Mems Tabanlı Kuvvet Algılayıcıları İle Mikro Newton Mertebesinde Ölçüm

Abstract

Nanoteknolojideki gelişmeler sayesinde mikro ve nano seviyesindeki küçük ölçeklerde kuvvet üretimi ve üretilen kuvvetin ölçülmesi hem endüstrinin hem de akademinin ilgi alanına girmektedir. Bu çalışmada önerilen kuvvet ölçümü sistemi, yekpare olarak üretilmiş bir yay sistemi ve üçlü algılayıcı elektrot geometrisinden meydana gelmektedir. Bu elektrot kümelerinden ikisi sabit, birisi hareketli durumdadır. Dış bir kuvvetten uygulanan tahrik sonucunda oluşan yer değiştirme, hareketli elektrot kümesinin sabit kümelere göre yer değiştirmesine sebep olur. Bunun sonucunda sistemde oluşan sığa değişimi, sabit elektrot kümelerine uygulanan ve 1800 faz farkına sahip olan AC gerilimi neticesinde hareketli plakadan DC gerilimi olarak okunur. Bu çalışmada en fazla 30 N kuvveti okuyabilen bir kuvvet algılayıcı tasarımı gerçekleştirildi. Tasarım kriterlerini kontrol etmek amacıyla sonlu elemanlar yazılımı ile yöntem doğrulaması sağlandı. Bir sonraki adım olarak, tasarımı yapılan kuvvet algılayıcı, mikro-üretim yöntemleri kullanılarak imal edilecektir.

With the continuous advances in the field of nanotechnology, both force generation and force measurement techniques at micro and nano scales are widely employed in industry and academia. The proposed force measurement system of this work consists of a monolithic flexural part and a sensor with the three-electrode geometry, namely “tri-plate geometry”, for capacitive displacement sensing. One of these sets of electrodes is movable, whereas the remaining two are fixed. Displacement of the movable set of electrodes induced by an external source results in a capacitive difference in between movable and fixed set of electrodes. This displacement is then sensed on the movable stack as a DC voltage output by applying an AC voltage of 1800 phase difference to the two fixed electrode sets. In this study, we propose a design of a force sensor which is able to detect a maximum force of 30 N. To verify the design, finite element simulations are carried out and shown to be in agreement with the design criteria. As a final step, fabrication of the force sensor will be carried out.