Nghiên cứu mô hình hoá cấu trúc và mô phỏng hoạt động của cảm biến đo vận tốc góc mems cấu trúc cài răng lược

3 LUẬN VĂN CAO HỌC CHUYÊN NGÀNH VẬT LÝ CHẤT RẮM Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học sư phạm hà nội Trần Đức Thành Nghiên cứu mơ hình hố cấu trúc mơ hoạt động cảm biến đo vận tốc góc mems cấu trúc cài lược Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 60 44 07 Luận văn thạc sĩ vật lý Người hướng dẫn khoa học: TS Đinh Văn Dũng Trần Đức Thành LUẬN VĂN CAO HỌC CHUYÊN NGÀNH VẬT LÝ CHẤT RẮM Hà Nội, 2009 Trần Đức Thành Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học sư phạm hà nội Trần Đức Thành Ngành Vật lý chất rắn Nghiên cứu mơ hình hố cấu trúc mơ hoạt động cảm biến đo vận tốc góc mems cấu trúc cài lược Luận văn thạc sĩ vật lý Khoá 11 Trần Đức Thành Hà Nội, 2009 LUẬN VĂN CAO HỌC CHUYÊN NGÀNH VẬT LÝ CHẤT RẮM MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÁC CẢM BIẾN ĐO VẬN TỐC GểC MEMS 1.1 Giới thiệu 1.2 Hiệu ứng Coriolis 10 1.3 Nguyờn lý chung cỏc cảm biến đo vận tốc gúc kiểu dao động 14 1.4 Một số cấu trỳc cảm biến đo vận tốc gúc tiờu biểu 17 1.4.1 Kiểu rĩa 17 1.4.2 Kiểu khung dao động 18 1.4.3 Kiểu vũng xuyến 19 1.4.4 Kiểu cài lược 19 1.5 Đặt vấn đề nghiờn cứu 20 CHƯƠNG II XÂY DỰNG CẤU TRÚC CẢM BIẾN 23 2.1 Phỏt triển cấu trỳc 23 2.2 Phương phỏp điều khiển dao động kớch thớch 24 2.3 Độ dịch chuyển lực tĩnh điện vuụng gúc 28 2.3.1 Độ dịch chuyển vuụng gúc 28 2.3.2 Hiệu ứng pull-in (ngưỡng kộo) 30 2.4 Bộ chấp hành tĩnh điện cấu trỳc cài lược 31 2.4.1 Độ dịch theo hướng song song 31 2.4.2 Sự ổn định theo hướng vuụng gúc cỏc lược 32 2.5 Sự tiờu thụ lượng cỏc chấp hành cài lược 35 2.6 Nguyờn lý hoạt động cảm biến 35 2.6.1 Điều khiển dao động kớch thớch 35 2.6.2 Dao động cảm ứng thu tớn hiệu cảm ứng 36 CHƯƠNG III XÂY DỰNG CHƯƠNG TRèNH Mễ PHỎNG CẢM BIẾN ĐO VẬN TỐC GểC MEMS CẤU TRÚC CÀI RĂNG LƯỢC DỰA TRấN PHẦN MỀM ANSYS Trần Đức Thành 37 3.1 Nhiệm vụ toỏn mụ 37 3.2 Cấu trỳc chung toỏn mụ sử dụng phần mềm ANSYS 38 3.2.1 Phương phỏp phần tử hữu hạn (FEM) 38 3.2.1.1 Phương phỏp giải cho cỏc toỏn khoa học - kỹ thuật 38 3.2.1.2 Phương phỏp phần tử hữu hạn (FEM) 39 3.2.2 Trỡnh tự phõn tớch toỏn theo phương phỏp phần tử hữu hạn 3.2.3 Cấu trỳc tớnh ANSYS 40 42 3.3 Cỏc tham số đầu vào toỏn mụ 43 3.4 Chương trỡnh mụ đáp ứng cảm biến 43 3.5 Xõy dựng chương trỡnh mụ đáp ứng chuyển đổi tớn hiệu điện 44 CHƯƠNG IV KẾT QUẢ Mễ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN 4.1 Điều khiển dao động kớch thớch 46 46 4.2 Khảo sỏt dầm dao động cảm ứng 50 4.3 Khảo sỏt độ lệch khung trong, ứng suất cực đại độ thay đổi điện dung 52 theo vận tốc gúc 4.4 Đề xuất cấu trỳc cảm biến 54 KẾT LUẬN 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 PHỤ LỤC 59 MỞ ĐẦU Thế kỷ 20 chứng kiến phỏt triển vũ bóo cỏc linh kiện vi điện tử cú kớch thước nhỏ cú mức độ tổ hợp lớn Xu hướng thu nhỏ kớch thước ỏp dụng cụng nghệ hệ thống vi điện