(LUẬN văn THẠC sĩ) nghiên cứu thiết kế mô phỏng cảm biến giọt chất lỏng dựa trên nguyên lý FPM luận văn ths kỹ thuật điệu tử viễn thông 60 52 02 03

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Hồng Hữu Chung NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MƠ PHỎNG CẢM BIẾN GIỌT CHẤT LỎNG DỰA TRÊN NGUYÊN LÝ FPM LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TƢ̉ - VIỄN THÔNG HÀ NỘI – 2014 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ Hồng Hữu Chung NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MƠ PHỎNG CẢM BIẾN GIỌT CHẤT LỎNG DỰA TRÊN NGUYÊN LÝ FPM Ngành:Công Nghệ Điện Tử - Viễn Thông Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số: 60520203 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TƢ̉ - VIỄN THÔNG NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS CHỬ ĐỨC TRÌNH HÀ NỘI – 2014 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan dƣới là khóa luận tốt nghiệp riêng tôi, dƣới hƣớng dẫn PGS.TS Chử Đức Trình – Trƣờng Đại học Cơng Nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội Tất Những kết và số liệu khóa luận này là trung thực và có đƣợc từ nghiên cứu tơi thực trình làm luận văn Ý KIẾN CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) NGƢỜI LÀM LUẬN VĂN (Ký ghi rõ họ tên) TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỞ ĐẦU CHƢƠNG GIỚI THIỆU CHUNG .5 CHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH GIỌT CHẤT LỎNG .8 Các phƣơng pháp xác định giọt a Sử dụng sensor tụ điện xác định hình thành giọt .8 b Sử dụng sensor áp điện trở xác định hình thành giọt 10 Phƣơng pháp xác định giọt sử dụng sóng 13 a Phương pháp xác định giọt sử dụng sóng 13 b FPW-flexural plate wave 14 c Các tính chất sóng FPW 16 d Hình dạng sóng FPW 17 Ƣu nhƣợc điểm phƣơng pháp 18 CHƢƠNG THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG THIẾT BỊ ĐO GIỌT 19 Giới thiệu 19 a Chế tạo thiết bị sóng 20 b Hoạt động thiết bị sóng 21 Thiết kế mô thiết bị đo giọt sử dụng FPW 21 a Cấu tạo chung 22 b Thiết kế đầu vào đầu 23 c Thiết kế tổng quát 26 Mô phần mềm COMSOL 28 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31 Điện đầu 31 Suy hao tín hiệu 33 Độ dịch chuyển 34 a Độ dịch chuyển theo phương X 35 b Độ dịch chuyển theo phương Y 36 c Độ dịch chuyển theo phương Z 37 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 MỞ ĐẦU Hệ thống vi điện tử (MEMS) là tập hợp vi cảm biến và cấu chấp hành có khả cảm nhận mơi trƣờng xung quanh và đáp ứng với thay đổi mơi trƣờng với việc sử dụng vi mạch điều khiển Một thiết bị MEMS thông thƣờng là hệ thống vi tích hợp chíp với cấu chấp hành và cảm biến mong muốn Hệ thống này cần vi nguồn cung cấp, vi relay và đơn vị xử lý tín hiệu nhỏ Công nghệ vi và tiến xa nhiều so với nguồn gốc là cơng nghệ bán dẫn Với ƣu thế, tạo cấu trúc học nhỏ bé tinh tế và nhạy cảm đặc thù, công nghệ vi cho phép tạo cảm biến và cấu chấp hành đƣợc ứng dụng rộng rãi sống Các thành phần vi làm cho hệ thống hoạt động nhanh, đáng tin cậy, rẻ và khả kết hợp chức phức tạp Thiết bị MEMS đƣợc đề xuất và chứng minh hữu dụng lĩnh vực khác nhƣ vi lỏng, hàng không vũ trụ, y sinh học, phân tích hóa học, truyền thơng, lƣu trữ liệu, hiển thị và quang học,…v.v Các cảm biến siêu nhỏ và tiện ích này thay cho thiết bị đo cũ kỹ trƣớc Song công nghệ MEMS giai đoạn đầu và cần nhiều nghiên cứu và chuyên sâu Cùng với phát triển MEMS, lĩnh vực đƣợc mở và hứa hẹn nhiều thành công – Lĩnh vực vi lỏng (Microfluidic) Trên giới nay, nhiều trung tâm nghiên cứu quan tâm và phát triển vi lỏng Công nghệ máy in phun là công nghệ đầu lĩnh vực này Cái dễ nhìn thấy hiệu là loại máy in phun công nghệ cao dần thay loại máy cồng kềnh và khó sử dụng với cơng nghệ cũ Chúng tạo ảnh sắc nét khơng khác mẫu Trong y tế, việc điều khiển tạo giọt vi lỏng với tốc độ khác có ứng dụng lớn, việc lọc máu cho bệnh nhân sử dụng cơng nghệ này Mục đích hƣớng tới cơng nghệ vi lỏng là đo thể tích, vật tốc và đặc tính chất lỏng từ tạo giọt, dịng vi lỏng có thơng số theo yêu cầu sử dụng vi kênh khác Với lý trên, chọn đề tài cho luận văn thạc sĩ là: “Nghiên cứu thiết kế mô cảm biến giọt sử dụng FPM” Trong luận văn này, nội dung nghiên cứu sóng và kết thu đƣợc nghiên cứu đƣợc trình bày theo định hƣớng là tham chiếu cho kết cảm biến dịng chảy dựa nguyên lý FPM Các cấu trúc đề xuất nghiên cứu này có tiềm ứng dụng vào hệ thống theo dõi bọt khí mạch máu, phát vật thể lạ mao dẫn, đo nồng độ hạt kim loại dầu máy động cơ… (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 CHƢƠNG GIỚI THIỆU CHUNG Nhu cầu tạo giọt chất lỏng tích nhỏ và điều khiển đƣợc ngày càng nhiều trọng sống đại Máy in phun mực là ví dụ cụ thể nhất, cơng việc máy là trộn giọt mực nhỏ có màu sắc khác và điều khiển phóng vào bia là giấy lụa và giọt càng nhỏ độ phân giải ảnh càng cao Hiện cơng việc này cịn xuất MEMS, ứng dụng chủ yếu y tế, việc đƣa thuốc từ ngoài vào bệnh nhân đơn giản nhiều thuốc là giọt nhỏ và có khả điều khiển đƣợc chúng vào nơi định trƣớc bệnh nhân Việc này hoàn toàn không đơn giản, cần có nghiên cứu và hoạch định cụ thể để thực việc này Trên giới xuất nhiều ngƣời quan tâm và nghiên cứu lĩnh vực vi lỏng, dễ nhìn thấy hiệu cơng nghệ là loại máy in phun công nghệ cao xuất hiện, thay vào loại máy cồng kềnh và khó sử dụng Chúng tạo ảnh sắc nét khơng khác mẫu Trong y tế, việc điều khiển giọt nhỏ có ứng dụng lớn, việc lọc máu cho bệnh nhân sử dụng cơng nghệ này Các giọt máu có lẫn chất thải đƣợc đƣa vào buồng phóng, hồng cầu lần lƣợt đƣợc bắn vào lƣới có mắt lƣới nhỏ đến mức có hồng cầu lọt qua cịn hạt chất thải lại kích thƣớc lớn Đối với hạt chất thải nhỏ hồng cầu đƣợc đƣa vào tiến trình xử lý hóa chất Ngoài ví dụ này cịn nhiều ứng dụng khác công nghệ vi lỏng Mục đích cần đạt tới cơng nghệ vi lỏng là: - Nhận biết nào hình thành giọt chất lỏng - Có thể đo đƣợc thể tích giọt chất lỏng từ tạo giọt có kích thƣớc nhỏ theo nhu cầu sử dụng - Có thể đo vận tốc giọt, từ điểu khiển chúng (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 Hình 1.1 Ta thấy việc khó xác định xác thời điểm giọt hình thành[1] Trong luận văn này, nghiên cứu tập trung vào nghiên cứu thiết kế thiết bị đo sử dụng nguyên lý FPM từ nghiên cứu cấu trúc, hoạt động cảm biến sóng cho vịi phun đƣợc nghiên cứu công nghệ MEMS Trong chương 2, nội dung tập trung vào sở lý thuyết, phƣơng pháp trƣớc đƣợc thực để đo và giám sát hình thành giọt chất lỏng, ƣu nhƣợc điểm phƣơng pháp này Cuối chƣơng trình bày phƣơng pháp đo giọt sử dụng FPM, lý thuyết liên quan tới sóng FPW Chương trình bày thiết bị truyền sóng FPW, cách chế tạo nhƣ hoạt động thiết bị FPW