Piezoelektrik esaslı ivmeölçer tasarımı
Piezoelectric based accelerometer design
Yazar: MURAT KARAER
Danışman: PROF. DR. AYDIN DOĞAN
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
İvmeölçerler günümüzde otomotivden medikal sektöre ve uzay çalışmalarına kadar birçok alanda mekanik titreşimleri ve ivmelenmeyi ölçmek amacıyla kullanılmaktadır. Günümüz teknolojisi ile ivmeölçerlerin çeşitli tiplerde üretimleri mümkün olsa da piezeoelektrik esaslı ivmeölçerler sahip oldukları avantajlar bakımından yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Bu tez çalışmasının amacı otomotiv ve havacılık gibi prototip ürün ve geliştirme testlerinin yüksek maliyet gerektirdiği sektörlerde hata algılama ve erken uyarı sistemlerinde de kullanılabilecek yeterlilikte piezoelektrik esaslı ivmeölçer tasarımı yapılması, elde edilen deneysel-teorik karşılaştırmalı verilerle bilgisayar destekli tasarım araçları da kullanılarak oluşturulan ivmeölçer prototip maliyetlerinin azaltılmasıdır.
         Tez çalışmasında öncelikle literatür araştırmaları yapılmış ve öncül bir ivmeölçer tasarımı oluşturulmuştur. Belirlenen 14 değişken COMSOL sonlu elemanlar analiz programında oluşturulan modele yansıtılmış ve 93 varyans analiz edilmiştir. Değişkenlerden bazıları prototip ivmeölçere de yansıtılmış ve gerçel test düzeneklerinde 0-10 kHz frekans aralığında toplanan titreşim verileri COMSOL'un öngördüğü verilerle karşılaştırılmıştır. Bu çalışmalar kalibrasyonlu endüstriyel ivme sensörleri ile eş zamanlı olarak toplanan ivme verileriyle de desteklenmiştir. Hedeflenen tasarımın uygulama noktalarındaki fiziksel şartları, geometrisi, çalışma frekans aralığı, hassasiyet gereksinimi, ölçüm ekseni ve maliyeti gözönünde bulundurularak nihai tasarıma karar verilmiştir. Geliştirilmiş tasarıma uygun olarak üretilen en iyileştirilmiş ivmeölçerin hedeflenen hassasiyet değerlerine yakın voltaj çıktıları ürettiği görülmüştür.

Abstract:
Today, accelerometers are used to measure mechanical vibrations and acceleration in many fields from automotive to medical sector and space studies. Although it is possible to produce various types of accelerometers with today's technology, piezeoelectric-based accelerometers are widely used due to their advantages. The aim of this thesis is to design a piezoelectric-based accelerometer that can be used in fault detection and early warning systems in industries such as automotive and aerospace where prototype product and development tests require high cost, and to reduce the cost of accelerometer prototypes created by using computer aided design tools with the optained experimental-theoretical comparative data. 
          In the thesis study, first of all, literature research has been done and a preliminary accelerometer design has been created. Determined 14 variables were applied to the model created in the COMSOL - finite element analysis software- and 93 variances were analyzed. Some of these variables were applied on the prototype accelerometer as well. Vibration data collected in the real test setups in the frequency range of 0-10 kHz were compared with the data predicted by COMSOL. These studies were also supported by the acceleration data collected simultaneously with calibrated industrial acceleration sensors. The final design has been decided by considering the physical conditions, geometry, operating frequency range, precision requirement, measurement axis and cost at the application points of the targeted design. It has been observed that the optimized accelerometer produced in accordance with the improved design produces voltage outputs close to the targeted sensitivity values.