فهرست:
فصل اول: کلیات طرح.. 1
1-1 مقدمه. 1
1-2 اهداف تحقیق.. 5
1-3 اهمیت موضوع تحقیق و انگیزه انتخاب آن. 5
1-4 فرضیه های تحقیق.. 6
1-5 محدودیت ها و مشکلات تحقیق.. 7
1-6 ساختار پروژه 7
فصل دوم: مروری بر مطالعات انجام شده 8
مقدمه. 8
2-1 معرفی MEMS. 9
2-2 مبدل های MEMS. 10
2-3 سنسورهای فشار. 10
2-3-1 سنسورهای فشار پیزوالکتریک... 10
2-3-2 سنسورهای فشار مقاومت پیزویی.. 11
2-3-3 سنسورهای فشار خازنی.. 11
2-3-3-1 علل استفاده از سنسور فشار خازنی.. 12
2-4 ساختمان چشم. 13
2-4-1 پلک... 14
2-4-2 ملتحمه. 14
2-4-3 قرنیه. 14
2-4-4 عنبیه و مردمک... 15
2-4-5 اتاق قدامی.. 16
2-4-6 عدسی.. 16
2-4-7 زجاجیه. 17
2-4-8 شبکیه. 17
2-4-9 صلبیه. 18
2-4-10 عصب بینایی.. 18
2-4-11 عضلات چشم. 18
2-5 گلوکوما چیست... 18
2-5-1 گلوکوم زاویه باز اولیه. 19
2-5-2 گلوکوم حاد زاویه بسته. 19
2-6 تکنیک‌های مرسوم برای اندازهگیری فشار داخل چشمی.. 21
2-6-1 تونومتر اپلاناسیون گلدمن.. 21
2-6-2 تونومتری غیر تماسی ( NCT: Non Contact Tonometry ) 23
2-6-3 تونوپن (Tonopen) 24
2-6-4 تونومتریDynamic Contour (DCT) 24
2-7 نیاز به اندازهگیری مداوم فشار داخل چشمی.. 25
2-8 تکنیک‌های اندازهگیری مداوم فشار داخل چشمی.. 26
2-8-1 تکنیک‌های اندازهگیری توسط حسگرهای سیمی.. 27
2-8-2 دور سنج تزویج القایی.. 29
2-8-2-1 دستگاه غیرفعال. 30
2-8-2-2 دستگاه فعال. 41
2-9 بحث و بررسی.. 42
فصل سوم: روش انجام تحقیق.. 43
مقدمه. 43
3-1 طراحی سنسورهای فشار خازنی MEMS. 43
3-2 مدل سازی دیافراگم مسطح.. 45
3-3 بررسی ساختار سنسور فشار خازنی.. 48
3-3-1 حساسیت مکانیکی دیافراگم. 49
3-3-2 حساسیت سنسور. 50
3-3-3 انتخاب ناحیه کاری برای سنسور فشار چشم. 51
3-4 بررسی ظرفیت خازنی.. 52
3-5 آنالیز خمش یک صفحه نازک.. 53
3-5-1 بررسی معادلات پایه ای صفحات نازک با جابجایی کوچک... 54
3-5-2 بررسی شرایط مرزی.. 56
3-5-3 جابجایی صفحه نازک تحت فشار خارجی یکنواخت... 57
3-6 محاسبه ظرفیت خازنی سنسور فشار خازنی.. 69
3-7 آنالیز المان محدود. 70
3-7-1 دیافراگم مربعی چهار طرف ثابت... 70
3-7-2 دیافراگم مربعی شیاردار. 71
فصل چهارم: نتایج شبیه سازی.. 73
مقدمه. 73
4-1 شبیه سازی دیافراگم. 73
4-1-1 نتایج ریاضی.. 74
4-1-2 اثر استرس دیافراگم. 74
4-1-3 اثر اندازه دیافراگم. 75
4-1-4 اثر ضخامت دیافراگم. 75
4-1-5 حساسیت مکانیکی دیافراگم. 76
4-1-6 نتایج شبیه سازی المان محدود. 78
4-2 شبیه سازی ساختار سنسور فشار چشم. 86
4-2-1 اثر پارامترهای طراحی بر روی رفتار استاتیکی و دینامیکی سنسور فشار چشم. 87
4-2-2 بررسی ولتاژ پولین برای ساختار دیافراگم مربعی.. 87
4-2-3 ظرفیت خازنی سنسور فشار چشم. 90
4-2-4 توزیع استرس بر روی دیافراگم. 92
4-2-5 پاسخ فرکانسی سنسور خازنی فشار چشم. 93
4-3 استفاده از دیافراگم پلی‌سیلیکون جهت افزایش حساسیت سنسور فشار چشم. 95
4-4 بررسی سنسور فشار چشم با دیافراگم پلی‌سیلیکون شیاردار. 99
4-5 مقایسه سنسورهای فشار پلی‌سیلیکون و p++si در حالت clamped. 102
4-6 مقایسه سنسورهای فشار پلی‌سیلیکون و p++si با دیافراگم شیاردار. 111
4-7 مقایسه سنسور فشار خازنی با دیافراگم پلی‌سیلیکون در حالت clamped و شیاردار. 119
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات... 128
5-1 نتیجه گیری.. 128
5-2 پیشنهادات... 131
مراجع.. 132
منبع:
Fujita, H. Microactuators and micromachines. Proceedings of the IEEE, 86(8):1721–1732, 1998.
