Manyetik Pusula Uygulamaları için Mekanik Rezonans Tabanlı Mikro Manyetometre Geliştirilmesi

Kıvanç AZGIN (Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Ankara, Türkiye)
3 0

Proje Grubu: EEEAG Sayfa Sayısı: 56 Proje No: 114E108 Proje Bitiş Tarihi: 01.12.2017 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 15-05-2019

Manyetik Pusula Uygulamaları için Mekanik Rezonans Tabanlı Mikro Manyetometre Geliştirilmesi

Öz:
Bu raporda, rezonans frekansı ölçümü temelinde çalışan ve algılama elemanı olarak bir MEMS yük hücresine sahip olan bir Lorentz kuvveti manyetometresinin geliştirilmesi sunulmaktadır. Geliştirilen manyetometre, hem tarak yapılı hem de düz plakalı elektrotları olan bir "Çift- Bağlı-Diyapazon" (ÇBD) ile, merkezlerinden ve iki ucundan bu diyapazona bağlı bir ızgara yapısından oluşmaktadır. Izgara yapısı hem elektrik direncini azaltarak daha az ısınmaya sağlamakta hem de ÇBD üzerinde Lorentz kuvvetini oluşturmaktadır. 35 μm yapısal kalınlığa sahip algılayıcı yongalar "Yalıtkan-Üzeri-Silisyum" (YÜS) diskler kullanılarak üretilmiştir. Çok turlu bobin yapısının üretilebilmesi içn ek yalıtım ve metal kaplama adımları eklenmiştir. Çalışmada üç farklı okuma elektroniği yaklaşımı karşılaştırmalı olarak çalışılmıştır. Bu yaklaşımlar "Kendinden Rezonans Döngüsü", "Faz-Kilitli-Döngü" ve "Sabit Frekanslı Tahrik Altında Genlik Ölçümü" olarak listelenmiştir. Geliştirilen 6 farklı manyetometre yapısı detaylıca test edilmiştir. Çalışmada en yüksek hassasiyete "Tümleşik kirişli ve tarak elektrotlu" ÇBD yapısına sahip manyetometreler "Faz- Kilitli-Döngü" ile rezonansta tutulurken ulaşılmıştır. Çalışmada üretilen manyetometrelerin testi için kontrollü manyetik alan ve vakum seviyesi imkanı veren yetkin bir test yatağı da geliştirilmiştir.
Anahtar Kelime: rezonatör detf soı manyetometre mems

