MEMS accelerometers and gyroscopes for inertial measurement units
Ataletsel ölçüm birimi için MEMS ivmeölçerler ve dönüölçerler
- Tez No: 153601
- Danışmanlar: PROF. DR. TAYFUN AKIN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: İvmeölçer, Jiroskop, Ataletsel Ölçüm Birimi, Mikroelektromekanik Sistemler (MEMS) ve mikroişlenmiş ataletsel sensörler. vıı, Accelerometer, Gyroscope, Inertial Measurement Unit, Micro-Electro- Mechanical Systems (MEMS), and micromachined inertial devices
- Yıl: 2004
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
oz ATALETSEL ÖLÇÜM BİRİMİ İÇİN MEMS İVMEÖLÇERLER VE DÖNÜÖLÇERLER Erişmiş, Mehmet Akif Yüksek Lisans, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Tayfun Akın Eylül 2004, 137 sayfa Bu tez ataletsel ölçüm biriminde (IMU) kullanılabilecek mikroişlenmiş ivmeölçerler ve dönüölçerler geliştirilmesini rapor etmektedir. Mikroişlenmiş EVIU'lar, endüstriyel, medikal ve tüketici uygulamalarında, düşük maliyetli ve yüksek performanslı alternatifler olarak kullanılmaya başlanmıştır. Bu tez çalışması kapsamında çok sayıda ivmeölçer ve dönüölçer üç farklı üretim süreci kullanılarak geliştirilmiş, ayrıca yapılan çeşitli testlerle ürünlerin istenilen şekilde çalıştıkları gösterilmiştir. Buna ek olarak, tez kapsamında üretilmiş olan ivmeölçerler, dış okuma devreleri ile birleştirilerek hibrit ivmeölçer sistemleri tasarlanmış ve bu sistemler endüstriyel test alanlarında test edilmiştir. İvmeölçerler ve dönüölçerler MATLAB analitik simulator ve COVENTORWARE sonlu eleman simülatörü ile tasarlanmış ve en iyilenmiştir. İlk grup ürünler SOIMUMPs adlı ticari bir üretim süreci ile üretilirken, ikinci grup ürünler METU- MET tesislerinde geliştirilen elektrokaplama yöntemi ile üretilmiştir. Üçüncü grup ürünler halen geliştirilmekte olan DRIE bazlı yeni ve gelişmiş bir ürün süreci için tasarlanmıştır. viÜretilen ivmeölçerler ile dönüölçerlerin mekanik ve elektriksel test sonuçları tasarlanan değerlere çok yakın çıkmıştır. SOI ve nikel ivmeölçerlerin testleri endüstriyel ortamlarda da gerçekleştirilmiştir. Bu testleri gerçekleştiribilmek için ivmeölçerler, endüstriyel bir kapasitif okuma devrelerine hibrit bağlanmıştır. Bu ivmeölçer sistemleri sadece iki DC voltaj kaynağı ile beslenmekte ve ölçülen ivmeyle orantılı analog voltaj çıkışı vermektedir. Endüstriyel testler, SOI ivmeölçer sisteminin 799 [xg/VHz ortalama gürültü seviyesi, 1.8 mg/VHz tepe gürültü seviyesi, 22.2 mV/g orantı katsayısı, ve % 0.1 orantı katsayısı hatası olduğunu ve nikel ivmeölçer sisteminin 228 \ıgHHz ortalama gürültü seviyesi, 375 \ıgNHz tepe gürültü seviyesi, 1.02 V/g orantı katsayısı, % 0.23 orantı katsayısı hatası olduğunu göstermiştir. Uzun süreli sabit kayma ile açış-kapanış sabit kayma değerlerinin 20 mg'den küçük olduğu bulunmuştur. Bu sistemler Türkiye'de üretilen en yüksek performanslı mikroişlenmiş ivmeölçer sistemleri olup, ulusal ataletsel ölçüm birimi geliştirilmesinde kullanılabilirler.
