Luận án động lực học vi cảm biến vận tốc góc kiểu âm thoa

1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Ngày nay, khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ, MEMS có bước tiến vượt bậc đóng vai trị khơng nhỏ việc tạo động lực thúc đẩy cách mạng 4.0 kết nối giới Với nhiều ưu điểm trội nên thiết bị MEMS ngày sử dụng nhiều lĩnh vực Các cảm biến MEMS phần giới micro, vai trò chúng hệ thống micro quan trọng Cấu tạo cảm biến MEMS gồm có cấu trúc học kết hợp với khuếch đại xử lý tín hiệu Các tín hiệu biến đổi từ dạng học sang dạng điện ngược lại Cảm biến vận tốc góc công nghệ vi điện tử loại cảm biến phức tạp Nó tích hợp với số cảm biến khác để tạo thành hệ thống định vị, cho biết trạng thái vị trí đối tượng Nhờ có kích thước nhỏ gọn, tiêu hao lượng ít, giá thành hạ, dễ điều khiển, độ xác độ tin cậy chấp nhận mà cảm biến nghiên cứu đưa vào sử dụng phổ biến kỹ thuật Tuy nhiên, tồn số nhược điểm dễ mắc phải q trình tính tốn, thiết kế, chế tạo cảm biến vận tốc góc kiểu âm thoa (TFG) như: tồn dạng dao động đồng pha khơng mong muốn có tần số làm việc gần với tần số hai dạng dao động dạng dao động dẫn dạng dao động cảm ứng tạo tín hiệu nhiễu làm việc; sai số kích thước hình học phát sinh q trình chế tạo; … Vì vậy, để ứng dụng nhiều lĩnh vực địi hỏi độ xác cao y sinh, qn sự, … việc cần thiết phải nghiên cứu mơ hình cảm biến với cấu trúc phù hợp đáp ứng yêu cầu thiết kế, điều khiển hoạt động Từ thực tế đó, tác giả lựa chọn đề tài “Phân tích động lực học cảm biến vận tốc góc vi điện tử nhiều bậc tự do” để thực luận án Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu luận án cảm biến vận tốc góc vi điện tử Trong phạm vi nghiên cứu, luận án đề cập đến phần cấu trúc học hệ cảm biến vận tốc góc vi điện tử với đặc điểm: - Các phần tử khối lượng có dao động thẳng tuyến tính - Dẫn động theo hiệu ứng tĩnh điện, cảm ứng theo hiệu ứng điện dung Mục tiêu nghiên cứu - Làm rõ sở khoa học nguyên lý cấu tạo hoạt động cảm biến vận tốc góc vi điện tử kiểu dao động (MVG) - Xây dựng mơ hình MVG thỏa mãn số yêu cầu đặt ra, từ xác định đặc trưng động lực học hệ - Chứng minh khả tạo trì dạng dao động ngược pha mơ hình TFG, xác định mức độ bù lệch pha bù lệch biên độ mơ hình Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan MEMS lý thuyết tĩnh điện Tìm hiểu đặc điểm cấu tạo nguyên lý hoạt động cảm biến vận tốc góc - Xây dựng mơ hình tính tốn lý thuyết thiết lập hệ phương trình vi phân mơ tả dao động cảm biến vận tốc góc vi điện tử kiểu dao động với mơ hình có mức độ phức tạp tăng dần (mơ hình phần tử khối lượng bậc tự do, khối lượng bậc tự mơ hình kiểu âm thoa bậc tự do) - Giải hệ phương trình vi phân, xác định đặc điểm dao động phần tử khối lượng cảm biến nêu với điều kiện đầu khác Phương pháp nghiên cứu Kết hợp nghiên cứu lý thuyết với tính tốn mơ số sử dụng phần mềm tính tốn số (MATLAB) mô (ANSYS Workbench): - Sử dụng lý thuyết động lực học hệ, học hệ nhiều vật, dao động hệ rời rạc để xây dựng mơ hình thiết lập hệ phương trình vi phân dao động hệ MVG cụ thể - Sử dụng phương pháp giải tích kết hợp phương pháp số để tính tốn xác định thơng số đặc trưng động lực học mơ hình vi cảm biến phân tích đáp ứng động lực học hệ MVG - Sử dụng phần mềm tảng phần tử hữu hạn để mô động lực học xác định kích thước hình học phù hợp cấu trúc Ý nghĩa luận án Luận án góp phần hồn thiện sở lý thuyết cấu tạo, nguyên lý hoạt động sở thiết kế lớp cảm biến vận tốc góc vi điện tử Trọng tâm làm rõ đáp ứng động lực học thành phần học bên cảm biến Giới thiệu phân tích đáp ứng động lực học cho cấu trúc học cho ba mơ hình cảm biến vận tốc góc vi điện tử (mơ hình bản, mơ hình gyroscope đơn hai phần tử có hai bậc tự mơ hình kiểu TFG) Luận án dùng làm tài liệu cho việc tính tốn, thiết kế, chế tạo cho lớp cảm biến MVG nước Bố cục luận án Luận án trình bày chương chính: Chương trình bày vấn đề tổng quan MEMS cảm biến vận tốc góc, tập trung vào đối tượng mà luận án nghiên cứu Chương trình bày sở việc thiết kế cấu trúc