Silicon surface micromachined gyroscopes using mems technology
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2000
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: SAİD EMRE ALPER
Danışman: TAYFUN AKIN
Özet:oz MEMS TEKNOLOJİSİ İLE SİLİSYUM YÜZEY-MİKROİŞLENMİŞ JİROSKOPLAR Alper, Said Emre Yüksek Lisans, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi: Doç. Dr. Tayfun Akın Eylül 2000, 207 sayfa Mikroişlenmiş jiroskoplar düşük maliyetleri ve küçük boyutları sebebiyle son yıllarda büyük ilgi görmektedirler ve füzelerde güdüm kontrolü, otomobillerde aktif süspansiyon kontrolü, ve çeşitli tüketici elektronik cihazları gibi birtakım askeri ve sivil uygulamalarda kullanılmak üzere daha yüksek performans ve verime sahip jiroskoplar üretmek için farklı açılardan geniş çaplı çalışmalar yürütülmektedir. Bu tezde bir açısal hız dedektör sisteminde kullanılmak üzere çeşitli mikroişlenmiş jiroskoplann geliştirilmesi anlatılmaktadır. Sistem, bir mikroişlenmiş kapasitif jiroskop ve bir CMOS kapasitif okuma devresinden oluşmaktadır. Çeşitli mikroişlenmiş jiroskoplar ANSYS yazılımı kullanılarak yapılan sonlu eleman simulasyonlan ile tasarlanmıştır. Bu simülasyonlar cihazın çalışmasını doğrulamak ve sürüş ile sezim titreşim modlarının rezonans frekanslarının eşitlemekte kullanılmıştır. Tasarlanan yongadaki yapılatın serimleri, MCNC/Cronos süreci tarafından sunulan standart, ticari, üç-katman polisilisyumlu bir yüzey mikroişleme yöntemine göre hazırlanmıştır. Yonga, 11 adet farklı jiroskopgeometrisini ve toplam 26 adet jiroskop test yapışım kapsamaktadır. Ayrı jiroskop yapılarının kapladıkları alanlar 500jim x 500(i.m'den lmm x lmm'ye kadar değişmekte ve tüm yapıların serimleri lcm x lcm'lik bir çip alanını kaplamaktadır. Üretilen yongadaki yapılar test edilmiş, ve 8 yapımn çalışması doğrulanmıştır. Çalışan yapıların rezonans frekansları 7 kHz'den 30 kHz'e kadar değişmektedir. Üretilen mikroişlenmiş jiroskoplar, harici olarak uygulanan açısal hıza jirsokobun tepki olarak küçük kapasitans değişimleri oluşturması şeklinde tarif edilen kapasitif prensibe göre çalışmaktadır. Birkaç femtofarad seviyesinde olan bu küçük kapasitans değişimleri, hassas bir okuma devresi kullanılarak tespit edilebilmektedir. Bu çalışmada, yeni bir okuma devresi tasarlanmış ve bu devre standart 0.8u\m bir CMOS sürecinde üretilmiştir. Üretilen devre 700fim x 550(im kadar bir alan kaplamakta ve 5 V güç kaynağı kullanıldığında 20 mW güç harcamaktadır. Devrenin tam işlevselliği doğrulanmış ve devrenin 0. 1 fF'dan daha küçük kapasitans değişimlerini tespit edebildiği ve 45 mV/fF'dan daha iyi bir hassasiyet sergilediği gösterilmiştir. Son olarak, üretilen okuma devresi yongası ile jiroskoplar bir açısal hız dedektör sistemi geliştirmek üzere birbirine bağlanmıştır. Hibrit bağlanmış jiroskop sistemi 1 cm 'den daha küçük bir alanı kaplamakta ve 5 gr.'dan daha hafif gelmektedir. Anahtar Kelimeler: Mikro Elektro Mekanik Sistemler (MEMS), Açısal Hız Dedektörü, Mikroişlenmiş Jiroskop, Kapasitif Okuma Devresi. VI