Geri Dön

Improved modeling of capacitive micromachined ultrasonic transducers (CMUTS)

Başlık çevirisi mevcut değil.

PDF İndir

  1. Tez No: 648294
  2. Yazar: REMZİ ERKAN KEMAL
  3. Danışmanlar: PROF. DR. TAYLAN AKDOĞAN, DR. GÖKSEN GÖKSENİN YARALIOĞLU
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2020
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Özyeğin Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 150

Özet

Kapasitif mikro işlenmiş ultrasonik dönüştürücüler akademide ve endüstride 20 yıldan fazla süredir yoğun olarak çalışılmaktadır. Geleneksel ultrasonic görüntüleme, piezoelektrik dönüştürücüler üzerine kurulmuştur. Ancak kapasitif mikro işlenmiş ultrasonik dönüştürücüler daha geniş frekans bantlı olmaları, kolay fabrikasyonu ve geniş 2 boyutlu üretilebilirliği, birleştirilmiş devreler ile uyumu, düşük maliyet özellikleri bakımından piezoelektrik dönüştürücülerden üstündür. Kapasitif mikro işlenmiş ultrasonik dönüştürücülerin sağladığı dizayn rahatlığı ile, düzgün olmayan şekiller dahil olmak üzere farklı boyut ve geometrilerde kompleks dönüştürücüler üretilebilir. Bu durum medical görüntüleme topluluğunda hızlı ve doğru modelleme araçları geliştirilmesi gereğini doğurmuştur. Bu tezde, kapasitif mikro işlenmiş ultrasonic dönüştürücüler için geliştirilmiş olan iki method; eş değer devre ve sonlu element modellerini gösterdik. Sınırlı element modelleri farklı membran geometrilerini değerlendirip bu dönüştürücülerin performansını doğru bir şekilde verir. Ancak, bu method eşdeğer devre modellerine kıyasla oldukça uzun sürmektedir ve seri simülasyonların gerekli olduğu optimizasyon için uygun değildir. Bundan dolayı optimizasyon için eş değer devreler tercih edilir. Bir çok eşdeğer devre modeli sunulmuştur. Ancak frekans bandını doğru bir şekilde elde edebilmek için kapasitif mikro işlenmiş ultrasonic dönüştürücü anti-rezonansının eş değer devre tarafından eklenmesi gerekir. Bu tezin ilk amacı Kapasitif mikro işlenmiş ultrasonik dönüştürücülerin frekans bandını ve anti-rezonans frekanslarını gösteren yeni bir devre tasarlamaktır. Tezin ikinci amacı ise akustik anjiyografi uygulamaları için ultra geniş frekans bantlı kapasitif mikro işlenmiş ultrasonik dönüştürücüler dizayn etmektir. Şuanda bu uygulama için çift frekanslı dönüştürücüler kullanılmaktadır. Bu işlemde iki set dönüştürücü kullanılır; Bir tanesi düşük frekansta ultrasonik dalga yollar, diğeri de ilk gönderilen dalganın hücreden gelen harmoniklerini algılar. Bu işlem dönüştürücülerin frekans bandının dikkatli şekilde ayarlanmasını gerektirir ve bundan dolayı oldukça komplekstir. Bazı bilgiler algılanamayan harmoniklerde kaybedilebilir. Diğer bir zorluk ise dönüştürücülerin ortak eksen üzerinde, alıcının oluşturulan ultrasonic dalgaların çoğunu algılayacağı biçimde yerleştirilmesidir. Bundan dolayı, eğer dönüştürücü frekans bandı yeterince geniş yapılabilirse, sadece bir tek dönüştürücü kullanılabilir ve böylece işlem daha az kompleks olur ayrıca daha fazla harmonic algılanabilir. Bundan dolayı tezin ikinci kısmı maksimum frekans bandı elde etmek için membrane geometrisini, boyutunu ve eletrot alanini optimize etmeye odaklanmıştır. Bu tez çerçevesinde, anti-rezonans frekansı üzerinde çalışarak yeni bir membrane geometrisi ortaya koyarak çok geniş bantlı dönüştürücü ortaya koyduk. Membran geometrisi düz olmadığı için bu tezin ilk kısmında geliştirdiğimiz eşdeğer devre bu dönüştürücü bandını doğru şekilde bulamamakta. Bundan dolayı tezin ikinci kısmında çok geniş frekans bandı elde etmek üzere farklı membran geometrileri dizaynı için sonlu elemet modeli kullandık.