tử (MEMS), nú cho phộp chế tạo cỏc thiết bị cỏc linh kiện sensor, actuator cú kớch thước cỡ micromet Sang kỷ 21 khụng cỏc thiết bị điện tử cú thể thu nhỏ, mà cũn cỏc thiết bị học cú thể thu nhỏ cỏc thiết bị MEMS thương mại húa đưa thị trường Cỏc thiết bị điện tử khụng cú ‘’bộ nóo’’ vụ cựng mạnh mẽ (mạch IC), mà cũn cú phận để cảm nhận tăng khả định tai, mắt (sensor) cú kớch thước micromet thực chức học gọi hệ thống vi điện tử (MEMS chõu Mỹ, Microsystems MST chõu Âu Micromachines Nhật), gọi tắt hệ vi Cụng nghệ MEMS nghiờn cứu sử dụng nhiều lĩnh vực như: ễ tụ, hàng khụng vũ trụ, y học, sinh học, viễn thụng v.v…Cụng nghệ MEMS bắt đầu nghiờn cứu ứng dụng từ năm 50 kỷ trước, bắt đầu việc chế tạo cảm biến ỏp suất trờn cụng nghệ vi khối Sau trờn sở cụng nghệ MEMS nhiều loại linh kiện thiết bị điện chế tạo: cỏc loại cảm biến quỏn tớnh cảm biến ỏp suất, cảm biến lực, cảm biến vận tốc gúc, cảm biến gia tốc; hệ thống lưu trữ thụng tin; hệ thống thụng tin liờn lạc khụng dõy; hệ thống chuẩn đoán y học v.v… Ở Việt Nam, cụng nghệ linh kiện MEMS quan tõm nghiờn cứu phỏt triển từ cuối năm 90 Cỏc quan tõm nghiờn cứu tập trung vào phỏt triển cấu trỳc mới, mụ thiết kế, cải tiến cụng nghệ phỏt triển ứng dụng Hiện hỡnh thành số nhúm nghiờn cứu MEMS thuộc cỏc viện nghiờn cứu, cỏc trường Đại học: Viện ITIM – ĐHBK Hà Nội, Viện Vật Liệu, Đại học Cụng nghệ Hà Nội, ĐHSP Hà Nội v.v…Những nghiờn cứu trước đõy MEMS cảm biến ỏp suất, cảm biến gia tốc, quay vi khung dao động dựa trờn điều kiện ăn mũn ướt Với cỏc thiết bị ăn mũn khụ đại đầu tư thời gian gần đõy số phũng thớ nghiệm nước thỡ cảm biến đo vận tốc gúc cấu trỳc cài lược, loại cấu trỳc cú thể phỏt triển trờn cụng nghệ ăn mũn khụ lần đầu tiờn nghiờn cứu Việt Nam Phối hợp với nhúm nghiờn cứu MEMS Viện ITIMS – ĐHBK Hà Nội, chỳng tụi thực phỏt triển cấu trỳc cảm biến đo vận tốc gúc cài lược phự hợp với điều kiện cụng nghệ Luận văn thực xõy dựng mụ hỡnh lý thuyết cảm biến đo vận tốc gúc cài lược, từ mụ phỏng, xỏc lập cỏc đặc trưng hoạt động cảm biến phần mềm ANSYS Từ kết mụ phỏng, đề xuất chế tạo cỏc cấu trỳc cảm biến phự hợp với điều kiện cụng nghệ nước Nội dung luận văn bao gồm chương: Chương 1: Tổng quan cảm biến đo vận tốc gúc MEMS Chương 2: Xõy dựng cấu trỳc cảm biến Chương 3: Xõy dựng chương trỡnh mụ cảm biến đo vận tốc gúc MEMS cấu trỳc cài lược dựa trờn phần mềm ANSYS Chương 4: Kết thảo luận CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÁC CẢM BIẾN ĐO VẬN TỐC GểC MEMS 1.1 Giới thiệu Hệ thống vi điện tử (Micro Mechanical System) gọi tắt MEMS đời vào năm 50 kỷ XX, lĩnh vực phỏt triển nhanh thời gian qua, nú tạo cỏch mạng cụng nghệ hứa hẹn tương lai tươi sỏng cho tất cỏc ngành cụng nghiệp Sự bựng nổ cụng nghệ MEMS khoảng hai thập niờn qua kớch thớch phỏt triển mạnh mẽ cỏc vi cảm biến dựa trờn cụng nghệ vi điện tử Cụng nghệ cho phộp giảm kớch thước cảm biến nhiều bậc độ lớn, giảm đáng kể giỏ thành chế tạo cho