Goodall, G. A. Design of an implantable micro-scale pressure sensor for managing glaucoma. Michigan State University, Department of Mechanical Engineering, 2002.
Katuri, K. C., Asrani, S., and Ramasubramanian, M. K. Intraocular pressure monitoring sensors. IEEE Sensors 1, vol. 8, no. 1, 12-19, Jan. 2008.
Scheeper, P. R., Olthuis, W., and Bergveld, P. A silicon condenser microphone with a silicon nitride diaphragm and backplate. J. Micromec. Microeng. 2, pp.87-189, 1992.
Scheeper, P. R., Olthuis, W., and Bergveld, P. The design, fabrication, and testing of corrugated silicon nitride diaphragms. Journal of Microelectromechanical Systems, vol. 3, no. 1. 1994.
Puers, R., Vandevoorde G., and De Bruyker, D. Electrodeposited copper inductors for intraocular pressure telemetry. J. Micromech. Microeng. vol. 10, pp. 124–129, 2000.
Gloster, J. and Perkins, E. S. The validity of the Imbert-Flick law as applied to applanation tonometry. Exp. Eye Res., vol. 44, pp. 274–283, 1963.
Ehlers, N., Bramsen, T., and Sperling, S. Applanation tonometry and central corneal thickness. Acta Ophthalmol., vol. 53, p. 34, 1975.
Moses, R. A. The Goldmann applanation tonometer, Amer. J. Ophthalmol., vol. 46, no. 6, pp. 865–869, Dec. 1958.
Forbes, M., Pico, G. Jr., Grolman, B. A noncontact applanation tonometer. Description and clinical evaluation. Arch Ophthalmol;91:134-140, 1974.
Kempf, R., Kurita, Y., Iida, Y., Kaneko, M., Mishima, H. K., Tsukamoto, H., and Sugimoto, E. Understanding eye deformation in non-contact tonometry. in Proc. Annu. Int. Conf. IEEE Eng. Med. Biol. Soc., New York, pp. 5428–543130, Aug.–3 Sep. 2006.
Frenkel, R., Hong, Y., and Shin, D. Comparison of Tono-Pen to the Goldmann applanation tonometer. Arch. Opthalmol., vol. 106, no. 106, pp. 750–753, 1998.
Schneider, E., and Grehn, F. Intraocular pressure measurement-comparison of dynamic contour tonometry and Goldman applanation tonometry. J Glaucoma, vol. 15, no. 1, pp. 2–6, Feb. 2006.
Asrani, Zeimer,Wilensky, Geiser, Vitale, and Lindenmuth, Large diurnal fluctuations in IOP are an independent risk factor in glaucoma patients. J. Glaucoma, vol. 9, pp. 134–142, 2000.
Fogagnolo, P., Rossetti, L., Mazzolani, F., and Orzalesi. N. Circadian variations in central corneal thickness and intraocular pressure in patients with glaucoma. Br. J. Ophthalmol., vol. 90, pp. 24–28, 2006.
Barkana, Y., Anis, S., Liebmann, J., Tello, C., and Ritch. R. Clinical utility of intraocular pressure monitoring outside of normal office hours in patients with glaucoma. Arch. Opthalmol., vol. 124, Jun. 2006.
Waters, G. E., Thommen, Jr. and R. L. Intraocular pressure sensor. U.S. Patent 4922913.
Leonardi, M., Leuenberger, P., Bertrand, D., Bertsch, A., and Renaud, P. First steps toward noninvasive intraocular pressure monitoring with a sensing contact lens. Investigative Ophthalmol. Vis. Sci., vol. 45, no. 9, Sep. 2004.
