Ingeniería Mecatrónica (Mag.)
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Item Design of a self-adjusting antenna feed for a homologous designed tiltable 20m-radio-telescope(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-12-04) Böhme, Martin; Ströhla, Tom; Heraud Pérez, Jorge ArturoRadioteleskope sind verschiedenartigen Umwelteinflüssen ausgesetzt. Dadurch hervorgerufene Verformungen der Reflektoroberfläche verändern deren geometrischen Eigenschaften und können die ursprüngliche Position und Form des Brennpunkts verändern. Eine Abweichung dieses Brennpunkt von der Lage der Primärantenne beeinflusst die Leistungsfähigkeit des Teleskops. Die vorliegende Arbeit zeigt eine Methode zur theoretischen Abschätzung der Verformung durch das Eigengewicht des Reflektors des INRAS RT–20. Jene nach der Idee des homologen Designs von Hoerners konstruierten Teleskopen weisen eine Stützstruktur auf, die die Reflektorfläche unabhängig vom Elevationswinkel in einer der ursprünglichen Form ähnlichen Gestalt halten. Somit kann die Verformung durch das Nachführen der Primärantenne ausgeglichen werden. Grundlage der Untersuchung ist ein vorhandenes Strukturmodell des RT–20–Teleskops. Zusammen mit den zugehörigen Geometriedaten und Materialparameten wird ein Finite-Element-Modell erstellt. Für dieses wird ein Belastungsfall mit dem Eigengewicht für verschiedene Elevationswinkel simuliert. Um die deformierte Reflektorfläche mathematisch zubeschreiben und den passenden Brennpunkt zu bestimmen wird eine parametrisierte Form eines Best-Fit-Paraboloids erörtert. Für die Ermittlung der Parameter werden drei Optimierungsalgorithmen in Matlab ausgeführt und miteinander verglichen. Daraus wird die Verschiebung des Brennpunkts (Defokussierung) ermittelt und der Bedarf einer Korrekturbewegung für die Primärantenne abgeschätzt. In einem Entwurfsprozess werden nach den Ideen der VDI2221–Norm technische Prinzipe für ein Aktuierungssystem entwickelt und bezüglich ausgewählter Kriterien gegeneinander abgewogen. Als Resultat dieses Bewertungsprozesses wird eines der Prinzipe erwählt und spezifiziert. Für die spätere Umsetzung werden Komponenten vorgeschlagen, Bauteile vorbereitend konstruiert und in einer CAD–Software zu einer funktionierenden Baugruppe zusammengefügt.Item Integration of a visual tracking system into a four probe measuring system to evaluate the electrical sheet resistance of thin films(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-07-13) Curi Grados, Osmar Giordano Adolfo; Ströhla, Tom; Rumiche Zapata, Francisco AurelioEn los últimos años, las películas delgadas han sido ampliamente estudiadas debido a la amplia gama de aplicaciones técnicas que presentan, algunas de las cuales están determinadas por sus propiedades eléctricas tales como la resistividad. Generalmente, algunas propiedades medidas en la macroescala no siguen siendo válidas cuando el material es reducido a la nanoescala. Varios estudios demuestran que la resistividad en películas delgadas depende del espesor de la muestra. Por lo tanto, en la investigación y producción de películas delgadas para nuevas aplicaciones, es necesario un sistema eficaz y preciso para medir y caracterizar sus propiedades eléctricas. Con el fin de superar las limitaciones en la medición de la resistividad en películas delgadas, el objetivo de esta tesis es la de implementar un sistema de medición de la resistividad flexible implementado utilizando el software LabVIEW y conformado por instrumentos de medición Keithley y una cámara digital tipo microscopio. Este sistema presenta dos características principales: 1. Un sistema de seguimiento automático de posición (visual tracking) para determinar la ubicación de las puntas de medición sobre la muestra. Este sistema reduce los errores ocasionados por el desalineamiento de las puntas, proporciona una apropiada interfaz gráfica y es el primer paso para la automatización del sistema de medición. 2. El sistema es capaz de medir la resistividad utilizando cuatro métodos distintos (Van der Pauw, Linear Van der Pauw, y el método de las cuatro puntas lineal y cuadrado). Esta característica proporciona la posibilidad de medir una gama más amplia tanto de materiales como de dimensiones de las muestras. El desempeño del sistema desarrollado se válido midiendo muestras estándar de aluminio y tungsteno de diferentes espesores (100, 300 and 600 nm). Las películas se depositaron sobre sustrato de silicio mediante sputtering. La resistividad de las películas se midió aplicando los diferentes cuatro métodos y se obtuvo un error estándar menor a 1%. Con el _n de validar la eficacia del sistema de seguimiento visual (visual tracking), se analizó la influencia, tanto del desalineamiento como de la distribución de las puntas en la medición de la resistividad. Los resultados fueron validados por comparación con datos experimentales de la literatura y modelos teóricos de películas delgadas (Fuchs-Sondheimer, Mayadas-Shatzke y combinación de ambos modelos). Los resultados están en correlación con los datos experimentales y los modelos teóricos. Además, se confirmó la dependencia de la resistividad con el espesor. Asimismo, se demostró que el incremento de la resistividad eléctrica podrá explicarse por las contribuciones de los mecanismos de dispersión en los limites de grano y en la superficie de la película delgada.Item Implementation of a four probes measuring system to determine the resistivity of thin films with temperature dependence(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-06-19) Salas Casapino, Carlos Alberto; Guerra Torres, Jorge Andrés; Ströhla, TomResistivity measurements in thin film samples depending on the temperature and on the lm thickness is always a subject of interest, above all when it comes to new materials. This work presents the implementation of a measuring system for thin fi lm resistivity based on four probes showing the dependency of the resistivity on the temperature as well as on the film thickness. In order to change the temperature of the