Tez Arşivi

Hakkımızda

Tez aramanızı kolaylaştıracak arama motoru. Yazar, danışman, başlık ve özete göre tezleri arayabilirsiniz.


Orta Doğu Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı

A high performance automatic mode-matched MEMS gyroscope

Yüksek performanslı otomatik mod eşlenmiş dönüölçer

Teze Git (tez.yok.gov.tr)

Bu tezin tam metni bu sitede bulunmamaktadır. Teze erişmek için tıklayın. Eğer tez bulunamazsa, YÖK Tez Merkezi tarama bölümünde 313616 tez numarasıyla arayabilirsiniz.

Özet:

This thesis, for the first time in the literature, presents an automatic mode-matching system that uses the phase relationships between the residual quadrature and drive signals in a gyroscope to achieve and maintain the frequency matching condition, and also the system allows controlling the system bandwidth by adjusting the closed loop parameters of the sense mode controller, independently from the mechanical sensor bandwidth There are two mode-matching methods, using the proposed mode-matching system, presented in this thesis In the first method, the frequency matching between the resonance modes of the gyroscope is automatically accomplished by changing the proof mass potential The main motivation behind the first method is to tune the sense mode resonance frequency with respect to the drive mode resonance frequency using the electrostatic tuning capability of the sense mode In the second method, the mode-matched gyroscope operation is accomplished by using dedicated frequency tuning electrodes that only provides a capability of tuning the sense mode resonance frequency generating an electrostatic spring effect on the sense frame, independently from the proof mass potential This study mainly focuses on the second method because the proof mass potential variation is not desired during the gyroscope operation since the proof mass potential directly affects the drive and sense mode dynamics of the gyroscope Therefore, a single-mass fully-decoupled gyroscope including the dedicated frequency tuning electrodes are designed To identify mode shapes and mode frequencies of the designed gyroscope, FEM simulations are performed The designed gyroscopes are fabricated using SOI-based SOG process The fabrication imperfections are clarified during the formation of the structural layer of the gyroscope Next, the closed loop controllers are designed for the drive amplitude control, sense force-feedback, quadrature cancellation, and mode-matching regarding the phase relationship between the quadrature and drive signals Mode-matching is achieved by using a closed loop controller that provides a DC tuning potential The mode-matching system consisting of vacuum packaged sensor, drive amplitude control, sense force-feedback, quadrature cancellation, and mode-matching modules is implemented on a printed circuit board (PCB), and then the system level tests are performed Tests illustrate that the mode-matching system operates in a desired manner Test results demonstrate that the performances of the studied MEMS gyroscopes are improved up to 2 6 times in bias instability and 2 times in ARW under the mode-matched condition compared to the mismatched (~200 Hz) condition, reaching down to 0 73 °/hr and 0 024 °/?hr, respectively ...

Özetin tamamını okumak için tez.yok.gov.tr adresine gidin.

Summary:

Bu tez, bir MEMS dönüölçerin artık ofset ve sürüş sinyalleri arasındaki faz ilişkisini; frekans eşleme koşulunu sağlamak ve sürdürmek amacıyla kullanan otomatik bir mod eşleme sistemini literatürde bir ilk olarak sunmaktadır Ayrıca bu sistem, mekanik sensör bant genişliğinden bağımsız bir şekilde kapalı döngü mod kontrolcü parametrelerini ayarlayarak, sistem bant genişliğinin kontrol edilmesini sağlamaktadır Bu tezde sunulan mod eşleme sistemini kullanan iki ayrı mod eşleme yöntemine yer verilmiştir İlk yöntemde, dönüölçerin rezonans modları arasındaki frekans eşlemesi, ataletsel kütle potansiyelinin değiştirilmesiyle otomatik olarak sağlanmaktadır Bu yöntemin kullanımındaki esas neden, algılama modunun elektrostatik ayarlanabilme özelliğini kullanarak, algılama modu rezonans frekansını sürüş modu rezonans frekansına göre ayarlayabilme yetisidir İkinci yöntemde, mod-eşlenmiş dönüölçer işleyişi, yalnızca algılama modu rezonans frekansının ayarlanabilmesini sağlayan ve algılama çerçevesinde elektrostatik yay etkisi yaratan, ataletsel kütle potansiyelinden bağımsız özel frekans ayarlayan parmak yapıları kullanılarak sağlanmıştır Bu çalışma, dönüölçer işleyişi sırasında ataletsel kütle potansiyeline bağlı sürüş ve algılama mod dinamiklerinin, ataletsel kütle üzerindeki etkisi istenmediğinden, çoğunlukla bahsi geçen ikinci yöntem üzerine yoğunlaşmıştır Bu sebeple, özel frekans ayarlayan parmak yapıları içeren tek kütleli, tamamıyla etkileşimsiz bir dönüölçer tasarlanmıştır Tasarlanan dönüölçerin mod şekillerini ve mod frekanslarını tanımlayabilmek amacıyla, sonlu eleman analizleri gerçekleştirilmiştir Bu dönüölçerler, SOI temelli SOG üretim tekniği kullanılarak üretilmiştir Üretim kusurları, dönüölçerin yapısal katmanları oluşturulurken belirlenmiştir Bir sonraki adım olarak, sürüş genlik kontrol, algılama modu güç geri besleme, ofset giderme ve mod eşleme işlemleri için, ofset ve sürüş sinyalleri arasındaki faz ilişkisi göz önünde bulundurularak, kapalı-döngü kontrolcüler tasarlanmıştır Mod eşleme, DC ayarlama gerilimi sağlayan kapalı-döngü kontrolcü tarafından sağlanmıştır Vakum paketlenmiş duyarga, sürüş genlik kontrol, algılama modu güç geri besleme, ofset giderme ve mod eşleme modüllerini içeren mod eşleme sistemi, bir baskı devre kartı (PCB) üzerinde birleştirilmiş ve daha sonra sistem seviyesinde testler gerçekleştirilmiştir Testler, mod eşleme sisteminin istenilen şekilde çalışmakta olduğunu göstermiştir Test sonuçları eşlenmiş mod durumunda, eşlenmemiş mod (~200 Hz) durumuna göre, sabit kayma kararsızlığında 2 6 kata kadar, açısal rasgele kaymasında (ARK) 2 kata kadar, sırasıyla 0 73 °/saat'e ve 0 024 °/?saat'e ulaşarak, çalışılan dönüölçerlerin performansında gelişme olduğunu göstermiştir ...

For full summary, please go to tez.yok.gov.tr.