Özet (Çeviri)
ABSTRACT MEMS ACCELEROMETERS AND GYROSCOPES FOR INERTIAL MEASUREMENT UNITS Erişmiş, Mehmet Akif M.Sc, Department of Electrical and Electronics Engineering Supervisor: Prof. Dr. Tayfun Akın September 2004, 137 pages This thesis reports the development of micromachined accelerometers and gyroscopes that can be used for micromachined inertial measurement units (EVIUs). Micromachined EVIUs started to appear in the market in the past decade as low cost, moderate performance alternative in many inertial applications including military, industrial, medical, and consumer applications. In the framework of this thesis, a number of accelerometers and gyroscopes have been developed in three different fabrication processes, and the operation of these fabricated devices is verified with extensive tests. In addition, the fabricated accelerometers were combined with external readout electronics to obtain hybrid accelerometer systems, which were tested in industrial test facilities. The accelerometers and gyroscopes are designed and optimized using the MATLAB analytical simulator and COVENTORWARE finite element simulation tool. First set of devices is fabricated using a commercial foundry process called SOEVIUMPs, while the second set of devices is fabricated using the electroplating processes IVdeveloped at METU-MET facilities. The third set of devices is designed for a new advanced process based on DRTfi, which is under development. Mechanical and electrical test results of the fabricated accelerometers and gyroscopes are in close agreement with the designed values. The testing of the SOI and nickel accelerometers is also performed in industrial test environments. In order to perform these tests, accelerometers are hybrid connected to commercially available capacitive readout circuits. These accelerometer systems require only two DC supply voltages for operation and provide an analog output voltage related to the input acceleration. The industrial tests show that the SOI accelerometer system yields a 799 ng/VHz average noise floor, a 1.8 mg/VHz peak noise floor, a 22.2 mV/g sensitivity, and a 0. 1 % nonlinearity, while the nickel accelerometer system yields a 228 (xg/VHz average noise floor, a 375 fxg/VHz peak noise floor, a 1.02 V/g sensitivity, and a 0.23 % nonlinearity. Long-term drift components of the accelerometers are determined to be smaller than 20 mg. These systems are the highest performance micromachined accelerometer systems developed in Turkey, and they can be used in implementation of a national inertial measurement unit.
Benzer Tezler
- Surface micromachined capacitive accelerometers using MEMS technology
MEMS teknolojisi ile yüzey mikroişlenmiş kapasitif ivmeölçerler
REFET FIRAT YAZICIOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2003
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TAYFUN AKIN
- Açık-döngü ve kapalı-döngü interferometrik fiber optik jiroskop (İFOJ) prototipinin tasarımı ve optoelektronik karakterizasyonu
Design and optoelectronic characterization of open-loop and closed-loop interferometric fiber optic gyroscope (IFOG) prototype
OĞUZ ÇELİKEL
Doktora
Türkçe
2008
Fizik ve Fizik MühendisliğiGebze Yüksek Teknoloji EnstitüsüFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. S. EREN SAN
- Capacitive cmos readout circuits for high performance MEMS accelerometers
Yüksek performans MEMS ivmeölçerler için sığasal cmos okuma devreleri
REHA KEPENEK
Yüksek Lisans
İngilizce
2008
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAYFUN AKIN
YRD. DOÇ. DR. HALUK KÜLAH
- Multisensor fusion of MEMS accelerometers for measurement accuracy improvement
Çözünürlüklerini arttırmak için MEMS ivme ölçerlerine çoklu sensör füzyonu uygulanması
AHMET KUZU
Yüksek Lisans
İngilizce
2006
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. METİN GÖKAŞAN
DOÇ.DR. SETA BOĞOSYAN
- Mems accelerometer design
Mems ivme ölçer tasarımı
ÖZGÜR ERDENER
Yüksek Lisans
İngilizce
2005
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ TOKER
YRD. DOÇ. DR. LEVENT TRABZON