Technical design and simulation of a scanner based on piezoelectric actuator

Mikroelektromekanik sistemler (MEMS), lazer ışını rehberliği, tomografi, mikroakışkan kontrol, lazer tabanlı ekranlar, LIDAR gibi çok çeşitli uygulamalar için kompakt ve özel çözümler sunar. MEMS teknolojisinin bu artıları, tasarlanan sistemlerin verimliliği için önem arz etmektedir. Bu tez, bir PZT-4 ince film ile hareket ettirilen yüksek tarama frekansına ve tarama açısına sahip tarayıcı geliştirmeyi amaçlamaktadır. Tezimiz, sonlu eleman modelleme kullanarak tasarlanan sistemi optimize etmeye odaklanmaktadır. Bu modelleme ile PZT tabanlı aktüatöre uygulanan elektrik girişi ile oryaya çıkan hareketler değerlendirilir. Ayrıca sonlu eleman modelleme ile, sistemin üzerindeki stres dağılımı ve doğal moddaki salınımları incelenir. Faz dışı harekette sistem, 91 kHz mekanik rezonans frekansında 100V ile çalıştırılmış tır. Faz içi hareket ise 208 Hz seviyelerindedir. Bu hareket, taramaya derinlik katmaktadır. Bu çalışma şartlarında 12.5 derecelik bir tarama açısı sağlanmıştır. Aynanın genişliği 0.66 mm'dir. Sistemin yüksek frekansta çalışması sonucu mekanik olarak deformasyonlar ortaya çıkmaktadır. Yapılan teorik hesaplama, mevcut ayna yüzeyinin 70 %'nin verimli bir şekilde kullanılabileceğini göstermektedir. Teorik hesaplamalara göre sistemin harcadığı güç tüketimi 1.5 mW seviyelerindedir. Tasarlanan sistemin lazer projektörler, medikal uygulamalar gibi hıza ihtiyaç duyulan uygulamalarda kullanılması hedeflenmektedir.