Sau vào khảo sát phân tích thiết kế mô (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 thiết bị thiết bị đo giọt sử dụng FPW, tính tốn độ dày, chất tạo nền, chất đệm, chất tạo IDT,… để đạt đƣợc độ xác phép đo nhƣ mô thành công Chương trình diễn kết mơ đạt đƣợc (có sử dụng phần mềm COMSOL và Matlab) từ kết nghiên cứu đạt đƣợc đƣa giải pháp chế tạo và thử nhiệm đo giọt chất lỏng dựa nguyên lý FPM cho kích thƣớc lớn Trong phần kết luận và phát triển: trình bày phần làm đƣợc luận văn và đƣa định hƣớng phát triển (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 CHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH GIỌT CHẤT LỎNG Các phƣơng pháp xác định giọt Về có phƣơng pháp xác định hình thành giọt nhƣ sau: a Sử dụng sensor tụ điện xác định hình thành giọt Phƣơng pháp này đƣợc thực nhƣ sau: Đặt tụ trƣớc khe hẹp, hai tụ này đƣợc thiết kế nhƣ tụ điện nhạy cảm thay đổi giá trị tức khoảng thời gian ngắn Khi có giọt qua thời gian t làm thay đổi điện dung môi trƣờng tụ, khiến giá trị tụ thay đổi khoảng thời gian định, thay đổi này đƣợc đƣa bo mạch xử lí và tính tốn đƣợc thời điểm hình thành giọt Tụ điện là linh kiện thụ động tạo hai bề mặt dẫn điện đƣợc ngăn cách chất điện môi Nếu có cách cấu hình để tạo số điện cực, điện dung hai điện cực (i và j) đƣợc đƣa ra: 𝐶𝑖𝑗 = 𝑄𝑖𝑗 𝑉𝑖 − 𝑉𝑗 Trong Cij là điện dung hai điện cực i và j; Qij là điện tích điện cực i (và trái dấu với điện tích điện cực j) gây hiệu điện Vi– Vj (Vi và Vj là điện tƣơng ứng điện cực i, j) Điện điện cực lại (hay gọi là điện đất) nhƣng làm ảnh hƣởng đến điện dung điện cực i và j Cấu trúc đơn giản cảm biến điện dung là hai phẳng song song với điện tích đối diện A và khoảng cách hai tụ d Khi d nhỏ nhiều so với kích thƣớc điện cực, giá trị điện dung xấp xỉ : 𝐴 C = εrε0 𝑑 Trong ε0 = 8,85.10-12 F/m là số điện môi trƣờng chân không, εr là số điện môi tƣơng đối điện môi hai điện cực (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 Cơng thức này có giá trị với điều kiện xác định Tuy nhiên có nhiều loại tụ điện khác nhau, giá trị điện dung tăng lên với gia tăng khu vực tác động A hay điện môi môi trƣờng điện cực và giảm với tác động khoảng cách d Theo đó, có phân biệt ba loại cảm biến điện dung: - Các cảm biến điện dung với giá trị A và d cố định, đối tƣợng đo là thay đổi thuộc tính điện mơi (kiểu ε) - Các cảm biến điện dung với giá trị A và ε cố định, đối tƣợng đo là thay đổi thuộc tính khoảng cách (kiểu d) - Các cảm biến điện dung với giá trị d và ε cố định, đối tƣợng đo là thay đổi khu vực tác động (kiểu A) Cảm biến điện dung chuyển đổi thay đổi vị trí, khoảng cách hay chất điện mơi thành tín hiệu điện Cảm biến điện dung phát thay đổi nào ba thông số tụ điện: khoảng cách d, diện tích điện cực A và số điện mơi εr đó: C= f (d,A, εr) Giá trị điện dung đầu cảm biến là tuyến tính theo hàm f biểu diễn thay đổi giá trị d, A, ε đầu vào Phƣơng pháp đo giọt chất lỏng sử dụng tụ điện là kiểu ε, điện môi môi trƣờng hai điện cực bị thay đổi có chất lỏng chảy qua Trong thực tế có nhiều cấu trúc mạch điện sử dụng cho việc đo điện dung Tuy nhiên cần phân tích cấu trúc mạch để sử dụng phù hợp Trƣớc tiên ta cần xác định mối quan hệ điện tích – điện áp tụ điện Giả định mối quan hệ này là tuyến tính và điện dung phụ thuộc vào điện môi môi trƣờng