MEMS based ultrasonic gas sensor with universal sensing capability
MEMS tabanlı evrensel ölçüm kabiliyetine sahip ultrasonik gaz sensörü
- Tez No: 830728
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ERDİNÇ TATAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Gaz sensörü, Gas sersor
- Yıl: 2023
- 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: Belirtilmemiş.
Özet
Gaz sensörleri can güvenliği, süreç denetimi ve hava kalitesi ölçümlerinde kilit bir teknolojidir. Günümüzde kullanılan sensör teknolojilerinin çoğu, belli bir gazı ölçmek için özel tasarlanmalıdır, örneğin kimyasal olarak aktif tabakalar veya belli gazları ölçebilen optik sensörler kullanılmaktadır. Bu sensörler esneklik pahasına çok iyi hassasiyet sağlamaktadır. Akustik sensörler ise daha düşük hassasiyette evrensel bir ölçüm tekniği vaat etmektedir. Bilinen bir oyukta rezonans kullanılarak ses hızı ölçülür ve gaz derişimi tahmin edilir. Bu çalışmada, MEMS tabanlı bir akustik gaz sensörü kavram kanıtlama aşamasında gösterilmektedir. Literatürdeki dikey oyuklara kıyasla daha az yer kaplayan yatay bir oyuk kullanılmıştır. Halihazırda var olan CMUT/PMUT teknolojisine nazaran çevirgeç olarak elektriksel olarak akort edilebilir ve düzlem içi titreşen rezonatörler tercih edilerek üretim sadeleştirilmiştir. Tasarlanan sensör özgün bir SOI-MEMS süreci kullanarak imal edilmiştir, akustik oyuk ise silisyumdan üretilmiştir. İşlev sırasında bir rezonatör oyuğu titreştirirken diğer rezonatör tepkiyi denetlemektedir. Rezonatörlerin akortmanı değiştirilirken frekans taraması yapılarak cihaz tepkisinin özellikleri saptanmıştır. Farklı rezonatör akortmanlarıyla alınan ölçümler üst üste yerleştirildiğinde oyuğun tepkisi görülebilmektedir. Oyuksuz yapılan testler ise parazitik etkilerin elenmesini sağlamaktadır. Cihazın uygunluğu hava içinde test edilmiştir. Literatürle ve dış ölçümlerle tutarlı bir şekilde havadaki ses hızı 342 m/s olarak ölçülmüştür. Kalite faktörünün de ölçülebilmesinin gaz karışımlarında hassasiyeti arttırabileceği öngörülmektedir.
Özet (Çeviri)
Gas sensors are a critical technology for life safety, process control, and most recently air quality measurements. Currently utilized gas sensing technologies need to be tailored to each specific gas, using either a chemically reactive substrate or an optical detector sensitive to certain gas types, providing very good selectivity at the expense of flexibility. In contrast, acoustic sensors promise a potentially universal method of gas sensing with lower selectivity, by measuring the speed of sound in a resonant cavity and inferring the gas content. In this work, a proof of concept for a MEMS based acoustic gas sensor is proposed. A horizontal cavity allows for a compact design, compared to vertical designs shown in the literature. Fabrication is simplified compared to existing CMUT/PMUT designs by using electrically tunable in-plane resonators as transducers. Fabrication of the designed sensor is carried out using an in-house developed SOI-MEMS process, while acoustic cavities are fabricated from silicon. During operation, one resonator excites the cavity while the other resonator measures the response. Frequency sweeps of the resonators while varying the tuning allows full characterization of device response. Overlaying sweeps at different tuning parameters reveals the cavity response, while testing with no cavity rules out parasitic effects. Both speed of sound and quality factor are observed, which can be used to improve selectivity in gas mixtures. The proof of concept device is tested in ambient air, measuring the speed of sound in air as 342 m/s, consistent with the literature and with external measurements.
Benzer Tezler
- Deep collapse mode capacitive micromachined ultrasonic transducers
Derin çökme modunda kapasitif mikroişlenmiş ultrasonik çeviriciler
SELİM OLÇUM
Doktora
İngilizce
2010
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDULLAH ATALAR
PROF. DR. HAYRETTİN KÖYMEN
- Fabrication of cmuts based on PMMA adhesive wafer bonding
PMMA yapıştırıcılı pul bağlama yöntemiyle kapasitif mikroişlenmiş ultrasonik güç çevirici (CMUT) üretimi
MANSOOR AHMAD
Doktora
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiElektrik-Elektronik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYHAN BOZKURT
- Damar içi uygulamalar için kapasitif mikro işlenmiş ultrasonik dönüştürücü (CMUT) modellenmesi ve farklı koşullarda iletim performansının araştırılması
Capacitive micromachined ultrasonic transducer (CMUT): Modelling and investigation of transmission performance under different driving parameters for intravascular applications
ABDULLAH İRFAN YAŞAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
BiyoteknolojiTobb Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OSMAN EROĞUL
DR. ÖĞR. ÜYESİ FİKRET YILDIZ
- MEMS sensor platform for vital monitoring under mri and intraocular pressure measurement
Yaşamsal işaretlerin ve göz içi basıncın ölçülmesine yönelik MEMS basınç ölçer platformunun geliştirilmesi
PARVIZ ZOLFAGHARI
Doktora
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ONUR FERHANOĞLU
- Development of MEMS Neuristors via Capacitive Micromachined Transducer Technology
Kapasitif Mikroişlenmiş Çevirgeç Teknolojisiyle MEMS Nöristörlerin Geliştirilmesi
BERRE VİZE
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BARIŞ BAYRAM