Nghiên cứu thiết kế và phân tích kết cấu của cảm biến shock hai bậc

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỔ HỒ CHÍ MINH NGUYỄN HỒNG BẢO THIÊN NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ PHÂN TÍCH KẾT CẤU CỦA CẢM BIẾN SHOCK HAI BẬC Ngành: KỸ THUẬT KHÍ Mã ngành: 8520103 LUẬN VĂN THẠC sĩ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2023 Cơng trình hồn thành Trường Đại học Cơng nghiệp TP Hồ Chí Minh Người hướng dẫn khoa học: TS Trần Ngọc Đăng Khoa Luận văn thạc sĩ bảo vệ Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày tháng năm Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: - Chủ tịch Hội đồng - Phản biện - Phản biện - ủy viên - Thư ký (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) CHỦ TỊCH HỘI ĐỊNG TRƯỞNG KHOA CƠNG NGHỆ KHÍ BỘ CƠNG THƯƠNG CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP Độc lập - Tự - Hạnh phúc THÀNH PHỐ HƠ CHÍ MINH NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC sĩ Họ tên học viên: Nguyễn Hoàng Bảo Thiên MSHV: 20125201 Ngày, tháng, năm sinh: 21/12/1996 Nơi sinh: Long An Ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Mã ngành: 8520103 I TÊN ĐÈ TÀI: Nghiên cứu, thiết kế phân tích kế cấu cảm biến Shock hai bậc NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Xây dựng phát triển nội dung với mục tiêu sau: Nghiên cứu, thiết kế phân tích kết cấu cảm biến Shock hai bậc, tìm hiểu phân tích co cấu đàn hồi đặc tính cơ, đề xuất mơ hình ngun lý kết cấu cảm biến gia tốc ngưỡng hai bậc, đề xuất mơ hình nguyên lý kết cấu cảm biến Shock hai bậc sử dụng phần mềm mô so sánh với mơ hình tốn, khảo sát thơng số ảnh hưởng đến cấu phân tích kết nghiên cứu cảm biến Shock hai bậc II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 17/2/2023 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 17/8/2023 IV NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Tiến Sĩ Trần Ngọc Đăng Khoa Tp Hồ Chỉ Minh, ngày tháng năm 2023 NGƯỜI HƯỚNG DẴN CHỦ NHIỆM BỌ MÔN ĐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA CƠNG NGHẸ KHÍ LỜI CẢM ƠN Kính gửi q Thầy/Cơ, Ban giám hiệu nhà trường Đe hồn thành luận văn tốt nghiệp mình, bên cạnh cố gắng thân, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Khoa Cơ Khí Trường Đại Học Cơng Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Mình đặc biệt Giáo viên hướng dẫn tơi, người đóng góp nhiều cơng sức thời gian để giúp tơi hồn thành luận văn thầy TS.Trần Ngọc Đăng Khoa Trên đường tri thức tơi xin cảm ơn Thầy Khoa ln dạy hướng dẫn vơ tận tình, lúc tưởng bế tắc Thầy vực dậy, gợi ý, định hướng giúp tơi có thêm động lực để hồn thành luận văn cách hồn hảo nhất, Không giao tiếp với cương vị Thầy/Trò kiến thức, nhiệt huyết thầy làm tơi có cảm giác gần gủi quen thuộc, bỏ qua hạn hẹp tri thức để hoàn thành luận văn kịp tiến độ Tiếp theo, em xin cảm ơn ban lãnh đạo Khoa Cơ Khí ln tạo điều kiện giúp đỡ để em nắm rõ vấn đề liên quan đến trình học tập hồn thành luận học tập trường Trong suốt q trình hồn thành luận văn tốt nghiệp, em cảm thấy trau dồi học hỏi nhiều điều bổ ích Từ đó, thân em có thêm thật nhiều kỹ kiến thức giúp ích cho cơng việc sau Cuối cùng, em mong nhận lời nhận xét góp ý quý báu từ thầy cô bạn học để luận em hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC sĩ Gia tốc kế cảm biến phát thay đổi gia tốc, ứng dụng nhiều giao thông vận tải, công nghiệp, hàng hải y tế Luận văn giói thiệu thiết kế mói gia tốc kế mức độ vi mô phát hai giá trị gia tốc riêng biệt Mơ hình thiết kế hệ thống vi co điện tử (MEMS) Thiết bị cấu trúc nguyên khối bao gồm hai cấu ổn định két nối chuỗi để tạo vị trí khác biệt hai cấp độ chuyển động Gia tốc kế hoạt động dựa hệ thống khối lượng lò xo điện dung Bộ truyền động comb drive hỗ trợ báo giá trị gia tốc tụ điện cảm biến sử dụng để lưu trữ tín hiệu đầu điện áp gia tốc kế hoạt động theo hướng, cấu đặt lại đưa vào để cài đặt lại giai đoạn ban đầu thiết bị Thanh nhiệt điện chữ V sử dụng để di chuyển cấu từ vị trí cấp cấp hai đến vị trí ban đầu Thử nghiệm trình bày cấu có chức kiểm tra hoạt động thiết bị Hành vi