Tez Arşivi

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


Orta Doğu Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü

A tactical grade MEMS accelerometer

Taktik seviye MEMS ivmeölçer

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 268246 tez numarasıyla arayabilirsiniz.

Özet:

Bu çalışmanın amacı da teknolojide ki en son gelişmelere paralel olarak, mikro işleme teknikleri ile geliştirilmiş, üç eksenli, taktik seviye bir ivmeölçer sistemi oluşturmaktır. Üretilecek bu 3 eksenli ivmeölçer sisteminin her ekseni, en fazla 200µg/?Hz gürültü yoğunluğu ve en düşük ±10g çalışma aralığına sahip olmalıdır. Bu performans değerlerine ulaşabilmek için, ivmeölçer performansını istenen seviye aralığında optimize edecek bir MATLAB algoritması geliştirilmiştir. Tasarlanan ivmeölçerlerin beklenen performans değerleri de COVENTORWARE sonlu eleman modelleme aracı ve MATLAB tarafından çıkarılmıştır. Tasarlanan yapılar daha sonra cam-üstü-silikon, çözülmüş pul işleme ve çözülmüş epitaksiyel pul işleme süreçleri ile üretilmiştir. Bu üretim sonuçları karşılaştırılmış ve en yüksek verimliliğin cam-üstü-silikon üretim süreci ile elde edildiği gözlemlenmiştir. Fakat bu süreç ile üretilen ivmeölçerler taktik seviye performans parametrelerini sağlayamamaktadır. En iyi performans değerleri ise çözülmüş pul işleme süreci ile elde edilmiştir, fakat yapısal katmaları içerisinde bulunan gerilim sebebiyle bu üretim sürecinin verimliliği çok düşük olmuştur. Bu üretimden çıkan ivmeölçerler kullanılarak üç eksenli bir ivmeölçer paketi hazırlanmış ve yapılan testler ile performansının taktik seviye isterleri karşıladığı gösterilmiştir. Bunların yanında üç eksenli aynı tabanda üretilebilen bir ivmeölçer üretim teknolojisi de önerilmiştir. Tek eksende üretilen ivmeölçerler ile elde edilen en iyi performans değerleri 153µg/?Hz gürültü yoğunluğu, 50µg sabit kayma kararsızlığı, 0.38% doğrusallıktan sapma oranı ve ±33.5g çalışma aralığıdır ki, literatürde yer alan benzerlerinden daha yüksek bir dinamik ölçüm aralığı değerine sahiptir. 3 eksenli ivmeölçer paketi ile elde edilen performans değerleri ise ~150µg sabit kayma kararsızlığı, <200µg/?Hz gürültü yoğunluğu, 0.4% doğrusallıktan sapma oranı ve ±10g'den büyük çalışma aralığıdır.

Summary:

The aim of this research is to develop such a state-of-the-art three axes micro-machined accelerometer system, whose performance is expected to reach tactical-grade level. Each accelerometer in this tactical grade accelerometer system should have a noise density below 200µg/?Hz, within ±10g operation range. Also the bias drift and non-linearity of the accelerometer should be in the acceptable levels. In order to achieve these performance values a MATLAB algorithm is developed to optimize the accelerometer performances in the desired levels. Expected performance parameters of the designed accelerometer structures are extracted from the simulations done by both Coventorware finite element modeling tool and MATLAB. Designed structures are then fabricated with silicon-on-glass, dissolved wafer and dissolved epitaxial wafer processes. These fabrication results are compared and it is observed that highest yield accelerometers are fabricated with the SOG process. But these accelerometers could not be able to satisfy tactical grade performance parameters. Best performances are obtained with DWP, but due to high internal stress, yield of the sensors were very low. Using the fabricated accelerometers in DEWP a three axial accelerometer package is prepared and tests results proved that this three axial accelerometer system was satisfying the tactical grade requirements. In addition to these a three axial monolithic accelerometer fabrication technique is proposed and sensors are designed which are suitable for this process. Best performances achieved with single axis accelerometers were 153µg/?Hz noise floor, 50µg bias drift, 0.38% non-linearity and a maximum operation range of 33.5g which has the higher dynamic range among its counterparts in the literature. Performance results achieved with the three axes accelerometer were ~150µg bias drift, <200µg/?Hz noise density, 0.4% non-linearity with higher than ±10g operation range.