fragrantstrong
New Member
Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết nối
1. Vi cơ điện tử - MEMS.............................................................................................. 1
2. Cảm biến lực ............................................................................................................ 2
3. Một số cảm biến lực cơ bản..................................................................................... 3
3.1 Vi cảm biến lực kiểu tụ ...................................................................................... 3
3.2 Vi cảm biến lực áp điện...................................................................................... 4
3.3 Vi cảm biến lực áp điện trở ............................................................................... 4
3.4 Cảm biến lực laser quang .................................................................................. 5
4. Mục tiêu của đề tài................................................................................................... 7
CHƯƠNG 2: CẢM BIẾN LỰC ÁP ĐIỆN TRỞ ............................................................ 7
1. Hiện tượng áp điện trở ............................................................................................ 7
2.Độ biến thiên điện trở dưới tác động của sức căng ................................................. 8
3. Mạch cầu wheatstone............................................................................................... 9
4. Độ nhạy và nhiễu ..................................................................................................... 9
4.1 Độ nhạy .............................................................................................................. 9
4.2 Nhiễu ................................................................................................................ 10
5. Cảm biến lực áp điện trở....................................................................................... 11
6. Vật liệu chế tạo áp điện trở ................................................................................... 14
7. Vi cảm biến áp điện trở ba chiều........................................................................... 17
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG CẢM BIẾN LỰC BA CHIỀU................ 18
1. Vi cảm biến lực ba chiều........................................................................................ 18
2. Các cấu trúc tập trung ứng suất............................................................................ 19
3.Phần mềm COMSOL MULTIPHYSIC................................................................. 22
4. Mô phỏng vi cảm biến lực ba chiều....................................................................... 23
4.1 Cấu hình ngang (Tác dụng theo phương X) ................................................... 24
4.2 Cấu hình dọc (Tác dụng lực theo phương Z).................................................. 28
4.3 Cấu hình dài (Tác dụng lực theo phương Y) .................................................. 31
KẾT LUẬN.................................................................................................................... 34
Tài liệu tham khảo......................................................................................................... 35
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU
1. Vi cơ điện tử - MEMS
MEMS – Microelectromechanical Systems là một công nghệ chế tạo các linh
kiện có chức năng kết hợp của điện và không điện trên chip và dựa trên nền tảng
chế tạo CMOS. Các linh kiện này thông thường có các cấu trúc cỡ µm hay thậm
chí là nanomet.
Hiện nay, sản phẩm của công nghệ MEMS đã được ứng dụng rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực khác nhau như: cảm biến chuyển động trong điện thoại, antenna
thông minh trong thiết bị di động, microphone MEMS với tính định hướng và thông
minh, các cảm biến trong y tế và nhiều lĩnh vực khác.
MEMS là một ngành khoa học với tính liên ngành rất cao như thể hiện trên
hình 1. Đầu tiên MEMS là kết hợp giữa ngành cơ và điện tử. Nhưng sau vài chục
năm phát triển, MEMS liên quan đến rất nhiều ngành khác như truyền nhiệt, âm
thanh, chất lỏng, điện từ, hóa học, sinh học, quang học, y tế, …
Hình 1: MEMS là một ngành khoa học liên ngành
Vi cảm biến áp suất là một trong những sản phẩm đầu tiên và quan trọng nhất
của MEMS. Sau đó, các vi cảm biến như gia tốc, gyroscope, vi cảm biến DNA lần
lượt được giới thiệu và đã được ứng dụng rộng rãi hiện nay.
Các vi cảm biến nêu trên về cơ bản được thiết kế trên nền tảng vi cảm biến lực
một chiều hay kết hợp nhiều vi cảm biến lực một chiều.
Tuy nhiên, trong thực tế yêu cầu phải có vi cảm biến lực nhiều chiều rất quan
trọng đặc biệt là trong các hệ thống mổ nội soi hay mổ tế bào sống.
Các cảm biến lực có cấu trúc thanh dầm được sử dụng rất phổ biến trong các
cấu trúc vi cảm biến. Độ lớn của lực tác dụng có thể tính toán nhờ theo dõi độ lệch
của dầm. Các loại cảm biến lực phổ biến hiện nay là cảm biến kiểu tụ, cảm biến áp
điện, cảm biến laser quang, cảm biến áp điện trở.
2. Cảm biến lực
Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại lượng vật lý và các đại
lượng không có tính chất điện cần đo thành các đại lượng điện có thể đo và xử lý
được. Các đại lượng cần đo thường không có tính chất điện (như nhiệt độ, áp suất
...) tác động lên cảm biến cho ta một đặc trưng mang tính chất điện (như điện tích,
điện áp, dòng điện hay trở kháng) chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị
của đại lượng đo.
