This paper addresses the control issue of vibratory MEMS-based gyroscopes. This study considers a gyroscope that can be modeled by an inner mass attached to an outer mass by four springs and four dampers. The outer mass itself is attached to the rotating frame by an equal number of springs and dampers. In order to measure the angular rate of the rotating frame, a driving force is applied to the inner mass and the Coriolis force is sensed along the y-direction associated with the outer mass. Due to micro-fabrication imperfections, including anisoelasticity and damping effects, both gyroscopes do not allow accurate measurements, and therefore, it becomes necessary to devise feedback controllers to reduce the effects of such imperfections. Given an ideal gyroscope that meets certain performance specifications, a feedback control strategy is synthesized to reduce the error dynamics between the actual and ideal gyroscopes. For a dual-mass gyroscope, it is demonstrated that the error dynamics are remarkably decreased with the application of four actuators applied to both masses in the x and y directions. It is also shown that it is possible to reduce the error dynamics with only two actuators applied to the outer mass only. Simulation results are presented to prove the efficiency of the proposed control design.
Kim Jae Hyung;Jeong Mi Seon;Kim Heuy Dong;Park Kyung Am
Proceedings of the KSME Conference
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2002.08a
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pp.143-146
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2002
Recently the micro flows have been received much attention in the applications with regard to Micro Electro Mechanical Systems(MEMS). Such flows are governed by relatively large viscous forces, compared with inetia force, and frequently specified by slip wall boundary conditions. In the present study, computations are applied to investigate the compressible viscous flows through an extremely small channel, and theoretical analyses are conducted using the Fanno flow theory. The axisymmetic, compressible, Wavier-Stokes equations are numerically solved by a fully implicit finite implicit method. The predicted results are validated with previous experimental data available. The results obtained show that for small Reynolds numbers, the viscous frictional force significantly influences the compressible micro channel flows.
In this study, a variable capacitive pressure sensor is fabricated for TPMS (Tire Pressure Monitoring System). This study is for developing sensors which consecutively measure the tire pressure given as 30 psi from the industrial standard. For improving non-linearity of the prior capacitive pressure sensors, it is suggested that touch mode capacitive pressure sensor be applied. In addition, initial capacitance is designed as small as possible for the conformity to the wireless sensor. ANSYS, commercial FEA package, is used for designing and simulating the sensor. The device is progressed by MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) fabrication and packaged with PDMS. The result is obtained sensitivity, 1 pF/psi, through a pressure test. The simulation result is discrepant from experiment one. Wafer's uniformity is presumed as the main reason of discrepancy.
Kim Young-Sik;Na Kee-Yeol;Shin Yoon-Soo;Park Keun-Hyung;Kim Yeong-Seuk
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.19
no.10
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pp.894-900
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2006
This paper reports the fabrication and characterization of $32{\times}32$ thermal cantilever array for nano-scaled memory device applications. The $32{\times}32$ thermal cantilever array with integrated tip heater has been fabricated with micro-electro-mechanical systems(MEMS) technology on silicon on insulator(SOI) wafer using 9 photo masking steps. All of single-level cantilevers(1,024 bits) have a p-n junction diode in order to eliminate any electrical cross-talk between adjacent cantilevers. Nonlinear electrical characteristic of fabricated thermal cantilever shows its own thermal heating mechanism. In addition, n-channel high-voltage MOSFET device is integrated on a wafer for embedding driver circuitry.
