Design and characterization of a MEMS membrane for a fiber optic microphone
Fiber optik mikrofon için MEMS diyafram tasarımı ve karakterizasyonu
- Tez No: 550348
- Danışmanlar: PROF. DR. BARIŞ BAYRAM
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- 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: 92
Özet
Bir fiber optik MEMS mikrofonunun en kritik kısmı, algılama elemanıdır. Algılama elemanı, yani diyafram, mikrofonun istenilen hassasiyette istenen aralıkta çalışacağı şekilde tasarlanmalıdır. Bu tezde, sesli frekans aralığına yanıt veren bir fiber optik mikrofonda kullanılması amaçlanan bir MEMS diyafram tasarlanmış ve karakterize edilmiştir. Bu diyafram elektriksel olarak bükülebilir olmakla birlikte, simetrik olarak yerleştirilmiş hava deliklerine sahiptir. Tasarım, ticari olarak temin edilebilen multi-user multi project service (POLYMUMPS, MEMSCAP Inc., Fransa) aracılığıyla mikro-üretilmiştir. Diyaframın optik ve elektriksel karakteristikleri sırasıyla empedans analizörü ve lazer vibrometre ile gerçekleştirilmiştir. Tasarım optik interferometri bazlı mikrofonlarda kullanılacağından, diyaframın yüzeyi altın kaplıdır. Membranın geçici ve denge durumu tepkileri analiz edilmiştir ve diyaframın hem genel hem de bölgesel tepkisi elde edilmiştir. Diyaframın temel rezonansı 28 kHzdir. 100 mV tepeden tepeye gerilim ve 1V DC eğimleme gerilimi koşulları altında yapılan lazer vibrometre ölçümlerinden, en yüksek yer değiştirmenin 10 nm olduğu bulunmuştur. Uygulanan gerilim basınca dönüştürüldükten sonra diyaframın hassasiyeti 28 kHzde 40 nm/Pa olarak hesaplanmıştır. Tasarımın bölgesel analizi yapılarak simetri de doğrulanmıştır. Bu tez, optik mikrofonlar için MEMS membranının tasarımında yeni bir yaklaşım sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
The most critical part of a fiber optic MEMS microphone is the sensing element. The sensing element, membrane, is designed such that the microphone operates in the desired range with desired sensitivity. In this thesis, a MEMS membrane is designed and characterized which is aimed to be used in a fiber optic microphone with responsivity to the audible frequency range. This membrane is electrically deflectable and it has symmetrically located air holes. The design is microfabricated through the commercially available multi-user multi-project service (POLYMUMPS, MEMSCAP Inc., France). The optical and electrical characterizations of the membrane are performed by impedance analyzer and laser vibrometer, respectively. Since the design is to be used in an optical interferometry based microphones, the surface of the membrane is coated by gold. The transient and steady state analysis of the membrane is utilized and both the overall and the spatial response of the membrane is obtained. The fundamental resonance of the membrane is 28 kHz. From laser vibrometer measurements under 100 mV peak-to-peak voltage and 1V DC bias conditions, the peak displacement is found to be 10 nm. The applied voltage is converted to the pressure and the sensitivity of the membrane is calculated to be 40 nm/Pa at 28 kHz. By spatial analysis of the design, symmetry is also verified. This thesis offers a new approach to the design of MEMS membrane for optical microphones.
Benzer Tezler
- MEMS sensor platform for vital monitoring under mri and intraocular pressure measurement
Yaşamsal işaretlerin ve göz içi basıncın ölçülmesine yönelik MEMS basınç ölçer platformunun geliştirilmesi
PARVIZ ZOLFAGHARI
Doktora
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ONUR FERHANOĞLU
- Design and fabrication of fiber optic integrated sensor microsystem for interventional medical devices
Girişimsel tıbbi cihazlar için fiber optik tümleşik algılayıcı mikrosistem tasarımı ve üretimi
OĞUZ KAAN ERDEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
BiyomühendislikBoğaziçi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ARDA DENİZ YALÇINKAYA
- Optimization of piezo-fiber scanning architecture for low voltage, 3D and unwarped actuation
Alçak gerilimli, 3B taramalı, eğriliği düzeltilmiş piezoelektrik fiber tarama mimarisi
RAMIN KHAYATZADEH
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Assist. Prof. Dr. ONUR FERHANOĞLU
- Design and characterization of a robust MEMS membrane under residual stress
Kalıntı gerilimi altında dayanıklı MEMS diyaframların tasarımı ve karakterizasyonu
MUSTAFA ANIL BOZYİĞİT
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BARIŞ BAYRAM
- Process development for microfabrication of phase reversal CMUT devices for structural health monitoring and development of dynamic characterization processes for mems applications
Yapısal sağlık izleme için fazı tersine çeviren CMUT cihazlarının mikroüretimi için süreç geliştirilmesi ve MEMS uygulamaları için dinamik karakterizasyon süreçlerinin geliştirilmesi
MERVE MİNTAŞ KÜÇÜK
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Mühendislik Bilimleriİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. ABDULLAH ATALAR
DR. MEHMET YILMAZ