điện cực Do ta viết: Q = C (x).V Trong đó: Q - điện tích tụ điện V –Điện qua tụ điện C(x) – hàm điện dung phụ thuộc biến x (với x là d,A hay ε tùy vào loại cảm biến, là ε) Khi dịng điện qua tụ điện theo thời gian là: (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 Để hình dung rõ ràng thiết kế, ta xem hình vẽ 3.8 dƣới đây: 27 (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 Hình 3.8 Thiết kế thí nhiệm đo hình thành giọt (Đơn vị:μm; 1:2e-3) a.Top view b.Side view Tỷ lệ c.3D view Với thiết kế trên, ta thay chất khe hẹp và tìm đƣợc khác biệt tín hiệu IDT đầu thu đƣợc giọt chƣa hình thành ( khe hẹp chứa khơng khí) và giọt hình thành (khe hẹp có chất lỏng) Mơ phần mềm COMSOL Để tính tốn xác thiết kế đặt ra, sử dụng phần mềm COMSOL Multiphysics 4.2 để mơ phỏng, dƣới tơi xin trình bày bƣớc mơ thí nhiệm: 28 (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 MODEL WIZARD Trong mục Model Builder tạo Model: Trong phần Select space dimension, Chọn mục3Dvà ấn next 2Tiếp đến chọn Piezoelectric Devices (pzd) mục Add physics: Hình 3.6.Thiết lập Model wizard 3Trong phần Select Study Type, chọn Time Dependent, sau ấn Finish: COMSOL lúc này mở trƣờng Piezoelectric Devices (pzd) để mô phỏng, để thiết lập mô GLOBAL DEFINITIONS Variables 1 Trong global definitions, tạo Variables Trong phần settings Variable 1, thêm giá trị nhƣ sau: Name v_in Expression wv1(t[1/s])[V] Unit V Description 29 (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 Waveform (wv1) Trong global definitions, tạo Waveform Trong phần settings waveform, thêm giá trị nhƣ sau: Function name: wv1 Type: sine Angular frequency: 143e6*2*pi Phase: Amplitude: 3Sau ấn F8 để hoàn thành trình Quá trình này là trình nhập số liệu Sau vẽ và tính tốn, ta thu đƣợc kết hai trƣờng hợp khe hẹp không khí và khe hẹp chứa chất lỏng 30 (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Kết thu đƣợc từ việc mô thiết bị đo giọt chất lỏng sử dụng FPW xác định đƣợc tính tốn sở lý thuyết Vật liệu đƣợc mô sử dụng đơn tinh thể Nhôm nitride (AlN) làm giảm thiểu đƣợc phản xạ âm từ phía dƣới vào cấu trúc bề mặt, giúp giảm nhiễu và làm kết có độ tin cậy cao Kế là việc sử dụng vật liệu Silicon làm đế, việc này tránh sóng FPW gây ảnh hƣởng tới dòng chảy kênh truyền Thời gian trễ và độ dịch chuyển đƣợc mô và đƣợc đƣa vào MATLAB tính tốn để đánh giá đƣợc đặc tính sóng dọc theo ba hƣớng x, y, z thiết bị FPW Các mơ hình phân tích và kỹ thuật xử lý số đƣợc sử dụng mơ nhằm tìm dịch chuyển học và thay đổi thành phần điện, thành phần này giao động khoảng từ MHz tới GHz Nếu ta bỏ qua nhiễu sinh sóng truyền từ IDT truyền sang IDT nhận qua khe hẹp chứa giọt, ta sử dụng kết này để tham khảo trƣờng hợp thực tế Điện đầu Khi mô thiết bị FPW chƣơng trình COMSOL, kết đƣợc khảo sát khoảng thời gian 150 ns, với bƣớc nhảy là 0,02 ns Ta kiểm tra kết đầu cách đo hiệu điện IDT nhận (điều này có đƣợc nàn sóng học đƣợc chuyển đổi thành tín hiệu điện nối ra), hình 4.1 thể hiệu điện đầu khe hẹp chứa không khí (giọt chƣa hình thành – nét nền) và khe hẹp chứa chất lỏng – nƣớc (giọt hình thành – nét đứt đoạn) 31 (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 Hình 4.1 Tín hiệu đo chưa hình thành giọt xuất giọt Hình 4.1cho thấy rõ biên độ tín hiệu chƣa có giọt lớn giọt hình thành Điều này là dễ hiểu xuất giọt, tín hiệu bị suy hao lƣợng bị hấp thụ giọt Lƣợng chất lỏng mà sóng qua thể tích khe hẹp chứa giọt Thể tích khe hẹp đƣợc tính là: 40 x 40 x = 6400 μm3 Với thể tích chất lỏng này là nhỏ nhƣng làm thay đổi biên độ tín hiệu cỡ 2x10-8V là kết không tồi.