Hình 2:Hình ảnh một cảm biến lực
Cảm biến lực là loại cảm biến biến lực tác dụng thành đại lượng điện tại đầu
ra.Hình 2 là ảnh của một cảm biến lực có sẵn trên thị trường. Cảm biến lực được sử
dụng rất rộng rãi trong các ngành khác nhau trong thực tế. [3]
3. Một số cảm biến lực cơ bản
3.1 Vi cảm biến lực kiểu tụ
Điện dung của tụ được thay đổi bằng cách tác động lên một trong các thông số
làm thay đổi điện trường giữa hai vật dẫn tạo thành hai bản cực của tụ. Một trong
hai bản tụ được nối cơ học với vật trung gian chịu lực tác động của lực cần đo.
Ưu điểm của cảm biến lực kiểu tụ điện là khả năng chịu ăn mòn cao, độ ổn
định và hiệu năng cao. Trong khi đó hạn chế của cảm biến lực kiểu tụ là độ phân
giải thấp. Cấu trúc tụ đòi hỏi phải ngăn cách hoàn toàn hai bản cực nên phải dùng
nhiều SOI wafer.
Hình 3: Cảm biến lực kiểu tụ
Vi cảm biến lực kiểu tụ được sử dụng nhiều trong các gia tốc kế và các cảm
biến trong môi trường khắc nghiệt.
3.2 Vi cảm biến lực áp điện
Hiện tượng áp điện là hiện tượng xảy ra với một số vật chất nhất định. Chúng
có khả năng thay đổi hình dạng khi được đưa vào môi trường điện và ngược lại có
khả năng tạo ra dòng điện khi chịu tác dụng của lực.
Hình 4: Hiện tượng áp điện
Khi chịu tác dụng của lực, tấm áp điện sẽ bị biến dạng và xuất hiện trên hai
bản cực các điện tích trái dấu. Độ lớn của lực tác dụng tỷ lệ thuận với hiệu điện thế
giữa hai bản cực.
Hình 5 thể hiện cấu trúc của một cảm biến lực áp điện, khi lực thay đổi điện
tích trên hai bản cực thay đổi.
Hình 5: Một cảm biến áp điện
3.3 Vi cảm biến lực áp điện trở
Hiệu ứng áp điện trở là hiện tượng thay đổi điện trở của vật liệu dẫn dưới tác
dụng của của một ứng suất cơ học. Nguyên nhân đó là do đặc tính dị hướng của độ
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
1. Vi cơ điện tử - MEMS.............................................................................................. 1
2. Cảm biến lực ............................................................................................................ 2
3. Một số cảm biến lực cơ bản..................................................................................... 3
3.1 Vi cảm biến lực kiểu tụ ...................................................................................... 3
3.2 Vi cảm biến lực áp điện...................................................................................... 4
3.3 Vi cảm biến lực áp điện trở ............................................................................... 4
3.4 Cảm biến lực laser quang .................................................................................. 5
4. Mục tiêu của đề tài................................................................................................... 7
CHƯƠNG 2: CẢM BIẾN LỰC ÁP ĐIỆN TRỞ ............................................................ 7
1. Hiện tượng áp điện trở ............................................................................................ 7
2.Độ biến thiên điện trở dưới tác động của sức căng ................................................. 8
3. Mạch cầu wheatstone............................................................................................... 9
4. Độ nhạy và nhiễu ..................................................................................................... 9
4.1 Độ nhạy .............................................................................................................. 9
4.2 Nhiễu ................................................................................................................ 10
5. Cảm biến lực áp điện trở....................................................................................... 11
6. Vật liệu chế tạo áp điện trở ................................................................................... 14
7. Vi cảm biến áp điện trở ba chiều........................................................................... 17
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG CẢM BIẾN LỰC BA CHIỀU................ 18
1. Vi cảm biến lực ba chiều........................................................................................ 18
2. Các cấu trúc tập trung ứng suất............................................................................ 19
3.Phần mềm COMSOL MULTIPHYSIC................................................................. 22
4. Mô phỏng vi cảm biến lực ba chiều....................................................................... 23
4.1 Cấu hình ngang (Tác dụng theo phương X) ................................................... 24
4.2 Cấu hình dọc (Tác dụng lực theo phương Z).................................................. 28
4.3 Cấu hình dài (Tác dụng lực theo phương Y) .................................................. 31
KẾT LUẬN.................................................................................................................... 34
Tài liệu tham khảo......................................................................................................... 35
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU
1. Vi cơ điện tử - MEMS
MEMS – Microelectromechanical Systems là một công nghệ chế tạo các linh
kiện có chức năng kết hợp của điện và không điện trên chip và dựa trên nền tảng
chế tạo CMOS. Các linh kiện này thông thường có các cấu trúc cỡ µm hay thậm
chí là nanomet.
