 |
 |
 |
 |
 |
 |
Sains Malaysiana 45(11)(2016): 1655–1661 Performance Experiment and Numerical Prediction
of the Copper based Hair Cell Sensor for Underwater Sensing (Eksperimen Prestasi dan Ramalan
Berangka Pengesan
Sel Rambut berasaskan
Kuprum untuk
Penderiaan dalam Air) MOHD NORZAIDI
MAT
NAWI1*,
ASRULNIZAM
ABD
MANAF2,
MOHD
RIZAL
ARSHAD2
& OTHMAN
SIDEK2 1Department of Physics, Faculty of Science and Mathematics, Universiti Pendidikan
Sultan Idris 35900 Tanjung Malim, Perak Darul Ridzuan, Malaysia 2School of Electrical and Electronic Engineering, Universiti Sains Malaysia,
14300 Nibong Tebal, Pulau Pinang, Malaysia Diserahkan: 13 April 2013/Diterima: 30 Januari 2016 ABSTRACT This paper demonstrates the
performance experiment and numerical prediction of the copper
based hair cell for underwater sensing. Generally, the hair cell
consists of the single cantilever that attached perpendicular
to the substrate and integrated with strain gage (Kyowa type:
KFG-1N-120-C1-11). The hair cell sensor
was simulated using different flow rates to study the pressure
and the strain distribution acting on the sensor by using computational
fluid dynamic and finite element analysis approach. High performance
sensor can be achieved by increasing the length of the hair cell
and also using low Young Modulus material. The hair cell has been
fabricated for dimension of 8000 μm length, 2000 μm width
and 100 μm thickness,
where the copper was chosen due to its mechanical properties.
The response time for a sensor to respond completely to a change
in input is about 50 m/s and the sensitivity in terms of output
voltage and input flow rate is 0.2 mV/ms-1. Also, the result obtained
in the simulation is aligned with the experimental result. The
experiment for moving object detection proved that this sensor
is able to detect the moving object and it is necessary for underwater
applications, especially for monitoring and surveillance. Keywords: Hair cell; moving
object detection; strain gage; underwater sensing ABSTRAK Kertas ini membincangkan
eksperimen prestasi
dan ramalan berangka
untuk sel
rambut berasaskan kuprum untuk pengesanan
bawah air. Secara umumnya, sel rambut itu
terdiri daripada
julur tunggal yang tegak berserenjang dengan substrat dan disepadukan dengan tolok terikan
(jenis Kyowa: KFG-1N-120-C1-11). Pengesan sel rambut
telah disimulasi
menggunakan kadar
aliran yang berbeza
untuk mengkaji tekanan dan taburan
terikan yang bertindak
ke atas pengesan
dengan menggunakan
pengiraan dinamik bendalir dan kaedah
unsur terhingga.
Pengesan berprestasi tinggi boleh dicapai dengan
meningkatkan panjang
sel rambut dan
juga menggunakan bahan
Young Modulus yang rendah. Sel
rambut telah
direka bagi ukuran
panjang 8000 μm,
lebar 2000 μm dan tebal 100 μm,
dengan kuprum
telah dipilih kerana
sifat mekaniknya.
Masa tindak balas untuk
pengesan bertindak
balas sepenuhnya kepada perubahan input adalah kira-kira 50 m/s dan sensitiviti daripada segi keluaran
voltan dan
kadar aliran masukan
adalah 0.2 mV/ms-1.
Keputusan yang
diperoleh daripada simulasi juga adalah sejajar dengan keputusan eksperimen. Eksperimen untuk pengesanan objek bergerak membuktikan bahawa pengesan ini boleh
mengesan objek
yang bergerak dan ini
adalah perlu
bagi aplikasi bawah
air, terutamanya untuk
pemantauan dan pengawasan. Kata kunci: Pengesan
bawah air; pengesanan
objek bergerak; sel rambut; tolok
terikan RUJUKAN Arshad,
M.R. 2009. Recent advancement in sensor technology for underwater
applications. Indian Journal of Marine Science 38:
267-273. Coombs, S. 2001. Smart
skins: Information processing by lateral line flow sensors. Autonomous
Robots 11: 255-261. Evans,
J. & Nahon, M. 2004. Dynamics
modeling and performance evaluation of an autonomous underwater
vehicle. Ocean Engineering 14: 1835-1858. Fan,
Z., Chen, J., Zou, J., Bullen, D., Liu, C. & Delcomyn,
F. 2002. Design and fabrication of artificial lateral line flow sensors.
Journal of Micromechanics and Microengineering
12: 655-661. Lorenz, H. 1997. SU-8:
a low-cost negative resist for MEMS. Journal
of Micromechanics and Microengineering
7: 121- 124. Nawi, M.N.M., Manaf,
A.A., Arshad, M.R. & Sidek, O. 2011. Finite element analysis
of characteristic array SU-8 based hair cell and cantilever beam
for artificial lateral line flow sensor. IEEE
International Conference Computer Applications and Industrial
Electronics 2011 (ICCAIE). pp. 1-6. Tao,
J. & Yu, X. 2012. Hair flow sensors: From bio-inspiration to biomimicking
- a review. Smart Materials and Structures 21: 1-23. *Pengarang untuk surat-menyurat; email: norzaidi@fsmt.upsi.edu.my
|
|||
|