Để làm rõ hơn, tính độ suy hao từ trƣờng hợp cụ thể 32 (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 Suy hao tín hiệu Dựa theo cơng thức tính suy hao: Trong V1: Điện nối V2: Điện nối vào Từ kết lấy kênh truyền bài mô COMSOL, ta đƣa vào MATLAB tính tốn hàm sau: clear;close all;clc; loaddatav1.mat; loaddatav2.mat; loaddatav3.mat; whos t=0:1/Fs:(length(v1)-1)/Fs; N=1024; % so diem tu den 2pi X=fft(v1,N); Y=fft(v2,N); X1=fft(v3,N); X_abs=abs(X(1:N/2)); Xabs = reshape (X_abs, 1, 512); X1_abs=abs(X1(1:N/2)); X1abs = reshape (X1_abs, 1, 512); Yabs=abs(Y(1:N/2)); f=linspace(0,Fs/2,N/2); % dai tan qsat Zabs = 20*log10(Xabs./Yabs); Z1abs = 20*log10(X1abs./Yabs); plot(f,Zabs,' r');hold on; plot(f,Z1abs); xlabel('Frequency - Hz');ylabel('insertion loss - dB'); hleg1 = legend('chua hinh thanh','hinh giot'); set(hleg1,'Location','NorthWest'); set(hleg1,'Interpreter','none'); Ta tính đƣợc suy hao hai trƣờng hợp chƣa hình thành giọt (nét gạch đứt) và hình thành giọt (nét niền) nhƣ sau: 33 (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 Hình 4.2Sự suy hao tín hiệu thu giọt chưa hình thành hình thành giọt Nhìn từ biểu đồ suy hao, ta thấy rõ khác hai trƣờng hợp chƣa hình thành giọt và trƣờng hợp hình thành giọt Khi giọt chƣa hình thành, độ suy hao là ổn định cỡ -19dB, , giọt hình thành, suy hao thay đổi từ -15dB tới -24dB (phụ thuộc vào tần số) Độ dịch chuyển Để phân tích trạng thái thiết bị, ta cần khảo sát độ dịch chuyển tinh thểNhôm Nitride (AlN) bề mặt vật chất Chọn hai điểm với vị trí tƣơng ứng ngõ hai trƣờng hợp (khi giọt chƣa hình thành và giọt hình thành) ta kiểm tra kết trƣờng hợp tƣơng ứng với dịch chuyển theo phƣơng X, Y, Z (hệ tọa độ Euler) để tìm khác biệt 34 (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 a Độ dịch chuyển theo phương X Hình 4.3 Độ dịch chuyển theo phương X Trong biểu đồ hình 4.3 thể độ dịch chuyển theo phƣơng X, độ dịch chuyển tinh thể giọt hình thành đƣợc thể với đƣờng kẻ đứt, và độ dịch chuyển tinh thể giọt hình thành thể với đƣờng vẽ niền Kết này ta thấy độ dịch chuyển theo phƣơng X khe hẹp hình thành giọt bị trễ chút so với khe hẹp chƣa hình thành giọt, nhƣng thời gian trễ là nhỏ và khó phát đƣợc thiết bị đo Vì ta khơng thể dựa vào độ dịch chuyển theo phƣơng X để nhận biết đƣợc thời gian giọt hình thành 35 (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 b Độ dịch chuyển theo phương Y Hình 4.4 Độ dịch chuyển theo phương Y Trong biểu đồ hình 4.4 thể độ dịch chuyển theo phƣơng Y, độ dịch chuyển tinh thể giọt hình thành đƣợc thể với đƣờng kẻ đứt, và độ dịch chuyển tinh thể giọt hình thành thể với đƣờng vẽ niền Kết này ta rút nhận xét: độ dịch chuyển theo phƣơng Y khe hẹp hình thành giọt trễ so với khe hẹp chƣa hình thành giọt Thời gian cỡ 10-9 giây nhỏ để phát sai khác theo độ dịch chuyển này 36 (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 c Độ dịch chuyển theo phương Z Hình 4.5 Độ dịch chuyển theo phương Z Trong biểu đồ hình 4.5 thể độ dịch chuyển theo phƣơng Z, độ dịch chuyển tinh thể giọt hình thành đƣợc thể với đƣờng kẻ đứt, và độ dịch chuyển tinh thể giọt hình thành thể với đƣờng vẽ niền Kết này ta thấy độ dịch chuyển theo phƣơng Z khe hẹp hình thành giọt bị trễ và biên độ nhỏ so với khe hẹp chƣa hình thành giọt Do sóng FPW là sóng ngang (sóng ngang là sóng học phần tử mơi trƣờng dao động theo phƣơng vng góc với phƣơng truyền sóng) nên thay đổi độ dịch chuyển phần tử theo phƣơng Z có giọt khe hẹp là lớn phƣơng Ở kết này ta thấy thay đổi biên độ độ dịch chuyển chƣa có giọt và có giọt khe hẹp rõ ràng (cỡ 0.5x10-6), phƣơng X và Y nhỏ nhiều và không rõ ràng (cỡ 0.1x10-7 ) Với khe hẹp mô là nhỏ với kết thay đổi độ dịch chuyển theo phƣơng Z nhƣ trên, ta biết đƣợc nào xuất giọt khe hẹp, từ ta phát triển thực nghiệm và đo đƣợc thời 37 (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 gian giọt hình thành nhờ vào độ dịch chuyển phần tử theo phƣơng Z phƣơng vuông góc với phƣơng truyền sóng và bề mặt truyền 38 (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Trong bài luận văn này, cảm biến hoạt động nguyên lý sóng FPM đƣợc đƣa nghiên cứu thiết kế và mô thành công MEMS Trên sở kết nghiên cứu đánh giá cảm biến này, bài nghiên cứu đề xuất và chế tạo loại cảm biến dòng chảy hoạt động nguyên lý kiểu FPM với thiết kế đơn giản Cảm biến giọt sử dụng sóng FPW cho vịi phun có khả phát xác thời điểm giọt hình thành Mạch đầu đƣợc đề xuất tích hợp chip CMOS để đảm bảo độ xác, giảm tối đa ảnh hƣởng thành phần nhiễu Cảm biến cho độ xác cao mà khơng ảnh hƣởng tới dòng chảy kênh dẫn với thiết kế điện cực nằm hai bên kênh dẫn Mặc dù việc mô cảm biến sử dụng FPW là thành công nhƣng việc chế tạo nhƣ đƣa vào thực tế cịn là bài tốn khó, địi hỏi công nghệ cao và phức tạp Để khắc phục nhƣợc điểm này, nghiên cứu đề phƣơng pháp chế tạo cảm biến giọt sử dụng sóng FPW mơ hình lớn, thiết bị khơng q nhỏ, chi tiết làm đƣợc nƣớc ta Các kết nghiên cứu đƣợc trình bày luận văn là sở ban đầu cho nghiên cứu để ứng dụng cảm biến vào thực nghiệm Một số hƣớng cần nghiên cứu triển khai để hoàn thiệt kết nghiên cứu luận văn: - Tiến hành thực nghiệm để đánh giá định lƣợng cảm biến dịng chảy kiểu sóng FPW - Với việc đo tín hiệu nhỏ, ta sử dụng khuếch đại nhằm gia tăng khoảng cách khác biệt, giúp nhận biết giọt dễ dàng hơn, điều này cần tích hợp khuếch đại vào thiết bị, và cần phải nghiên cứu thêm - Tiến hành thực nghiệm cảm biến sử dụng FPW với nhiều loại chất lỏng khác nhau, để ta phân biệt chúng và định đƣợc thành phần có hỗn hợp chất lỏng - Thiết kế chế tạo cảm biến giọt sử dụng nhiều loại nguyên lý (bao gồn điện trở và tụ điện) để tận dụng đƣợc ƣu nguyên lý 39 (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 Trong thời gian tới, đề tài này là bài tốn khó với tất ngƣời cơng nghệ FPM cịn giới Chúng ta phải đối diện với vấn đề tính độ cong bề mặt và sức ép bề mặt giọt đƣợc phóng nhằm thực đo tốc độ và thể tích phƣơng pháp sensor điện trở nhƣ nêu Bài tốn mơ hoàn toàn khơng dễ chút nào và u cầu phải có thời gian nghiên cứu nhiều 40 (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03 (LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03(LUAN.van.THAC.si).nghien.cuu.thiet.ke.mo.phong.cam.bien.giot.chat.long.dua.tren.nguyen.ly.FPM.luan.van.ths.ky.thuat.dieu.tu.vien.thong.60.52.02.03