Elementtimenetelmän ja vastinpiirien käyttö pietsosähköisten aktuaattorien ja energiankorjuukomponenttien dynamiikan suunnittelussa
Väitöstilaisuuden tiedot
Väitöstilaisuuden päivämäärä ja aika
Väitöstilaisuuden paikka
Linnanmaa, OP-sali (L10)
Väitöksen aihe
Elementtimenetelmän ja vastinpiirien käyttö pietsosähköisten aktuaattorien ja energiankorjuukomponenttien dynamiikan suunnittelussa
Väittelijä
Diplomi-insinööri Mikko Leinonen
Tiedekunta ja yksikkö
Oulun yliopiston tutkijakoulu, Tieto- ja sähkötekniikan tiedekunta, sähkötekniikan osasto
Oppiaine
Mikroelektroniikka
Vastaväittäjä
Tohtori Mark Stewart, National Physical Laboratory, UK
Kustos
Dosentti Jari Juuti, Oulun yliopisto
Pietsosähköisten toimilaitteiden ja energiankorjuukomponenttien suunnittelu elementtimenetelmän ja vastinpiirien avulla
Väitöstyön tavoitteena oli yhdistää elementtimenetelmä (FEM) ja piensignaalimallit pietsosähköisten aktuaattoreiden ja energiankorjuukomponenttien suunnittelussa ja tutkia niiden taajuuskäyttäytymistä.
Työssä tutkittiin Fabry Perot-tyyppisen optisen suodattimen taajuuskäyttäytymistä. Komponentista luotiin simulointimalli, jonka avulla parametrisoitiin piensignaalimalli. Piensignaalimallia puolestaan käytettiin peilin massan aiheuttaman taajuussiirtymän ennakointiin.
Lisäksi tutkittiin kahta erilaista laajakaistaista energiankorjuukomponenttia. Komponentit valmistettiin kahdella eri valmistustekniikalla ja komponenttien suorituskyky mitattiin. Tulosten perusteella kehitettiin laskentamenetelmä toleranssien aiheuttaman suorituskyvyn heikkenemisen kompensointiin.
Lopuksi tutkittiin kenkään asennettavan energiankeräimen suorituskyvyn mallintamista FEM-menetelmällä. Simulointimallilla pystyttiin laskemaan cymbal-tyyppisen komponentin energian tuotto hyvin tarkasti. Simulointimallin tuottama energia poikkesi vain 7 prosenttia mitatusta energiantuotosta alle 1,3 mm liikkeillä.
Työn tulokset auttavan suunnittelemaan pietsosähköisiä komponentteja sovelluksiin, joissa vaaditaan taajuuskäyttäytymisen tarkkaa hallintaa. Lisäksi tulokset auttavat ymmärtämään syvällisemmin cymbal-tyyppisten komponenttien käyttäytymistä suurten suhteellisten venymien alaisuudessa.
Työssä tutkittiin Fabry Perot-tyyppisen optisen suodattimen taajuuskäyttäytymistä. Komponentista luotiin simulointimalli, jonka avulla parametrisoitiin piensignaalimalli. Piensignaalimallia puolestaan käytettiin peilin massan aiheuttaman taajuussiirtymän ennakointiin.
Lisäksi tutkittiin kahta erilaista laajakaistaista energiankorjuukomponenttia. Komponentit valmistettiin kahdella eri valmistustekniikalla ja komponenttien suorituskyky mitattiin. Tulosten perusteella kehitettiin laskentamenetelmä toleranssien aiheuttaman suorituskyvyn heikkenemisen kompensointiin.
Lopuksi tutkittiin kenkään asennettavan energiankeräimen suorituskyvyn mallintamista FEM-menetelmällä. Simulointimallilla pystyttiin laskemaan cymbal-tyyppisen komponentin energian tuotto hyvin tarkasti. Simulointimallin tuottama energia poikkesi vain 7 prosenttia mitatusta energiantuotosta alle 1,3 mm liikkeillä.
Työn tulokset auttavan suunnittelemaan pietsosähköisiä komponentteja sovelluksiin, joissa vaaditaan taajuuskäyttäytymisen tarkkaa hallintaa. Lisäksi tulokset auttavat ymmärtämään syvällisemmin cymbal-tyyppisten komponenttien käyttäytymistä suurten suhteellisten venymien alaisuudessa.
Viimeksi päivitetty: 23.1.2024