İnce piezoelektrik diyaframa dayalı basınç algılayıcı tasarımı ve simülasyonu
Pressure sensor design and simulation based on thin piezoelectric diaphragm
- Tez No: 888625
- Danışmanlar: PROF. DR. AHMET KÖROĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Ondokuz Mayıs Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fen Bilimleri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tezde, bir diyafram geometrisini kullanan yenilikçi bir piezoelektrik basınç algılayıcı geliştirmektir. Bu algılayıcı tasarımının temel prensibi, dış basınca maruz kaldığında piezoelektrik ince bir tabakanın her iki tarafında indüklenen voltajın oluşturulmasına dayanır. İnce piezoelektrik tabakaya dış basınç uygulandığında, inceliğinden dolayı mekanik şekil değiştirme ve yer değiştirme geçirir. Bu yük birikimi, tabakanın her iki tarafında bir potansiyel farkının oluşmasına yol açar. Bu fikri gerçekleştirmek için, tabakanın birbirini takip eden katmanlardan oluşan bir yapı tasarlandı. Bu yapıda, tabaka biriktirme için uygun bir platform görevi gören bir alt tabaka, ara tabaka ve piezoelektrik tabakanın her iki tarafında gerilim ölçümü için elektrotlar bulunmaktadır. Piezoelektrik tabaka için iyi bilinen ve duyarlı bir malzeme olan PZT, ortak malzeme olarak seçildi. Sonraki adım, optimize edilmiş bir tasarım sağlamak için genel diyafram geometrisini modellemeyi içeriyordu. COMSOL yazılımını kullanarak hesaplamalı simülasyonlar yapılarak elde edilen simülasyon sonuçlarına dayanarak, başlangıçtaki çok katmanlı yapı ve diyafram geometrisi doğrulandı ve iyileştirildi. Katman kalınlığı ve diyafram çapı gibi çeşitli parametrelerin tekrarlamalı olarak değiştirilmesi ve optimize edilmesiyle, algılayıcının çıkışı geliştirildi ve işlevsel bir algılayıcıya daha yakın hale getirildi. Temel hedef, algılayıcı tasarımında önemli bir gereklilik olan istenen basınç aralığında doğrusal bir çıkışı korurken doğru ölçümler için önemli voltaj değerlerine ulaşmaktı. Son olarak, uygulanan dış basınç altında algılayıcının davranışını incelemek için kapsamlı araştırmalar yapıldı. Bu kritik analiz, algılayıcının performansı hakkında değerli bilgiler sağlar ve yeteneklerini ve sınırlamalarını kapsamlı bir şekilde anlamayı sağlar. Bu piezoelektrik basınç algılayıcının başarılı bir şekilde geliştirilmesi, endüstriyel süreç izleme, biyomedikal cihazlar ve tüketici elektroniği gibi çeşitli uygulamalar için büyük umut vaat etmektedir. Algılayıcının belirtilen basınç aralığında güvenilir ve doğrusal bir tepki oluşturma yeteneği, onun kullanışlılık ve çok yönlülüğünü sağlar ve böylece algılayıcı teknolojisi alanında değerli bir varlık olmasını sağlar. Teknoloji ilerledikçe, bu araştırma, algılayıcı geliştirme ve uygulama alanının sürekli genişlemesine katkıda bulunacak daha fazla iyileştirmenin ve uyarlamanın kapısını açar.
Özet (Çeviri)
The thesis focuses on developing an innovative piezoelectric pressure sensor utilizing a diaphragm geometry. This sensor design capitalizes on inducing voltage across a thin piezoelectric layer when subjected to external pressure. The process involves the deformation and displacement of the thin piezoelectric layer under pressure, leading to charge accumulation and the establishment of a potential difference across the layer. To realize this concept, a multi-layer structure is devised, comprising a sub-layer for deposition, an intermediate layer, and electrodes for voltage measurement on each side of the piezoelectric layer. PZT, known for its responsiveness, is chosen as the material for the piezoelectric layer. Computational simulations using COMSOL software validate and refine the initial multi-layer structure and diaphragm geometry. Through iterative modifications and optimization of parameters like layer thickness and diaphragm diameter, the sensor's output is enhanced to achieve substantial voltage values for accurate measurements. Maintaining a linear output within the desired pressure range is crucial, to ensuring the sensor's effectiveness. Extensive testing under applied external pressure provides valuable insights into the sensor's performance, capabilities, and limitations. This critical analysis contributes to a comprehensive understanding of the sensor's behavior. The successful development of this piezoelectric pressure sensor holds significant promise for various applications, including industrial process monitoring, biomedical devices, and consumer electronics. Its ability to generate reliable and linear responses within specified pressure ranges makes it a valuable asset in sensor technology. This research not only advances sensor development but also opens doors for further refinements and adaptations in the ever-expanding field of sensor technology.
Benzer Tezler
- Çok katmanlı diyafram tipi piezoelektrik aktüatörün analitik modellenmesi
Analytical modeling of multilayer diaphragm type piezoelectric actuator
MEHMET EMİN SAYAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Makine MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜSEYİN DAL
- Disk şeklindeki ince piezoelektrik plakalar kullanılarak gerçekleştirilen geniş bandlı ultrasonik dönüştürücü tasarımı
Başlık çevirisi yok
ŞABAN ERGÜN
Doktora
Türkçe
1992
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiErciyes ÜniversitesiElektronik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İNAN GÜLER
- Finite element modeling of a piezo patch energy harvester and equivalent circuit modeling on a thin plate with AC-DC conversion
İnce bir plaka ve piezoelektrik yamadan oluşan enerji üretecinin sonlu elemanlar modelinin ve AC-DC dönüşümü içeren eşdeğer devre modelinin oluşturulması
BUĞRA BAYIK
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATMA İPEK BAŞDOĞAN
- Development of the structural model for a thin walled open profile rectangular cantilever beam with longitudinally embedded piezoelectric
Boyuna piezoelektrik şeritli, ince duvarlı, açık dikdörtgen profile sahip çıkma kirişin yapısal modeli
ALI GOLPAYGANI
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Mekatronik MühendisliğiBahçeşehir ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MEHMET BERKE GÜR
- MEMS thin film piezoelectric acoustic transducer for cochlear implant applications
Koklear implant uygulamaları için MEMS ince film piezoelektrik akustik dönüştürücü
BEDİRHAN İLİK
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALUK KÜLAH