Özet

Tezin Adı:
: Piezoelektrik Tahrikli Doğrusal Hareket Mekanizma Tasarımı
Yazarı
: Sezgin KOCAER
Danışman
: Yrd. Doç. Dr. Özgür ÜNVER
Öz
: Tezde nanometre mertebesinde hareket edebilen doğrusal motor
geliştirilmesi hedeflenmiştir. Piezoelektrik malzemeler kullanılarak yapılan doğrusal motor
kaydır taşı prensibi ile çalışmaktadır. Tez çalışmasında geliştirilen piezoelektrik motorların
besleme voltajı, sıcaklık ve yüke karşı performansları incelenmiştir. Tezde iki farklı mekanik
kaydır-taşı motoru çalışılmıştır. Çalışmalar neticesinde imal edilen tek eksende hareket
kabiliyetindeki motorun atmosfer koşullarında, farklı şiddette besleme sinyalleri ile iki yönlü
hareketi dijital optik kamera ile resimlendirilmiştir. Bu işlemler genliği 150V, 200V, 250V ve
300V olan sinyaller için motorun 25, 50, 75,100 ve 250 adımlık ilerleme miktarlarında
gerçekleştirilmiştir. Ayrıca ağırlığı 10g, 20g, 30g, 40g, 50g ve 100g olan yükler altında
300V'luk besleme sinyali ile 100 adımlık ilerlemeler uygulanarak ölçümler yapılmıştır.
Resimlendirilmiş olan bu hareketlerin ardışık hareketler sonucu yer değiştirme miktarları
ölçülüp mekanizmanın atma başına ortalama haraket miktarı hesaplanmıştır. Yapılan çalışmalar
sonucunda atmosfer koşullarında gerçekleştirilen bu çalışmada tek eksen kaydır taşı
piezoelektrik motorun 400nm ile 1350nm arasında adım büyüklükleri ile ilerlediği görülmüştür.
Gerçekleştirilen ortogonal iki eksende hareket kabiliyetindeki piezoelektrik motor çalışmasında
kriyojenik sıcaklık koşulunda piezoelektrik motor performansının incelenmesi hedeflenmiştir.
İmal edilen motorun hareketi öncelikle atmosfer koşullarında dijital optik kamera yardımı ile
gözlenmiştir. Sonrasında hedeflenen ölçümler için motor düşük sıcaklık taramalı uc
mikroskobuna monte edilerek 77 kelvin sıcaklığına soğutulmuştur. Ölçümler; motorun
hareketli tablası üzerine yerleştirilen kare örgü desenli galyum arsenit örnek üzerinden görüntü
alınarak yapılmıştır. Motor belirli sayılarda ilerlemeler gerçekleştirdikten sonra örnek yüzeyi
taranarak görüntü alınmıştır. Sonrasında alınan görüntüler üzerinde belirgin olan noktalar
referans alınarak örneğin ne kadar yer değiştirdiği görüntüler üzerinden hesaplanmıştır.
Motorun 77 kelvinde hareket edebilirliği test edildikten sonra motor sıcaklığı 4 kelvine
indirilerek görüntüleme ve analiz işlemleri tekrarlanmıştır. Kriyojenik sıcaklık ortamında
yapılan bu çalışmada piezoelektrik motorun 77 kevin sıcaklığında adım büyüklüğü 1500-2000
nm civarlarında ölçülmüştür. 4 kelvin sıcaklığında ise adım büyüklüğü 160 ile 450 nanometre
civarında ölçülmüştür.
Abstract
: This thesis aims to design a linear motor which can move at nanometer
range. The linear motor that is made up of piezoelectrical materials works according to the
principal of slip-stick. This thesis examines performance of motors against supply voltage of
the piezoelectrics, temperature and mechanical load. In this research two different mechanical
slip-stick motors are studied. The motor that has been made as an outcome of this research has
the ability of moving on a single axis. The supply signals of the motor at different intensity
levels under atmospheric conditions and its movement to both sides have been recorded by a
digital optic camera. During the process, for the 25, 50, 75,100 and 250 steps of the motor
moving forwards and backwards, the intensity of the signals are 150V, 200V, 250V and 300V.
The measurement is repeated under the loads of 10g, 20g, 30g, 40g, 50g and 100g at the 300V
signal intensity with 100 steps moving forwards and backwards. The distance between
sequential movements that have been drawn is measured and the average step size is calculated.
This research is studied under atmospheric conditions and observes that the step size of the
piezo-electrical motor, which has a slip-stick system and a single axis, is measured between
400nm and 1350nm. The second research that focuses on a piezo-electrical motor which has
the ability of moving on two orthogonal axes aims to examine the performance of piezoelectrical motors at cryogenic temperature. The movement of the motor is first observed at
atmospheric conditions by a digital optic camera. Afterwards, the motor is mounted on a low
temperature probe microscope and the temperature of the atmosphere is decreased to 77 Kelvin
for the experiment. The experiment is done by scanning the square patterned gallium arsenide
that is put on the moveable table of the motor. After the motor practices a certain amount of
movements, its surface is scanned. Then, with reference to the points which can be observed
clearly, the distance between movements is measured based on these images. After the ability
of the motor whether it can move at 77 Kelvin is tested, its temperature is decreased to 4 Kelvin
and the same tests and scanning procedure are repeated. This research is studied at cryogenic
temperature and the step size of the piezo-electrical motor at 77 Kelvin is measured around
1500-2000 nm, whereas it is measured around 160-450 nm at 4 Kelvin.