Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Trường: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống theo dõi và giám sát liên tục dấu hiệu sinh tồn thông qua đo nhịp thở dựa trên cảm biến đo từ trường siêu nhạy cấu trúc micro

Nhận thức được tầm quan trọng của thông số nhịp thở và sự khan hiểm của thị trường, nhóm nghiên cứu quyết định lựa chọn nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và phát triển hoản thiện hệ thống đo

ĐẠI HỌC QUOC GIA HÀ NOI

BAO CAO TONG KET

KET QUA THUC HIEN DE TAI KH&CN

CAP ĐẠI HỌC QUOC GIA

Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế và chế tao hệ thống theo dõi và giám sát

liên tục dâu hiệu sinh tôn thông qua đo nhịp thở dựa trên cảm biên đo từ trường siêu nhạy câu trúc micro.

Mã số đề tài: QG.22.65

Chủ nhiệm đề tài: ThS Hồ Anh Tâm

Hà Nội, 05/2024

PHAN I THONG TIN CHUNG

1.1 Tén đề tài: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống theo dõi và giám sát liên tục dấu hiệu

sinh tồn thông qua đo nhịp thở dựa trên cảm biến đo từ trường siêu nhạy cấu trúc miero.

Micro và Nano, Trường Đại học

Công Nghệ, Đại học Quốc Gia Hà

Thư ký

3 |ThS Vũ Nguyên Thức

PTN Trọng điểm Công nghệ

Micro và Nano, Trường Đại học

Công Nghệ, Đại học Quốc Gia Hà

Nội

Thành viên

4 |GS.TS Nguyễn Hữu Đức

PTN Trọng điểm Công nghệ Micro và Nano, Trường Đại học Công Nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội

Thành viên

PGS.TS Đỗ Thị Hương

Giang

Trường Đại học Công Nghệ, Đại

6 |TS Lê Khắc Quynh Trường Dai hoc Su phạm Hà Nội

7 |ThS Phan Hải

PTN Trọng điểm Công nghệ Micro và Nano, Trường Đại học Công Nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội.

1.6 Những thay đối so với thuyết minh ban đầu (nếu có):

(Về mục tiêu, nội dung, phương pháp, kết quả nghiên cứu và tổ chức thực hiện; Nguyên nhân; Ý kiến

cua Cơ quan quan ly)

1.7 Tống kinh phí được phê duyệt của dé tai: 360.000.000 đồng (Ba trăm sáu mươi triệu đồng

chan./).

PHAN II TONG QUAN KET QUA NGHIEN CUU

Viết theo cau trúc một bài bdo khoa học tổng quan từ 6-15 trang (báo cáo này sẽ được đăng trên tạp chí khoa học ĐHQGIHN sau khi dé tài được nghiệm thu), nội dung gỗm các phan:

1 Đặt vấn đề

Sự phát triển của xã hội hiện đại cùng với 6 nhiễm môi trường kéo theo sự gia tăng các nguy

cơ về bệnh tật, đặc biệt là hô hấp Nhận thức được tầm quan trọng của thông số nhịp thở và sự khan

hiểm của thị trường, nhóm nghiên cứu quyết định lựa chọn nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và phát triển

hoản thiện hệ thống đo và giám sát nhịp thở sử đụng cảm biến đo từ trường dựa trên hiện tượng cam

ứng điện từ nhằm quan sát, đo đạc, theo dõi và đánh giá các thông số chức năng nhịp thở, từ đó cảnh

báo tình trạng sức khoẻ và can thiệp kịp thời khi xuất hiện yếu tổ bat thường Thiết bị đo và giám sát

nhịp thở cần đảm bảo tiêu chi đơn giản, dé thao tác, sử dụng va di chuyên đồng thời có độ nhạy cao

dành cho cả các cơ sở y tế lẫn tại nhà Hiện tại, có nhiều phương pháp đo xung nhịp thở đã được phat

triển và đưa vào ứng dụng dựa trên các nguyên lý hoạt động khác nhau hỗ trợ tích cực trong theo dõi, giám sát sức khỏe và đặc biệt trong hỗ trợ chuẩn đoán điều trị bệnh hô hấp Mỗi phương pháp đều có

ưu điểm và nhược diém có thé ké đến như người đo phải thở ra ngoài không khí không phù hợp với

các bệnh có tính lây nhiễm cao (phương pháp đo thông qua sự thay đổi lưu lượng, nhiệt độ, thành

phần hay độ âm không khí); hoặc thiết bi/dau đo phải tiếp xúc trực tiếp với người đo đòi hỏi người

kết hợp kỹ thuật quang học (photoplethysmography - PPG)) Chính vì vậy, hệ thống thiết bị có chức

năng đo nhịp thở một cách chính xác và toàn diện dành cho người bệnh hiện nay vẫn gặp nhiều thách

thức cân được đâu tư nghiên cứu.

Thành phần An ^ q

Âm thanh hô hấp | z= | không khí Độ ẩm không khí

Do âm thanh — Do nồng độ CO2 296 đối ds

Máy vi âm Cảm biến hồng Cảm biến điện trở

(Microphones) ngoai (infrared) (resistive)

rea “quang “ sae (canae te quang rung (capacitive)

(1.1a) Do tần số thở bằng phương pháp (1.1b) Do tốc độ trao đổi CO2 trong nhịp

-nhiệt điện trở để xác định -nhiệt độ hô thở bằng đầu đò nội sơi và cảm biến (1.1e) Phương pháp đo dựa trên tiếp xúc cơ thể

hấp (Thermister measurement) hồng ngoại (infrared sensor) (tích hợp với ECG&PCG)

Hình 1 Các phương pháp do nhịp thở dang được sử dụng hiện nay

Mặc dù thông tin liên quan đến nhịp thở và xung nhịp thở có vai trò quan trọng như vậy nhưng

hiện tại ở Việt Nam việc theo dõi tần số thở thường được thực hiện bằng cách đếm nhịp thông thường

thủ công trong khi ở các nước phát triển, công tác này đã được thực hiện sử dụng các thiết bị công

nghệ chính xác cao, không phụ thuộc vào kinh nghiệm và kỹ năng người đo như cách làm thủ công.

Các thiết bị liên quan đến đo đạc phân tích chức năng thở chủ yếu được trang bị cho các trung tâm,

trường, bệnh viện, cơ sở khám chữa bệnh lớn phục vụ cho khám chữa bệnh và phục vụ nghiên cứu

thực hành lâm sàng Việc trang bị các thiết bị cho tất cả các cơ sở trong nước phục vụ công tác này

là cần thiết nhưng đòi hỏi chi phí đầu tư cao do đều phải nhập các thiết bị từ nước ngoài.

Nhận thức được tam quan trọng của thông sỐ nhịp thở và sự khan hiếm của thị trường, sáng

chế này đề xuất một hệ thống thiết bị đo và theo dõi giám sát nhịp thở và xung nhịp thở liên tục sử

dụng cảm biến đo từ trường độ nhạy cao được sử dụng dé cảm nhận sự giãn nở liên tục của lồng ngực

thông qua cảm nhận sự thay đổi từ trường do sự thay đổi vị trí vị trí tương đối giữa cảm biến và nam

châm được gắn trên ngực hoặc bụng của người đo trong quá trình thực hiện phép đo.

2 Mục tiêu

- Làm chủ được công nghệ lõi chê tạo cảm biên siêu nhạy từ trường câu trúc micro với độ chính xác và tin cậy cao.

- Thiết kế và chế tạo thành công hệ thống đo và giám sát dấu hiệu sinh tồn liên tục sử dụng

cảm biến siêu nhạy từ trường cấu trúc micro thông qua đo nhịp thở liên tục.

- Đóng gói hoàn thiện hệ thống theo kiếu dáng mẫu mã công nghiệp hệ thống đo và giám sát

nhịp thở và đo thử nghiệm thành công trên các tình nguyện viên với giới tính, độ tuôi và sức khỏe

khác nhau.

