BTL Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử

Khái niệm MEMS, chữ viết tắt của Hệ thống Vi cơ Điện tử, được sử dụng vào những năm 80 của thế kỷ trước khi mô tả sự tích hợp giữa các phần tử điện tử trên một chip được chế tạo thông qua công nghệ vi điện tử. Trong khi các điện tử được sản xuất sử dụng các quy trình cho mạch tích hợp (IC) như CMOS, hoặc CMOS lưỡng cực thì thành phần vi cơ khí được chế tạo nhờ quy trình “vi cơ” phù hợp cho phép ăn mòn chọn lọc một hoặc nhiều phần trên đế silíc hoặc thêm vào các lớp có cấu trúc mới để tạo nên các thiết bị vi cơ và vi cơ điện tử. Ngày nay, thuật ngữ MEMS được sử dụng thường xuyên khi nói tới bất cứ một hệ vi điện tử nào có thêm chức năng cơ khí và được sản xuất hàng loạt (ví dụ, hệ vi hộp số được chế tạo trên chíp có thể được coi là một thiết bị MEMS nhưng đồng hồ hoặc bút lade không được coi là vi hệ thống). MEMS hứa hẹn cách mạng hoá gần như mọi chủng loại sản phẩm bằng việc kết hợp công nghệ vi điện tử trên nền tảng silicon và công nghệ vi cơ khí, tạo khả năng hiện thực hoá cái gọi là “hệ thống trên một chíp” hay “phòng thí nghiệm trên một chíp”. MEMS là công nghệ khả thi cho phép phát triển các sản phẩm thông minh, làm tăng khả năng tính toán điện tử với sự tham gia điều khiển của các cảm biến và bộ thi hành đồng thời mở rộng khả năng thiết kế và ứng dụng. Như đã đề cập, MEMS làm tăng tính chính xác của hệ thống với “mắt” với “tay”, cho phép các vi hệ thống cảm nhận được môi trường và điều khiển môi trường. Cảm biến thu nhập thông tin từ môi trường thông qua các thông số cơ, nhiệt, sinh học, hoá học quang từ. Mạch điện tử sau đó sẽ xử lý các thông tin thu thập được từ các cảm biến và thông qua các phép tính toán sẽ ra quyết định cho bộ thi hành đáp ứng lại các thay đổi này như: dịch chuyển, định vị, điều tiết, bơm, lọc nhờ đó mà có thể điều khiển trở lại được các thông tin nói trên cho phù hợp với mục đích sử dụng.

Thiết kế cảm biến lưu lượng sử dụng hiệu ứng điện dung trong đo vận tốc dòng khí trong ống

dẫn khí tự nhiên

Nhóm sinh viên thực hiên:

Nguyễn Văn Sơn Đồng Tuấn Anh Nguyễn Tài Trưởng Nguyễn Đức Tiến

• Phân chia nhiệm vụ

• Chọ

n m

ô h ình

2

• Tín

h to

án thi

ết k

ế , m

ô p hỏn g

3

• Chế T ạo

• Tổng quan:

2 • Xử lý tín hiệu

1 Chọn mô hình

Mô hình đơn giản Mô hình chế tạo Mô

Sensor flow

Khung hỗ trợ Chiều sâu

Dò

Ưu điểm Hạn chế

• Quá trình thử nghiệm đơn giản

• Chi phí sản phẩm nhỏ 2$ nếu sản

suất hàng loạt, khối

• không nhạy cảm với sự dao động

nhiệt độ

• đo lưu lượng khí tối đa với vận

tốc 15m/s

2 Tính toán thiết kế mô phỏng

Đơn giản hóa mô hình:

Xác định khối tâm của cơ hệ, ta có thể tìm được vị trí đặt lực tại

được tính như sau

Thông số Kí hiệu Kích thước

Kết quả mô phỏng

Kết quả mô phỏng

3 Chế tạo

• Thiết bị được chế tạo trên lớp Silicon-on-Insulator (SOI) wafers

Mặt lạ cho quá trình chế tạo Si wafer

• Sử dụng công nghệ vi cơ khối với 3 mặt lạ

Kết quả chế tạo

4 Xử lý tín hiệu

Máy đo điện dung Ống dẫn khí

Quạt

Máy đo vận tốc

Thí nghiệm khi thay đổi nhiệt độ

Máy đo điện dung

Laser nhiệt

Sensor Tấm sưởiTrạm dò

V=15,6(m/s) V=0

Nhiệt độ Điện Dung(pF)

0C

Kết luận

• Vận tốc và điện dung tỷ lệ với nhau theo 1 hàm bậc 2

• Không nhạy với sự thay đổi nhiệt độ