A mems vibrating ring gyroscope with on-chip capacitive stress sensors for drift compensation
Uzun dönem sapma doğrulaması için çip içi kapasitif stres sensörlü mems titrek halka dönüölçeri
- Tez No: 750519
- Danışmanlar: DR. ERDİNÇ TATAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 118
Özet
MEMS gyroscopes are commonly used for rotation measurement in navigation. Even though the noise performance of these sensors has improved in the last few decades, the long-term drift problem is still prominent for these sensors. Longterm drift error is caused by external factors such as temperature and induced stress on the MEMS chip. With this work, we present an on-chip solution for the compensation of long-term drift. Due to its compact and singular anchor morphology, a vibrating ring gyroscope design was employed. Eight bridge-type capacitive stress sensors were placed periodically at the inner section of the ring surrounding the inner anchor, which adds localized stress measurement capability to the design. Another eight stress sensors were placed at the outer section of the ring surrounding the electrodes of the device. Tensile stress was applied on a testbed, and the output of the stress sensors and the gyroscope were recorded. Then, the gyroscope was subjected to a zero rate output(ZRO) test in mismatch and matched frequency configurations. The compensated output of the device was able to reach 0.008/h in mismatched mode and 0.003/h in matched mode without any signs of drift. The stress and the gyroscope output were partitioned into 12 hour blocks to increase the performance of the least squares fitting algorithm. We have observed a decrease in the compensation performance due to possible nonlinear and hysteresis effects generated during the long-term operation. Finally, we were able to show that the change in temperature wasn't sufficient enough to explain the frequency change of the drive and sense modes.
Özet (Çeviri)
MEMS dönüölçer kullanımı navigasyona olan talebin artmasıyla yükselmiştir. Son dönemde yapılan araştırmalarla bu sensörlerin gürültü performansı geliştirilmiş olsa da sensörler uzun süre çalıştırıldıklarında çıktı değerlerinin 0'dan saptığı gözlenir. Uzun dönem sapması olarak da nitelendirilen bu olay MEMS çipine etki eden sıcaklık ve mekanik stres gibi dış etmenlerden kaynaklanmaktadır. Bu çalışmada, uzun dönem sapmasını yok etmek için çip içerisine yerleştirilmiş bir çözüm sunmaktayız. Halkasal tasarım tipi sıkıştıralabilir olduğundan dönüölçerin mekaniksel tasarımnda tercih edilmiştir. Stres sensörleri köprü tipi yapıya sahip olup kapasitif ölçümleme yapmaktadır. Halka sekizi içte ve sekizi dışta olan stres sensörleriyle çevrelenmiştir. Bu sayede bölgesel stres ölçümünün daha hassas yapılabilmesi hedeflenmiştir. Stres düzeniğinin üzerine yerleştirilmiş çip kartı gerdirilmiş ve sensör çıktısı kaydedilmiştir. Sonrasında, dönüölçer eşlenmiş ve eşlenmemiş frekans koşullarında sıfır dönü çıktı(SDÖ) testine tabi tutulmuştur. Stres doğrulaması yapıldıktan sonra eşlenmemiş dönüölçer 0.008°/saat ve eşlenmiş dönüölçer 0.003°/saat değerlerine ulaşmıştır. Aynı zamanda dönüölçer sapma belirtisi de göstermemektedir. Doğrulama en küçük kareler metodu ve kaydedilmiş olan verilerin 12 saatlik sekmelere bölünmesiyle yapılmıştır. Bunun sebebi ise dönüölçer ve stres sensörleri arasındaki ilişkinin zamanla doğrusallığını kaybetmesidir. Son olarak bu araştırma sıcaklığın dönüölçerdeki frekans değişimlerini bire bir olarak eşlemekte yetersiz kaldığını göstermiştir.
Benzer Tezler
- Analytical and experimental study of imperfections, stress, and temperature effects in circular MEMS gyroscopes
Yapısal kusurlar, stres ve sıcaklığın dairesel MEMS dönü-ölçerlere etkilerinin analitik ve deneysel olarak çalışılması
MEHRAN HOSSEINI PISHROBAT
Doktora
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Assist. Prof. Dr. ERDİNÇ TATAR
- Gyroscopes based on acoustic waveguides
Akustik dalga kılavuzu tabanlı dönüölçerler
HAKAN ÇETİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiÖzyeğin ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÖKSEN GÖKSENİN YARALIOĞLU
- High performance MEMS gyroscopes
Yüksek performanslı MEMS dönüölçerler
KIVANÇ AZGIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2007
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAYFUN AKIN
- Development of a low-temperature hermetic packaging technology for vibrating MEMS devices
Titreşimli MEMS cihazları için düşük sıcaklıkta hermetik bir paketleme teknolojisi geliştirilmesi
LEMAN DİCLE BALCI
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALUK KÜLAH
- Temperature detection using micro plate vibrations
Mikro plaka titreşimlerini kullanarak sıcaklık tespiti
SEDAT PALA
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. KIVANÇ AZGIN