phi tuyến cấu nghiên cứu phân tích phương pháp phần tử hữu hạn Thiết bị phát hai gia tốc, 13g 48g Việc mô cấu giúp đánh giá hoạt động cấu Gia tốc kế có tiềm lớn cho ứng dụng tiết kiệm lượng 11 ABSTRACT The accelerometer is the sensor that detects the change of acceleration, has many applications in transportation, industry, navigation, and medical devices This paper introduces a new design of the micro accelerometer that detects two distinct acceleration values The design model is a micro-electro-mechanical system (MEMS) The device is a monolithic structure comprising two compliant bistable mechanisms that connect series to generate two-level distinct positions in the motion The accelerometer operates based on the capacitive spring-mass system The comb drives assist in indicating the acceleration value with the sensing capacitor utilized to archive the electrical output signal The accelerometer works only in a direction; therefore, the đặt lại mechanism is introduced to install the initial stage of the device The electrothermal V-beam is employed to move the mechanism from the first or second level position to the initial position The testing mechanism is also presented, which has the function of examining the operation of the device The nonlinear behavior of the mechanism is investigated and analyzed by finite element method The device can detect the two accelerations, 13g and 48g The simulation of the mechanism assists in evaluating the operation of the mechanism The accelerometer has applications iii great potential for energy-saving LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu cá nhân tơi hướng dẫn khoa học TS Trần Ngọc Đăng Khoa Các nội dung nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu, thiết kế phân tích kết cấu cảm biến shock hai bậc” trung thực chưa cơng bố hình thức trước Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá cá nhân thu thập từ nguồn khác có ghi rõ nguồn gốc Neu phát có gian lận tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung Luận văn Học viên Nguyễn Hoàng Bảo Thiên IV MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .i TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC sĩ ii ABSTRACT iii LỜI CAM ĐOAN iv MỤC LỤC V DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xii MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Lý chọn đề tài Mục tiêu đề tài 4 Phương pháp nghiên cứu 4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 4.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm phần mềm mô 5 Đối tượng nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Giới hạn đề tài CHƯƠNG 1.1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ CẢM BIẾN GIA TỐC Tổng quan cảm biến gia tốc 1.1.1 Cảm biến gia tốc dạng quang 16 1.1.2 Buckled beam type ( loại dẻo ) 17 1.1.3 Liquid-in-glass tube type — Loại ống thủy tinh lỏng 18 V 1.1.4 Loại nam châm .18 1.1.5 Kiểu dạng chốt .19 1.2 Tổng quan nghiên cứu cảm biến shock 20 1.2.1 Nghiên cứu, thiết ké H Mehner et al [14] 20 1.2.2 Nghiên cứu, thiết kế Ran ga Reddya, Keisuke Komedaa [11] .28 1.2.3 Nghiên cứu, thiết kế Luke J.Currano et al [12] 33 CHƯƠNG 2.1 Cơ SỞLÝ THUYẾT 37 Gia tốc 37 2.1.1 Gia tốctrọng trường 37 2.1.2 Gia tốc góc 37 2.2 Cơ cấu hai vị trí ổn định bistable 38 2.2.1 2.3 ứng dụng hệ khí 40 Cơ cấu Comb drive 41 2.3.1 Cơ cấu tác động Comb drive [16] 41 2.3.2 Cơ cấu cảm nhận comb drive 43 CHƯƠNG THIẾT KẾ KẾT CẤU CẢM BIẾN SHOCK HAI BẬC 45 3.1 Kết cấu tổng thể cảm biến shock hai bậc 45 3.2 Cơ cấu dịch chuyển, (tristable mechanism) 46 3.3 Cơ cấu phục hồi (đặt lại mechanism) 56 3.4 Cơ cấu thu nhận tín hiệu (sensing mechanism) 65 3.5 Cơ cấu thử nghiệm (Testing mechanism) 67 3.6 Công nghệ chế tạo .67 CHƯƠNG PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC 70 VI KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76 Kết luận 76 Kiến nghị 76 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA HỌC VIÊN 77 TÀI LIỆU KHAM KHẢO 78 PHỤ LỤC 80 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN 81 GÁY BÌA LUẬN VĂN 82 NHÃN CD LUẬN VĂN 83 vii