3 Phương pháp nghiên cứu

Với mục tiêu nghiên cứu là chế tạo thử nghiệm thiết bị đo, theo đõi nhịp thở liên tục dựa trên

phương pháp đo từ trường, một sô phương pháp nghiên cứu và kỹ thuật sau đây sẽ được sử dụng:

- Nghiên cứu lý thuyết, mô phỏng tính toán cau trúc vi từ sử dụng công cụ mô phỏng điều

khiển từ tinh của các cẫu trúc micro và tối ưu tính chất từ mềm của vật liệu từ nên Fe, Co, Ni

- Nghiên cứu, chế tạo các cấu trúc từ tính micro dang mang và dang băng nên Fe, Co va Ni

sử dụng các công nghệ tiêu hình hóa; Khảo sát, đo đạc vi cấu trúc, tính chất từ, từ-điện, từ tổng trở của vật liệu từ cầu trúc micro chết tạo được

- Thiết kế, chế tạo linh kiện cảm biến dựa trên hiệu ứng từ tổng trở và từ-điện sử dụng cấu

hình vật liệu tôi ưu nghiên cứu chê tạo được; Khảo sát, đo đạc các đặc trưng và thông sô làm việc của

cảm biên từ dé tôi ưu các thông sô hoạt động phù hợp với ứng dung đo nhịp thở.

- Thiết kế và xây dựng hệ thống di động đo nhịp thở liên tục không tiếp xúc tích hợp cảm biến

tôi ưu đã được nghiên cứu chê tao; Do đạc thử nghiệm và đánh giá hoạt động của hệ thông thử nghiệm

trên các tình nguyện viên trong phòng thí nghiệm.

4 Tong kết kết quả nghiên cứu

Về tổng thé, sản pham của dé tài là hệ thống đo, theo dõi và giám sát phô nhịp thở sử dung

cảm biến cảm biến đo từ trường đề cảm nhận sự giãn nở liên tục của lồng ngực thông qua cảm nhận

sự thay đổi từ trường do sự thay đổi vị trí vị trí tương đối giữa cảm biến và nam châm có kết cấu bao gồm: cảm biến đo từ trường có độ nhạy cao, đai nam châm gắn trên ngực hoặc bụng của người đo trong quá trình thực hiện phép đo gồm đai đeo co giãn tích hợp với khay nam châm chứa cặp vĩnh

cữu hình cúc áo đặt song song ngược chiều có dé chan từ dé ngăn chặn từ trường tác động đến người

đo, hệ thống giá kèm trục xoay gan cảm biến dễ dàng căn chỉnh vị trí cảm biến trong không gian 3

chiều phù hợp với mọi tư thế và chiều cao của người đo, khối điện tử đo lường xử lý tín hiệu và màn

hình hiển thị cảm ứng có thé do, theo dõi và ghi nhận pho nhịp thở liên tục theo phương pháp không

tiếp xúc, không xâm lan Các kết quả nghiên cứu chính gồm:

(a) Sơ đồ nguyên Lý hệ đo

Hình 2 Sơ đồ nguyên lý hệ do thở bằng cảm biến từ trường độ nhạy cao 4.1 Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo cảm biến Fluxgate

Cảm biến từ trường Fluxgate hoạt động dựa trên nguyên lí cảm ứng điện từ, được hiểu đơn giản là hiện tượng hình thành một suất điện động trên một vật dẫn khi vật đó được đặt trong một từ

trường biến thiên Đề đạt được hiệu quả đo lường tốt nhất, cau tạo của cảm biến từ trường gồm 2 lõi

dây sơ cấp và thứ cấp, 1 lõi sắt từ mảnh với thiết kế chuyên dụng, 1 mạch in làm giá đỡ cảm biến và kết nối điện cực với thiết bị đo, vỏ bảo vệ cảm biến.

Bi CAM BIEN 80 TỪ TRƯỜNG

)-Cảm biến đo từ trường dạng thanh

(weya weu yep 4) iA 084 19p Aey J) Âu) wea)

Hình 3 Cấu tao của cảm biến từ trường Fluxgate được phát triển cho hệ do thở 4.1.1 Quy trình chế tạo

a) Cuộn dây cảm biến

Trên hình 4 là hình minh họa các bước chế tạo cuộn dây sơ cấp và thứ cap cho cam bién Fluxgate do từ trường Cuộn dây sơ cấp được lồng vào bên trong cuộn dây thứ cấp và được đặt bên ngoài một lõi sắt từ, cuộn sơ cap được kết nối với nguồn nuôi điện áp xoay chiều dé tao từ trường cho cảm biến, cuộn thứ cấp kết nói với thiết bị do dé đo điện 4 áp chuyên đổi lỗi ra của cảm biến Cuộn

dây chế tạo bằng lõi nhựa cách điện, các cuộn dây được cuốn bằng dây đồng bọc cách điện với mật

độ xếp chặt cao nhất giúp cảm biến thu nhận được nhiều từ thông hơn và do đó tăng tín hiệu điện đầu

ra cảm biến.

EE (3) Cuốn dây lên lõi

K2Đ|U549D100 thành cuộn dây

Hình 4 Chế tạo lõi dây sơ cấp và thứ cap Hình 5 Các mẫu lõi từ nhóm nghiên

của bộ phận cảm biên cứu thử nghiệm trên cảm biên

_¬

b) Lõi sắt từ làm cảm biến

Lõi sắt từ được sử dụng là lõi vật liệu từ mềm FeSiC dạng băng từ mỏng (dày 0,02 mm) được tạo hình dang thanh và dạng phéu (xem hình 5) với cùng chiều dài L = 43 mm Các phéu có miệng hình thang với cùng độ cao h = 5 mm và độ rộng miệng phéu thay đổi khác nhau D = 5, 10, 15, 20,

25 mm Các nghiên cứu thử nghiệm sẽ được thực hiện trên các lõi này, trên cơ sở đó lựa chọn hình

dang và kích thước tối ưu cho hình dạng lõi làm tín hiệu cảm biến thay đổi nhiều nhất.

c) Vỏ bảo vệ cảm biến

Vỏ linh kiện cảm biến được thiết kế và sản xuất trên công nghệ nhựa in 3D có đặc tính dẻo,

dé dàng uôn ép theo ý muôn Vật liệu nhựa được thiệt kê và chê tạo trực tiệp theo yêu câu trên công nghệ in 3D, tạo hình đa dạng va dam bảo an toàn trong quá trình gia công phân vỏ (hình 6).

- — | Hinh 6 Anh chup thanh phẩm vỏ ngoài cam

Tape Den chế tạo băng công nghệ in 3D

° Ũ TƯ ƯớNGhớ

Nắp dưới (trái) và nắp trên (phải) của vỏ cảm biến

d) Lắp ráp và đóng gói cảm biến

; Cảm biến được tiễn hành Chế tạo, lắp ráp và đóng gói hoàn thiện theo mô tả các quy trình

lân lượt như hình 7.

tuộn sơ cấp _ Cuôn thứ cấp lỗi từ

dạng thanh

Phan đầu hình phếu Lõi từ

hướng về phía người đo dạng PHEU

7 | HTTOSEEESPPPEEEEDEYSUPEEEELYEUUOUEUEOyeuoNureveyen¥ery | te © hima acai ane una weirs \L

° 1 2 3 4 5 Đầu cắm dây 9 1 ` 4 Nap day dưới(a) Ảnh chụp cảm biến dạng THANH (b) Ảnh chụp cảm biến dạng PHÊU Hình 7 Ché tạo, lắp ráp và đóng

NẾp đậy trên Bhycắm gói hoàn thiện cảm biên

in a ` F”—

+ 2 + 4 2 3 4 s 6 7

() Anh chụp cảm biến đồng gói hoàn thiện (@ Ảnh chụp cảm biến có kết nối dây cắm

oze

4.1.2 Giải pháp tăng cường tin hiệu đáp ứng của cảm bién

Một trong những giải pháp mới nhằm tăng độ nhạy của hệ thống là phát triển hệ thống cảm

biến giúp tăng từ trường thu nhận được trong cuộn thứ câp, qua đó có thé tăng tín hiệu lối ra của cảm

cảm ứng từ, S là diện tích khung dây có từ thông xuyên qua, ơ là góc hợp bởi từ trường và pháp tuyến

khung day) Theo quy luật phụ thuộc này, dé tăng độ nhạy cho cảm biến đo từ trường thì 2 giải pháp

được sử dụng là:

- Tăng mật độ vòng dây: sử dụng dây đồng mảnh có bán kính r = 0.06 mm dé chế tạo cuộn sơ

cấp và thứ cấp cảm biến cuốn với các vòng dây xếp chặt nhau Mật độ vòng dây khi đó N = 1/(2r) =

16,67 vòng/mm.

- Sử dụng lõi dẫn từ là vật liệu từ mềm có độ từ thâm cao với hình dang thiết kế phù hợp sao

cho dẫn được nhiều đường sức từ từ nam châm vào cuộn dây nhất Đề tài đã thiết kế hình dang thanh

truyền thống và dạng phéu, trong đó dang phéu được kỳ vọng sẽ tốt hơn do tiết điện phéu lớn thì khả

năng cao sẽ nhận được nhiều đường sức hơn.

80 (b) Cảm ứng từ trong THANH

40

Sự thay đổi tin hiệu cảm biến (mV)

-k -2 0 2 4 6 8

Thay đôi khoảng cách (mm)

(a) Kết quả do thực nghiệm (c) Cảm ứng! từ trong PHEU

Hinh 8 Cam bién dang thanh và dạng phéu hưởng ứng với từ trường nam châm đặt ở các

khoảng cách khác nhau trong không gian

Kết quả đo khảo sát tín hiệu đo được trên 2 cảm biến này ở hình 8 minh chứng rõ dạng phéu

cho tín hiệu lớn gap 2 lần (phéu rộng 5 mm) so với dạng thanh và phéu càng rộng thì độ hưởng ứng

càng mạnh (gấp 3 lần phễu rộng từ 10 mm trở lên) Đề kích thước cảm biến nhỏ gọn mà vân đáp ứng tốt với sự thay đổi vị trí, phễu rộng 10 mm đã được lựa chọn cho hệ thống đo Điều này có thê lý giải

khi phéu càng rộng thì lượng đường sức từ dẫn được càng nhiều, do đó tín hiệu hưởng ứng càng mạnh

với từ trường thay đối (hình 8b,c).

4.2 Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo cảm biến GMI dạng cuộn dây phẳng.

Trong số các dòng cảm biến đo từ trường, cảm biến đo từ trường dựa trên hiệu ứng từ tong

trở (cảm biến từ tong trở) được sử dung khá phổ biến với nhiều ưu điểm nỗi trội như độ nhạy cao, 6n định, thời gian đáp ứng nhanh, kích thước nhỏ, độ trễ và mức tiêu thụ điện năng thấp Nguyên lý hoạt

động của cảm biến là dựa trên sự thay đổi của trở kháng xoay chiều (tông trở Z) của các vật liệu từ

khi có dòng điện xoay chiều tần số cao chạy qua vật liệu làm cảm biến khi cảm biến được đặt trong

từ trường ngoài (H) Đặc trưng cho sự thay đổi tông trở này của cảm biến, tỉ số từ tng trở GMI tỉ đối (tính theo %) được xác định bởi công thức:

taZ Z(H)—-Z(H a 100% = (H) (Hmax)

Z(Hmax )

trong đó, Z(H) va Z(Hmax) tương ứng là tổng trở của vật dẫn tai từ trường ngoài H và tai từ

trường ngoài cực đại Hmax trong thí nghiệm đo.

del

GMI(%) = —

Cảm biến từ tổng trở này thường được chế tạo dựa trên các vật liệu từ mềm dang băng mỏng,

màng mỏng hoặc dạng dây có độ nhạy đạt 101 đến 102 %/Oe lớn hơn nhiều bậc độ lớn khi so sánh

với các cảm biến hoạt động dựa trên hiệu ứng từ trở thông qua sự thay đổi của điện trở truyền thống.

Nhờ các ưu điểm này mà cảm biến đo từ trường từ tổng trở vẫn là một trong số các cảm biến đo từ

trường thương mại được sử dụng rộng rãi hiện nay.

Bên cạnh các ưu điểm và lợi thế được đề cập ở trên, cảm biến từ tong trở có 2 han chế bao

gồm: (i) để cảm biến hoạt động với độ nhạy cao thì cau hình cảm biến thường được thiết kế dang

cuộn day solenoid sử dụng các dây dẫn từ đường kính micromet dé tăng trở kháng xoay chiều của

mạch, tuy nhiên cuộn dạng này gặp phải giới hạn khi thu nhỏ kích thước gây khó khăn khi tích hợp

cảm biến vào các hệ thống đa chức năng trong một số ứng dụng đặc thù; (ii) khi thu nhỏ cảm biến từ

6

tổng trở dạng bằng cách phăng hóa cảm biến lại yêu cầu tần số hoạt động cao (GHz) do cảm biến loại

này tường được chế tạo dạng hình dây thắng hoặc gấp khúc dẫn đến khó khăn cho việc đo lường bởi

mạch điện tử đo cao tần chỉ phí cao; (iii) đo đặc trưng nguyên lý hoạt động ở tan, số cao và vat dan từ tính chỉ dẫn điện ở bề mặt nên hiện ú ứng từ tổng trở thường lớn khi vật dẫn với tiết diện kích thước cỡ

micromet, đây cũng chính là hạn chế do chế tạo cảm biến đòi hỏi công nghệ chế tạo tiêu hình hóa

trong phòng sạch với quy trình phức tạp, máy móc thiết bị đắt tiền làm gia tăng giá thành sản phẩm.

Đề khắc phục các mặt tồn tại hạn chế của cảm biến từ tổng trở được đề cập, nghiên này đề

xuất một loại cảm biến từ tong trở mới dạng cuộn dây phăng dựa trên vật liệu từ mêm vô định hình

nền Fe, Co có thiết kế dạng cuộn dây phang hình xoắn ốc có ưu điểm kích thước nhỏ gọn, với tần số hoạt động trong dải MHz giảm mạnh so với các cảm biến phăng dạng dây thăng hoặc gấp khúc, độ

nhạy cao vượt trội trong vùng từ trường thấp với công nghệ và phương pháp đơn giản, dễ thực hiện,

cho chất lượng tốt và đặc biệt giá thành thấp, độ chính xác cao Sử dụng vật liệu có chiều dày t, độ

rộng dây w, khoảng cách giữa các dây là d, sô vòng dây N sử dụng công nghệ khắc laser và ăn mòn hóa ướt với phương pháp đơn giản, dé thực hiện, cho chất lượng tốt và đặc biệt giá thành thấp, độ

chính xác cao.

Điều đặc biệt của linh kiện cảm biến loại này là khắc phục được các mặt hạn chế của các cảm

biến từ tổng trở đang được sử dụng phô biến hiện nay bao gồm: tần số hoạt động thấp hơn, độ nhạy

của cảm biến lớn vượt trội đặc biệt nhạy trong vùng từ trường thấp, độ phân giải cao; chế tạo phần

lõi cảm biến từ tông trở kích thước micro từ vật liệu phôi là các băng từ mềm hình hoặc nano tinh thé nên Fe, Co có độ thâm từ cao, rẻ tiền, dé kiếm kết hợp với một số vật liệu đơn giản khác gồm dé

polymer, keo UV, sơn phú, dung dịch ăn mòn Acetone, axit qua các quy trình công nghệ đơn giản,

nhanh là khắc laser và ăn mòn hóa ướt đề chế tạo ra các cảm biến dạng cuộn phăng theo thiết kế lựa chọn; thông qua phương pháp chế tạo, lắp ráp và đóng gói đơn giản dé chế tạo hoàn thiện linh kiện

cảm biến từ tong trở dang cuộn phang với kích thước nhỏ gon so với các cảm biến dạng cuộn solenoid truyền thống cho phép dé dàng tích hợp với các hệ thống đa chức năng hoặc trong một số ứng dụng đặc thù theo yêu cầu.

Trong đề tài nghiên cứu này, vật liệu băng từ FeSiC sử dụng được cung cấp bởi công ty chuyên

sản xuất băng từ Metglas là Metglas Inc có trụ sở đặt tại Hàn Quốc (website: https://metglas.com/).