samples, a heat source based on a Peltier element was implemented into the measuring system. A Graphical User Interface using a LabVIEW software controls all the devices of the measuring system and allows the user to calculate the thin lm resistivity choosing between four measuring method: Van der Pauw, Modi ed Van der Pauw, Linear Van der Pauw and Linear Four Probes methods. Resistivity in aluminum and tungsten thin lm samples with 100, 300, and 600 nm thickness were measured at temperatures between 303K and 373K with increments of 5 K. The results obtained are higher than bulk resistivity values and agrees with the present theory. Moreover, it is shown that the resistivity values obtained and its corresponding temperature coeficients increases as the film thickness decreases.Item FEM simulation of residual stresses of thin films for applications in MEMS(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-06-19) Macavilca Román, José Carlos; Ströhla, Tom; Rumiche Zapata, Francisco AurelioIn MEMS sensors, such as resonators based on cantilever and doubly-clamped beams, the presence of residual stresses in the thin films disrupt their mechanical properties or eigenfrequencies and, in some cases, can destroy the structure. This thesis aims to simulate the residual stresses in wafers composed of thin films deposited over a substrate. The simulations were conducted with ANSYS Workbench R17.2, a finiteelement-method software. This work considered static simulations with a single-layer wafer geometry, since it is a first approach to the simulation of residual stresses. With the purpose of achieving that, three simulation types were performed. Simulation 1 applied the thermal loads as heating and cooling steps to a quadrant model. Simulation 2 added the birth and death technique with the purpose of representing the deposition of the thin film. Besides, it was split under the geometric model as flat axisymmetric section, curved axisymmetric section, i.e. with the initial curvature of the wafer, and curved quadrant model. On the other hand, simulation 3 generated the residual stresses by the activation of the contact between the thin film and the silicon dioxide layer, used as diffusive barrier. The simulation results were compared to calculated values from measurements performed by the methods of wafer curvature and X-ray diffraction. The comparison showed that the curved quadrant model allowed obtaining residual stresses and deflections closer to the calculated ones. In addition, the curved axisymmetric models allowed visualizing the residual stresses distribution in the layers and the substrate. Thus, the birth and death technique was useful to simulate the deposition of the thin film. The considerations described in this work can be used as input data for more complex simulations based on MEMS structuresItem Construction and implementation of a 4-probe measuring system to determinate the temperature dependent sheet resistance of thin films(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-04-12) Pacheco Arenas, Carlos Arturo; Ströhla, Tom; Rumiche Zapata, Francisco AurelioIn order to build machines, electronic devices, it is necessary to know all properties of the materials. The machines and electronic devices use parts that are interconnected, the mechanical properties are important, but for some specific tasks the electrical properties are more important. In this sense it is necessary to predict the behavior of this parts in different temperatures to the environment. The present thesis focus on implementation of a 4-probe measuring system to determinate the sheet resistance of thin film samples showing the dependency of the resistivity on the film thickness as well as on the deposition temperature. The method used to determine the resistivity is the modified van der Pauw Method. Therefore, it is important the measurement of the current and the voltage drop in the sample. It is also important to measure the distance between tips, in order to calculate the resistivity. Furthermore, it is also important to find the correct transformation that maps any four point of a plane to a new plane with four collinear points. The measurements are controlled via LabVIEW and the measured data is displayed in the user interface.Item Implementation of a triboelectrical workstation for the investigation of the influence of electrical current on the tribological properties of thin films(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-06-20) Yupanqui Aliaga, Edson Igor; Ströhla, Tom; Rumiche Zapata, Francisco AurelioCon el fin de hacer que las máquinas, circuitos electrónicos o contactos eléctricos para diversas aplicaciones, funcionen correctamente; es necesario conocer sus características. La mayoría de las máquinas desarrolladas o dispositivos electrónicos están formados por varios componentes que están interconectados. Cuando estos componentes interactúan entre sí o con el medio ambiente, están sometidos a estrés, fricción y desgaste. Por lo tanto, se requiere predecir el comportamiento de estos materiales cuando están sometidos a fricción y desgaste para así tener una interpretación adecuada de lo que ocurre en estos puntos de contacto. La presente tesis se centra en la caracterización de materiales por medio de un sistema tribológico basado en un "punto plano-contacto", donde una bola estacionaria hace de punto y el material de muestra se hace oscilar debajo. Con este sistema es posible determinar el valor de la fuerza tangencial y la fuerza normal, y a partir de estos dos, se puede calcular el coeficiente de fricción. Además, apoyamos el análisis de materiales mediante una caracterización eléctrica en paralelo durante el experimento. Para este propósito, una corriente se inyecta en la muestra. Luego, la caída de tensión y la corriente son medidas y con estos datos, la resistencia eléctrica se puede determinar. El sistema de medición está controlado por un ordenador central que usa LabVIEW y los datos medidos son almacenados para su posterior análisis.