cấu trúc kiểu lược theo hiệu ứng tĩnh điện nhằm tạo lực kích thích cho phần dẫn cảm ứng điện dung cho phần cảm Chương trình bày việc thiết lập hệ phương trình vi phân chuyển động cho hệ MVG gồm phần tử khối lượng, hai bậc tự Chương giới thiệu hệ MVG hai bậc tự do, phân tích đáp ứng động lực học mơ hình MVG tương ứng với phần tử khối lượng có dạng vận tốc góc khác Chương giới thiệu mơ hình cảm biến vi điện tử kiểu âm thoa có kết cấu liên kết kiểu trám Chương đưa sở để tối ưu hóa kích thước khung trám, thiết lập hệ phương trình vi phân chuyển động phần tử mơ hình TFG, khảo sát đáp ứng động lực học hệ Đặc biệt, chương này, luận án phân tích, chứng minh khả bù biên độ bù lệch pha khung trám cho dao động phần tử hai bên khung trám Ngồi chương chính, luận án trình bày phần Mở đầu giới thiệu chung luận án, phần Kết luận chung trình bày khái quát kết nghiên cứu đạt luận án phần Phụ lục trình bày cơng trình khoa học NCS cơng bố có liên quan đến luận án Chương MEMS VÀ VI CẢM BIẾN VẬN TỐC GÓC 1.1 Tổng quan MEMS 1.1.1 Lịch sử phát triển ứng dụng MEMS Vào khoảng đầu kỷ XX, thiết bị điện tử phát triển theo xu hướng tích hợp số lượng lớn thiết bị vi mạch (Integrated Circuit - IC) có kích thước nhỏ gọn thực nhiều chức Điều mang lại biến đổi mạnh mẽ mặt công nghệ xã hội Vào cuối năm 50 kỷ XX, cách mạng công nghệ Micro diễn ra, hứa hẹn tương lai cho tất ngành công nghiệp Hệ thống vi điện tử (MicroElectro Mechanical Systems, viết tắt MEMS) đời phát triển giai đoạn MEMS tổ hợp bao gồm hệ thống khí hệ thống điện tử có kích thước cỡ micro kết hợp với Trên thực tế, thiết bị chế tạo sở công nghệ quang khắc kích cỡ micro, thực chức hệ khí điện tử xem MEMS [20] Hoặc theo [41], MEMS định nghĩa theo cách khác: ʺHệ thống vi điện tử-MEMS hệ thống có kích cỡ micro tích hợp với vi cảm biến, vi kích hoạt/chấp hành vi mạch điện tửʺ Công nghệ MEMS mở đầu việc chế tạo cảm biến áp suất sở công nghệ vi khối Từ cuối năm 1980, giai đoạn phát triển thứ hai công nghệ MEMS đánh dấu phát triển công nghệ vi bề mặt Ngày nay, MEMS giải pháp công nghệ sử dụng rộng rãi nhiều ngành công nghiệp mảnh đất màu mỡ cho đổi kỹ thuật MEMS lĩnh vực khoa học liên ngành phát triển nhanh giới Với ưu việc tạo cấu trúc học nhỏ bé, tinh tế, nhạy cảm tiêu thụ lượng, công nghệ MEMS cho phép tạo vi cảm biến (micro-sensors), vi kích hoạt/chấp hành (micro-actuators) ứng dụng rộng rãi sống Trong công nghiệp, sản phẩm MEMS ứng dụng robot, hệ thống tự động sản xuất, thiết bị đo lường kiểm tra… Hình 1.1 Vi cảm biến gia tốc túi khí bảo vệ ô tô [29] Trong công nghiệp sản xuất ô tô, thiết bị MEMS sử dụng gồm: cảm biến gia tốc để điều khiển hoạt động túi khí an tồn (Hình 1.1), cảm biến vận tốc góc bánh xe cho hệ thống phanh ABS, cảm biến đo nhiệt độ, cảm biến đo áp suất, theo dõi dầu mỡ bôi trơn, theo dõi dung dịch làm nguội động cơ,… Theo [29, 31] thống kê cho thấy, số lượng cảm biến MEMS sử dụng ngành tăng từ 1,13 tỷ đơn vị từ năm 2005 lên 1,49 tỷ đơn vị năm 2008 Thị trường Châu Âu Mỹ tăng trưởng từ 5,66 tỷ đô la năm 2005 lên 7,53 tỷ đô la năm 2008 Theo [28], thị trường tồn cầu cho cảm biến tơ đạt gần 23,5 tỷ đô la năm 2015, 26,3 tỷ đô la năm 2016 đạt 43,4 tỷ đô la vào năm 2021, tốc độ tăng trưởng hàng năm năm 10,6% Trong công nghệ y sinh, ứng dụng cơng nghệ MEMS cịn thể rõ ràng [15] Chính tương thích kích cỡ thiết bị MEMS với kích thước mẫu hay vật liệu thường sử dụng nghiên cứu y học sinh học mà công nghệ MEMS ứng dụng nhiều Các thiết bị đo huyết áp, nhịp tim [10], nhiệt độ, thiết bị nội soi, hệ phân tích mẫu máu, tế bào… có mặt linh kiện MEMS Trong lĩnh vực viễn thông, MEMS ứng dụng phổ biến thiết bị di động (các điện thoại thông minh), hệ thống truyền tín hiệu, hệ thống đa, … Các sản phẩm MEMS có đóng góp ngành chế tạo vũ khí hàng khơng vũ trụ, ứng dụng tiêu biểu vệ tinh quân dân Công nghệ MEMS ứng dụng rộng rãi thiết bị điện tử phục vụ đời sống hàng ngày thiết bị giải trí, nghe nhìn, máy tính, máy in … [17] Ngày nay, thiết bị MEMS ngày ứng dụng