Yeni Bir Mikro Piezoelektrik Enerji Harmanlayıcı Sistemi

Abstract

Bu tezde yeni bir titreşim temelli mikro enerji harmanlayıcı sistemi önerilmiştir. Titreşimler ve ani hareketler, mekanik yapının sadece eğilmesine değil aynı zamanda gerilmesine yol açar, bu sayede sistem doğrusal olmayan bölgede çalışır. İnce piezoelektrik film tabakası mekanik stresi elektrik enerjisine çevirir. Mikrowatt mertebesinde güç seviyeleri mm3’lük aletlerle elde edilebilir, bu da güneş panellerinde elde edilen güç yoğunlukları kadar yüksektir. Algılayıcı kabiliyeti sayesinde bilgi depolayabilen, kum tanesi büyüklüğünde olan ve üretiminde kullanılan temel malzeme silikon olan bu aletler “zeki kum” olarak isimlendirilmiştir. Mekanik yapının modellenmesi ve tasarımı geliştirilmiş ve üretim sonuçları da ayrıca verilmiştir. Sistemin bilgi gönderebilmesi ve alabilmesi amacıyla iyi bilinen RFID teknolojisi tabanlı bir kablosuz haberleşme yöntemi önerilmiştir. Bu bağlamda, paket taşımacılığında sürekli ivme denetleme, sınır güvenliği için kendinden beslemeli algılayıcılar, çabuk bozulan yiyeceklerin taşımacılığında sıcaklık denetleme ve pilsiz kalp atışı algılayıcı gibi birçok uygulama önerilmiştir.

In this thesis, a novel, vibration based micro energy harvester system is proposed. Vibrations or sudden movements cause the mechanical structure does not only bend but also stretch, thus working in non-linear regime. The piezoelectric thin film layer converts the mechanical stress into the electrical energy. Microwatts of power can be achieved with a mm3 device which yields a high power density levels on the order of the solar panels. This device is named “smart sand”, because it has also sensor capabilities that can store information, its size is almost a sand grain and the main material used for the fabrication is silicon. The modeling and design of the mechanical structure has been developed and fabrication results have also been given in the thesis. In order for the system to send and receive the information, a wireless communication scheme is proposed which is based on the well-known RFID technology. In this concept, several applications are proposed such as continuous acceleration monitoring in package delivery, self-powered sensors for homeland security, temperature monitoring of the perishable food item delivery and a batteryless heart rate sensor.