Hiện nay, sản phẩm của công nghệ MEMS đã được ứng dụng rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực khác nhau như: cảm biến chuyển động trong điện thoại, antenna
thông minh trong thiết bị di động, microphone MEMS với tính định hướng và thông
minh, các cảm biến trong y tế và nhiều lĩnh vực khác.
MEMS là một ngành khoa học với tính liên ngành rất cao như thể hiện trên
hình 1. Đầu tiên MEMS là kết hợp giữa ngành cơ và điện tử. Nhưng sau vài chục
năm phát triển, MEMS liên quan đến rất nhiều ngành khác như truyền nhiệt, âm
thanh, chất lỏng, điện từ, hóa học, sinh học, quang học, y tế, …
Hình 1: MEMS là một ngành khoa học liên ngành
Vi cảm biến áp suất là một trong những sản phẩm đầu tiên và quan trọng nhất
của MEMS. Sau đó, các vi cảm biến như gia tốc, gyroscope, vi cảm biến DNA lần
lượt được giới thiệu và đã được ứng dụng rộng rãi hiện nay.
Các vi cảm biến nêu trên về cơ bản được thiết kế trên nền tảng vi cảm biến lực
một chiều hay kết hợp nhiều vi cảm biến lực một chiều.
Tuy nhiên, trong thực tế yêu cầu phải có vi cảm biến lực nhiều chiều rất quan
trọng đặc biệt là trong các hệ thống mổ nội soi hay mổ tế bào sống.
Các cảm biến lực có cấu trúc thanh dầm được sử dụng rất phổ biến trong các
cấu trúc vi cảm biến. Độ lớn của lực tác dụng có thể tính toán nhờ theo dõi độ lệch
của dầm. Các loại cảm biến lực phổ biến hiện nay là cảm biến kiểu tụ, cảm biến áp
điện, cảm biến laser quang, cảm biến áp điện trở.
2. Cảm biến lực
Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại lượng vật lý và các đại
lượng không có tính chất điện cần đo thành các đại lượng điện có thể đo và xử lý
được. Các đại lượng cần đo thường không có tính chất điện (như nhiệt độ, áp suất
...) tác động lên cảm biến cho ta một đặc trưng mang tính chất điện (như điện tích,
điện áp, dòng điện hay trở kháng) chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị
của đại lượng đo.
Hình 2:Hình ảnh một cảm biến lực
Cảm biến lực là loại cảm biến biến lực tác dụng thành đại lượng điện tại đầu
ra.Hình 2 là ảnh của một cảm biến lực có sẵn trên thị trường. Cảm biến lực được sử
dụng rất rộng rãi trong các ngành khác nhau trong thực tế. [3]
3. Một số cảm biến lực cơ bản
3.1 Vi cảm biến lực kiểu tụ
Điện dung của tụ được thay đổi bằng cách tác động lên một trong các thông số
làm thay đổi điện trường giữa hai vật dẫn tạo thành hai bản cực của tụ. Một trong
hai bản tụ được nối cơ học với vật trung gian chịu lực tác động của lực cần đo.
Ưu điểm của cảm biến lực kiểu tụ điện là khả năng chịu ăn mòn cao, độ ổn
định và hiệu năng cao. Trong khi đó hạn chế của cảm biến lực kiểu tụ là độ phân
giải thấp. Cấu trúc tụ đòi hỏi phải ngăn cách hoàn toàn hai bản cực nên phải dùng
nhiều SOI wafer.
Hình 3: Cảm biến lực kiểu tụ
Vi cảm biến lực kiểu tụ được sử dụng nhiều trong các gia tốc kế và các cảm
biến trong môi trường khắc nghiệt.
3.2 Vi cảm biến lực áp điện
Hiện tượng áp điện là hiện tượng xảy ra với một số vật chất nhất định. Chúng
có khả năng thay đổi hình dạng khi được đưa vào môi trường điện và ngược lại có
khả năng tạo ra dòng điện khi chịu tác dụng của lực.
Hình 4: Hiện tượng áp điện
Khi chịu tác dụng của lực, tấm áp điện sẽ bị biến dạng và xuất hiện trên hai
bản cực các điện tích trái dấu. Độ lớn của lực tác dụng tỷ lệ thuận với hiệu điện thế
giữa hai bản cực.
Hình 5 thể hiện cấu trúc của một cảm biến lực áp điện, khi lực thay đổi điện
tích trên hai bản cực thay đổi.
Hình 5: Một cảm biến áp điện
3.3 Vi cảm biến lực áp điện trở
Hiệu ứng áp điện trở là hiện tượng thay đổi điện trở của vật liệu dẫn dưới tác
dụng của của một ứng suất cơ học. Nguyên nhân đó là do đặc tính dị hướng của độ
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links