nhiều quân Các loại tên lửa có điều khiển, loại vũ khí thơng minh, hệ thống không người lái, … sử dụng đến thiết bị vi điện tử Để đáp ứng yêu cầu tác chiến điện tử, tự động tác chiến hay tác chiến thông minh bước phát triển đòi hỏi thiết bị cần có độ xác vị trí, tốc độ việc nghiên cứu, phát triển hệ thống cảm biến vi điện tử có độ xác tin cậy làm việc u cầu có tính cấp thiết cao 1.1.2 Các hiệu ứng sử dụng MEMS Các thiết bị MEMS hoạt động dựa hiệu ứng vật lý như: - Hiệu ứng tĩnh điện - Hiệu ứng áp điện - Hiệu ứng áp điện trở - Hiệu ứng điện từ - Hiệu ứng giãn nở nhiệt Sự khác mức độ phức tạp công nghệ chế tạo, khả tích hợp, kích thước thiết bị độ ổn định làm việc hiệu ứng thể Bảng 1.1 [5] Bảng 1.1 So sánh hiệu ứng MEMS Hiệu ứng Chế tạo Tích hợp Kích thước Độ ổn định Tĩnh điện Dễ Trung bình Nhỏ Tốt Áp điện Trung bình Trung bình Nhỏ Khơng tốt Áp điện trở Khó Dễ Nhỏ Rất tốt Điện từ Khó Khó Lớn Tốt Giãn nở nhiệt Dễ Trung bình Trung bình Tốt Dựa theo phân tích đặc tính trên, thấy hiệu ứng tĩnh điện có mức lượng tiêu thụ cao song bù lại, hiệu ứng có tốc độ đáp ứng nhanh, dễ chế tạo điều khiển, có khả tạo hiệu suất cao tích hợp tốt Vì vậy, hiệu ứng tĩnh điện sử dụng nhiều thiết kế, chế tạo vi cảm biến vi kích hoạt/chấp hành theo cơng nghệ MEMS 1.1.3 Công nghệ chế tạo thiết bị MEMS Công nghệ chế tạo thiết bị MEMS kế thừa đặc điểm cơng nghệ vi điện tử có phát triển thêm nhiều công nghệ đặc trưng MEMS Các kỹ thuật nhằm mục đích chia tách kết cấu học với Silic Công nghệ chế tạo chia thành nhóm sau [4]: a) Công nghệ vi khối Bản chất công nghệ vi khối (Bulk Micromachining) dùng phương pháp hố, lý để ăn mịn (tẩm thực), tạo phiến Silic lỗ sâu, rãnh, chỗ lõm … nhằm lấy phần thể tích phiến vật liệu chế tạo từ hình thành cấu trúc mong muốn Để hình thành cấu trúc vi phần cịn lại có hai cách phổ biến: Ăn mòn ướt: thường dùng phiến vật liệu silic, thạch anh Quá trình dùng dung dịch hố chất để ăn mịn theo diện tích định sẵn Việc ăn mịn đẳng hướng (ăn mòn theo hướng) dị hướng (có hướng mà tinh thể ăn mịn nhanh, có hướng - chậm) Ăn mịn khơ: q trình dùng tia plasma tương tác vào bề mặt silic tạo phản ứng hóa học ăn mịn silic Hình dạng, diện tích hố ăn mịn xác định theo mặt nạ (mask) đặt lên bề mặt phiến vật liệu Để tăng cường tốc độ ăn mịn dùng sóng điện từ kích thích phản ứng dùng điện để tăng tốc độ ion hóa tức tăng tốc độ chùm tia bắn phá b) Công nghệ vi bề mặt Vi bề mặt (Sacrificial Surface Micromachining) công nghệ gia công dựa phương pháp phủ bề mặt, ăn mòn lắng đọng lớp vật liệu mỏng để tạo cấu trúc ba chiều Các lớp cấu trúc gồm nhiều lớp vật liệu mỏng lớp vật liệu đệm lớp vật liệu Các lớp vật liệu đệm loại bỏ phần bước gia công sau cách ăn mịn hóa học, phần cịn lại tạo thành cấu trúc học mong muốn c) Công nghệ quang khắc LIGA LIGA - Lithographie Galvanoformung Abformung, theo tiếng Đức nghĩa khắc hình, mạ điện làm khuôn Bản chất phương pháp dùng chùm tia X có lượng lớn sâu vào chất cảm quang đến hàng milimet Chất cảm quang thường dùng thuộc loại acrylic Thông qua chỗ bị khoét thủng khuôn, chất cảm quang bị tia X chiếu vào bị hoà tan dung dịch hóa học Cấu trúc hình thành từ phương pháp LIGA dạng ba chiều mà hai chiều phương pháp quang khắc thông thường d) Công nghệ vi dán Để tạo chi tiết vi phức tạp, sâu, kín ống dẫn, khoang kín thực việc gia cơng hai phiến dán úp hai mặt gia công lại với Trước hết, tạo rãnh bề mặt phiến cách ăn mịn thơng thường dán lên phiến phiến khác để đậy rãnh lại Bản chất phương pháp gia công ép nhiệt trực tiếp hai phiến lại dùng thêm 10 lớp lót để tăng cường kết dính e) Công nghệ gia công vi tia laser Có thể dùng tia laser để tạo chi tiết vi theo kiểu khoét lần lượt, điều khiển trực tiếp Tuy nhiên, cách gia công chậm, khơng gia cơng đồng loạt Vì cơng nghệ MEMS cách gia công tia laser thường dùng để làm khuôn Tia laser thường dùng tia laser eximơ đủ mạnh vật liệu để gia công thường chất dẻo, polymer 1.2 Cảm biến vận tốc góc ứng dụng 1.2.1 Cảm biến vận tốc góc kiểu quay cổ điển Theo định nghĩa vật lí, cảm biến vận tốc góc, hay quay hồi chuyển (Gyroscope) thiết bị dùng để đo đạc góc quay trì phương hướng trục quay, dựa ngun lý bảo tồn mơmen động lượng Hình 1.2 Thí nghiệm mơ chuyển động quay trái đất [20] Năm 1851, nhà khoa học người Pháp Jean-Bernard-Léon Foucault áp dụng chuyển động quay hồi chuyển để mô tả chuyển động quay trái đất Ông người đưa thuật ngữ Gyroscope, ghép từ tiếng Hilạp “Gyro”- quay tròn “skopeein”- quan sát [20] Trong cấu trúc quay cổ điển (Hình 1.3), người ta sử dụng đĩa quay (có mơ men động lượng L = IΩ) nằm trục quay xuyên tâm, trục quay liên kết với khung quay bên ngồi thơng qua khớp quay Mỗi 126 thích đặt vào hai khung ngồi TFG có ý nghĩa Khi đó, tần số tương thích TFG đạt ngắn 23 Hz Ngồi ra, hai tần số cịn đảm bảo cách xa tần số dạng dao động xoắn không mong muốn 15549 Hz (34%), nhằm tránh khả xuất dao động không mong muốn Các thông số TFG trường hợp liệt kê Bảng 4.8 Bảng 4.8 Tham số TFG Giá trị 5546×1970 60 5,914×10-7 530 18 Đơn vị μm μm kg μm μm 86 μm Chiều rộng đoạn nối dầm dẫn ( bd ) 30 μm Chiều dài dầm đàn hồi cảm (Lc) Chiều rộng dầm đàn hồi cảm (bc) Chiều dài đoạn nối dầm cảm ( Lc ) 510 16 μm μm 82 μm Chiều rộng đoạn nối dầm cảm ( bc ) 35 μm Chiều dài khung trám L Tiết diện ngang trám Cổ đàn hồi s Góc ban đầu α0 Chiều dài dầm đàn hồi trám l Chiều dài dầm đàn hồi phụ l' Khoảng cách đến (d0) 650 60×60 10 60 440 295 μm μm μm [0 ] μm μm μm Tham số Kích thước tồn Độ dày kết cấu (h) Khối lượng toàn Chiều dài dầm đàn hồi dẫn (Ld) Chiều rộng dầm đàn hồi dẫn (bd) Chiều dài đoạn nối dầm dẫn ( Ld ) Hình 4.22 biểu diễn số dạng dao động riêng TFG nhận từ tốn phân tích Modal trước thay đổi thơng số kích thước, Hình 4.22a dạng dao động dẫn, Hình 4.22b dạng dao động cảm, Hình 4.22c dạng dao động khác TFG (dạng xoắn) 127 a) Dạng dao động cảm ngược pha b) Dạng dao động dẫn ngược pha c) Một dạng dao động khác Hình 4.22 Một số dạng dao động riêng TFG 4.6.3 Đáp ứng động lực học TFG Để xác định xác tần số dẫn cần thiết đặt vào hai khung dẫn TFG, phép phân tích đáp ứng biên độ thực modul Harmonic 128 Response Hai lực dẫn ngược chiều nhau, có giá trị 10 μN đặt vào hai khung phương dẫn Để giảm thời gian tính tốn, tần số dẫn lựa chọn khảo sát khoảng 11 ÷ 12 kHz, với bước khảo sát Hz Kết xác định đáp ứng biên độ - tần số cho hai khung phương dẫn cho thấy, tần số 11605 Hz biên độ dao động dẫn khung đạt giá trị lớn (Hình 4.23) Theo đó, tần số lực kích thích nên lựa chọn theo giá trị xác định Hình 4.23 Đáp ứng biên độ pha theo tần số kích thích Hình 4.24 Dạng dao động cảm phần tử qn tính Đặt lực dẫn theo cơng thức (4.10) với tần số dẫn lấy với tần số dạng dao động dẫn, đồng thời đưa vào hệ vận tốc góc Ω = constant, đáp ứng hai phần tử proof-mass hai bên khung trám thu có dạng 129 phù hợp với dạng lực kích thích (điều hịa) biên độ lớn phản ánh giá trị vận tốc góc đầu vào (Hình 4.24) Các kết mơ đáp ứng động lực học chứng tỏ khả hoạt động TFG đáp ứng yêu cầu phát xác định giá trị vận tốc góc đầu vào thông qua biên độ dao động cảm phần tử proof-mass Kết luận Chương Trong chương 4, luận án xây dựng mơ hình vi cảm biến kiểu âm thoa TFG có khung dạng trám liên kết hai gyroscope đơn hai bên Chức khung trám tạo trì khả dao động ngược pha cho hai dao động dẫn hai khung ngồi Trên sở đó, tạo hai dao động cảm ngược pha, làm tăng mức tín hiệu cảm cho hệ Luận án phân tích động lực học khung trám, xây dựng thơng số kích thước cho khung theo yêu cầu tần số làm việc độ cứng tương đương khung, xác định thông số động học đặc trưng cho khung, làm sở cho tốn phân tích động lực học hệ TFG Luận án phân tích động lực học cho hệ TFG phương pháp giải tích số phần mềm mơ để chứng minh cho hoạt động TFG đề xuất Luận án chứng minh khả bù độ lệch biên độ độ lệch pha khung trám cho dao động dẫn dao động cảm hệ TFG có lệch pha khơng mong muốn từ lực dẫn tĩnh điện đầu vào Điều giúp cho hệ học cảm biến tránh tín hiệu nhiễu trình hoạt động Nội dung chương tác giả cơng bố cơng