Particle sensing with narrowband microwave split-ring resonator
Dar-bantlı mikrodalga bölünmüş halka rezanatörleri ile partikül algılama
- Tez No: 695655
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. MEHMET SELİM HANAY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyoteknoloji, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Biotechnology, Electrical and Electronics Engineering, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 97
Özet
Mikrodalga rezonatörler, herhangi bir etiketleme olmaksızın tek hücreleri gerçek zamanlı olarak algılamak için güçlü bir platform sağlar. İlk bölümde, iç içe geçirilmiş bölünmüş halka rezonatörü geometrisine sahip yenilikçi bir mikrodalga sensörü tasarlanmıştır. Aynı zamanda mikro akışkan kanallar ile entegrasyonu sağlanmıştır. Rezonatör rezonans frekansında sürülürken, kanaldan geçen hücreler bu rezonans frekansı değerini kaydırır. Burada frekans kayması genliğine bakılarak, geçen hücre (veya mikroparçacık) ile ilgili bilgi edinilebilir. Bu sensörün tasarım aşamasında çoğunlukla simülasyonlar kullanılmıştır. Bu şekilde yapılan sensörden alınan sonuçlar, teori ile de uyum göstermektedir. Sensörün performansını değerlendirmek amacıyla polistiren partiküller ile deneyler yapılmıştır. Polistiren parçacıkların kanaldan geçişi ortalama 140kHz kayma sağlarken, gürültü seviyesi ortalama 1.2kHz değerindedir. Performansı gerçek koşullarda değerlendirmek amacıyla, tekil hücre deneyleri de yapılmıştır. Bu deneylerde bir tane hücre seçilmiştir ve aynı hücre tekrar tekrar hassas bölgeden geçirilmiştir. Bunun sonucunda olan frekans kaymaları kaydedilmiştir. Ortalama frekans kayması 44kHz, sinyal ve gürültü oranı ise 140 değerinin üzerindedir. Verilerdeki kümeye ait standart sapma ise 9.33kHz değerindedir. Yaratıcı mikroakışkan kanalı tasarımları ile bu varyasyonlar azaltılabilir. İkinci bölümde ise, ölçüm kurulumunu iyileştirmeye yönelik çalışmalar yapılmıştır. Bu sefer bölünmüş halka rezonatörü geometrisine sahip bir sensör üretilmiş ve transistör seviyesinden kurulan bir osilatör ile entegrasyonu sağlanmıştır. Bu konfigürasyon sayesinde, tasarım basamağında belirtilen tüm gerekler sağlanmıştır. Örnek olarak, osilatör entegrasyonlu sensörden bilgi almak çok daha hızlıdır. Aynı zamanda sensörün başarısının parametre ayarına olan bağımlılığı da ortadan kaldırılmıştır. Tasarım süreci yine simülasyonlara dayalıdır. Performans değerlendirilmesi için Allan sapması deneyleri yapılmıştır. Bu deneyler sonucunda umut verici 1.49x10-6 Allan Sapması sonuçları elde edilmiştir. Polistiren parçacıklar ile yapılan deneylerde ise ilk çalışmada olan başarılar yakalanamamıştır.
Özet (Çeviri)
A new microwave sensor with concentric split-ring resonator (CSRR) topology is designed and integrated with microfluidics. While the resonator is being driven at its resonant frequency, cells passing through the channel shift this frequency. Information regarding the cell (or microparticle) can be extracted from the am- plitude of this shift. The design is based strongly on simulations and shows good agreement with the theory. Experiments are performed to evaluate the sensor's performance with polystyrene particles. These experiments show that the sensor gives an outstanding SNR value: around 140kHz mean signal amplitude com- pared to a 1.2kHz average noise amplitude. To further evaluate the performance, single-cell experiments are performed. A target cell is selected and passed through the sensing region repeatedly. Frequency shifts are recorded. The mean frequency shift is 44kHz, and the signal-to-noise ratio is over 140. The ensemble standard deviation for the frequency shifts is 9.33kHz, and the variance in the results can be further improved with creative microfluidic designs. Work has been directed towards improving the measurement setup for split- ring resonators. A split-ring resonator sensor is designed and integrated into an oscillator loop, designed from scratch. The design criteria for this project are; faster acquisition times, control-loop parameter independence, and improved cost-effectiveness. It is shown that the new oscillator setup satisfies all the design criteria. The design process is once again simulation-driven. Real-life experiments are also performed with the oscillator boards for performance evaluation. Allan deviation experiments show promising results (1.49 × 10−6) regarding oscillator stability. Polystyrene experiments show a lower response compared to the CSRR sensors.
Benzer Tezler
- Microparticle classification based on permittivity by the concurrent use of resistive pulse sensing and microwave resonators
Eş zamanlı mikrodalga rezonatör ve rezistans ölçme metodu kullanılarak mikroparçacık sınıflandırması
BURAK SARI
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF LEBLEBİCİ
- Sodyum metaborat dekahidrat (boraks) katkılı pmma polimer kompozitlerin mikrodalga özelliklerinin geliştirilmesi
The development of microwave properties of sodium metaborate decahydrate (borax) pmma polymer composites
FUAT BERKE GÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN BAYDOĞAN
- Time difference of arrival based passive sensing and positioning system integrated into moving platforms
Geliş zamanı farkı yaklaşımlı hareketli platformlara entegre pasif yayın algılama ve konumlandırma sistemi
BURAK AHMET ÇELEBİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET NURİ AKINCI
- Single nanoparticle sensing with nanoelectromechanical resonators operating at nonlinear regime
Doğrusal olmayan rejimde çalışan nanoelektromekanik rezonatörlerle tekli nanoparçacik algılama
MERT YÜKSEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Makine Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET SELİM HANAY
- Design and optimization of nanoantennas for nano-optical applications
Nano-optik uygulamalar için nanoanten tasarımı veoptimizasyonu
GÖKTUĞ IŞIKLAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGÜR SALİH ERGÜL