Konular: Edebiyat
Erişim Türü: Erişime Açık
  • Azgin, K. ve Valdevit, L. (2013) The effects of tine coupling and geometrical imperfections on the response of DETF resonators, Journal of Micromechanics and Microengineering, 23, 125011-(1- 12). DOI:10.1088/0960-1317/23/12/125011
  • Bahreyni, B. ve Shafai, C. (2005) A micromachined magnetometer with frequency modulation at the output, IEEE Sensors 2005, Irvine, 580-583. DOI: 10.1109/ICSENS.2005.1597765
  • Blom, F. R., Bouwstra, S., Fluitman, J. H. J. ve Elwenspoek, M. (1989) Resonating silicon beam force sensor, Sensors and Actuators, 17, 513-519. DOI:10.1016/0250-6874(89)80039-3
  • Brugger, S. ve Paul, O. (2008) Resonant magnetic microsensor with microT resolution, IEEE 21st International Conference on MEMS, Tucson, 944-947. DOI:10.1109/MEMSYS.2008.4443813
  • Chang, S. C., Putty, M. W., Hicks, D. B., Li, C. H. ve Howe, R. T. (1990) Resonant-bridge two- axis microaccelerometer, Sensors and Actuators A: Physical, 21, 342-345. DOI:10.1016/0924- 4247(90)85068-F
  • Cheshmehdoost, A., Jones, B. E. ve O'Connor, B. (1991) Characteristics of a force transducer incorporating a mechanical DETF resonator, Sensors and Actuators A: Physical, 26, 307-312. DOI:10.1016/0924-4247(91)87009-R
  • DiLella, D., Whitman, L. J., Colton, R. J., Kenny, T. W., Kaiser, W. J., Vote, E. C., Podosek, J. A. ve Miller, L. M. (2000) A micromachined magnetic-field sensor based on an electron tunneling displacement transducer, Sensors and Actuators A: Physical, 86, 8-20. DOI:10.1016/S0924- 4247(00)00303-4
  • Emmerich, H. ve Schofthaler, M. (2000) Magnetic field measurements with a novel surface micromachined magnetic-field sensor, Electron Devices, IEEE Transactions on, 47, 972-977. DOI:10.1109/16.841228
  • Erdem, U. (1982) Force and weight measurement, Journal of Physics E: Scientific Instruments, 15, 857-872.
  • Ettelt, D., Rey, P., Jourdan, G., Walther, A., Robert, P. and Delamare, J. (2013) 3D Magnetic Field Sensor Concept for Use in Inertial Measurement Units (IMUs), Microelectromechanical Systems, Journal of, 23(2), 324-333. DOI:10.1109/JMEMS.2013.2273362
  • Eyre, B., Pister, K. S. J., ve Kaiser, W. (1998) Resonant mechanical magnetic sensor in standard CMOS, Electron Device Letters, IEEE, 19, 496-498. DOI:10.1109/55.735758
  • Herrera-May, A. L., Garcia-Ramirez, P. J., Aguilera-Cortes, L. A., Figueras, E., Martinez-Castillo, J., Manjarrez, E., Sauceda, A., Garcia-Gonzalez, L. ve Juarez-Aguirre, R. (2010) Mechanical design and characterization of a resonant magnetic field microsensor with linear response and high resolution, Sensors and Actuators A: Physical, 165, 399-409. DOI:10.1016/j.sna.2010.07.005
  • Howe, R. T., Boser, B. E. ve Pisano, A. P. (1996) Polysilicon integrated microsystems: technologies and applications, Sensors and Actuators A: Physical, 56, 167-177. DOI:10.1016/0924-4247(96)01291-5
  • Jha, C. M., Salvia, J., Chandorkar, S. A., Melamud, R., Kuhl, E. ve Kenny, T. W. (2008) Acceleration insensitive encapsulated silicon microresonator, Applied Physics Letters, 93, 234103- (1-3). DOI:10.1063/1.3036536
  • Kadar, Z., Bossche, A., Sarro, P. M. ve Mollinger, J. R. (1998) Magnetic-field measurements using an integrated resonant magnetic-field sensor, Sensors and Actuators A: Physical, 70, 225- 232. DOI:10.1016/S0924-4247(98)00143-5