phộp tớch hợp nhiều phần điện tử trờn cựng Silic Dự thời gian phỏt triển ngắn, sản phẩm nú đem lại lợi ớch to lớn cho xó hội khẳng định tầm quan trọng thời đại khoa học cụng nghệ Sản phẩm cụng nghệ MEMS ứng dụng vào nhiều cỏc lĩnh vực như: Viễn thụng, y học, rụbụt, điều khiển tự động, ụ tụ, mỏy quay video, dụng cụ thể thao v.v MEMS cú cỏc lĩnh vực ứng dụng rộng lớn, khụng cụng nghiệp mà cũn cỏc sản phẩm gia đỡnh thiết yếu với khả trở thành hệ thống toàn diện – SOC (System - on Chip), nhiều chức năng, an toàn, tin cậy giỏ rẻ Lĩnh vực đầu tiờn ỏp dụng cỏc thiết bị MEMS chớnh ngành cụng nghiệp ụ tụ với thiết bị đầu tiờn ứng dụng cụng nghệ MEMS gia tốc kế tỳi khớ với kớch thước tinh thể hạt đường Ngoài lợi kớch thước, gia tốc kế tỳi khớ cũn làm giảm đỏng kể giỏ thành Gia tốc kế tỳi khớ sản xuất với số lượng trờn 40 triệu thiết bị năm khụng dừng đú, nú cũn nghiờn cứu để cú cỏc chức thụng minh cú đáp ứng riờng cỏc lỏi xe cú khổ người cõn nặng khỏc Trong lĩnh vực ụ tụ, cỏc thiết bị MEMS khỏc chủ yếu nhằm vào chế độ an toàn, độ an ninh hay theo dừi mụi trường, vớ dụ như: đo lượng nhiờn liệu, tự động ghỡm dõy bảo hiểm, hệ thống khoỏ cửa dựa trờn sinh trắc học hay RFID, hệ thống định vị GPS Cảm biến đo gia tốc cú doanh số bỏn hàng lớn thứ hai cỏc sản phẩm MEMS, đứng sau cảm biến ỏp suất Doanh số bỏn hàng cảm biến đạt tới 40 triệu USD năm 2004 Cỏc cảm biến chủ yếu sử dụng cụng nghiệp, chỳng sử dụng để kớch hoạt cỏc hệ thống an toàn Tuy nhiờn cảm biến đo gia tốc sử dụng phạm vi lớn chỳng cú ưu kớch thước nhỏ giỏ thành chế tạo thấp Chỳng sử dụng y học để điều khiển hoạt động, cỏc hệ làm ổn định chống rung cỏc mỏy quay camera, cỏc thiết bị thể thao, ứng dụng cụng nghiệp chế tạo rụ bốt, cỏc điều khiển chống rung, ứng dụng quõn v.v Cựng với cảm biến đo gia tốc, cỏc cảm biến đo vận tốc gúc MEMS cảm biến cú tỷ phần lớn cỏc sản phẩm MEMS, cỏc loại dựa trờn silic Cảm biến vận tốc gúc MEMS ước tớnh tạo giỏ trị khoảng 800 triệu USD vào năm 2010 với phạm vi ứng dụng lớn [1], [12] Chỳng cú thể sử dụng điều khiển tự động, chẳng hạn hệ thống chống xoay, hệ thụng tin dẫn định hướng GPS cỏc hệ điều khiển ổn định cho cỏc hệ điện tử Ngoài ra, nhiều thiết bị dõn dụng cú ứng dụng cảm biến này, chẳng hạn cỏc mỏy quay xỏch tay, cỏc mỏy quay camera, cỏc điện thoại di động (chỳng sử dụng làm cỏc ổn định cho cỏc thiết bị trờn), cỏc thiết bị điện tử xỏch tay v.v Cỏc ứng dụng quan trọng khỏc cỏc cảm biến đo vận tốc gúc cú thể tỡm thấy lĩnh vực quõn sự, hàng khụng vũ trụ, rụbụt ứng dụng y tế Trờn quan điểm giỏ thành sản phẩm, lượng tiờu thụ hiệu sản xuất, cỏc cảm biến đo vận tốc gúc đũi hỏi tớch hợp cụng nghệ phức tạp cỏc cảm biến vũng xuyến lase, cảm biến quang sợi khú đỏp ứng yờu cầu sử dụng số lượng lớn cỏc cảm biến đo vận tốc gúc [10] Vỡ vậy, cỏc nghiờn cứu cỏc cảm biến đo vận tốc gúc với nhiều loại cấu trỳc khỏc nguyờn lý hoạt động khỏc bỏo cỏo Cảm biến dũng chảy 27% MEMS quay 