Trên hình 9 là ảnh chụp vật liệu băng từ được nghiên cứu va sử dung trong dé tai Do dé cam bién

hoạt động với tinh năng tốt nhất, thi vật liệu phải đảm bảo có tinh chất từ mềm và không có tính từ

dư do vậy bất kỳ tác động nào cũng sẽ ảnh hưởng đến tính chất vật liệu từ mềm này.

Hình 9 Anh chụp tam băng từ mém Metglas vô định hình được sử dung dé chế tạo linh kiện cảm

biến và các hình dang spiral trong dé tài

4.2.1 Chế tạo lõi cảm biến te GMI ;

Quy trình các bước được thực hiện đê chê tao lõi cảm biên GMI từ tâm băng từ mém được

đưa ra trên hình 10.

Cắt dé PMMA cho phần lõi linh kiện cảm biến

Phủ lớp keo UV mỏng lên dé cách điện

Dán lớp băng từ mỏng lên tam dé và chiếu đèn UV

[Phu lớp sơn phủ tiếp lên mặt trên của tam băng từ

Khắc laser để khắc tạo hình dạng cuộn dây

Ăn mòn ướt loại bỏ phần vật liệu thừa

Bước 7 Tẩy sạch toàn bộ lớp sơn trên bề mặt

Bước 8 Rửa sạch và sấy khô

`

Cắt rời tạo phần lõi cuộn dây phẳng của linh kiện

Bước 9 cảm biến

Hình 10 Sơ dé minh họa qui trình thực hiện dé chế tạo lõi cảm biến GMI từ tam băng từ mêm

theo hình dạng và kích thước lựa chọn sử dung công nghệ khắc laser và ăn mon hóa wot.

Hình ảnh mô tả trực quan quy trình chế tạo lõi cảm biến được mô tả như trên hình 11 (Thông

tin chỉ tiết tham khảo tài liệu “Quy trình chê tạo linh kiện cảm biên từ siêu nhạy từ trường đê đo và theo dõi nhịp thở của người” đính kém báo cáo tông ket)

; San phẩm cuối của quá trình này là 1 lõi cảm biến GMI dạng spiral bằng băng từ mềm được

gan trên đê PMMA đê san sang cho quy trình tích hợp và đóng gói.

Cảm biến GMI đo thở cần được tích hợp và đóng gói chắc chắn với các giắc chờ SMA nhằm

phù hợp với các bước đo đạc khảo sát đặc trưng và ứng dụng trong theo dõi nhịp thở Hình 12 mô tả

cau tạo của | cảm biến đo thở dựa trên lõi spiral tròn đã được đóng gói hoàn thiện với vỏ bằng arcrylic

Cắt đế mạch in và hàn chân giắc cắm cao tần Tao dé gắn phần lõi linh kiện cảm biến

Cố định dé gắn phần lõi lên dé mach in dé tạo dé cảm

biến Gắn phan lõi linh kiện cảm biến vào dé cảm biến Hàn kết nối điện cực từ 2 đầu cuộn dây ra chân cắm

kiện cảm biến

Đóng gói linh kiện cảm biến trong vỏ bảo vệ

Hình 13 Quy trình tích hợp lõi cảm biến và đóng gói hoàn thiện.

Minh họa giải thích chỉ tiết hơn cho các công đoạn thực hiện quy trình này được đưa ra trên

hình 14 (Thông tin chi tiệt tham khảo tài liệu “Quy trình chê tạo linh kiện cảm biên từ siêu nhạy từ

trường dé do và theo dõi nhịp thở của người” đính kém báo cáo tông kêt)

14a

Hình 14 Mô tả quy trình tích hợp và đóng gói cảm biến do thở

Với quy trình được xây dựng nay, hệ thống cảm biến dang cuộn dây phang có thé được chế tạo trong điều kiện phòng thí nghiệm hoặc trong quy mô công nghiệp với máy móc trang thiết bị đơn giản, rẻ tiền, không cần điều kiện chế tạo đặc biệt Quy trình này có thê được áp dụng triển khai hoặc

chuyên giao cho mục đích thương mại hóa.

Trong số các cầu trúc spiral, cảm biến có dạng lõi tròn được lựa chọn ứng dụng trong đo thở,

do tính chất bat dang hướng phù hợp với chuyển động của lồng ngực và cơ cấu tạo từ trường bằng

nam châm vĩnh cửu được mô tả dưới đây.

10

4.2.3 Khảo sát đặc trưng cảm biến GMI dạng spiral tròn

Cảm biến spiral tròn với độ rộng đường w = 100um, chiều day t = 30 uum và khoảng cách giữa đường s = 200um được lựa chọn làm cảm biến đo thở, với kích thước tổng thể vùng nhạy từ là nằm

trong đường tròn ngoại tiếp đường kính D = 7,5mm Tính chất từ của cảm biến được khảo sát bằng

may VSM cho thấy tính chất từ mềm của vật liệu băng từ vẫn được duy trì (độ cảm từ cao, lực kháng

từ nhỏ ~ 1 Oe) không bi tác động của nhiệt trong quá quy trình chế tạo tiêu hình hóa tạo hình cấu trúc

linh kiện cảm biến như trên Hình 15.

a!

500 + ao

M (emu/cm3) ° -500 Ƒ_Ắa—®

1 1 1 L

-2000 -1000 0 1000 2000

H(G)

Hình 15 Tinh chất từ mém của cảm biến spiral GMI

Dé khảo sát sự ảnh hưởng của tông trở vào tần số, các phép đo tông trở của cảm biến GMI sẽ

được thực hiện trên may Phân tích mạng vector Rohde & Schwarz ZNB20 được đặt tại Viện vật liệu,

Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam và máy Protek A333 tại phòng thí nghiệm trọng

điểm công nghệ Micro và Nano, trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội Sơ đồ thí

nghiệm được bó trí như hình 16, kết quả khảo sát cho thay tần số tối ưu dé tiễn hành khảo sát nhịp

thở là ở tần số 695 MHz, đây cũng là tần số cộng hưởng của cảm biến, tại đó, tỉ số từ tổng trở thu

được là lớn nhất đạt tỉ lệ GMI ~ 120% Kết quả đo đạc cũng cho thấy điểm làm việc ở vùng từ trường khoảng 50 Oe là vùng cảm biến có đáp ứng tuyến tính với từ trường đo và cũng là vùng đốc nhất

tương ứng với vùng cảm biến độ nhạy tôi ưu Từ độ đốc của đường cong trong vùng đáp ứng này, độ

nhạy của cảm biến được đánh giá vào khoảng 2.41%/Oe.

Đề đánh giá độ phân giải và sai số của linh kiện cảm biến từ tổng trở dạng cuộn phăng hình

tròn có kích thước micro mét, phép đo thực nghiệm được tiền hành bằng cách theo dõi tín hiệu cảm

biến thay đổi theo thời gian tại một giá trị từ trường có định nào đó dé thông qua đó đánh giá nhiễu

nền và trên cơ sở đó có thể đánh giá sai số, độ chính xác và phân giải của linh kiện cảm biến.

Đề đánh gia sai số, từ các số liệu ghi nhận lại sự thay đổi tín hiệu cảm biến theo thời gian tại

một từ trường cô định, vẽ được đồ thị phố phân bố Gauss qua phép phân tích hàm FFT Kết quả ghi

nhận nhiễu nên được đưa ra trên đồ thị hình 17 với từ trường đặt vào B = 27 Oe thả trôi theo thời gian

trong thời gian khoảng 3 phút Từ bảng số liệu trên có thể thu được được độ lệch chuẩn (standard deviation) có giá trị ø = 7.6453x10' Oe, từ giá trị này có thê đánh giá được sai số của cảm biến AH

= 30 = 0.002 Oe Như vậy, sai số của cảm biến được đánh giá vào khoảng 10 Oe.

