Kolmiakselisen MEMS gyroskoopin termomekaaninen ja mekaaninen karakterisointi

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Mattila, Toni
dc.contributor.author Hyvönen, Hannes
dc.date.accessioned 2012-07-02T08:33:56Z
dc.date.available 2012-07-02T08:33:56Z
dc.date.issued 2011
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/3749
dc.description.abstract Työn tavoitteena oli automaattisten, tehokkaiden ja edullisten testauslaitteistojen ja -menetelmien kehittäminen kolmiakselisten mikroelektromekaanisten (MEMS) gyroskooppien mekaaniseen ja termomekaaniseen karakterisointiin. Työn painotuksena oli testausmenetelmien ja -laitteistojen kehittäminen ja gyroskooppien vaurioanalyysit jäävät tämän työn ulkopuolelle. Gyroskooppi on kulmanopeuden mittaamiseen ja asennon aistimiseen käytettävä anturi. Mekaaninen karakteristointi kattaa gyroskooppien korkean G-arvon iskumaiset kuormitukset ja tärinäkuormitukset. Lämpömekaaninen karakterisointi kattaa gyroskooppien ympäristöolojen kontrolloimista lämpö-, kosteus- tai monikaasu -kaapissa. Tässä työssä kehitettiin menetelmä kolmiakselisten MEMS-gyroskooppien karakterisointiin lämpö- ja kosteuskaapissa. Menetelmä koostuu yksiakselisesta servomoottorista, servo-ohjaimesta ja ohjaussovelluksesta, jonka avulla voidaan samanaikaisesti mitata ja tallentaa gyroskooppien kulmanopeus kaikilta kolmelta (X, Y ja Z) akselilta sekä mitata ympäristön lämpötilaa. Korkean G-arvon iskumaisiin kuormituksiin tarkoitettu laitteisto koostuu pneumaattisesta iskutestauslaitteesta, jossa käytetään mekaanista iskua korkean G-arvon saavuttamiseen. Olemassa olevaa laitteistoa muutettiin siten että sillä voidaan saavuttaa suurempia G-arvoja (aina 80 000G:hen asti) ja mahdollistaa gyroskooppien tutkiminen eri asennoissa. Tärinäkuormituslaittesto koostuu signaaligeneraattorista ja täristinmoottorista, joka soveltuu gyroskooppien tärinätestaukseen. Signaaligeneraattoria käytetään eri taajuisten signaalimuotojen syöttämiseen täristinmoottorille, joka tärisee annetun syötteen mukaisesti. Pyörityslaitteen toiminnallisuutta testattiin yhdellä gyroskoopilla huoneenlämmössä. Gyroskoopin X, Y ja Z-akselien kulmanopeuksien keskiarvot sekä -hajonta mitattiin. Korkean g-arvon iskutestauslaitteistoa testattiin kuudella mittauksella, jossa gyroskoopit rikkoutuivat ensimmäisellä iskulla. Tärinätestauslaitteistoa testattiin yhdellä gyroskooppi-piirilevyllä. Gyroskooppi-piirilevyn päälle asetettiin kiihtyvyysanturi, jolla mitattiin tärinästä aiheutuvan kiihtyvyyden RMS-arvo, huippuarvo ja kokonaisenergia. Tulevat jatkotutkimukset keskittyvät pyöritys-, isku- ja tärinälaitteistoilla testattujen MEMS-gyroskooppien vaurioanalyysiin. fi
dc.description.abstract The purpose of this thesis was to develop automated, efficient and economical methods for the mechanical and thermomechanical characterization of a digital 3-axial microelectromechanical systems (MEMS) gyroscope. The development of the test equipment and methods was the emphasis of this thesis, but the failure analyses of MEMS gyroscopes are beyond the scope of this work. A gyroscope is a device for measuring angular velocity and sensing change in orientation around its X, Y and Z-axis. The experimental part is divided into two sections, of which the first one is focused on high-G shock impact and vibration loading and the second on thermomechanical characterization. A rotation device was developed for the characterization of the MEMS gyroscopes in a temperature and humidity chamber. The rotation device consists of a oneaxial servo-motor, a servo-drive and a control program for the readout of angular velocity. The device is capable of simultaneously recording the angular velocities of the gyroscopes from all three axes while rotating the gyroscopes around a single axis. The device also records the temperature of the environment. The high-G shock impact equipment consists of a pneumatically assisted shock tester that relies on mechanical impact to generate the high-G shock pulse. An existing mechanical shock impact system was modified to gain higher G-values (up to 80 000G) and to enable the inspection of gyroscopes in different orientations. The vibration test equipment consists of a waveform generator and a vibration shaker, for the vibration testing of gyroscopes. The waveform generator is capable of outputting different waveforms with different frequencies to the shaker that vibrates with the given output. The functionality of the rotation device was tested with rotating one gyroscope board at room temperature. Respective averages and standard deviations of angular velocities were measured in the direction of X, Y and Z axes. The functionality of the high-G shock impact test equipment was verified with six measurements where all of the gyroscopes failed on first impact. The vibration test equipment was tested with one gyroscope board. Root mean square (RMS), peak value and total energy of acceleration were measured with an accelerometer placed on top of the vibrating gyroscope board. en
dc.format.extent [7] + 77
dc.format.mimetype application/pdf
dc.language.iso en en
dc.publisher Aalto University en
dc.publisher Aalto-yliopisto fi
dc.title Kolmiakselisen MEMS gyroskoopin termomekaaninen ja mekaaninen karakterisointi fi
dc.title Thermomechanical and mechanical characterization of a 3-axial MEMS gyroscope en
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö fi
dc.contributor.department Elektroniikan laitos fi
dc.subject.keyword gyroscope en
dc.subject.keyword MEMS en
dc.subject.keyword mechanical testing en
dc.subject.keyword environmental testing en
dc.subject.keyword reliability en
dc.subject.keyword characterization en
dc.subject.keyword gyroskooppi fi
dc.subject.keyword MEMS fi
dc.subject.keyword mekaaninen testaus fi
dc.subject.keyword ympäristötestaus fi
dc.subject.keyword luotettavuus fi
dc.subject.keyword karakterisointi fi
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201207022715
dc.type.dcmitype text en
dc.programme.major Elektroniikan valmistustekniikka fi
dc.programme.mcode S-113
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.contributor.supervisor Paulasto-Kröckel, Mervi
dc.location P1 fi


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account