22% Cảm biến khỏc 10% RF MEMS 3% Cảm biến cụng suất 11% Cảm biến quỏn tớnh 22% Cảm biến gia tốc Bộ chấp hành khỏc 5% Cảm biến vận tốc gúc Hỡnh 1.1 Thống kờ thị phần doanh thu sản phẩm MEMS trờn giới từ bỏo cỏo "Yolộ Dộveloppment" thỏng 04 năm 2005 Con quay vi loại cảm biến học đo vận tốc gúc, dựng để nhận biết tớn hiệu quay, núi cỏch khỏc nú cho phộp ta đo tốc độ quay vật thể theo phương khụng gian Với quay ba chiều ba quay chiều, ta cú thể xỏc định gia tốc ba chiều vật thể, từ ta biết nú hướng đến đâu thay đổi hướng chuyển động khụng gian Dụng cụ cho phộp xỏc định tốc độ vật thể quay đặt khụng gian quỏn tớnh, dựa trờn hiệu ứng Coriolis 1.2 Hiệu ứng Coriolis Hiệu ứng Coriolis hiệu ứng xảy hệ quy chiếu quay so với hệ quy chiếu quỏn tớnh Khi vật đứng yờn hệ quy chiếu quay thỡ chịu tỏc dụng lực quỏn tớnh li tõm Nếu vật chuyển động hệ quy chiếu thỡ cũn chịu tỏc dụng lực quỏn tớnh khỏc nữa, lực quỏn tớnh Coriolis hay gọi tắt lực Coriolis (Fc) Lực Coriolis phụ thuộc vào vận tốc gúc  hệ quy chiếu quay, vào vận tốc v' vật hệ quy chiếu quay luụn vuụng gúc với vectơ vận tốc đú Ta cú thể hỡnh dung lực Coriolis thụng qua mụ hỡnh sau: Một bàn xoay cú thể xoay quanh trục thẳng đứng qua tõm, búng đặt tõm bàn xoay Vạch trờn đĩa bỏn kớnh OA, theo hướng từ O đến A Ta cho cầu lăn với vận tốc v’ Nếu bàn khụng quay thỡ cầu lăn dọc theo bỏn kớnh OA (hỡnh 1.2) Nếu bàn quay theo hướng mũi tờn chẳng hạn, thỡ cầu lăn theo đường cong OA’ (đường chấm chấm) nghĩa vận tốc v' thay đổi hướng bàn quay Chuyển động cong cầu trờn mặt bàn xảy phải lực gõy tỏc dụng vuụng gúc với vận tốc v' Lực lực quỏn tớnh Coriolis Búng Hướng chuyển động búng Tõm bàn xoay O A Quỹ đạo búng trờn bàn xoay A' Bàn xoay Hướng xoay bàn Hỡnh 1.2 Khi đĩa quay, quỹ đạo búng lệch khỏi hướng chuyển động ban đầu rectng,-wf/2,wf/2,gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd-wfgf,gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd-wf rectng,-lfn/2,lfn/2,gf/2+wf+gf,gf/2+wf+gf+wd rectng,-lfn/2-wf,-lfn/2,gf/2+wf+gf,gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd-wf-gf rectng,lfn/2,lfn/2+wf,gf/2+wf+gf,gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd-wf-gf rectng,-lfn/2,lfn/2,gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd-wf-gfwd,gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd-wf-gf rectng,-lfn/2,lfn/2,gf/2+wf+gf+wd+gf,gf/2+wf+gf+wd+gf+wf rectng,lfn/2,lfn/2,gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+lfd,gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+lfd+wf rectng,-lfn/2-wf-gf-wf-gf,-lfn/2-wf-gf-wf,gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+(lfd/2)(wf/2),gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+(lfd/2)+(wf/2) rectng,lfn/2+wf+gf+wf+gf,lfn/2+wf+gf+wf,gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+(lfd/2)(wf/2),gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+(lfd/2)+(wf/2) rectng,-wb/2,wb/2,gf/2+wf+gf+wd+gf+wf,gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+lfd