Özet (Çeviri)

Capacitive micromachined ultrasonic transducers (CMUTs) have been studied intensively in academia as well as in industry over the last two decades. Traditional ultrasound imaging technology mainly relies on piezoelectric transducers whereas CMUTs provide advantages such as providing wide bandwidth operation, ease of fabrication, potential to fabricate large 2D arrays, integration with IC and low cost. With the design flexibility that CMUTs offer, it is possible to fabricate complex CMUT structures with different sizes and shapes including non-uniform membranes. This necessitates development of fast and accurate modeling tools for medical imaging community. In this thesis we demonstrate two methods that were developed to simulate the frequency of a CMUT, namely; Equivalent circuit models and finite element models (FEM). FEM provide very accurate calculations for various membrane geometries and evaluate the device performance. However, FEM analysis is much more time consuming compared to equivalent circuit models and it typically is not suitable for optimization where a series of simulations are required. Therefore, equivalent circuit models are preferred for the device optimization. There are several equivalent circuits models were presented previously. However, to be able to obtain frequency bandwidth accurately, anti-resonance of a CMUT must be included by the equivalent circuit. The first focus of the dissertation is to develop a new equivalent circuit model to simulate frequency bandwidth of a CMUT including anti-resonances. The second aim of the dissertation is to design and simulate of ultra-wide bandwidth CMUTs for acoustic angiography applications. Currently, dual-frequency transducers are used for this application. In this process, two sets of transducers are used; one of them transmits ultrasonic waves at low frequencies and the other one receives the harmonic waves of the incident ultrasound, which is coming from the tissue. The process requires precise designing the transducers bandwidths and hence is overly complex. Moreover, some of the information may be lost with undetected harmonics. Another difficulty arises due to the fact that it is difficult to align the transducers coaxially so that most of the generated ultrasound is detected by the receiver. However, if a transducer bandwidth can be increased enough, a single transducer can be used and hence both the design complexity of the process is reduced and more harmonics can be detected. Therefore, the second part of this thesis focuses to optimize plate size and geometry as well as electrode area to obtain maximum frequency bandwidth. Within the frame work of this dissertation, we demonstrated very high bandwidth transducers by introducing novel membrane geometries where we engineered the anti-resonance frequencies. Since the membrane geometry is not uniform the equivalent circuit model that was developed in the first part of the thesis is not accurate to estimate the bandwidth. Therefore, in the second part of the thesis, we used FEM analysis to design various membrane geometries to achieve very wide bandwidth.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    512340

    The behoavioral modeling and an application of SAR ADC

    SAR ADC'nin davranışsal modeli ve uygulaması

    MERİÇ ECE ZEDELİ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALİ TOKER

  2. Tez No

    637043

    Üç fazlı gerilim kaynaklı da/aa eviriciler için kesir dereceli kontrol sistemi tasarımı

    Design of fractional-order control systems for three-phase voltage source DC/AC inverter

    OZAN GÜL

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİnönü Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NUSRET TAN

  3. Tez No

    467190

    Synthesis of some functional conducting polymers, characterization, Mott-Schottky analysis and sensor applications

    Bazı fonksiyonel iletken polimerlerin sentezi, karakterizasyonu, Mott-Schottky analizi ve sensor uygulamaları

    TOLGA KARAZEHİR

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ

    PROF. DR. MURAT ATEŞ

  4. Tez No

    485287

    Development of multi-layer conductive polymer nanocomposites for electromagnetic shielding application

    Elektromanyetik kalkanlama uygulamaları için katmanlı iletken polimer nano kompozitlerinin geliştirilmesi

    FATMA ZEHRA ENGİN SAĞIRLI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. EYÜP SABRİ KAYALI

    PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ

  5. Tez No

    705086

    Optimization the placement and sizing of wind turbines and capacitor banks in the distributed system by hyper spherical search (HSS) algorithm

    Hyper küresel arama (HSS) algoritması ile dağıtım sisteminde rüzgar türbinleri ve kapasitör bankalarının yerleştirilmesi ve boyutlandırılması

    MONA FARNEJAD

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKaradeniz Teknik Üniversitesi

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HALİL İBRAHİM OKUMUŞ

Geri Dön