Kompozit Konsol Kiriş Yapıların Mikro-Çınlaç Olarak Kütle Olçümünde Kullanımı

Abstract

Mikro ölçekli çınlaçlar, kütle ölçümünde hassas terazi olarak geniş uygulama alanı bulmaktadırlar. Küçülen ölçek ile beraber azalan çınlaç kütlesi ve artan çınlanım frekansı, ölçülebilecek en düşük kütle sınırını, yüksek vakum ortamında zepto (10'21), atmosferik basınç altında femto (1 0 15) gram mertebesine indirmiştir. Mikro ölçekli çınlaçlar için en sık 815 kullanılm akta olan konsol kiriş yapılar çınlanım dayken, yapı üzerinde oluşabilecek herhangi bir değişim in çınlanım frekansındaki etkilerini gözlem lem ek, yaygın olarak kabul görm üş bir yöntem haline gelm iştir. Salınım yapan bir mikro çubuğun üzerine bir-örnek biriken ikinci bir m adde, bir yandan çubuğun kütlesini arttırırken diğer yanda ise eğilm e rijitliğini değiştirm ektedir. Kütle artışı, çınlanım frekansında azalmaya yol açarken, artan eğilm e rijitliği ise çınlanım frekansını arttırm aktadır. Literatürde, genel olarak artan rijitliğin hesaba katılm adığı ve frekans değişim inin yalnızca kütle değişim ine doğrudan bağlandığı bir yaklaşım kabul görm ektedir. Bu çalışm ada, kütle ve rijitlik etkilerini ayıran kuramsal bir yaklaşım geliştirilm iş olup kuram sal ve deneysel olarak sınanmıştır.

Micro-resonators find a wide area of applications as sensitive mass sensors. Decreasing mass and increasing resonant frequency of the sensors, as the scale becomes smaller, have lowered the limit for the minimum detectable amount of mass to the order of zepto (10 21 )grams under high vacuum conditions, and femto (10 15 )grams under atmospheric pressure. It has been a widely used method to observe the effects of possible structural changes of a cantilever beam on its resonant frequency. Uniform adsorbtion of a second material on the resonating microcantilever beam not only increases the mass of the cantilever but also changes its stiffness. While increasing mass causes a decrease in resonant frequency, increasing stiffness, on the other hand, increases the resonant frequency. In literature, it is an accepted practice to assume the dependence of the frequency shift on the mass change only without taking the increase in stiffness into account. In this study, a theoretical approach to isolate stiffness and mass effects has been developed. The approach has theoretically and experimentally been verified.