n=n1 i=1 *do,i,1,n rectng,wb/2,wb/2+lr,gf/2+(2*wf)+(2*gf)+wd+lfd-wc-(2*gc)-((i1)*2*(wc+gc)),gf/2+(2*wf)+(2*gf)+wd+lfd-(2*gc)-(2*wc)-((i1)*2*(wc+gc)) rectng,-wb/2-lr,-wb/2,gf/2+(2*wf)+(2*gf)+wd+lfd-wc-(2*gc)-((i1)*2*(wc+gc)),gf/2+(2*wf)+(2*gf)+wd+lfd-(2*gc)-(2*wc)-((i1)*2*(wc+gc)) rectng,-lfn/2,-lfn/2+lr,gf/2+(2*wf)+(2*gf)+wd+lfd-wc-(2*gc)-((i1)*2*(wc+gc)),gf/2+(2*wf)+(2*gf)+wd+lfd-(2*gc)-(2*wc)-((i1)*2*(wc+gc)) rectng,lfn/2,lfn/2-lr,gf/2+(2*wf)+(2*gf)+wd+lfd-wc-(2*gc)-((i1)*2*(wc+gc)),gf/2+(2*wf)+(2*gf)+wd+lfd-(2*gc)-(2*wc)-((i1)*2*(wc+gc)) i=i+1 *enddo n=n2/4 j=1 *do,j,1,n-1 rectng,(j*2*(wb+lr+lr-ovl))-(wb/2),(j*2*(wb+lr+lrovl))+(wb/2),gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+lfd((n1/3)*2*(wc+gc)),gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+lfd rectng,-(j*2*(wb+lr+lr-ovl))-(wb/2),-(j*2*(wb+lr+lrovl))+(wb/2),gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+lfd((n1/3)*2*(wc+gc)),gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+lfd m=n1/3 i=1 *do,i,1,m rectng,(j*2*(wb+lr+lr-ovl))-(wb/2)-lr,(j*2*(wb+lr+lr-ovl))(wb/2),gf/2+(2*wf)+(2*gf)+wd+lfd-wc-(2*gc)-((i1)*2*(wc+gc)),gf/2+(2*wf)+(2*gf)+wd+lfd-(2*gc)-(2*wc)-((i1)*2*(wc+gc)) rectng,(j*2*(wb+lr+lr-ovl))+(wb/2),(j*2*(wb+lr+lrovl))+(wb/2)+lr,gf/2+(2*wf)+(2*gf)+wd+lfd-wc-(2*gc)-((i1)*2*(wc+gc)),gf/2+(2*wf)+(2*gf)+wd+lfd-(2*gc)-(2*wc)-((i1)*2*(wc+gc)) rectng,-(j*2*(wb+lr+lr-ovl))+(wb/2)+lr,-(j*2*(wb+lr+lrovl))+(wb/2),gf/2+(2*wf)+(2*gf)+wd+lfd-wc-(2*gc)-((i- 1)*2*(wc+gc)),gf/2+(2*wf)+(2*gf)+wd+lfd-(2*gc)-(2*wc)-((i1)*2*(wc+gc)) rectng,-(j*2*(wb+lr+lr-ovl))-(wb/2),-(j*2*(wb+lr+lr-ovl))(wb/2)-lr,gf/2+(2*wf)+(2*gf)+wd+lfd-wc-(2*gc)-((i1)*2*(wc+gc)),gf/2+(2*wf)+(2*gf)+wd+lfd-(2*gc)-(2*wc)-((i1)*2*(wc+gc)) i=i+1 *enddo j=j+1 *enddo rectng,-gf/2-wb,- gf/2,gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf) +lfd,gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd+((n1/3) *2*(wc+gc)) rectng,gf/2+wb,gf/2,gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf) +lfd,gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+ wf)+lfd+((n1/3)*2*(wc+gc)) n=n1/3 i=1 *do,i,1,n rectng,-gf/2-wb,-gf/2-wblr,gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd+2*gc+wc+((i1)*2*(wc+gc)),gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd+2*(gc+wc)+((i1)*2*(wc+gc)) rectng,gf/2+wb,gf/2+wb+lr,gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd+2*gc+wc+ ((i-1)*2*(wc+gc)),gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd+2*(gc+wc)+((i1)*2*(wc+gc)) i=i+1 *enddo n=n2/4 j=1 *do,j,1,n rectng,(j*(2*(wb+lr)-ovl+gf))+gf/2,(j*(2*(wb+lr)- ovl+gf)) +gf/2+wb,gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd,gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf )+lfd+((n1/3)*2*(wc+gc)) rectng,-(j*(2*(wb+lr)-ovl+gf))-gf/2,-(j*(2*(wb+lr)-ovl+gf))-wbgf/2,gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd,gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd+((n1/3) *2*(wc+gc)) m=n1/3 