Đề đánh giá độ phân giải của cảm biến, trên hình 18, độ phân giải của cảm biến được xác định thông qua độ lệch nhỏ nhất giữa 2 giá trị từ trường ngoài mà khi đó vẫn quan sát được sự thay đổi tín

hiệu của cảm biến Cảm biến được đặt bên trong cuộn Helmholzt MH 2.5, thay đổi độ lớn từ trường

bằng cách thay đổi độ lớn nguồn DC cấp vào, ‘Khoang cach giữa các bước khảo sat là 61 = 0,15 mA

tương ứng với từ trường thay đổi 8H = 4.5x103 Oe Ứng với mỗi bậc thay đối öH đều có thé quan sát

rõ sự thay đổi tín hiệu của cảm biến tương ứng với mỗi giá trị bậc thang trên đồ thị Chứng tỏ ở độ

phân giải của cảm biến đạt ở mức dưới 0.01 Oe, vượt hơn 1 bậc so với đăng ký của đề tài là 107 Oe.

350 + Sai so cam bien 3ø=0.002 Oe [Model Gauss

rỉ tu truong do duoc:

| 270¢ +/- 0.002 Oe \ : y=y0 + (Al(W*

300} do ong cap hemhlozt 0.9A WN Bins ; Equation sqrt(Pl/2)))*ex

Gauss Fit Counts p(-2*(x-xc)'w

H(Oe)_I=0.9A Counts Height 345.8062

Hình 17 Phân tích sai số phép do cảm biến GMI

0 100 200 300 400

Thời gian đo (giây)

Hình 18 Phân tích độ phân giải của cảm biến GMI

12

4.3 Xây dựng hệ thống đo nhịp thé di động tích hợp với linh kiện cảm biến siêu nhạy từ

biến được kết nôi điện với mạch điện tử 8 đo lường thông qua dây dan 9, phô nhịp thở 10 được hiển

thị trực tiếp trên màn hình cùng với dir liệu nhịp thở phân tích.

Linh kiện cảm biến đo từ trường sử dụng là cảm biến fluxgate hoặc cảm biến GMI; đai từ

trường có tích hợp với khay từ trường là cặp thanh nam châm vĩnh cửu đất hiếm gan trực tiếp trên

người đo với độ rộng đai có thể điều chỉnh được để phù hợp với từng người đo khác nhau và không gây khó chịu cho người đo; giá đỡ gắn linh kiện cảm biến tốt hơn là có thé điều chỉnh được độ cao

vào các hướng khác nhau dé phu hop voi chiều cao và tư thé ngồi khác nhau cũng như có thé đo ở

trạng thái người đo nằm; khi tiến hành phép đo mặt phăng nam châm nằm ngang và trục cảm biến thắng đứng.

Cần bó trí cảm biến và khay nam châm để đo nhịp thở thông qua cảm nhận dao động được

tạo ra bởi sự giãn nở liên tục của lồng ngực nhờ cảm nhận sự thay đối từ trường do sự thay đổi vị trí

vị trí tương đôi giữa cảm biến được gắn có định trên giá đỡ và đai nam châm vĩnh cửu được đeo trên

ngực hoặc bụng của người đo trong quá trình thực hiện phép đo và quy trình đo nhịp thở, trong đó

trục cảm biến được bồ trí theo phương thăng đứng còn khay nam châm vĩnh cửu được bố trí trong

mặt phẳng nằm ngang sao cho trục cảm biến được giữ song song với pháp tuyến của mặt phẳng nam

châm, ban đầu trục cảm biến sẽ được điều chỉnh trùng với trục đối xứng của khay nam châm và quá

trình đo nhịp thở được ghi nhận khi so sánh tín hiệu cảm biến thay đổi khi trục cảm biến dao động

lệch khỏi trục đối xứng này gây ra bởi sự giãn nở liên tục của lồng ngực hoặc bụng người đo có găn

có định đai nam châm, quá trình thực hiện phép đo và ghi nhận phố người đo được yêu câu ngồi hoặc

nằm yên trong vài phút dé giữ nhịp thở bình thường ổn định, đảm bảo không gây sai số lên phép đo.

Hình 19 Hệ thống đo, theo dõi và giảm sát phổ nhịp thở sử dụng cảm biến sử dụng cảm

biển từ trường

13

4.3.2 Bộ tạo từ trường và chắn từ

Dé tạo từ trường cho cảm biến ghi nhận, đai nam châm bao gồm đai dây đeo, khay nam châm

sử dụng cặp nam châm vĩnh cửu đất hiếm hình cúc áo đặt trên cùng một mặt phẳng với trục nam châm song song và ngược cực nhau với khoảng cách 2 nam châm được bố trí tối ưu, khay nam châm được gắn trên đề chắn từ đảm bảo chỉ có từ trường gửi ra vùng cảm biến đo còn các vùng không gian còn lại ở phía người đo từ trường do nam châm tạo ra được chặn hoàn toàn không gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người trong quá trình sử dụng, khay nam châm và đế chắn từ được gắn trên vỏ bảo vệ băng vật liệu không từ có thiết kế cơ cấu trục quay và vít chặn cho phép dé dàng điều chỉnh và có

định góc nghiêng mặt phang nam châm khác nhau so với linh kiện cảm biến.

Hình 20 Phối cảnh của dai nam châm, cau tạo phan lõi bên trong của khay nam châm sử dụng cặp

nam châm vĩnh cứu 15 và dé chan từ 16 có tác dung chăn từ trường ở phía người do

Chỉ tiết thiết kế, đai nam châm được minh họa trên hình phối cảnh (trái) và hình minh họa (phải) có kết cấu bao gồm đai dây đeo 2, khay nam châm 3 sử dụng cặp nam châm vĩnh cửu 15a và

15b đặt trên cùng một mặt phăng với trục nam châm song song và ngược cực nhau với khoảng cách

2 nam châm k được bố trí tối ưu kích thước dé tạo ra sự biến thiên từ trường trong không gian trong

vùng đo doc trục cảm biến là mạnh nhất, khay nam châm được gắn trên đề chắn từ 16a và thành chắn

từ 16b hình chữ U gồm 2 lớp được tạo ra từ vật liệu từ mềm có độ thầm từ cao đảm bảo chặn được

hoàn toàn từ trường tạo ra phía người đo, cặp nam châm và đế chắn từ được gắn trên vỏ bảo vệ 9

bằng vật liệu cứng không từ tính có thiết kế cơ cấu trục quay và vit chan 11 cho phép dễ dàng điều

chỉnh và có định dé mặt phăng nam châm ở vị trí phù hợp Tốt hơn là đai đeo làm băng bằng dây thun

co din móc khóa thé điêu chỉnh độ rộng phù hợp với từng người đã được sử dụng dam bảo không

gây khó chịu cho người đo mà vẫn đảm bảo thâm mĩ Nam châm vĩnh cửu được sử dụng là nam châm

đất hiếm có từ trường tại bề mặt khoảng 250 mT co hình dang cúc áo có đường kính D = 10 mm,

chiều cao 2 mm và được đặt cách nhau một khoảng k = 25 mm, vật liệu làm chắn từ làm bằng vật

liệu thép kỹ thuật điện là hợp kim của Fe, C, Ni chế tạo bằng cán nguội có chiều dày 0,3 mm, dé chắn

từ được cắt với độ rộng w = 11 mm dé đặt vừa nam châm và chiêu dài | = 36 mm đủ dé đặt vừa 2

nam châm theo bồ trí trên, thành chắn từ được tao ra từ cùng vật liệu và được gập tạo hình chữ U với

chiều dài d = 20 mm và thành cao c = 10 mm được xếp chồng 2 lớp dé hiệu quả chắn từ tốt nhất.

& 90 > kinaynam Châm đặt ở các vị

60 : thâm trí khác nhau khi

bi Khoảng cách nam châm thay đổi vị trí

a = giữa trục doi

0 1 2 3 4 5 6 xứng 2 nam châm

Thay đổi khoảng cách x (mm) và fruc cảm biến

86 thị sự thay đổi tín hiệu cảm biến theo khoảng cách trân các vi trí gif2 hai nam châm

Kết quả khảo sát trên các cau hình với khoảng cách khác nhau được đưa ra trên hình 21, khay

nam châm với khoảng cách càng xa càng có lợi Tuy nhiên, đê không gia tăng kích thước khay nam

14

châm kéo theo la sự gia tang về khối lượng, khoảng cách d = 25 mm đã được lựa chọn là tối ưu cho

chê tạo hệ thông.