  • Keplinger, F., Kvasnica, S., Jachimowicz, A., Kohl, F., Steurer, J. ve Hauser, H. (2004) Lorentz force based magnetic field sensor with optical readout, Sensors and Actuators A: Physical, 110, 112-118. DOI:10.1016/j.sna.2003.10.025
  • Kyynarainen, J., Saarilahti, J., Kattelus, H., Karkkainen, A., Meinander, T., Oja, A., Pekko, P., Seppa, H., Suhonen, M., Kuisma, H., Ruotsalainen, S. ve Tilli, M. (2008) A 3D micromechanical compass, Sensors and Actuators A: Physical, 142, 561-568. DOI:10.1016/j.sna.2007.08.025
  • Lee, J. E. Y., Bahreyni, B. ve Seshia, A. A. (2008) An axial strain modulated double-ended tuning fork electrometer, Sensors and Actuators A: Physical, 148, 395-400. DOI:10.1016/j.sna.2008.09.010
  • Mo, L., Rouf, V. T., Jaramillo, G. ve Horsley, D. A. (2013) MEMS Lorentz force magnetic sensor based on a balanced torsional resonator, Transducers & Eurosensors XXVII: The 17th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (TRANSDUCERS & EUROSENSORS XXVII), Barcelona, 66-69. DOI:10.1109/Transducers.2013.6626702
  • Myers, D. R., Cheng, K. B., Jamshidi, B., Azevedo, R. G., Senesky, D. G., Chen, L., Mehregany, M., Wijesundara, M. B. J. ve Pisano, A. P. (2009) Silicon carbide resonant tuning fork for microsensing applications in high-temperature and high G-shock environments, Journal of Micro/Nanolithography, MEMS and MOEMS, 8, 021116-(1-7). DOI:10.1117/1.3143192
  • Niarchos, D. (2003) Magnetic MEMS: key issues and some applications, Sensors and Actuators A: Physical, 109, 166-173. DOI:10.1016/S0924-4247(03)00179-1
  • Pala, S., Çiçek, M. ve Azgın, K (2016) A Lorentz force MEMS magnetometer, 2016 IEEE Sensors Conference, Orlando, 1-3. DOI: 10.1109/ICSENS.2016.7808507
  • Paros, J. M. (1973) Precision Digital Pressure Transducer, ISA Transactions, 12, 173-179.
  • Rodriguez, B. J., Callahan, C., Kalinin S. V. and Proksch, R (2007) Dual-frequency resonance- tracking atomic force microscopy, Nanotechnology, 18, 475504-(1-6). DOI:10.1088/0957- 4484/18/47/475504
  • Roessig, T. A., Howe, R. T., Pisano, A. P. ve Smith, J. H. (1997) Surface-micromachined resonant accelerometer, International Conference on Solid State Sensors and Actuators, TRANSDUCERS '97, Chicago, 859-862. DOI:10.1109/SENSOR.1997.635237
  • Seshia, A. A., Howe, R. T. ve Montague, S. (2002) An integrated microelectromechanical resonant output gyroscope, The Fifteenth IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems, Las Vegas, 722-726. DOI: 10.1109/MEMSYS.2002.984372
  • Tang, W. C., Nguyen T.-C. H. ve Howe, R. T. (1989) Laterally Driven Polysilicon Resonant Microstructures, Sensors and Actuators, 20, 25-32. DOI:10.1109/MEMSYS.1989.77961
  • Tilmans, H. A. C., Elwenspoek, M. ve Fluitman, J. H. J. (1992) Micro resonant force gauges, Sensors and Actuators A: Physical, 30, 35-53. DOI:10.1016/0924-4247(92)80194-8
  • Torrents, A., Azgin, K., Godfrey, S. W., Topalli, E. S., Akin, T. ve Valdevit, L. (2010) MEMS resonant load cells for micro-mechanical test frames: feasibility study and optimal design, Journal of Micromechanics and Microengineering, 20, 125004-(1-17). DOI:10.1088/0960- 1317/20/12/125004
  • Ueda, T., Kohsaka, F. ve Ogita, E. (1985) Precision force transducers using mechanical resonators, Measurement, 3, 89-94. DOI:10.1016/0263-2241(85)90010-7
  • Van Mullem, C. J., Tilmans, H. A. C., Mouthaan, A. J. ve Fluitman, J. H. J. (1992) Electrical cross-talk in two-port resonators - the resonant silicon beam force sensor, Sensors and Actuators A: Physical, 31, 168-173. DOI:10.1016/0924-4247(92)80099-O