i=1 *do,i,1,m rectng,(j*(2*(wb+lr)-ovl+gf))+wb+gf/2,(j*(2*(wb+lr)ovl+gf))+wb+lr+gf/2,gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd+2*gc+wc+((i1)*2*(wc+gc)),gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd+2*(gc+wc)+((i1)*2*(wc+gc)) rectng,-(j*(2*(wb+lr)-ovl+gf))-wb-gf/2,-(j*(2*(wb+lr)-ovl+gf))gf/2-wb-lr,gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd+2*gc+wc+((i1)*2*(wc+gc)),gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd+2*(gc+wc)+((i1)*2*(wc+gc)) i=i+1 *enddo j=j+1 *enddo rectng,gf/2,lfn/2+2*(wf)+gf,gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd+ ((n1/3)*2*(wc+ gc))+gc,gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd+((n1/3)*2*(wc+gc)) +(lfd/3) rectng,-gf/2,-lfn/2-2*(wf)- gf,gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd+ ((n1/3)*2*(wc+gc))+gc,gf/2+2*(wf+gf+w d+gf+wf)+lfd+((n1/3)*2*(wc+gc)) +(lfd/3) n=n2/4 j=1 *do,j,1,n+1 rectng,-gf/2-wb-lr-lr+ovl-((j-1)*(gf+wb+lr+lr-ovl+wb)),-gf/2-wb-lrlr+ovl-wb-((j-1)*(gf+wb+lr+lr- ovl+wb)),gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf) +lfd+gc,gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd +((n1/3)*2*(wc+gc))+gc rectng,gf/2+wb+lr+lr-ovl+((j-1)*(gf+wb+lr+lrovl+wb)),gf/2+wb+lr+lr-ovl+wb+((j-1)*(gf+wb+lr+lrovl+wb)),gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd+gc,gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd +((n1/3)*2*(wc+gc))+gc m=n1/3 i=1 *do,i,1,m rectng,-gf/2-wb-lr-lr+ovl+lr-((j-1)*(gf+wb+lr+lr-ovl+wb)),-gf/2-wb-lrlr+ovl-((j-1)*(gf+wb+lr+lr-ovl+wb)),gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd+gc+((i1)*2*(wc+gc)),gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd+gc+wc+((i-1)*2*(wc+gc)) rectng,gf/2+wb+lr+lr-ovl-lr+((j-1)*(gf+wb+lr+lrovl+wb)),gf/2+wb+lr+lr-ovl+((j-1)*(gf+wb+lr+lrovl+wb)),gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd+gc+((i1)*2*(wc+gc)),gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd+gc+wc+((i-1)*2*(wc+gc)) i=i+1 *enddo j=j+1 *enddo rectng,-gf/2-wb,- gf/2,gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd+((n1/3)*2*(wc+gc))+ (lfd/3),gf/2+2*(wf +gf+wd+gf+wf)+lfd+((n1/3)*2*(wc+gc))+(lfd/3)+((n1/3)*2*(wc+gc)) rectng,gf/2+wb,gf/2,gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd+((n1/3)*2*(wc+gc))+(lf d/3),gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd+((n1/3)*2*(wc+gc))+(lfd/3)+((n1/3)*2* (wc+gc)) n=n1/3 i=1 *do,i,1,n rectng,-gf/2-wb,-gf/2-wb- lr,gf/2+(2*(wf+gf+wd+gf+wf))+lfd+ ((n1/3)*2*(wc+gc))+(lfd/3)+(2*gc)+wc +((i1)*2*(wc+gc)),(gf/2)+(2*(wf+gf+wd+gf+wf))+lfd+((n1/3)*2*(wc+gc))+(lfd/ 3)+(2*(gc+wc))+((i-1)*2*(wc+gc)) rectng,gf/2+wb,gf/2+wb+lr,gf/2+(2*(wf+gf+wd+gf+wf))+lfd+((n1/3)* 2*(wc+gc))+(lfd/3)+(2*gc)+wc+((i1)*2*(wc+gc)),(gf/2)+(2*(wf+gf+wd+gf+wf))+lfd+((n1/3)*2*(wc+gc))+(lfd/ 3)+(2*(gc+wc))+((i-1)*2*(wc+gc)) i=i+1 *enddo n=n2/4 j=1 *do,j,1,n