Model validation and performance analyses for mems design

Mikro-elektro-mekanik sistemler geleceğin yeni ve gelişen teknolojileri arasında yeralmaktadır ve çok çeşitli alanlarda uygulamaları bulunmaktadır. Bu tarz sistemlerinperformanslarını tasarım sürecinde önceden tahmin etmek, tasarım maliyetini büyük ölçüdedüşürürken, tasarım kalitesini de arttırabilir. Bu çalışmada, mikro sistemlerin performanslarınıönceden saptamak için geliştirilen model doğrulama ve tasarım metotları sunulmaktadır.Geliştirilen metotları uygulamak için iki boyutlu bir mikro tarayıcı ayna örnek sistem olarakseçilmiştir. Model doğrulama metodu, sonlu elemanlar yöntemiyle oluşturulmuş modelin,mikro sistemlerin düzleme dik olan titreşimlerini ölçmek için kullanılan deneysel modalanaliz düzeneği yardımıyla doğrulanmasını içermektedir. Deney düzeneğinde titreşimsinyallerini mikro sisteme temas etmeden ölçmek için Laser Doppler Vibrometer (LDV)kullanılmaktadır. Mikro sistemdeki titreşim sinyallerini ölçmek için deneysel bir yöntemgeliştirilmiş ve bu yöntemle toplanan veriler MATLAB ve bir modal analiz programı olanME'scope kullanılarak işlenmiştir. Sonlu elemanlar modeli ve deneysel sonuçlar, modeldekikusurları ortaya çıkarmak için karşılaştırılmıştır. Doğrulanan sonlu elemanlar modeli, yenitasarım çalışmaları için oluşturulan durum-yer (state-space) gösterimini elde etmek içinkullanılmıştır. Tarayıcı aynanın bozunma analizlerinde (Disturbance Analysis), bozucu torketkisi altındaki aynanın dönme açısının standart sapması (RMS) Lyapunov yaklaşımıyardımıyla hesaplanmış ve bu işlem için de durum-yer modeli kullanılmıştır. Sistemperformansını arttırmak üzere kullanılacak kritik tasarım parametrelerini saptamak için,bozunum analizleri, bozunum hassasiyet analizleri (Disturbance Sensitivity Analysis) ilebirleştirilmiştir. Bozunum hassasiyet analizlerine ek olarak tasarım parametrelerinin modalhassasiyetleri de incelenmiştir. Bu analiz, tasarım parametrelerinde küçük değişiklikleryaparak sistemin doğal frekanslarının buna bağlı değişimlerinin gözlenmesiyleoluşturulmuştur.Bu tezde sunulan bir başka çalışma da, analitik formüller yardımıyla mikro sistemin doğalfrekanslarının hesaplanmasıdır. Bu çalışma, bu tezde kullanılan mikro sisteme özgü olmasınarağmen, tasarımda yüksek frekans koşulları ve sistemin belli doğal frekanslarının birbirinden1ayrılması söz konusu ise erken tasarım aşamasında tasarımcı mühendis için çok değerli birbilgi olabilir.Düzlem içindeki titreşimlerin ölçülmesinde kullanılabilecek bir deney düzeneği ve ölçümmetodu da bu tezde bütünlüğü sağlamak için sunulmuştur. Fakat, düzlem içi titreşimölçümlerinin sonuçları şu anda mevcut değildir ve gelecekte yapılacak çalışmalarabırakılmıştır.2