An array of square plate resonators with adjustable resonance frequency
Bir dizi ayarlanabilir rezonans frekanslı kare plaka rezonatörler
- Tez No: 761710
- Danışmanlar: DOÇ. DR. KIVANÇ AZGIN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 112
Özet
Ayarlanabilir rezonans frekansına sahip MEMS kare plakalı rezonatör tasarlanmış, matematiksel olarak modellenmiş, sonlu elemanlar analizi (FEA) ve deneylerle doğrulanmıştır. MEMS kare plakanın rezonans frekansı, merkez çizgileri ve düğüm çizgileri gibi benzersiz çizgilere yerleştirilmiş birkaç kesik yardımıyla ayarlanır. Öncelikle, yüksek modların daha yüksek rezonans frekanslarına sahip olması nedeniyle 1. ve 2. modlar için Rayleigh-Ritz yöntemi adı verilen yarı analitik yöntem yardımıyla plakalar modellenmiştir. Daha sonra, kesiklerin etkileri, plakanınkilerden kesiklerin kinetik ve gerinim enerjileri çıkarılarak göz önünde bulundurulmuştur. 140 Hze kadar frekans kaymasının, yalnızca kesme konumlarının değiştirilmesiyle elde edilebileceği kanıtlanmıştır. Elektrostatik yay yumuşaması basit kapasitans formülleri kullanılarak hesaplanır ve genel formüle eklenir. Son olarak, termal etkilerin plakanın elastikiyet modülü, hacmi ve yoğunluğu üzerinde etkisi olduğu düşünülmektedir. Termal etkiler, termal genleşme katsayısı yardımıyla formüle dahil edilmiş ve sıcaklık hassasiyeti 2 Hz/˚C olarak hesaplanmıştır. Analitik model, ikinci bölümün sonunda sonlu elemanlar modellemesi (FEM) ile doğrulanmıştır. Geçerliliği kanıtlamak için öz frekans ve termal modüller dahil olmak üzere çeşitli sonlu elemanlar analizi (FEA) yapıldı. MEMS plakaları, yalıtkan üzerinde silikon (SOI) kullanılarak ODTÜ MEMS CENTER tarafından üretilmiştir. Plakanın kesikli rezonans frekans kaymasını gözlemlemek için üretilen MEMS plakalarını test etmek için ağ analizörü, vakum odası ve güç kaynakları ile temel bir test düzeneği hazırlanır. 78.6 kHz rezonans frekansı ile 9000in üzerindeki kalite faktörleri gözlemlenmiştir. Ölçülen 3,8 Hz/˚C sıcaklık hassasiyeti ile mikroplaka rezonatörlerinin elverişli bir sıcaklık sensörü olduğu kanıtlanmıştır.
Özet (Çeviri)
In this study, a MEMS square plate resonator with adjustable resonance frequency is designed, mathematically modelled and verified with finite element analysis (FEA) and experiments. Resonance frequency of microelectromechanical system (MEMS) square plate is adjusted with the help of several cutouts which are placed in unique lines like center lines and nodal lines. First of all, plates are modelled with the help of semi-analytic method called Rayleigh-Ritz method for the 1st and 2nd modes since higher modes have higher resonance frequencies. Later, effects of cutouts are included with subtracting kinetic and strain energies of cutouts from those of the plate. Up to 140 Hz frequency shift is proved to be achievable with simply changing position of cutouts. Electrostatic spring softening is calculated and added to general formula. Lastly, thermal effects are considered to have impact on modulus of elasticity, volume and density of the plate. Thermal effects are included in the formula with the help of thermal coefficient of expansion and temperature sensitivity is calculated to 2 Hz/˚C. Analytical model is verified with finite element modelling (FEM) at the end of the second chapter. Several finite element analyses (FEA) including eigenfrequency and thermal modules were done to prove validity. MEMS plates are manufactured by METU MEMS CENTER, which utilizes silicon on insulator (SOI) wafers. A basic test setup with network analyzer, vacuum chamber and power supplies is prepared to test manufactured MEMS plates to observe resonance frequency shift of the plates with cutouts. Quality factors over 9000 with a resonance frequency of 78.6 kHz is shown. With a measured temperature sensitivity of 3.8 Hz/˚C is achieved, proving that these microplate resonators are feasible temperature sensors.
Benzer Tezler
- Metamateryal katkılı dalga kılavuzu uygulamaları
Waveguide applications with metamaterial additives
İSA TOKGÖZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ YAPAR
- GSM ve 5G uygulamaları için çift bantlı çift kutuplanmalı anten tasarımı
Dual band dual polarized antenna design for GSM and 5G applications
MEHMET SAMİ ERSÖZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİletişim Sistemleri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. KAMİL KARAÇUHA
- Elektronik devrelerin soğutulması ve jet püskürtmeli soğutma sistemlerinin analizi
Cooling of electronic circuits and analysis of jet impingement cooling systems
OĞUZ CAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT TUNÇ
- Kompozit malzemeler için yapı izleme ve bakım sistemi
Structural health monitoring and maintanence system for composite materials
MAHMUT PEKEDİS
Doktora
Türkçe
2014
Makine MühendisliğiEge ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN YILDIZ