Nam châm Đề chắn từ Nam châm Giá nhựa Khay nam châm vĩnh cửu trên đế chắn từ lắp rắp hoàn thiện

—— =

sie2 3 4 5

ah - =

Vitchinh g6C my - Khay nam châm Móc cài

quay khay nam TM NHI N dai

cham

ao

Móc điều ^ Khóa

chỉnh độ rộng móc

Đai nam châm Khay nam châm và chốt vặn Đai đeo co dãn

Hình 22 Nam châm được lắp ráp hoàn thiện trên dai deo co dan 4.3.3 Hệ thống giá đỡ tích hợp cảm biến

Nhóm nghiên cứu trên cơ sở bộ khung giá đỡ có sẵn đã tiến hành lắp đặt và gia công cơ khí thêm một số bộ phan cho hệ giá đỡ, tích hợp thêm một số các thành phần liên quan đề hoàn thiện một

hệ cảm biến chắc chắn, linh động hỗ trợ quá trình đo đạc và thí nghiệm diễn ra hiệu quả Hệ thống có

bánh xe di chuyền dé dàng, có khóa chặn cố định, các khớp nối được thiết kế và lắp ráp hợp lý cho

phép điều chỉnh đầu đo cảm biến 360 độ đến vị trí người đo mà không yêu cầu bệnh nhân di chuyên.

di chuyển sai cảm biến cảm biến

Hình 23 Hệ trục chính và bộ gia đỡ hệ thống tích hợp cảm biến từ trường hoàn chỉnh 4.4 Khảo sát hệ thống đo nhịp thở trên các tình nguyện viên

4.4.1 Xây dựng quy trình do

Hình 24 mô ta việc sử dụng hệ thống nay dé do và giám sát phổ nhịp thở trên các tình nguyện

viên, lân lượt là ảnh chụp hệ được thực hiện áp dụng cho các tình nguyện viên, xung tín hiệu đo sử dụng hệ thông và xung tín hiệu phân tích phô do dé lây thông tin nhịp thở là vi trí tân sô ở đỉnh phô

15

cao nhất thu được Kết quả phân tích được trên một số tình nguyện viên được so sánh đối chiếu với

kêt quả do được thực hiện bởi chuyên gia y tê cho kết quả chính xác 100%.

Hình 24 Hình anh thử nghiệm hệ thong do thở trong thực tế

Đề tài đã tiến hành thử nghiệm ghi nhận phổ tín hiệu từ cảm biến được thực hiện trên một số

tình nguyện viên là các sinh viên, cán bộ và một sô học viên cao học trong nhiều khoảng độ tudi khác

nhau Trong số đó có tinh nguyện viên được thử nghiệm đo khi khỏe mạnh (trước khi mắc Covid) và

sau khi bị nhiễm Covid cũng như sau 2 tuần khỏi Covid; và có tình nguyện viên có bệnh lý về hô hấp

trong quá trình khảo sát.

Quy trình do

Bước 1: Điều chỉnh vị trí ngồi của tình nguyện viên và thiết lập hệ đo

Bước 2: Thả lỏng, thở nhịp nhàng, khởi động chương trình do

Bước 3: Ghi nhận phô tín hiệu trong thời gian vài phút.

Bước 4: Lưu đữ liệu và xuất đữ liệu

Bước 5: Phân tích dữ liệu sử dụng phần mềm Excel

4.4.2 Kết quá do phân tích phố nhịp thé cia tình nguyện viên

Kết quả phân tích phô thở sử dụng cảm biến fluxgate

| Ma Thong tin Phố nhịp thở Phân tích tần số thở

Năm sinh: 2012 (Nam) Cao (cm): 149; Nặng (kg): 43

Năm sinh: 2001 (Nữ)

| Ma Thong tin Phổ nhịp thở Phân tích tần số thớ

Năm sinh: 1982 (Nam)

Thời gian đo (giây) Tần số (Nhjp/phút)

Năm sinh: 1987 (Nam) * TỶ Cao (cm): 168 :

Thời gian do (giây)

Năm sinh: 2002 (Nam) " "1¬

| Ma Thong tin Phổ nhịp thở Phân tích tần số thớ

Năm sinh: 1986 (Nam)

Nam sinh: 2003 (Nam) Cao (cm): 168

Kết quả phân tích nhịp thở trên các tình nguyện viên cho thấy, ở trạng thái khỏe mạnh, phần

đa các tình nguyện viên sẽ có một đỉnh phô đặc trưng thê hiện nhịp thở của tình nguyện viên ồn định

ở một gia tri nhất định Đặc trưng sinh lý của từng cá nhân khác nhau sẽ thé hiện một tan số thở khác

nhau, điều này không thé hiện trang thái sức khỏe hay thé lực của cá nhân đó Kết quả đo cũng cho

thấy cả cảm biến fluxgate và GMI đều hoạt động tốt cho mục đích khảo sát nhịp thở.

4.4.3 Phân tích một số trường hợp bệnh lý hô hấp

Trong số 20 tình nguyện viên, có 2 trường hợp mắc bệnh lý hô hấp trong quá trình khảo sát,

với mã N08* bi covid và được do lại sau 2 tuân trên cảm biên fluxgate, và mã G12* bị viêm phê quản

được theo dõi liên tục trong quá trình điều trị bằng thuốc theo đơn.

16.43 nhịp/phút

Tin hiệu cam biến V (mV)

° 20 “o so 80 100 120 140 ø 100 200 300 ‘400 son

Thời gian đo (giây) “Tần số thở {nhịp/phút)

fen) Năm sinh: 1979 (Nữ) 0 10 20 30 40 50 60 70 80

Cụ thể, trên tình nguyện viên khi khi khỏe mạnh (trước khi mắc Covid) và sau khi bị nhiễm

Covid và khỏi sau 1 tuần (Mã số N0§*) cho thấy rất rõ nhịp thở có sự thay đổi nhiều, trong đó, mặc

dù bệnh nhân đã âm tính sau 2 tuần nhưng phổ thở ghi nhận xung tín hiệu không đều với tần số thở được ghi nhận trước đó, điều này chứng tỏ Covid có ảnh hưởng rõ rệt đến chức năng hô hấp của

người va cần có thời gian dé hồi phục, và sự hồi phục này sẽ khác nhau tùy thé trạng mỗi người.

Đối với tình nguyện viên mã G12*, khi ở trạng thái khỏe mạnh, nhịp thở ồn định ở 23

nhịp/phút, nhưng ngay khi bị viêm phé quan, tần số thở bị tăng cao và không ôn định, việc dùng thuốc

sau 24h và 48h cho thấy sự cải thiện trong việc ôn định về nhịp thở, tuy nhiên tần số thở vẫn ở mức

cao hơn so với khi khỏe mạnh, ở mức 35 nhip/phut.

Các kết quả sơ bộ trên đây có thé là một gợi ý cho việc xem xét các phép đo xung nhịp thở

trở thành một phương án xét nghiệm cận lâm sàng dành cho các bệnh lý hô hâp, vì so với phương pháp xác định nhịp thở thủ công trực tiệp thực hiện bởi nhân viên y tê chỉ cho ra nhịp thở trung bình, thì phương pháp phân tích này thê hiện rõ được phân bô thở đê từ đó kết luận tình trạng bệnh lý.

5 Đánh giá về các kết quả đã đạt được và kết luận

Đề tài đã nghiên cứu phát triển và xây dựng thành công quy trình chế tạo các cảm biến từ có

độ nhạy cao dựa trên hai hiệu ứng fluxgate và GMI, với định hướng ứng dụng đo và theo dõi nhịp

thở Các cảm biến có thông số phù hợp, kiêu đáng công nghiệp và đã được minh chứng hoạt động ôn

định va dang tin cậy qua nhiều phép do kiểm va thử nghiệm thực tế Các cảm biến chế tạo được có thông số và tính năng tương đương các sản phẩm thương mại cùng loại.

