eardrum. The harvester converts the vibrations of the eardrum to electricity and supplies the generated electricity to the cochlear implant; thus, reducing the battery replacement/recharge problems. As an extension of the proposed method, by utilizing a multi-frequency harvester, electricity can be generated while sensing the frequency of the vibration. By transferring the generated electrical signals to corresponding regions inside the cochlea, auditory nerve can be stimulated. Thus, a fully implantable and self-powered cochlear implant can be realized with the harvester, which electromechanically mimics the operation of cochlea. Modeling, design, and optimization studies are conducted by considering operational conditions. Due to comparable mass and stiffness parameters of the eardrum and the harvester, structures are coupled using finite element method (FEM). Initially, the harvester is modeled, and a macro-scale prototype is fabricated for verification. Then, a membrane model is developed utilizing FEM. Eventually, these structures are coupled and optimized. Among possible methods for fabrication of piezoelectric energy harvester, bulk piezoceramics is preferred due to its high strain coefficients and high output power potential. A fabrication method is implemented to integrate piezoceramics into MEMS. The fabrication process involves low-temperature bonding and thinning processes. Finally, the fabricated devices are tested, and it is shown that the harvester is capable of supplying electrical power of 1.33 uW at 0.1g while resonating at its resonance frequency of 474 Hz.
Benzer Tezler
- Design and implementation of an interface circuit for piezoelectric energy harvesters
Piezoelektrik enerji üreteçleri için arayüz devresi tasarımı ve uygulaması
SALAR CHAMANIAN
Doktora
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALUK KÜLAH
DOÇ. DR. ALİ MUHTAROĞLU
- Flexible PVDF-TrFe piezoelectric energy harvesters for structural health monitoring applications in wind turbines
Rüzgar türbini yapısal sağlık kontrol uygulamaları için esnek PVDF-TrFe piezoelektrik enerji hasatçısı
BERKAY KULLUKÇU
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ LEVENT BEKER
- Fully autonomous piezoelectric energy harvesting interface circuit utilizing low profile nonlinear switching technique
Düşük profilli doğrusal olmayan anahtarlama tekniğikullanan tam otonom piezoelektrik enerji üreteci arayüz devresi
BERKAY ÇİFTCİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALUK KÜLAH
- A novel micro piezoelectric energy harvesting system
Yeni bir mikro piezoelektrik enerji harmanlayıcı sistemi
TOLGA KAYA
Doktora
İngilizce
2007
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. ALİ ZEKİ
Y.DOÇ.DR. HÜR KÖŞER
- Piezo ve ısı tabanlı düşük güç enerji hasatlayıcı uygulaması
Low powered hybrid piezolectric and termal energy harvester applications
FİLİZ ÇOLAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAkdeniz ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞÜKRÜ ÖZEN