trình số 4, 5, 130 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Đánh giá chung kết luận án Luận án giới thiệu tổng quan công nghệ vi điện tử, ngành khoa học kỹ thuật nhiều tiềm phát triển Việt Nam, giới thiệu khái quát đối tượng MEMS vi cảm biến đo vận tốc góc Từ đó, phân tích đưa đối tượng, nội dung phạm vi nghiên cứu luận án Luận án hệ thống kiến thức sở cho việc tính tốn, thiết kế phần học cho hệ dao động phần tĩnh điện cho cấu trúc dẫn động kiểu lược cảm ứng điện dung để chuyển đổi từ tín hiệu học sang tín hiệu điện áp để xác định tín hiệu vận tốc góc MVG Luận án tiến hành phân tích làm rõ nguyên lý cấu tạo nguyên lý hoạt động lớp vi cảm biến vận tốc góc kiểu dao động Xây dựng hệ phương trình vi phân mô tả chuyển động phần tử khối lượng hệ MVG khác Sử dụng phần mềm tính tốn mơ để xác định giá trị đặc trưng cho hệ dao động, phân tích đáp ứng động lực học cho mơ hình vi cảm biến (một phần tử khối lượng hai bậc tự do, hai phần tử khối lượng hai bậc tự bốn phần tử khối lượng bậc tự do) với mức độ phức tạp cấu tạo chuyển động tăng dần Luận án giới thiệu mơ hình vi cảm biến TFG hoạt động theo kiểu âm thoa với hệ khung liên kết dạng trám Kết nghiên cứu cho thấy mơ hình TFG có khả tạo trì dạng dao động ngược pha cho dao động dẫn, qua tạo cho dao động cảm có biên độ dao động lớn hơn, làm tăng độ nhạy cảm biến Đồng thời, khung liên kết trám giúp cho cảm biến bù độ lệch biên độ lệch pha ảnh hưởng yếu tố bên ngồi 131 Đóng góp luận án - Dựa kiến thức học, luận án tiến hành xây dựng hệ phương trình vi phân mơ tả chuyển động phần tử mơ hình MVG xác định Trên sở tính tốn số mơ phỏng, luận án hình thành phương pháp để tiến hành phân tích động lực học cho số mơ hình vi cảm biến kiểu dao động thẳng, phương pháp để xác định thơng số kích thước làm tiền đề cho q trình tính tốn thiết kế vi cảm biến kiểu - Trên sở công trình nghiên cứu tham khảo, luận án phát triển cấu trúc học cảm biến vận tốc góc vi điện tử kiểu dao động thẳng theo nguyên lý âm thoa có cấu tạo đơn giản - Phân tích đáp ứng động lực học hệ để chứng minh khả tạo trì trạng thái dao động ngược pha cho phần tử phương dao động mong muốn mơ hình vi cảm biến vận tốc góc kiểu dao động âm thoa nhờ có mặt khung liên kết dạng trám Kết luận án có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao, sở cho việc phân tích, thiết kế tiến tới chế tạo thử nhằm hoàn thiện nâng cao chất lượng lớp vi cảm biến vận tốc góc Kiến nghị Tiếp tục nghiên cứu, tiến tới hoàn thiện thiết kế, đề xuất chế tạo đo đạc thực nghiệm cho mơ hình TFG Nghiên cứu thêm số cấu khác có chức với khung trám mơ hình TFG, bổ sung hồn thiện nghiên cứu tổng quan dạng cấu trúc cho vi cảm biến kiểu TFG 132 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ Vũ Văn Thể, Trần Quang Dũng, Chử Đức Trình (2016), "Nghiên cứu ảnh hưởng gia tốc Coriolis đến dao động phần tử khối lượng mơ hình MEMS Vibratory Gyroscope", Tạp chí Khoa học & Kỹ thuật, HVKTQS, Số 180, tháng 10-2016, trang 104-113 Vũ Văn Thể, Trần Quang Dũng Chử Đức Trình (2016), "Đặc trưng dao động phần tử gia khối mơ hình Gyroscope phần tử khối lượng hai bậc tự do", Kỷ yếu Hội nghị Khoa học Cơng nghệ tồn quốc Cơ khí - Động lực 2016, Đại học BK-HN, trang 296-300 Vũ Văn Thể, Hoàng Trung Kiên, Trần Quang Dũng Chử Đức Trình (2016), "Khảo sát đặc trưng dao động mơ hình Gyroscope với khung dẫn gia khối cảm ứng", Tuyển tập cơng trình hội nghị Khoa học tồn quốc lần thứ Cơ kỹ thuật Tự động hóa, Đại học BK-HN, tháng 10-2016, trang 179-183 Vũ Văn Thể (2017), "Khả bù lệch pha hệ khung treo dạng trám mơ hình vi cảm biến vận tốc góc dao động kiểu tuning fork", Tuyển tập cơng trình khoa học Hội nghị Cơ học tồn quốc lần thứ 10, 2017, tập 1, trang 1045-1053 Vu Van The, Tran Quang Dung, Vu Minh Hoan and Chu Duc Trinh (2017), "Study of dynamic response of a diamond-shaped micro silicon frame", Tạp chí Khoa học & Kỹ thuật, Học viện KTQS, Số 186, tháng 10-2017, trang 34-42 Vu Van The, Tran Quang Dung and Chu Duc Trinh (2018), "Dynamic