search query: @keyword cantilever / total: 4
reference: 1 / 4
« previous | next »
Author:Saarinen, Mikko
Title:Cantilever enhanced gas sensing using photoacoustic spectroscopy
Kaasun mittaaminen piiläppään perustuvalla fotoakustisella spektroskopialla
Publication type:Master's thesis
Publication year:2010
Pages:[10] + 73      Language:   eng
Department/School:Elektroniikan, tietoliikenteen ja automaation tiedekunta
Main subject:Optiikka ja molekyylimateriaalit   (S-129)
Supervisor:Tittonen, Ilkka
Instructor:Sievilä, Päivi
Electronic version URL: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201203151571
OEVS:
Electronic archive copy is available via Aalto Thesis Database.
Instructions

Reading digital theses in the closed network of the Aalto University Harald Herlin Learning Centre

In the closed network of Learning Centre you can read digital and digitized theses not available in the open network.

The Learning Centre contact details and opening hours: https://learningcentre.aalto.fi/en/harald-herlin-learning-centre/

You can read theses on the Learning Centre customer computers, which are available on all floors.

Logging on to the customer computers

  • Aalto University staff members log on to the customer computer using the Aalto username and password.
  • Other customers log on using a shared username and password.

Opening a thesis

  • On the desktop of the customer computers, you will find an icon titled:

    Aalto Thesis Database

  • Click on the icon to search for and open the thesis you are looking for from Aaltodoc database. You can find the thesis file by clicking the link on the OEV or OEVS field.

Reading the thesis

  • You can either print the thesis or read it on the customer computer screen.
  • You cannot save the thesis file on a flash drive or email it.
  • You cannot copy text or images from the file.
  • You cannot edit the file.

Printing the thesis

  • You can print the thesis for your personal study or research use.
  • Aalto University students and staff members may print black-and-white prints on the PrintingPoint devices when using the computer with personal Aalto username and password. Color printing is possible using the printer u90203-psc3, which is located near the customer service. Color printing is subject to a charge to Aalto University students and staff members.
  • Other customers can use the printer u90203-psc3. All printing is subject to a charge to non-University members.
Location:P1 Ark Aalto  1373   | Archive
Keywords:cantilever
photoacoustics
spectrosopy
microfabrication
piipalkki
fotoakustiikka
spektroskopia
mikrovalmistus
Abstract (eng): The ability to detect small amount of trace gases is vital in many applications.
The photo acoustic spectroscopy is one of the methods that produce the most sensitive detection schemes.
It is based on detecting a gas specific acoustic wave generated in the absorption of light.
The sensitivity of the traditional membrane microphones is limited by electrical noise and the nonlinearity of the displacement of the mechanical sensor at high optical power levels.
Membrane microphones have been therefore replaced with optically measured cantilevers in the most sensitive systems.
Even though a MEMS cantilever has shown the best sensitivity to date, further work is needed to fully exploit its full potential.

This thesis consists of two parts.
The first part gives a review of the photo acoustic effect and the components used to build a photo acoustic system based on the literature.
In addition, a brief review of the fabrication process of cantilevers is given.
In the second part, a photo acoustic setup assembled at Micronova is used to compare the theoretical model with the measured signal spectra of the cantilevers.
The cantilever design is like a tight micro machined "door" in which the gas leakage through the gap between the moving door and the frame is of crucial importance.
The used model could explain the experimental data very well when this narrow gap is in a few µm range.
For larger gaps, the gas leakage and dynamics change the overall behaviour so much that the agreement becomes worse.

The sensitivity of the micro fabricated cantilevers is mainly limited by a gas spring.
Therefore various shapes for the component were modelled with the finite element method (FEM) showing that the effective spring constant can be efficiently altered by perforating the cantilever.
Abstract (fin): Monet sovellukset vaativat erittäin pienten kaasumäärien tunnistamista.
Tähän tarkoitukseen on kehitetty monia tekniikoita, joista fotoakustisella spektroskopialla on saavutettu kaikkein herkimpiä tuloksia.
Menetelmä perustuu näytekaasun synnyttämään akustiseen aaltoon, joka syntyy kaasun absorboidessa valoa.
Kalvomikrofonien herkkyyttä rajoittaa mittaukseen kytkeytyvä elektroninen kohina, sekä kalvon mekaanisen liikkeen epälineaarisuus suuria optisia tehoja käytettäessä.
Tästä syystä herkimpiä mittauksia varten kalvomikrofonit on korvattu optisesti mitattavalla, oven tavoin toimivalla, palkilla.
Palkki on erotettu kehyksestä kolmelta sivulta kapealla raolla.
Vaikka mikromekaanisilla palkeilla onkin saavutettu pienimmät mitatut herkkyydet, vaatii niiden vahvuuksien täydellinen hyödyntäminen vielä lisää tutkimusta.

Tämä työ muodostuu kahdesta osasta.
Ensimmäisessä osassa tehdään kirjallisuuskatsaus fotoakustiseen ilmiöön ja sitä hyödyntävän laitteiston vaatimiin osiin.
Lisäksi esitellään piipalkkien valmistukseen käytetty prosessi.
Toisessa osassa Micronovaan kootulla järjestelmällä mitattuja signaalispektrejä verrataan teoreettiseen malliin.
Vaikka mallin antamat tulokset vastaavatkin mitattuja arvoja käytettäessä kapeita rakoja, huomattiin mallin ja kokeellisten tulosten välillä suuria poikkeamia sekä signaali- että kohinaspektrissä, kun raon leveyttä kasvatettiin.

Piipalkkien herkkyyttä rajoittaa pääasiassa näytekaasun aiheuttama kaasujousi.
Kaasujousen vaikutuksen vähentämiseksi työssä mallinnetaan elementtimenetelmällä (FEM) erimuotoisia antureita.
Mallien perusteella palkin perforointi pienentää efektiivistä jousivakiota tehokkaasti.
ED:2011-01-11
INSSI record number: 41484
+ add basket
« previous | next »
INSSI