SU-8 is an epoxy-type photoresist widely used for the fabrication of high-aspect-ratio (HAR) micro-structures in micro-electro-mechanical systems (MEMS). To fabricate highly integrated structures, chemical mechanical polishing (CMP) has emerged as the preferred manufacturing process for planarizing the MEMS structure. In SU-8 CMP, an oxidizer decomposes organic impurities and particles in the CMP slurry remove the chemically reacted surface of SU-8. To fabricate HAR microstructures using the CMP process, the adhesion between SU-8 and substrate material is important to avoid the delamination of the SU-8 film caused by the mechanical-dominant material removal characteristic. In this study, the friction force during the CMP process is measured with a CMP monitoring system to detect the delamination phenomenon and investigate the delamination of the SU-8 film from the silicon substrate under various pressure conditions. The increase in applied pressure causes an increase in the frictional force and wafer-edge stress concentration. The frictional force measurement shows that the friction force changes according to the delamination phenomenon of the SU-8 film, and that it is possible to monitor the delamination phenomenon during the SU-8 CMP process. The delamination at a high applied pressure is explained by the effect of stress distribution and pad deformation. Consequently, it is necessary to control the pressure of polishing, which can avoid the delamination in SU-8 CMP.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.2
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pp.236-242
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2003
Thermal bubbles find their diverse application areas in the MEMS (MicroElectroMechanial Systems) technology, including bubble jet printers, microactuators, micropumps, etc.. Especially, microactuators and micropumps, which use a microbubble growing by a controlled heat input, frequently involve mechanical and thermal interaction of the bubble with a solid structure, such as a cantilever beam and a membrane. Although the concept is experimentally verified that an internal pressure of the bubble can build up high enough to deflect a thin solid plate or a beam, the physics of the entire process have not yet been thoroughly explored. This work reports the experimental study of the growth of a thermal bubble while deflecting a thin cantilever beam. A physical model is presented to predict the elastic response of the cantilever beam based on the experimental measurements. The scaling law constructed through this work can provide a design guide for micro- and nano-systems that employ a thermal bubble for their actuation/pumping mechanism.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2007.05a
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pp.379-382
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2007
The MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) process is used in a micro/nano pattern manufacturing method. This method is based on the lithography technology. But the MEMS process has some problems such as complicated process, long processing time and high production costs. Many researchers are doing research in substitute manufacturing method to work out a solution to these problems. In this paper, we apply a dieless incremental forming technology to a substitute method of MEMS process. This dieless forming technology is using in the commercial scale sheet forming such as a prototype of automobile sheet parts. 5-axes CNC (Computerized Numeric Control) method are applied in this system to get a micro-scale dieless forming results. These 5-axes system are composed of precision AC servo motor stages (4-axes) and PZT actuator (1-axis). A PZT actuator is used in a precision actuating axis because it can be operated in the nano scale stroke resolution. This micro dieless incremental forming system has the advantage of minimization in manipulating distance and working space. As equipment and tools become smaller in size, minute inertia force and high natural frequency can be obtained. Therefore, high precision forming performance can be obtained. This allows the factory to quickly provide the customer with goods because the manufacturing system and process are reduced. To construct this micro manufacturing system, many technologies are necessary such as high stiffness frame, high precision actuating part, structural analysis, high precision tools and system control. To achieve the optimal forming quality, the micro dieless forming system is designed and made with high stiffness characteristic.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.2
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pp.418-426
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1995
A bubble-powered microactuator is designed conceptually. And the actuation mechanism due to bubble growth and collapse is studied numerically and analytically. In this analysis, it is estimated that the time lag for bubble formation on micro line heater, the duration of the bubble growth and collapse and the pressure change in actuator due to the bubble evolution. Based on these calculations, the actuator control scheme is visualized. This actuator may be applicable to the system which needs to pump liquid correctly and regularly.
A numerical analysis has been conducted for flow characteristics and performance of a micropump with piezodisk and MHD(Magnetohydrodynamics) fluid. Various micro systems which could not be considered in the past have been recently growing with the development of MEMS(Micro Electro Mechanical System) and micro machining technology. Especially, micropumps, essential part of micro fluidic devices, are being lively studies by many researchers. In the present study, the piezo electric micropump with electromagnetic resistance for electrically conducting fluids is considered. The prescribed grid deformation method is used for the displacement of the membrane. The change of the performance of the micropump and flow characteristics of the electrically conducting fluid with the magnitude of the magnetic fields, duct size, the position of the inlet and outlet duct are investigated in the present study.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.33
no.7
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pp.601-606
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2016
In this paper, an energy harvester is developed that has advantages regarding piezoelectric noise minimization, mass production, and an easily available environmental energy source, electromagnetic induction, as well as low-frequency bandwidth and high amplitude. A process for fabricating a three-dimensional multilayered planar coil using micro-electro-mechanical systems (MEMS) on a flexible printed circuit board FPCB is introduced. Optimal shape and size were calculated via internal resistance and inductance, and a prototype was fabricated through the MEMS procedure while considering the possibility of mass production. Although the internal resistance matched the designed value, the electromotive force generated did not reach the intended amount. The main reason for the decrease in efficiency was the low area of coil outskirt exposed to the magnetic field while there was relative motion between the magnet and the coil.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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