rectng,(j*(2*(wb+lr)-ovl+gf))+gf/2,(j*(2*(wb+lr)- ovl+gf)) +gf/2+wb,gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd+((n1/3)*2*(wc+gc))+(lfd/ 3),gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd+((n1/3)*2*(wc+gc))+(lfd/3)+((n1/3)*2*(w c+gc)) rectng,-(j*(2*(wb+lr)-ovl+gf))-gf/2,-(j*(2*(wb+lr)-ovl+gf))-wbgf/2,gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd+((n1/3)*2*(wc+gc))+(lfd/3),gf/2+2*(wf +gf+wd+gf+wf)+lfd+((n1/3)*2*(wc+gc))+(lfd/3)+((n1/3)*2*(wc+gc)) m=n1/3 i=1 *do,i,1,m rectng,(j*(2*(wb+lr)-ovl+gf))+gf/2+wb,(j*(2*(wb+lr)- ovl+gf)) +gf/2+wb+lr,gf/2+(2*(wf+gf+wd+gf+wf))+lfd+((n1/3)*2*(wc+gc))+ (lfd/3)+(2*gc)+wc+((i1)*2*(wc+gc)),(gf/2)+(2*(wf+gf+wd+gf+wf))+lfd+((n1/3)*2*(wc+gc))+(lfd/ 3)+(2*(gc+wc))+((i-1)*2*(wc+gc)) rectng,-(j*(2*(wb+lr)-ovl+gf))-gf/2-wb,-(j*(2*(wb+lr)-ovl+gf))gf/2-wb- lr,gf/2+(2*(wf+gf+wd+gf+wf))+lfd+((n1/3)*2*(wc+gc))+ (lfd/3)+(2*gc)+wc +((i1)*2*(wc+gc)),(gf/2)+(2*(wf+gf+wd+gf+wf))+lfd+((n1/3)*2*(wc+gc))+(lfd/ 3)+(2*(gc+wc))+((i-1)*2*(wc+gc)) i=i+1 *enddo j=j+1 *enddo rectng,-lfn/2-wf-gf-wf- gf,lfn/2+wf+gf+wf+gf,gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf) +lfd+((n1/3)*2*(wc+gc))+ (lfd/3)+gc+ ((n1/3)*2*(wc+gc)),gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd+((n1/3)*2*( wc+gc))+ (lfd/3)+gc+((n1/3)*2*(wc+gc))+wf rectng,-lfn/2-wf-gf-wf-2*gf,-lfn/2-wf-gf-wf- gf,0,gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf) +lfd+((n1/3)*2*(wc+gc))+(lfd/3)+gc+((n1/3) *2*(wc+gc))+wf rectng,lfn/2+wf+2*gf+wf+gf,lfn/2+wf+gf+wf+gf,0,gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+w f)+lfd+((n1/3)*2*(wc+gc))+(lfd/3)+gc+((n1/3)*2*(wc+gc))+wf n=n2/4 j=1 *do,j,1,n+1 rectng,-gf/2-wb-lr-lr+ovl-((j-1)*(gf+wb+lr+lr-ovl+wb)),-gf/2-wb-lrlr+ovl-wb-((j-1)*(gf+wb+lr+lr- ovl+wb)),gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf) +lfd+gc+((n1/3)*2*(wc+gc))+(lfd/3),gf/ 2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd+gc+((n1/3)*2*(wc+gc))+(lfd/3)+((n1/3)*2*(wc +gc)) rectng,gf/2+wb+lr+lr-ovl+((j-1)*(gf+wb+lr+lrovl+wb)),gf/2+wb+lr+lr-ovl+wb+((j-1)*(gf+wb+lr+lrovl+wb)),gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd+gc+((n1/3)*2*(wc+gc))+(lfd/3),gf/ 2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd+gc+((n1/3)*2*(wc+gc))+(lfd/3)+((n1/3)*2*(wc +gc)) m=n1/3 i=1 *do,i,1,m rectng,-(gf/2)-wb-lr+ovl-lr-((j-1)*(gf+wb+lr+lr-ovl+wb)),-(gf/2)-wblr+ovl-((j-1)*(gf+wb+lr+lr- ovl+wb)),gf/2+(2*(wf+gf+wd+gf+wf))+lfd+ ((n1/3)*2*(wc+gc))+(lfd/3)+gc+ ((i1)*2*(wc+gc)),(gf/2)+(2*(wf+gf+wd+gf+wf))+lfd+((n1/3)*2*(wc+gc))+(lfd/ 3)+gc+wc+((i-1)*2*(wc+gc)) rectng,(gf/2)+wb+lr-ovl+((j-1)*(gf+wb+lr+lr-ovl+wb)),gf/2+wb+lrovl+lr+((j-1)*(gf+wb+lr+lr- ovl+wb)),gf/2+(2*(wf+gf+wd+gf+wf))+lfd+ ((n1/3)*2*(wc+gc))+(lfd/3)+gc+ ((i1)*2*(wc+gc)),(gf/2)+(2*(wf+gf+wd+gf+wf))+lfd+((n1/3)*2*(wc+gc))+(lfd/ 3)+gc+wc+((i-1)*2*(wc+gc)) i=i+1 *enddo j=j+1 *enddo rectng,lfn/2+wf+gf+wf+2*gf,lfn/2+wf+gf+wf+3*gf,0,wf/4 rectng,-(lfn/2+wf+gf+wf+2*gf),-(lfn/2+wf+gf+wf+3*gf),0,wf/4 