Design, fabrication and operation of a very high intensity CMUT transmit array for beam steering applications
Yüksek yoğunluklu CMUT iletim dizilerinin ışın yönlendirme uygulamarı için tasarımı, üretimi ve kullanımı
- Tez No: 654115
- Danışmanlar: Prof. Dr. HAYRETTİN KÖYMEN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 112
Özet
Işın hüzmeleme hedefleyen havada ultrason iletim sistemleri bazı çalışmalarda gösterilmiş olmasına rağmen; yüksek yoğunlukta çalışan kapasitif mikroişlenmiş ultrasonik dönüştürücüler (CMUTs) için ışın yönlendirme ve hüzmeleme uygulamaları henüz başarılamadı. CMUT'lar diğer benzer ultrason dönüştürücülerde de olduğu gibi geniş bant aralığı sağlayabilmek için bir kayıp mekanizması kullanırlar. İletim plakası ve alt elektrot arasındaki boşluk ve yüksek doğru akım öngerilme faaliyeti nedeniyle, kısıtlı miktarda plaka salınımıyla sınırlıdır. CMUT'lar öngerilimsiz çalıştırılarak yüksek şiddetli ultrason üretecek şekilde tasarlanabilir. Bu çalıştırma modu plakanın hiç çökmeden tüm boşluk boyunca salınım yapmasına müsade ederek daha yüksek şiddette çalışmasını sağlar. Bu çalışmada mekanik frekansın yarı değerinde sürülen CMUT dizileri tasarlamak için bir eşdeğer devre modeli kullandık. Kullandığımız bu modeli sonlu eleman analizi (FEA) yontemi ile dogruladık. CMUT diziler, anodik yonga levhası bağlama, bir litografi maskesi ve bir gölge maskesi içeren özelleştirilmiş mikrofabrikasyon aşamaları kullanarak çoklu konfigürasyonlarda üretildi. Mikrofabrikasyonu tamamlanmış cihazları karakterize etmek için empedans ölçümleri yaptık. Atımlı konfigürasyon rezonans frekansında sürülen 2x2'lik şekilde üretilmiş CMUT dizisinde, dizi yüzeyi referans olarak kabul edilerek, şimdiye kadar bildirilmiş en yüksek yoğunluklu basınç degerini, 144 dB // 20uPa, deneysel olarak elde ettik. Bu dizi ayrıca bütün yarım uzayı kaplayan yüksek yoğunluklu ışın hüzmeleme ve yönlendirme kapasitesine sahiptir. Diziden elde edilen ışın profili teorik hesaplamalar ile mükemmel bir seviyede örtüşmektedir. Genlik ve faz dengesinin sabit kalması bu cihazları park yardımı, hareket tanıma ve dokunmatik ekran gibi uygulama alanlarında ilgi çekici kılmaktadır.
Özet (Çeviri)
Several studies have reported airborne ultrasound transmission systems focused on achieving beamforming. However, beam steering and beamforming for capacitive micromachined ultrasonic transducers (CMUTs) at high intensity remains to be accomplished. CMUTs, like other ultrasonic transducers, incorporate a loss mechanism to obtain a wide bandwidth. They are restricted to a limited amount of plate swing due to the gap between the radiating plate and the bottom electrode, along with a high dc bias operation. CMUTs can be designed to produce high-intensity ultrasound by employing an unbiased operation. This mode of operation allows the plate to swing the entire gap without collapsing, thus enabling higher intensity. In this study, we use an equivalent circuit-based model to design unbiased CMUT arrays driven at half the mechanical frequency. This model is cross verified using finite element analysis (FEA). CMUT arrays are produced in multiple configurations using a customized microfabrication process that involves anodic wafer bonding, a single lithographic mask, and a shadow mask. We use impedance measurements to characterize the microfabricated devices. We experimentally obtained the highest reported intensity of 144 dB // 20uPa referred to the array surface using a microfabricated 2×2 CMUT array driven at resonance in a pulsed configuration. This array is also capable of beam steering and beamforming at a high intensity such that it can steer the entire half-space. The beam obtained from the array is in excellent agreement with the theoretical predictions. The amplitude and phase compensation for the devices remain constant that makes these arrays attractive for applications involving park assist, gesture recognition, and tactile displays.
Benzer Tezler
- Kazık taşıma gücünün sonlu elemanlar yöntemi kullanarak kohezyonlu lineer olmayan zemin davranışında incelenmesi
A study on the single pile bearing capacity computed with finite element method
CUMHUR TOKGÖZ
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. M. TUĞRUL ÖZKAN
- Beton esaslı giydirme cephe sistemleri
Concrete curtain wall systems
CANER GÖÇER
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiYapı Bilgisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OKTAY CANSUN
- Metal infiltre edilmiş mikro poroz karbon kompozitlerin aşınma ve sürtünme davranışının karakterizasyonu
Başlık çevirisi yok
GÜLTEKİN GÖLLER
Doktora
Türkçe
1997
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADNAN TEKİN
- Elektroerozyon tezgahları ve spesifik parçalar için elektrod takım imalatı metodları
Başlık çevirisi yok
TEKİN KAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2000
Makine MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMakine Eğitimi Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. RECEP YENİTEPE
- Akustik yüzey dalga esasına dayanan filtrlerin analizi, tasarımı ve GSM sistemindeki uygulamaları
Analysis and design of saw filter and saw filter applications in GSM
H.CEMİL KARAGÜZEL
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERGÜL AKÇAKAYA