Analysis of a Single MEMS Vibratory Gyroscope with Decoupling Connection between Driving Frame and Sensing Proof Mass", International Journal of Applied Engineering Research, ISSN 09734562, Vol 13, N0 (2018), pp 5554-5561 133 Vu Van The, Tran Quang Dung, and Chu Duc Trinh (2018), "Mechanical response of outer frames in tuning fork gyroscope model with connecting diamond-shaped frame", Vietnam Journal of Mechanics, https://doi.org/10.15625/0866-7136/12710 Vu Van The, Tran Quang Dung, and Chu Duc Trinh (2018), "Optimization of Matching Phase between two Driving Oscillations of a TFG using Diamond-Shaped Frame", International Conference on Engineering Research and Applications, Thai Nguyen - Vietnam, Springer, LNNS 63, pp 462-468, https://doi.org/10.1007/978-3-03004792-4_60 134 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Vũ Công Hàm (2013), Cơ học hệ nhiều vật, Nxb Quân đội nhân dân Vũ Công Hàm, Trần Văn Bình (2013), Lý thuyết dao động, Nxb QĐND Nguyễn Văn Khang (2007), Động lực học hệ nhiều vật, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Hoàng Trung Kiên (2015), Thiết kế vi mô tơ tịnh tiến kiểu tĩnh điện dựa công nghệ vi điện tử MEMS, Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội Đặng Bảo Lâm (2014), Nghiên cứu vi cấu kiểu tĩnh điện dựa công nghệ vi điện tử MEMS ứng dụng micro robot, Luận án Tiến sỹ Kỹ thuật, Đại học Bách khoa Hà Nội Nguyễn Quang Long (2012), Nghiên cứu chế tạo cảm biến quán tính sử dụng cấu trúc lược sở công nghệ MEMS, Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật, Đại học Bách khoa Hà Nội Hoàng Xuân Lượng, Phạm Tiến Đạt (2003), Sức bền vật liệu, HVKTQS Nguyễn Văn Quỳnh (2010), Nghiên cứu thiết kế chế tạo quay vi đo vận tốc góc dựa hiệu ứng lực Coriolis, Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật, Đại học Bách khoa Hà Nội Nguyễn Văn Thắng (2017), Thiết kế xây dựng hệ thống dẫn đường tích hợp INS/GPS dựa linh kiện vi điện tử, Luận án Tiến sỹ Công nghệ Điện tử - Viễn thông, Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội Tiếng Anh 10 A Baraket, M Lee, N Zine, M Giovanna Trivella, M Zabala, J Bausells, M Sigauda and A Errachid (2014), "A fully integrated electrochemical BioMEMS fabrication process for cytokine detection: Application for heart failure", the XXVIII edition of the conference series, vol EuroSensors 135 11 Adam R Schofield, Alexander A Trusov, Andrei M Shkel (2011), "Micromachined gyroscope concept allowing interchangeable operation in both robust and precision modes", Sensors and Actuators A, pp.35-42 12 Ajit Sharma, Faisal M Zaman, Babak V Amini and Farrokh Ayazi (2004), "A high-Q in-plane SOI tuning fork gyroscope", Sensors, 2004 Proceedings of IEEE, pp 467-470 13 Alex A Trusov (2011), “Overview of MEMS Gyroscopes” 14 Amanda Bristow, Travis Barton, Stephen Nary, "MEMS Tuning-Fork Gyroscope Final Report" 15 Amy C Richards Grayson, Rebeccar Shawgo, (2004), "A BioMEMS Review: MEMS technology for Physiologically Intergated Devices", Proceedings of the IEEE, vol 92 (1) 16 Andrei M Shkel (2006), "Type I and type II micromachined vibratory gyroscopes", Proceedings of the IEEE/ION PLANS, SanDiego, CA, USA, pp 586-592 17 Aron Burg, Azeem Meruani, Bob Sandheinrich, Micheal Wickmann, "MEMS Gyroscopes and their applications" 18 Cenk Acar and Andrei M Shkel (2001), "A design approach for robustness improvement of rate gyroscope", Proceedings of the International Conference on Modeling and Simulation of Microsystems, pp 80-83 19 Cenk Acar and Andrei M Shkel (2005), "Structurally decoupled micromachined gyroscopes with post-release capacitance enhancement", Journal of Micromechanic and Microengineering, vol 15, pp 1092-1101 20 Cenk Acar, Andrei M Shkel (2009), "MEMS Vibratory GyroscopesStructural Approaches to Improve Robustness", Spinger 21 D.J.Inman (2000), Engineering Vibration, 2nd Ed, P Hall 22 Dunzhu Xia, Cheng Yu and Lun Kong (2014), "The Development of 136 Micromachined Gyroscope Structure and Circuitry