(LUẬN VĂN THẠC SĨ) Thiết kế, mô phỏng cấu trúc đầu phun mực thông minh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ HỒNG CƯỜNG THIẾT KẾ, MƠ PHỎNG CẤU TRÚC ĐẦU PHUN MỰC THÔNG MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Hà Nội – 2012 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ HỒNG CƯỜNG THIẾT KẾ, MƠ PHỎNG CẤU TRÚC ĐẦU PHUN MỰC THƠNG MINH Ngành: Cơng nghệ Điện tử Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 60 52 70 LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Chử Đức Trình MẪU TRANG BÌA TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ, Hà Nội – 2012 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ Chương Khái niệm vật lý 1.1 Lý thuyết sóng 1.1.1 Sóng 1.1.2 Sóng âm 10 1.1.3 Hiện tượng giao thoa 12 1.1.4 Sóng dừng 13 1.2 Sự lan truyền sóng âm chất rắn 14 1.2.1 Sự truyền âm 14 1.2.2 Sóng âm bề mặt 14 1.3 Hiện tượng Áp điện ứng dụng 15 1.3.1 Hiện tượng Áp điện 15 1.3.2 Ứng dụng tượng áp điện 16 1.4 Kết luận chương 16 Chương Bài tốn điều khiển kích cỡ giọt chất lỏng 17 2.1 Nguyên lý hoạt động máy in phun dùng tinh thể áp điện 17 2.1.1 Máy in phun 17 2.1.2 Nguyên lý hoạt động vòi phun mực dùng tinh thể áp điện 17 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 2.2 Bài tốn kiểm sốt kích thước giọt mực 18 2.2.1 Nhu cầu kiểm sốt kích thước giọt mực 18 2.2.2 Các phương pháp thực 19 2.2.3 Lựa chọn phương pháp 19 2.3 Kết luận chương 20 Chương Mô toán với Comsol Multiphysics 21 3.1 Xây dựng mơ hình mơ 21 3.1.1 Mơ hình giả định 21 3.1.2 Ứng dụng sóng âm bề mặt toán 22 3.1.3 Xây dựng mơ hình mơ với Comsol 22 3.2 Tiến hành mô 23 3.2.1 Giới thiệu phần mềm Comsol 23 3.2.2 Mô 24 3.2.3 Kết 27 3.3 Kết luận chương đánh giá phương pháp mô 35 Chương Kết luận chung 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT Tên viết tắt Tên đầy đủ Dịch nghĩa IDT Interdigital transducer Bộ chuyển đổi xen kẽ MEMS Microelectromechanical systems Hệ thống vi điện tử SAW Surface Acoustics Wave Sóng âm bề mặt TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1: Sơ đồ dao động điểm M thuộc phương x Hình 1-2: Phương trình sóng tổng hợp điểm M 12 Hình 1-3: Mơ hình hệ tạo sóng âm bề mặt 14 Hình 2-1: Mơ hình đầu phun mực dùng tinh thể áp điện .17 Hình 3-1: Mơ hình giả định vịi phun mực 22 Hình 3-2: Mơ hình mơ với Comsol 23 Hình 3-3: Giao diện phần mềm Comsol 24 Hình 3-4: Tạo khối hộp vật liệu LiNO3 .25 Hình 3-5: Tạo giếng chứa chất lỏng 26 Hình 3-6: Chọn chất liệu mô 26 Hình 3-7: Tạo điện cực cho mơ 26 Hình 3-8: Thiết lập tham số thời gian 27 Hình 3-9: Kết Tại thời điểm 5.409e-8 s 28 Hình 3-10: Tổng chuyển vị điểm tương ứng kênh với giếng nước 29 Hình 3-11: Tổng chuyển vị điểm tương ứng kênh với giếng khí 30 Hình 3-12: Chuyển vị điểm tương ứng kênh với giếng thủy ngân 31 Hình 3-13: Mơ điểm lối với giếng thủy ngân 32 Hình 3-14: Mơ điểm lối với giếng nước 32 Hình 3-15: Dao động điểm trước sau miệng giếng với nước thường .33 Hình 3-16: Dao động điểm trước sau miệng giếng với nước nặng 33 Hình 3-17: Thế điểm tọa độ (170,60,30) có nước chảy giếng 34 Hình 3-18: Thế điểm tọa độ (170,60,30) có nước dao động giếng 34 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com MỞ ĐẦU MEMS (Microelectromechanical systems) hệ thống điện tử có thêm phận chuyển động có kích thước cỡ micromet Công nghệ MEMS đời mở cách mạng chế tạo, hứa hẹn thay sản phẩm việc kết hợp nhiều thành phần chip nhất, tạo nên hệ thống chip,điều cho phép thiết kế sản phẩm thông minh, hiệu suất cao, tin cậy giá thành hạ Công nghệ cho phép