20

Hệ thông đo thở với thiết kế linh hoạt, phù hợp với nhiều đối tượng tình nguyện viên, cho kết

quả đo 6n định; hệ thống tao từ trường và chắn từ đã được minh chứng hoạt động hiệu quả và bảo vệ

an toàn cho người đo trước sự tán xạ của từ thông Tổng thẻ hệ thống đo thở bằng cảm biến từ trường

đã tiệm cận được tới mức độ tiền sản xuất, có thể xây dựng phương án để phối kết hợp với các doanh

nghiệp trong việc thử nghiệm lâm sàng, xây dựng phương án sản xuất và thương mại hóa.

Các kết quả trên cho thấy việc theo đõi nhịp thở thường xuyên và liên tục sẽ thé hiện được

trạng thái sức khỏe và bệnh lý hô hấp (nếu có) của bệnh nhân Hệ thống theo dõi nhịp thở này có thể

trở thành một công cụ đắc lực hỗ trợ cho các chuyên gia y tế trong chăm sóc điều trị bệnh nhân có các bệnh lý liên quan đến hô hấp Phép đo này có thể coi là đáng tin cậy khi thử nghiệm và nghiên cứu trên nhiều đối tượng tình nguyện viên (khác nhau về độ tuổi, giới tinh, thé trạng, yếu tô sinh lí )

và đều cho ra kết quả đo khả quan, chính xác.

6 Tóm tắt kết quả (tiếng Việt và tiếng Anh)

Đề tài đã thành công trong việc nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thông theo dõi và giám sát

liên tục dấu hiệu sinh tồn thông qua đo nhịp thở dựa trên cảm biến đo từ trường siêu nhạy câu trúc

micro Đồng thời, nhóm nghiên cứu đã thành công đưa ra một số giải pháp làm tăng tín hiệu đo, cải thiện độ nhạy của cảm biến Thiết bị đo nhịp thở nghiên cứu chế tạo được có tiềm năng và hứa hẹn

sẽ có thể đưa vào sử dụng thực tiễn tại các cơ sở y té hay tai tu gia dé có thé kiểm soát nhịp thở theo

phương pháp do thao tác đơn giản, tiện lợi và dé dang sử dụng Hệ thống này có thé giúp cho công

việc giám sát và đo lường nhịp thở trên con người tiện lợi hơn, đồng thời góp phần nâng cao dịch vụ

chăm sóc y tế và sức khỏe bệnh nhân, đem lại hiệu quả kinh tế rất lớn tiết kiệm công sức và nhân lực

cho ngành y tế và xã hội.Hệ thống thiết bi này có thé trở thành công cụ hỗ trợ đắc lực cho các y bác

sĩ trong quá trình thăm khám, điều trị, giám sát và theo dõi tiến trình của các bệnh nhân xuyên suốt quá trình trong và sau điều trị trên cơ sở theo đối chức năng của hệ hô hap hoạt động thông qua phân

tích xung nhịp thở.

The research project successfully designed and fabricated a continuous monitoring and

surveillance system for vital signs through respiratory rate measurement based on a highly sensitive

micro-structured magnetometer sensor At the same time, the research team has successfully proposed

a number of solutions to increase the measurement signal and improve the sensitivity of the sensor.

The research-developed respiratory rate measurement device has potential and promises to be

applicable in practice at medical facilities or at home for respiratory rate monitoring using a simple,

convenient and easy-to-use measurement method This system can make the work of monitoring and

measuring human respiratory rate more convenient, while contributing to improving healthcare and

patient health services, bringing great economic efficiency and saving labor and manpower for the

medical and social sectors.

21

PHAN III SAN PHAM, CÔNG BO VA KET QUA ĐÀO TẠO CUA DE TÀI

3.1 Kết quả nghiên cứu

Yêu cầu khoa học hoặc/và chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật

TT Tên sản phẩm

Đăng ký Đạt được

- Số lượng: 05 - Số lượng: 06

- Cảm biến chế tạo sử dụng vật liệu | - Cảm biến chế tạo sử dụng vật

từ mềm nền Fe, Co, Ni liệu từ mềm nền Fe.

- Độ phân giải dưới 0,1 Oe

Linh kiên cảm biến | - Tần số làm việc: dưới 2GHz - Độ phân giải dưới 0,01 Oe

từ siêu nhạy từ |~ Kích thước vùng nhạy từ của cảm | - Tân sô làm việc: dưới 2GHz

1 |trường để đo và | biến: dưới 8x8mm - Kich thước vùng nhạy từ của

theo dõi nhịp thở | - Chiêu dày lớp vật liệu từ: 10-30 | cảm biên: 7.5x7.5mm.

của người micromet ; - Chiêu dày lớp vat liệu từ: 30

- Đóng gói hoàn thiện hệ thông theo | micromet.

kiêu dang mau mã công nghiệp - Đóng gói hoàn thiện hệ thống

theo kiêu dáng mẫu mã công

nghiệp.

- Số lượng: 01 - $6 lượng: 01

-Gồm cảm biến đo từ trường siêu | -Gồm cảm biến đo từ trường

nhạy từ trường được đóng gói hoàn | siêu nhạy từ trường được đóng

Hệ thống đo nhịp | thiện theo kiểu dáng mẫu mã công gói hoàn thiện theo kiểu dang

thở đi động tích | nghiệp | mâu mã công nghiệp.

2 | hợp với linh kiện | - Đai đeo co giãn tích hợp hệ thông | - Dai deo co giãn tích hợp hệ

cảm biến siêu nhạy | nam châm ¬ thông nam châm ¬

từ trường - Hệ thông giá đỡ có thê điêu chỉnh | - Hệ thông giá đỡ có thê điêu

được 2 chiêu chỉnh được 2 chiêu.

- Hệ thống dây cáp nối chống nhiễu | - Hệ thống dây cáp nối chống

kết nối với các thiết bị đo nhiễu kết nối với các thiết bị đo.

Quy trình chế tạo | - Mô tả rõ phương pháp và quy trình | - Mô tả rõ phương pháp và quy linh kiện cảm biến | chế tạo cảm biến trình chế tạo cảm biến.

với linh kiện cam

biến siêu nhạy từ trường.

3.2 Hình thức, cấp độ công bố kết quả

Tình trạng Ghi địa chỉ | Đánh giá

(Đã in/ chấp nhận in/ đã nép| và cảm ơn chung Sản phẩm don/ đã được chap nhận don| sự tài trợ (Đạt,

đúng quy

định

1_ |Công trình công bố trên tap chí khoa học quốc tế theo hệ thong ISI/Scopus

“Tuning rotational magnetization | Da in Dung quy Dat for high frequency dinh

magnetoimpedance in patterned triangle spiral magnetic systems”, Ho Anh Tam, Nguyen Van Tuan, Nguyen Thi Ngoc, Dinh Van Hai, Manh-Huong Phan, Cheol Gi Kim, Vu Dinh Lam, Do Thi Huong Giang;

micro-Journal of Science: Advanced

Materials and Devices

(2022/12/1), Volume 7, Issue 4, Pages 100514, Publisher Elsevier.

1.1

2 _ Sách chuyên khảo được xuất bản hoặc ký hợp đồng xuất bản

3_ Đăng ký sở hữu trí tuệ

Hệ thông đo và theo dõi giám sát | Số đơn: 1-2023-01480, Đúng quy Đạt nhịp thở và xung nhịp thở liên | Quyết định chấp nhận đơn | định

tục, Đỗ Thị Hương Giang, Vũ số: 10853w/QD-SHTT

Uyên Nhị, Nguyễn Trần Thành | ngày 17/3/2023.

3.1 |Nam, Nguyễn Văn Tuấn, Vũ

Đình Lãm, Phan Mạnh Hưởng,

Hồ Anh Tâm, Nguyễn Thị Ngọc,

Trịnh Đình Cường, Nguyễn Hữu

Đức.

4_ |Bài báo quốc tế không thuộc hệ thông ISI/Scopus

Bài báo trên các tạp chí khoa học của ĐHQGHN, tạp chí khoa học chuyên

ngành quốc gia hoặc báo cáo khoa học đăng trong kỷ yêu hội nghị quốc tế

6_ |Báo cáo khoa học kiến nghị, tư van chính sách theo đặt hàng của đơn vi su dun

Kết quả dự kiến được ứng dụng tại các cơ quan hoạch định chính sách hoặc cơ

sở ứng dụng KH&CN

Ghi chú:

- _ Cột sản phẩm khoa học công nghệ: Liệt kê các thông tin các sản phẩm KHCN theo thứ tự

<tên tác giả, tên công trình, tên tạp chi/nha xuất bản, số phát hành, năm phát hành, trang đăng công

trình, mã công trình đăng tạp chí/sách chuyên khảo (DOD), loại tạp chí ISI/Scopus>

- _ Các ấn phẩm khoa học (bài báo, báo cáo KH, sách chuyên khảo ) chỉ được chấp nhận nếu

có ghỉ nhận địa chỉ và cảm ơn tài trợ của DHOGHN theo đúng quy định.

