Computational dynamic analysis of the layered piezoelectricsurface acoustic wave sensors for mass sensitivity in liquids

Sensör teknolojisinde kullanılan yüzey akustik dalgalar (YAD) piezoelektrik alttaşları üzerinde bulunan ara-dijital-trandüserlerin (ADT) tahrik etmesi sonucu oluşur. ADT düzenleri farklı dinamikler gösterecek biçimde rezonatör veya gecikmeli-hat olabilir. Alttaş/ADT düzeninin üstüne püskürtme yöntemi ile üretilen ince katman sayesinde, kullanılan katmanın ve alttaşın malzemesine bağlı olarak Love dalga kipi gözlemlenir. Bu tezde sıvı ortamlarda kimyasal maddelerin tespit edilmesinde mekanik olarak elverişli olan Love YAD'ı incelenmektedir. Bu sensörlerin imalatı pahalı ekipmanlar ve titiz işçilik gerekmektedir. İmal edilmiş sensörlerin testleri için deneysel düzeneklerin kurulumları sırasında alttaşların piroelektrik özelliğinden kaynaklı olarak mikroelektronik cihaz güvenilirliğinin olumsuz etkilendiği görülmektedir. ADT malzemesi test sırasında olası yüksek direnç bölgerinde eriyebilir. Ek olarak oluşan dalgaların dinamik davranışı erişimi zor olan özel aletler gerektirebilir. Bahsedilen şartlar altında sadece bir bilgisayarda çalışan hesaplamalı bir iş akış, oluşabilecek yükleri hafifletebilir ve değeri yüksek veri sağlayabilir. Özgür ve açık-kaynak yazılımlar kullanılarak bu bağlamda bir hesaplamalı analiz yönergesi önerilmiştir. Yönergenin amacı belirli tasarım kriterlerine uygun güvenilir bir sensör üretimine yönelik veri sağlamaktır. Bahsedilen iki ADT düzeni farklı dinamik yanıtlar göstermesine rağmen başarı ölçütü her ikisi için de optimum kılavuz katman kalınlığıdır. Yönergenin geliştirilmesi basit bir kalınlık-kesim titreşim kip problemiyle başlatılmıştır. Geliştirilen FEniCS kodu bir sensörün dağılım karakterinin ortaya çıkması için öne sürülen kütle duyarlığı hesabını özdeğer probleminin çözümleriyle beraber kullanmıştır. Hesaplanan özfrekanslar deneysel rezonans frekanslarıyla uyumlu sonuçlar vermiştir. Temsili hacim elemanın (THE), kesit, ve model sensör geometrilerinin zamana bağlı deplasman ve elektrik potansiyel değişkenlerinin analiz edilebilmesi için bir optimum katman kalınlığı bulunmuştur.