Çok kanallı bir kuartz kristal mikrobalans veri toplama sisteminin geliştirilmesi
Development of a multi-channel quartz crystal microbalance data collection system
Yazar: MUSTAFA KARAPINAR
Danışman: PROF. DR. SEYDİ DOĞAN
Balıkesir Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada, küçük miktarlardaki kütle değişimlerinin kuartz kristal mikrobalans (KKM) tekniği ile izlenip kayıt altına alınabildiği çok kanallı bir veri toplama sistemi geliştirilmiştir. Sistem Arduino Atmega 2560 mikrodenetleyici kontrollü olup, kişisel bilgisayarla veya bağımsız olarak çalışabilmektedir. Sistem için tasarlanan prototip cihazın her bir kanalı için, birer PIC16F628 mikrodenetleyicisi kullanılmış ve sensör araştırmaları için kullanılacak KKM kristallerinin frekans ölçümleri bu mikrodenetleyiciler tarafından gerçekleştirilmiştir. Frekans ölçümleri ile birlikte eş zamanlı olarak, ortam sıcaklığı ve nemi ile her bir kanala ait sıcaklık değişimleri izlenmekte ve cihaz belleğine veya bilgisayara "txt" formatında kaydedilebilmektedir. Ölçülen ve kaydedilen tüm veriler eşzamanlı olarak bir bilgisayar ekranı üzerinden grafiksel olarak görüntülenebilmektedir. Mikrodenetleyiciler için Arduino C ve CCS-C programlama dili, bilgisayar arayüzü için ise Labview görsel programlama dili kullanılmıştır. Sistemin frekans ölçüm aralığı, frekans doğruluğu, frekans hassasiyeti ve sıcaklık hassasiyeti sırasıyla 1-50 MHz, 1 ppm, 1 Hz ve 0.1˚C'dir. KKM kristali üzerine büyütülen NiO film tabakasının kütlesi, geliştirilen cihaz ile yapılan ölçümler neticesinde yaklaşık 140 µg hesaplanmış ve başka bir mikroterazi ile ölçülen değerle birbirini teyit ettiği görülmüştür.

ANAHTAR KELİMELER: Kuartz kristal mikrobalans (KKM), frekans ölçümü,  elektronik arayüz, veri toplama, piezoelektrik algılayıcı, kütle ölçümü.

Abstract:
In this study, a multichannel data collection system has been developed in which mass changes in small quantities can be monitored and recorded by quartz crystal microbalance (QCM) technique. The system is controlled by Arduino Atmega 2560 microcontroller and can be run independently or via a personal computer. PIC16F628 microcontroller is used to use for each channel of prototype device designed for the system, and frequency measurements of the QCM crystals to be used for sensor investigations have been performed by this microcontroller. Simultaneously with frequency measurements, temperature changes of each channel are monitored with ambient temperature and humidity, and can be recorded in the device memory or computer in "txt" format. All measured and recorded data can be displayed simultaneously on a computer screen graphically. Arduino C and CCS-C programming languages have been used for microcontrollers and Labview visual programming language has been used for computer interfaces. The frequency measurement range, frequency accuracy, frequency precision and temperature accuracy of the system are 1-50 MHz, 1 ppm, 1 Hz and 0.1 ˚C respectively. The mass of the NiO film layer grown on the QCM crystal has been calculated to be approximately 140 μg on the basis of the measurements carried out by designed device, and confirmed with the value measured by another microbalance.

KEYWORDS: Quartz crystal microbalance (QCM), frequency measurement, electronic interface, data acquisition, piezoelectric sensor, mass measurement.