  • Wickenden, D. K., Champion, J. L., Osiander, R., Givens, R. B., Lamb, J. L., Miragliotta, J. A., Oursler, D. A. ve Kistenmacher, T. J. (2003) Micromachined polysilicon resonating xylophone bar magnetometer, Acta Astronautica, 52, 421-425. DOI:10.1016/S0094-5765(02)00183-2
  • Wojciechowski, K. E., Boser, B. E. ve Pisano, A. P. (2004) A MEMS resonant strain sensor operated in air, 17th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems, Maastricht, 841-845. DOI: 10.1109/MEMS.2004.1290718
  • Yang, H. H., Myung N. V., Yee, J., Park, D. Y., Yoo, B. Y., Schwartz, M., Nobe, K., ve Judy, J. W. (2002) Ferromagnetic micromechanical magnetometer, Sensors and Actuators A: Physical, 97 ve 98, 88-97. DOI:10.1016/S0924-4247(01)00809-3
  • Yee, J. K., Yang, H. H. ve Judy, J. W. (2002) Dynamic response and shock resistance of ferromagnetic micromechanical magnetometers, The Fifteenth IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems, 2002, Las Vegas, 308-311. DOI: 10.1109/MEMSYS.2002.984264
  • Zulliger, H. R. (1983) Precise measurement of small forces, Sensors and Actuators, 4, 483-495. DOI:10.1016/0250-6874(83)85061-6
APA AZGIN K (2017). Manyetik Pusula Uygulamaları için Mekanik Rezonans Tabanlı Mikro Manyetometre Geliştirilmesi. , 1 - 56.
Chicago AZGIN Kıvanç Manyetik Pusula Uygulamaları için Mekanik Rezonans Tabanlı Mikro Manyetometre Geliştirilmesi. (2017): 1 - 56.
MLA AZGIN Kıvanç Manyetik Pusula Uygulamaları için Mekanik Rezonans Tabanlı Mikro Manyetometre Geliştirilmesi. , 2017, ss.1 - 56.
AMA AZGIN K Manyetik Pusula Uygulamaları için Mekanik Rezonans Tabanlı Mikro Manyetometre Geliştirilmesi. . 2017; 1 - 56.
Vancouver AZGIN K Manyetik Pusula Uygulamaları için Mekanik Rezonans Tabanlı Mikro Manyetometre Geliştirilmesi. . 2017; 1 - 56.
IEEE AZGIN K "Manyetik Pusula Uygulamaları için Mekanik Rezonans Tabanlı Mikro Manyetometre Geliştirilmesi." , ss.1 - 56, 2017.
ISNAD AZGIN, Kıvanç. "Manyetik Pusula Uygulamaları için Mekanik Rezonans Tabanlı Mikro Manyetometre Geliştirilmesi". (2017), 1-56.
APA AZGIN K (2017). Manyetik Pusula Uygulamaları için Mekanik Rezonans Tabanlı Mikro Manyetometre Geliştirilmesi. , 1 - 56.
Chicago AZGIN Kıvanç Manyetik Pusula Uygulamaları için Mekanik Rezonans Tabanlı Mikro Manyetometre Geliştirilmesi. (2017): 1 - 56.
MLA AZGIN Kıvanç Manyetik Pusula Uygulamaları için Mekanik Rezonans Tabanlı Mikro Manyetometre Geliştirilmesi. , 2017, ss.1 - 56.
AMA AZGIN K Manyetik Pusula Uygulamaları için Mekanik Rezonans Tabanlı Mikro Manyetometre Geliştirilmesi. . 2017; 1 - 56.
Vancouver AZGIN K Manyetik Pusula Uygulamaları için Mekanik Rezonans Tabanlı Mikro Manyetometre Geliştirilmesi. . 2017; 1 - 56.
IEEE AZGIN K "Manyetik Pusula Uygulamaları için Mekanik Rezonans Tabanlı Mikro Manyetometre Geliştirilmesi." , ss.1 - 56, 2017.
ISNAD AZGIN, Kıvanç. "Manyetik Pusula Uygulamaları için Mekanik Rezonans Tabanlı Mikro Manyetometre Geliştirilmesi". (2017), 1-56.
Sayfa Oluşturulma Tarihi
24-04-2024 1:32

İLETİŞİM

TÜBİTAK ULAKBİM TR Dizin

Yüzüncüyıl, İşçi Blokları Mahallesi

Muhsin Yazıcıoğlu Caddesi No:51/C

06530 Çankaya / ANKARA +90 (312) 298 92 00

trdizin@tubitak.gov.tr

TÜBİTAK ULAKBİM Ulusal Akademik Ağ ve Bilgi Merkezi Cahit Arf Bilgi Merkezi © Tüm Hakları Saklıdır. Gizlilik Politikası Kullanım Şartları