Computational dynamic analysis of the layered piezoelectricsurface acoustic wave sensors for mass sensitivity in liquids
Katmanlı piezoelektrik yüzey akustik dalga sensörlerin hesaplamalı dinamik analizi
- Tez No: 841796
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ FETHİ OKYAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yeditepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Sensör teknolojisinde kullanılan yüzey akustik dalgalar (YAD) piezoelektrik alttaşları üzerinde bulunan ara-dijital-trandüserlerin (ADT) tahrik etmesi sonucu oluşur. ADT düzenleri farklı dinamikler gösterecek biçimde rezonatör veya gecikmeli-hat olabilir. Alttaş/ADT düzeninin üstüne püskürtme yöntemi ile üretilen ince katman sayesinde, kullanılan katmanın ve alttaşın malzemesine bağlı olarak Love dalga kipi gözlemlenir. Bu tezde sıvı ortamlarda kimyasal maddelerin tespit edilmesinde mekanik olarak elverişli olan Love YAD'ı incelenmektedir. Bu sensörlerin imalatı pahalı ekipmanlar ve titiz işçilik gerekmektedir. İmal edilmiş sensörlerin testleri için deneysel düzeneklerin kurulumları sırasında alttaşların piroelektrik özelliğinden kaynaklı olarak mikroelektronik cihaz güvenilirliğinin olumsuz etkilendiği görülmektedir. ADT malzemesi test sırasında olası yüksek direnç bölgerinde eriyebilir. Ek olarak oluşan dalgaların dinamik davranışı erişimi zor olan özel aletler gerektirebilir. Bahsedilen şartlar altında sadece bir bilgisayarda çalışan hesaplamalı bir iş akış, oluşabilecek yükleri hafifletebilir ve değeri yüksek veri sağlayabilir. Özgür ve açık-kaynak yazılımlar kullanılarak bu bağlamda bir hesaplamalı analiz yönergesi önerilmiştir. Yönergenin amacı belirli tasarım kriterlerine uygun güvenilir bir sensör üretimine yönelik veri sağlamaktır. Bahsedilen iki ADT düzeni farklı dinamik yanıtlar göstermesine rağmen başarı ölçütü her ikisi için de optimum kılavuz katman kalınlığıdır. Yönergenin geliştirilmesi basit bir kalınlık-kesim titreşim kip problemiyle başlatılmıştır. Geliştirilen FEniCS kodu bir sensörün dağılım karakterinin ortaya çıkması için öne sürülen kütle duyarlığı hesabını özdeğer probleminin çözümleriyle beraber kullanmıştır. Hesaplanan özfrekanslar deneysel rezonans frekanslarıyla uyumlu sonuçlar vermiştir. Temsili hacim elemanın (THE), kesit, ve model sensör geometrilerinin zamana bağlı deplasman ve elektrik potansiyel değişkenlerinin analiz edilebilmesi için bir optimum katman kalınlığı bulunmuştur.
Özet (Çeviri)
Surface acoustic waves (SAWs) actuated by the inter-digital-transducers (IDT) on piezoelectric substrates are used in sensor technology. The configurations of IDT are resonator or delay-line, for which the responses show different dynamics. When a thin film is sputtered on the substrate/IDT combination, Love SAW mode is observed depending on the material selection. In this thesis we focus on Love SAW mode, which is mechanically feasible for detecting chemical agents in liquid environments. The manufacturing of these sensors should be done under very expensive equipment and meticulous operation. Setting the experimentation setup for testing also affects the microelectronic device reliability of the manufactured sensors due to pyroelectricity of the substrates. While testing, melting of the IDT material may occur due to high resistivity at some local regions. Not only that, but also the assessment of the dynamics of the waves requires specialized instruments, which might be inaccessible. Under these circumstances a robust computational workflow of the sensors might ease the overhead, and give invaluable data that can be achieved by just using a computer. Under this context, a computational analysis guideline is proposed using libre and open-source software. The goal of the guideline is to generate data to be analyzed towards making a reliable sensor device under given some design constraints. The responses of both IDT configurations shows different dynamics, yet the measure of success is set to an optimum layer thickness which gives an optimum mass sensitivity for both of them. Development of the guideline is started with modeling a simple thickness-shear mode problem. Developed FEniCS code is applied to reveal dispersive characteristics of a sensor through EVP results used in a postulated mass sensitivity calculation. Computed eigenfrequencies show close agreement with the experimental resonance frequencies. An optimum thickness is obtained to be used in transient solution for both the RVE and mock-up sensor geometry to analyse the displacements and electrical potential variables.
Benzer Tezler
- Çift katmanlı termal aktif bina sistemi tasarımı, termal analizi ve optimizasyonu
Design, thermal analysis and optimization of double layered thermally activated building system
OĞUZHAN ÇALIŞIR
Doktora
Türkçe
2021
EnerjiErciyes ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GAMZE GENÇ
- Three-dimensional dynamic fracture analysis for a thick-walled cylinder made of multi-layered materials
Çok-katmanlı malzemeden yapılmış kalın cidarlı bir silindir için üç boyutlu dinamik kırılma analizi
HÜSEYİN SEFA ATAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Makine MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. MEHMET NURULLAH BALCİ
- İki parametreli zeminler üzerine oturan yapı sistemlerinin dinamik analizi
Dynamic analysis of structures resting on two parameter elastic foundation
MEHMET AKİF HAMARAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. ENGİN ORAKDÖĞEN
- İkiz tünel içeren tabakalı yarı-sonsuz bir ortamın statik ve dinamik davranışlarının sonlu ve sonsuz elemanlar kullanılarak incelenmesi
Investigation of static and dynamic behaviors of a layered semi-infinite medium with twin tunnel by using finite and infinite elements
YUSUF ZİYA YÜKSEL
Doktora
Türkçe
2024
İnşaat MühendisliğiBursa Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞEREF DOĞUŞCAN AKBAŞ
- Development and experimental validation of a novel nonlinear layered shell element for RC structural walls
Betonarme perde duvarlar için yeni bir doğrusal olmayan katmanlı kabuk elemanının geliştirilmesi ve deneysel doğrulaması
CEM TURA
Doktora
İngilizce
2025
İnşaat MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KUTAY ORAKÇAL
PROF. DR. ALPER İLKİ