Technology", MPDI, vol Sensors, no 4, pp 1394-1473 23 F Kreith and R Mahajan (2006), MEMS Introdution and Fundamentals, 2nd ed., the hand book 24 Farrokh Ayazi, Khalil Najafi (1998), "Design and Fabrication of A HighPerformance Polysilicon Vibrating Ring Gyroscope", In Proceedings of the Eleventh Annual International Workshop on MEMS, pp 621-626 25 Farrokh Ayazi, Khalil Najafi (2001), "A HARPSS Polysilicon Vibrating Ring Gyroscope", Journal of Microelectromech syst, vol 10, pp 169-179 26 Guo Zhanshe, Feng Zhou, Cao Le, Fan Shangchun (2010), "Theoretical and experimental study of capacitance considering fabrication process and edge effect for MEMS comb actuator", Microsyst Technol, Vol 17, pp 71-76 27 H.J.Pain (2005), The Phisics Of Vibrations and Waves, 6th ed 28.https://www.bccresearch.com/market-research/instrumentation-andsensors/automotive-sensors-tech-global-markets-report-ias018f.html 29.http://www.eenewsautomotive.com/news/mems-sensors-address-airbagsbody-applications 30 https://www.military.com/equipment 31.https://www.sisinternational.com/global-automotive-sensors-market/ 32 I Chowdhury and Shambhu P Dasgupta (2003), "Computation of Rayleigh Damping Coefficients for Large Systems" 33 Imo Veijola and Marek Turowski (2001), "Compact Damping Models for Laterally Moving Microstructures with Gas-Rarefaction Effects", Journal of microelectromechanical System, Vol 10, N 2, pp.263-273 34 J Bernstein, S Cho, A T King, A Kourepenis, P Maciel, and M Weinberg (1993), "A Micromachined Comb-Drive Tuning Fork Rate Gyroscope", IEEE, microelectromechanical systems, pp 143-148 137 35 J Zhou, T Jiang, J Jiao and M Wu (2013), "Design and fabrication of a micromachined gyroscope with high shock resistance", Microsys Technol 36 J.Hanse (2004), "Honeywell MEMS Inertial Technology & Product Status", Honeywell Defense & Space Electronic Systems release 37 James J Allen (2005), Micro electro mechanical system design, Taylor and Francis Group 38 Kenneth Thomas Victor Grattan and Tong Sun (1999), "Fiber optic sensortechnology: an overview", Sensors and Actuators, vol A Physical 39 L Guangjun (2008), "Effects of environmental temperature on the performance of a micromachined gyroscope", Microsystem and Technologies, vol 14.2, pp 199-204 40 M Weinberg and A Kourepenis (2006), "Error sources in in-plane silicon tuning-fork MEMS gyroscopes", IEEE/ASME Journal of Microelectromechanical Systems, vol 15, no 3, pp 479-491 41 Minhang Bao (2005), "Analysis and Design Principles MEMS Devices", Elsevier, ISBN 0-444-51616-6 42 Minhang Bao, Heng Yang (2007), "Squeeze film air damping in MEMS", Sensors and Actuators, A 136, pp.3–27 43 Mohammad Faisal Zaman, Ajit Sharma, Zhili Hao and Farrokh Ayazi (2008), "A Mode-matched Silicon-Yaw Tuning-Fork Gyroscope With Subdegree-per-hour Allan Deviation Bias Instability", Journal of microelectromechanical systems, vol 17, no 6, pp 1526-1537 44 Nan-Chyuan Tsai and Chung-Yang Sue (2010), "Experimental analysis and characterization of electrostatic-drive tri-axis micro-gyroscope", Sensors and Actuators, Vol A: physical, pp 231-239 45 Navid Yazdi, Farrokh Ayazi and Khalil Najafi (1998), "Micromachined Inertial Sensors", Proceedings of the IEEE, Vol 86, no 8, pp 1640-1659 138 46 Oscillators, mems poised to disrupt another long established market crystal, "http://electronics360.globalspec.com," [Online] 47 P Greiff, B Boxenhom, L Niles (1991), "Silicon monolithic Micromechanical Gyrosscope", Proceedings of the International Conference on Solid-State Sensors and Actuators, pp 966-968 48 Phuc Hong Pham, Dzung Viet Dao, Satoshi Amaya, Rioji Kitada, and Susumu Sugiyama (2006), "Straight movement of micro containers based on ratched mechanisms and electrostatic comb-drive actuators", J MicroMech Microeng, Vol 16, pp 2532-2538 49 Phuc Hong Pham, Lam Bao Dang, Hung Ngoc Vu (2010), "Micro robot system with moving micro-car driven by electrostatic comb-drive actuators", Microsyst