Uç ağırlıklı piezoelektrik kirişlerin ivmeölçer olarak tasarımı ve sayısal analizi

Yıl 2023, Cilt: 39 Sayı: 3, 350 - 356, 31.12.2023

Levent Beker

Öz

Bu araştırma, MEMS tabanlı ivmeölçerlerin tasarımı ve geliştirilmesi üzerine yoğunlaşmaktadır. Günümüzde birçok cihaz, hareket ve oryantasyon algılama yetenekleri sayesinde daha işlevsel hale gelmiştir ve bu yetenekler büyük ölçüde ivmeölçerler sayesinde sağlanmaktadır. Çoğu durumda, cihazların hareketleri belirgin eksenler boyunca gerçekleşir ve bu nedenle, bu özel eksenleri algılayabilen sensörlerin geliştirilmesi genellikle yeterlidir. Literatürde, çok eksenli hareketleri algılayabilen sensörlerin geliştirilmesi önemli bir araştırma alanı olarak kabul edilse de, pratikte, belirli eksenlere odaklanan ivmeölçerlerin tasarım ve üretimi daha hızlı ve maliyet etkin olabilmektedir. Bu çalışmada, hem dikey hem de dönme eksenlerindeki ivmeleri algılayabilen yeni bir ivmeölçer yapısı tasarlanmıştır. Kiriş yapıları kullanılarak geliştirilen bu sensör, yaklaşımsal analizle incelenmiş ve geometrik etkiler detaylı bir şekilde ele alınmıştır. Elde edilen bulgular, farklı eksenlerde çalışabilen daha ileri ivmeölçer tasarımlarına yol gösterici olabilir.

Anahtar Kelimeler

piezoelektrik, MEMS, algılayıcı tasarımı

Kaynakça

• [1] Bao, M. H., Yang, H. 2007. Squeeze film air damping in MEMS. Sensors and Actuators A: Physical, 136(1), 3 27.
• [2] Bernstein, J., Cho, S., King, A., Kourepenis, A., Maciel, P., & Weinberg, M. 1999. A micromachined comb-drive tuning fork rate gyroscope. In Proceedings of the IEEE Micro Electro Mechanical Systems. [3]- Lang, J. H. 2003. Integrated Ferroelectrics: Past, Present, and Future. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, 50(9), 1064-1074.
• [4] Lee, B., & Choi, D. 2001. A temperature-compensated silicon accelerometer based on a piezoresistive sensing scheme. Sensors and Actuators A: Physical, 90(1-2), 38-42.
• [5] Liu, C. 2007. Foundations of MEMS. Pearson Prentice Hall.
• [6] Muralt, P. 2000. Ferroelectric thin films for micro-sensors and actuators: a review. Journal of Micromechanics and Microengineering, 10(2), 136.
• [7] Petersen, K. E. 1982. Silicon as a mechanical material. Proceedings of the IEEE, 70(5), 420-457.
• [8] Yu, H., Chen, B., & Xie, L. 2016. A review of MEMS capacitive accelerometers. Sensors, 16(8), 1161.
• [9] Yazdi, N., Ayazi, F., & Najafi, K. 2004. Micromachined inertial sensors. Proceedings of the IEEE, 92(1), 76-97.
• [10] Zhang, G., & Li, H. 2019. Advances in MEMS electrostatic accelerometers. Micromachines, 10(8), 522.
• [11] Lee, G.J., Hwang, W.J., Park, J.J. and Lee, M.K., 2019. Study of sensitive parameters on the sensor performance of a compression-type piezoelectric accelerometer based on the meta-model. Energies, 12(7), p.1381.
• [12] Lee, M.K., Han, S.H., Park, J.J. and Lee, G.J., 2020. A theoretical and empirical investigation of design characteristics in a Pb (Zr, Ti) O3-based piezoelectric accelerometer. Sensors, 20(12), p.3545.
• [13] Lee, M.K., Han, S.H., Park, K.H., Park, J.J., Kim, W.W., Hwang, W.J. and Lee, G.J., 2019. Design optimization of bulk piezoelectric acceleration sensor for enhanced performance. Sensors, 19(15), p.3360.
• [14] Jency, J.G., Sekar, M. and Sankar, A.R., 2021. Damping analysis of a quad beam MEMS piezoresistive accelerometer. International Journal of Modelling and Simulation, 41(4), pp.256-264.