- Bản phô tô toàn văn các ấn phẩm này phải đưa vào phụ lục các mình chứng của báo cáo Riêng sách chuyên khảo can có bản phô tô bìa, trang dau và trang cuối có ghi thông tin mã số xuất bản.

23

3.3 Kết quả đào tạo

Thời gian và kinh phí tham | Công trình công bố liên quan TTỊ Họ và tên gia đề tài (Sản phẩm KHCN, luận án, | Đã bảo vệ

(số tháng/số tiễn) luận văn)

Nghiên cứu sinh

1 | Hồ Anh Tâm | 24/83.9 triệu đồng (gồm kp | Sản phim KHCN

chủ nhiệm đề tài + hỗ trợ NCS)

Ghi chi:

Gửi kèm bản photo trang bìa luận án/ luận văn/ khóa luận và bằng hoặc giấy chứng nhận

nghiên cứu sinh/thạc sỹ nêu học viên đã bảo vệ thành công luận án/ luận văn;

Cột công trình công bó ghi như mục III l.

PHAN IV TONG HỢP KET QUA CAC SAN PHAM KH&CN VA DAO TẠO CUA DE TÀI

TT San pham Số lượng | Số lượng đã

4 | Bai báo quốc tế không thuộc hệ thong ISI/Scopus

5 | Số lượng bài báo trên các tạp chí khoa học của DHQGHN,

tạp chí khoa học chuyên ngành quốc gia hoặc báo cáo khoa học đăng trong kỷ yêu hội nghị quốc tế

6 | Báo cáo khoa học kiến nghị, tư vấn chính sách theo đặt hàng

của đơn vi sử dụng

7 | Kết quả dự kiến được ứng dụng tại các cơ quan hoạch định

chính sách hoặc cơ sở ứng dụng KH&CN

8 | Dao tạo/hỗ trợ dao tạo NCS 1 1

9 | Dao tao thac si

PHAN V TINH HÌNH SU DỤNG KINH PHÍ

Kinh phi Kinh phi

TT Nội dung chỉ được duyệt | thực hiện | Ghi chú

(triệu dong) | (triệu dong)

Chủ nhiệm dé tải kính dé nghị ĐHQGHN tạo điều kiện để chủ nhiệm để cu địe dùng

hưởng nghiên cứu liễn quan tới lĩnh vực ứng dụng cảm biến từ trưởng trong

PHAN VI PHY LUC (minh chứng các sản phẩm nêu ở Phan II)

l

Xem các phụ lục minh chứng sản phẩm định kèm bảo cáo tổng ket,

Hà Ni, ngày 45 tháng LE năm 2024

-]-05 LINH KIEN CẢM BIEN TỪ SIEU NHẠY TỪ TRƯỜNG

DE DO VA THEO DOI NHỊP THO CUA NGƯỜI

1 Linh kiện cảm biến từ siêu nhạy t PA,

-2-01 HE THONG DO NHỊP THO DI ĐỘNG TICH HỢP VỚI

LINH KIỆN CẢM BIEN SIÊU NHAY TỪ TRƯỜNG

: VNU bd

oleae oe a TRƯỜNG ĐẠI HỌC CONG NGHỆ VMINATEC

MINH CHỨNG SẢN PHẨM DẠNG 1

Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống theo dõi và giám

sát liên tục dấu hiệu sinh tôn thông qua đo nhịp thở dựa

trên cảm biến đo từ trường siêu nhạy cấu trúc micro.

Mã số: QG.22.65 Tổ chức chủ trì:

Chủ nhiệm đề tài: ThS Hồ Anh Tâm TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ, DH QUOC GIA HÀ NỘI

E: 1 Linh kiện cảm biến từ siêu nhay i

theo dõi nhịp thơ của ngươi

Phan dau hình phếu lã từ

hướng về phía người đo dang PHEU

an

° = 3 k Nap đậy dưới

(b) Ảnh chụp cảm biến dang PHEU

Day cắm

CO NHMMmmgMR—

ừ trường dé đo va

CAM BIEN 80 TỪ TRƯỜNG.

Phẫu 25 mm Phẫu 20 mm

(a) Kết quả do thực nghiệm

190 Ker Bap wpa)

JÁ

VMINATEC

: 1 Linh kiện cảm biến từ siêu nhạy từ trường đ

theo dõi nhịp thơ của ngươi

2 Hệ thống đo nhịp thở di động tích hợp với linh kiện AP

21 BỘ PHẬN TẠO TỪ TRƯỜNG VÀ CHĂN TỪ

(a) Nam châm (b) Đế chắn từ (c) Lap nam, châm (d) Khuôn nhựa (e) Khay nam cham

Vĩnh cửu lên đế chắn từ lắp rắp hoàn thiện

— chs —” > > > Re e|

= le-e) " xi2

Dây chun c0 Méc cai đai Khaynamcham ~ Vit chinh géc quay

dan me, về Tác -” khaynam châm

2 Hệ thống đo nhịp thở di động tích hợp với linh kiện AS

2 Hệ thống đo nhịp thở di động tích hợp với linh kiện Jing

cảm biến siêu nhạy từ trường VMINATEC

(a) Sơ đồ minh hoa kết nối hệ đo

Tin higu do cảm bến rena |

Thời gan Thien thi dang đồ thị có khóa

Ghế xoay

(b) Xung tín hiệu đo trên màn hình dao động ký (c) Xung tín hiệu do trên màn hình máy tinh

2 Hệ thống đo nhịp thở di động tích hợp với linh kiện AS

A

2 Hệ thống đo nhịp thở di động tích hợp với linh kiện Ạ

cảm biến siêu nhạy từ trường VHINATEC

Linh kiện cảm biến từ siêu

nhạy từ trường dé đo và theo

- Sô lượng: 05

- Cảm biến chế tạo sử dụng

vật liệu từ mém nên Fe, Co,Ni

- Độ phân giải dưới 0,1 Oe

- Tân số làm việc: dưới2GHz

- Độ phân giải dưới 0,01 Oe

- Tân số làm việc: dưới2GHz

dõi nhịp the của người của cảm biến: đưới 8x8mm | của cảm biến: 7.5x7.5mm.

- Chiêu dày lớp vật liệu từ: | - Chiêu dày lớp vật liệu từ:

10-30 micromet 30 micromet.

- Đóng gói hoàn thiện hệ | „ Đóng gói hoàn thiện hệ

thống theo kiểu đáng mẫu thống theo kiểu dang mẫu

mã công nghiệp mã công nghiệp

2 - Số lượng: 01 - Số lượng: 01

-Gém cảm bién đo từ trường | -Gém cảm biên do từ trường

siêu nhạy từ trường được | siêu nhạy từ trường được

đóng gói hoàn thiện theo | đóng gói hoàn thiện theo

kiểu đáng mẫu mã công | kiểu đáng mẫu mã công

Hệ thống đo nhịp thở di động | nghiệp nghiệp

tích hợp với linh kiện cảm | - Đai đeo co giãn tích hợp hệ | - Đai đeo co giãn tích hợp hệ

biện siêu nhạy từ trường thống nam châm thống nam châm.

- Hệ thông giá đỡ có thê điềuchỉnh được 2 chiêu

-Hệ thông dây cáp nồi chồng

nhiễu kết nối với các thiết bị

đo.

AN?

VMINATEC

KẾT LUẬN CHUNG fy

VMINATEC

Q Sản phẩm hoàn thành theo tiến độ

Q Số tượng hoàn thành theo dang ký: Dat và vượt

1 Chất Lượng và thông số kỹ thuật: Dat và vượt so với

đăng ký