Technol, Vol 16, pp 505-510 50 Said E Alper and T Akin (2000), "A planar gyroscope using a standard surface micromechanical process", in 14th conf on solid state transducer 51 Said Emre Alper and Tayfun Akin (2002), "A Single-Crystal Silicon Vibrating Ring Gyroscope", 15th IEEE International Conference on Microelectromechanical systems, USA, vol 10, pp 718-721 52 Said Emre Alper and Tayfun Akin (2002), "A Symmetric Surface Micromachined Gyroscope with Decoupled Oscillation Modes", Sensors and Actuators, Vols 97-98, pp 347-358 53 Said Emre Alper and Tayfun Akin (2004), "Symmetrical and decoupled nickel microgyroscope on insulating substrate," Sensors and Actuators, vol 115, pp 336-350 54 Said Emre Alper and Tayfun Akin (2005), "A Single-Crystal Silicon Symmetrical and Decoupled MEMS Gyroscope on an Insulating Substrate", Journal of Microelectromechanical Systems, vol 14, pp 707-717 55 Sang W Yoon, Sangwoo Lee, K Najafi (2012), "Vibration-induced errors in MEMS tuning fork gyroscopes", Sensors and Actuators A: Phisical 139 56 Sharma, M Zaman, B Amini and F Ayazi (2004), "A High-Q In-Plane SOI Tuning Fork Gyroscope", In Proceedings of the IEEE Conference on Sensors, vol 1, pp 467-470 57 T Juneau, A P Pisam, J H Smith (1997), "Dual Axis Operation of a Micromachined Rate Gyroscope", In Proceedings of the International Conference on Solid-state Sensors and Actuators, pp 883-886 58 Tayfun Akin, Said Emre Alper (2000), "A planar gyroscopes using a standard surface micromechanical process", The 14th European Conference on Solid-State Transducers, pp 387-390 59 Thong Quang Trinh, Long Quang Nguyen, Dzung Viet Dao, Hoang Manh Chu, Hung Ngoc Vu (2013), "Design and analysis of a z-axis tuning fork gyroscope with guided-mechanical coupling", Microsystem Technology 60 Vladislav Apostolyuk (2016), Coriolis Vibratory Gyroscopes, Spinger 61 Weidong Wang, Jianyuan Jia and Jianwen Li (2013), "Slide film damping in microelectromechanical system devices", Journal of Nanoengineering and Nanosystem, 227 (4), pp.162-170 62 William Chi-Keung Tang (1990), Electrostatic comb drive for resonant sensor and actuator applications, PhD thesis 63 Y Chen, J Jiao, B Xiong, L Che, X Li and Y Wang (2005), "A novel tuning fork gyroscope with high Q-factors working at atmospheric pressure", Microsystem Technol, vol 11, p 111–116 64 Y Guan, S Gao, H Liu, Shaohua Niu (2014), "Acceleration sensitivity of tuning fork gyroscopes: theoretical model, simulation and experimental veriication", Microsystem and Technologies, vol 21, pp 1313-1323 65 Y Guan, S Gao, L Jin, L Cao (2016), "Design and vibration sensitivity of a MEMS tuning fork gyroscope with anchored coupling mechanism", Microsystem and Technologies, vol 22, pp 247-254 66.Y Guan, S Gao, H Liu, L Jin, and Y Zhang (2016), "Vibration sensitivity 140 reduction of micromachined tuning fork gyroscopes through stiffness match method with negative electrostatic spring effect", Sensors, vol 16, doi:10.3390/s16071146 67.Y Guan, S Gao, H Liu, L Jin, and Shaohua Niu (2016), "Design and vibration sensitivity of a MEMS tuning fork gyroscope with diamond coupling mechanism", Sensors, vol 16, doi:10.3390/s16040468 68 Z.X Hu, B.J Gallacher, J.S Burdess, C.P.Fell, K.Townsend (2011), "A parametrically amplified MEMS rate gyroscope", Sensors and Actuators, vol A Physical, pp 249-260 ... nuôi cảm biến, dạng cảm biến vận tốc góc đại nghiên cứu, thiết kế, chế tạo sử dụng Hai kiểu cảm biến vận tốc góc giới thiệu phần tổng quan gồm: cảm biến vận tốc góc kiểu quang học cảm biến vận tốc. .. tích động lực học cảm biến vận tốc góc vi điện tử nhiều bậc tự do” để thực luận án Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu luận án cảm biến vận tốc góc vi điện tử Trong phạm vi nghiên cứu, luận. .. Gyroscopes) - Vi cảm biến vận tốc góc kiểu dao động thẳng nhiều bậc tự + Vi cảm biến vận tốc góc có phần tử liên kết trực tiếp (Coupled MVGs) + Vi cảm biến vận tốc góc có phần tử liên kết gián tiếp