Leonardi, M., Leuenberger, P., Bertrand, D., Bertsch, A., and Renaud, P. A soft contact lens with a mems strain gage embedded for intraocular pressure monitoring. in Proc. 12th Int. Conf. Solid State Sensors, Actuators, Microsyst., Boston, MA, vol. 2, pp. 1043–1046, Jun. 8–12, 2003.
Puers, R. Capacitive sensors: When and how to use them. Sens. Actuators A, vol. 37–38, pp. 93–105, 1993.
Collins, C. C. Miniature passive pressure transensor for implanting in eye. IEEE Trans. Bio-Med. Eng., vol. BME-14, no. 2, pp. 74–83, Apr. 1967.
Backlund, Y., Rosengren, L., Hok, B., and Svedbergh, B. Passive silicon transensor intended for biomedical, remote pressure monitoring. Sens. Actuators, vol. A21–A23, pp. 58–61, 1990.
Rosengren, L., Backlund, Y., Sjostrom, T., Hok, B., and Svedbergh, B. A system for wireless intraocular pressure measurements using a silicon micromachined sensor. J. Micromech. Microeng., vol. 2, pp. 202–204, 1992.
Rosengren, L., Backlund, Y., Sjostrom, T., Hok, B., and Svedbergh, B., and Selen, G. A system for passive implantable pressure sensors. Sens. Actuators A, vol. 43, pp. 55–58, 1994.
Van Schuylenbergh K. and Pures, R. Passive telemetry by harmonics detection. in Proc. 18th Annu. Int. Conf. IEEE Eng. Med. Biol. Soc., Amsterdam, The Netherlands, vol. 1, pp. 299–300, 1996.
Akar, O., Akin, T., and Najafi, K. A wireless batch sealed absolute capacitive pressure sensor. Sens. Actuator A, vol. 95, pp. 29–38, 2001.
Cho, S. T., Najafi, K., and Wise, K. D. Internal Stress Compensation and Scaling in Ultrasensitive Silicon Pressure Sensors. IEEE Transactions on Electron Devices, 39, pp. 836-842, April 1992.
Kim, S., and Scholz, O. Implantable active telemetry system using microcoils. in Proc. IEEE 27th Annu. Conf. Eng. Med. Biol, Shanghai, China, Sep. 1–4, pp. 7147–7150, 2005.
Eggers, T., Draeger, J., Hille, K., Marschner, C., Stegmaier, P., Binder, J., and Laur, R. Wireless intraocular pressure monitoring system integrated into an artificial lens. in Proc. 1st Annu. Int. IEEE-EMBS Special Topic Conf. Microtechnol. Med. Biol., Lyon, France, pp. 466-469, Oct. 12–14, 2000.
Ullerich, S., Mokwa, W., vom Bogel, G., and Schnakenberg, U. Micro coils for an advanced system for measuring intraocular pressure. in Proc. 1st Annu. Int. IEEE-EMBS Special Topic Conf. Microtechnol. Med. Biol., Lyon, France, pp. 470–474, Oct. 12–14, 2000.
Soin, N. and B.Y. Majlis, 2002. An analytical study on diaphragm behavior for micromachined capacitive pressure sensor. Proceedings of the IEEE International Conference on Semiconductor Electronics, Penang, Malaysia, pp: 505-510, December 19-21, 2002.
Chau, H., and Wise, K. D. Scaling Limits in batch-Fabricated Silicon Pressure Sensors. IEEE Transactions on Electron Devices, vol. ED-34, no. 4, pp. 850-858, April 1987.
Ganji, B. A., and Majlis, B. Y. Analytical Analysis of Flat and Corrugated Membranes for MEMS Capacitive Sensors. International journal of Nonlinear Dynamics in Engineering and Sciences. 1:1, pp. 47-57, 2008.
Jermam, J. H The fabrication and use of micromachined corrugated silicon diaphragms. Sensors and Actuatores, vol. A21-A23, pp. 988-992, 2001.
Md Mosaddequr, R., and Sazzadur, Ch. Square DiaphragmCMUT Capacitance Calculation Using a New Deflection Shape Function. Journal of Sensors Vol. 2011, Article ID 581910, 12 pages, 2011.
Clark, S. K., and Wise, K. D. Pressure Sensitivity in Anisotropically Etched Thin-Diaphragm Pressure Sensors. IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-26, pp 1887-1896, 1979.
Timoshenko, S. P. and Krieger, S. W. Theory of plates and shells. Singapore: McGraw-Hill. 1984.
Senturia, S. D. Microsystem Design. Kluwer Academic Publishers, Boston, Dordrecht, London. 2001.