ngành công nghệ vi chế tạo sản xuất thiết bị với kích thước nhỏ hơn, có ứng dụng lớn ngành khác công nghệ điều khiển, chế tạo robot, ứng dụng công nghệ sinh học Hiện nay, giới phát triển ngành công nghiệp Một hướng nghiên cứu tiêu điểm xác định điều khiển kích cỡ giọt chất lỏng phun qua ống phun, với ứng dụng ngành chế tạo máy in phun công nghệ sinh học Xuất phát từ nhu cầu đó, luận văn hướng đến việc thiết kế mơ hình cảm biến giọt chất lỏng ống phun, mơ tồn q trình cảm biến mơ hình máy tính Nội dung đề tài gồm chương: Chương Khái niệm vật lý bản: đưa khái niệm áp dụng tốn mơ hệ cảm biến giọt chất lỏng ống Chương Bài tốn điều khiển kích cỡ giọt chất lỏng ống phun: Trình bày ý tưởng toán điều khiển giọt chất lỏng ống phun Chương Mơ tốn với Comsol Multiphysics: Xây dựng mơ hình mơ q trình thực Chương Kết luận TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Chương Khái niệm vật lý 1.1 Lý thuyết sóng 1.1.1 Sóng - Sóng dao động lan truyền môi trường - Phân loại: Sóng dọc sóng có phương dao độngcủa phần tử song song (hoặc trùng) với phương truyền sóng Sóng ngang sóng có phương dao độngcủa phần tử vng góc với phương truyền sóng - Sự truyền sóng cơ: Trong mơi trường vật chất, sóng truyền theo phương với tốc độ v Khi sóng truyền đi, có pha dao động (trạng thái dao động) truyền đi, phần tử vật chất mơi trường dao động chỗ Sóng dọc truyền chất khí, chất lỏng chất rắn Sóng ngang truyền chất rắn vàtrên bề mặt chất lỏng Sóng khơng truyền chân khơng - Các đặc trưng sóng hình sin: Chu kì T: chu kỳ dao động phần tử mơi trường có sóng truyền qua Đơn vị chu kì giây (s) Tần số (f): đại lượng nghịch đảo chu kì f  Đơn vị tần số Hertz T (Hz) Tốc độ truyền sóng v: tốc độ lan truyền dao động Bước sóng: Bước sóng  quãng đường sóng truyền thời gian chu kì Đơn vị bước sóng đơn vị độ dài (m) Cơng thức liên hệ chu kì (T), tần số (f), tốc độ (v) bước sóng (  ) là: TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com   v.T  v f Biên độ sóng điểm khơng gian biên độ dao động phần tử mơi trường điểm Năng lượng sóng lượng dao động phần tử môi trường mà sóng truyền qua Q trình truyền sóng q trình truyền lượng - Phương trình sóng sóng hình sin theo trục OX: Phương trình dao độngcủa nguồnO: Uo = Acost Phương trình dao độngcủa điểm M cách nguồn O khoáng x:  t x    (x > 0)  uM =A.cos2π  T    t x    (x < 0)  uM =A.cos2π  T   Y M X x Hình 1-1:Sơ đồ dao động điểm M thuộc phương x (Trong t thời gian sóng truyền từ tâm sóng O tới điểm khảo sát M) Phương trình sóng hàm vừa tuần hoàn theo thời gian vừa tuần hoàn theo không gian TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 10 Dao động phần tử sóng điểm dao động điều hòa theo thời gian với chu kỳ T Sau khoảng có độ dài bước sóng, sóng có hình dạng lặp lại cũ Độ lệch pha hai dao động hai điểm phương truyền sóng: Độ lệch pha hai điểmM,N cách O d1,d2 là: = 2 d  d   Nếu  = 2k, k  Z:Dao động M pha dao động N d2 - d1 = k  Những điểm phương truyền sóng cách số ngun bước sóng dao động pha Nếu  = (2k + 1), k  Z: Dao động M ngược pha dao động N d2 - d1= (2k + 1)  Những điểm phương truyền sóng cách số lẻ nửa bước sóng (hoặc số nửa ngun bước sóng) dao động ngượcpha 1.1.2 Sóng âm - Sóng âm sóng truyền mơi trường đàn hồi - Phân loại sóng âm: Âm nghe (âm thanh) có tần số khoảng từ 16 Hz đến 20.000 Hz Âm có tần số 16Hz gọi hạ âm Âm có tần số 20000Hz gọi siêu âm - Sự truyền âm: Tốc độ truyền âm phụ thuộc tính chất mơi trường: mật độ mơi trường, tính đàn hồi, nhiệt độ mơi trường Tốc độ truyền âm mơi trường:vkhí