rectng,lfn/2+wf+gf+wf+2*gf,lfn/2+wf+gf+wf+3*gf,(gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+ wf)+lfd+((n1/3)*2*(wc+gc))+(lfd/3)+gc+((n1/3)*2*(wc+gc))+wf)/2- wf/4, (gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd+((n1/3)*2*(wc+gc))+(lfd/3)+gc+((n1/3 )*2*(wc+gc))+wf)/2+wf/4 rectng,-(lfn/2+wf+gf+wf+2*gf),- (lfn/2+wf+gf+wf+3*gf), (gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd+((n1/3)*2*(wc+gc) )+(lfd/3)+gc+((n1/3)*2*(wc+gc))+wf)/2- wf/4,(gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf) +lfd+((n1/3)*2*(wc+gc))+(lfd/3)+gc+((n1/3 )*2*(wc+gc))+wf)/2+wf/4 rectng,lfn/2+wf+gf+wf+3*gf,lfn/2+wf+gf+wf+3*gf+wf,0,wf/2 rectng,-(lfn/2+wf+gf+wf+3*gf),-(lfn/2+wf+gf+wf+3*gf+wf),0,wf/2 rectng,lfn/2+wf+gf+wf+3*gf,lfn/2+wf+gf+wf+3*gf+wf,(gf/2+2*(wf+gf+wd+ gf+wf)+lfd+((n1/3)*2*(wc+gc))+(lfd/3)+gc+((n1/3)*2*(wc+gc))+wf)/2- wf/2, (gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd+((n1/3)*2*(wc+gc))+(lfd/3)+gc+((n1/3 )*2*(wc+gc))+wf)/2+wf/2 rectng,-(lfn/2+wf+gf+wf+3*gf),- (lfn/2+wf+gf+wf+3*gf+wf), (gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd+((n1/3)*2*(wc +gc))+(lfd/3)+gc+((n1/3)*2*(wc+gc))+wf)/2- wf/2, (gf/2+2*(wf+gf+wd+gf+wf)+lfd+((n1/3)*2*(wc+gc))+(lfd/3)+gc+((n1/3 )*2*(wc+gc))+wf)/2+wf/2 rectng,wb/2+lr+lr-ovl,lfn/2-lrlr+ovl,gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+gc,gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+lfd((n1/3)*2*(wc+gc))-gc rectng,-wb/2-lr-lr+ovl,-lfn/2+lr+lrovl,gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+gc,gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+lfd((n1/3)*2*(wc+gc))-gc rectng,(wb/2+lr+lr-ovl),(wb/2+lr+lr-ovl)+wb,gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+lfdgc,gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+lfd-gc-((n1/3)*2*(wc+gc)) rectng,-(wb/2+lr+lr-ovl),-(wb/2+lr+lr-ovl)-wb,gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+lfdgc,gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+lfd-gc-((n1/3)*2*(wc+gc)) rectng,lfn/2-lr-lr+ovl,lfn/2-lr-lr+ovl-wb,gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+lfdgc,gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+lfd-gc-((n1/3)*2*(wc+gc)) rectng,-lfn/2+lr+lr-ovl,-lfn/2+lr+lr-ovl+wb,gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+lfdgc,gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+lfd-gc-((n1/3)*2*(wc+gc)) n=n1/3 i=1 *do,i,1,n rectng,(wb/2+lr+lr-ovl)+wb,(wb/2+lr+lrovl)+wb+lr,(gf/2)+(2*wf)+(2*gf)+wd+lfd-gc((n1/3)*2*(wc+gc))+(2*gc)+wc+((i1)*2*(wc+gc)),(gf/2)+(2*wf)+(2*gf)+wd+lfd-gc((n1/3)*2*(wc+gc))+(2*(gc+wc))+((i-1)*2*(wc+gc)) rectng,-(wb/2+lr+lr-ovl)-wb,-(wb/2+lr+lr-ovl)-wb- lr,(gf/2)+(2*wf) +(2*gf)+wd+lfd-gc-((n1/3)*2*(wc+gc))+(2*gc)+wc+((i1)*2*(wc+gc)),(gf/2)+(2*wf)+(2*gf)+wd+lfd-gc((n1/3)*2*(wc+gc))+(2*(gc+wc))+((i-1)*2*(wc+gc)) rectng,lfn/2-lr-lr+ovl-wb-lr,lfn/2-lr-lr+ovl- wb,(gf/2)+(2*wf)+(2*gf) +wd+lfd-gc-((n1/3)*2*(wc+gc))+(2*gc)+wc+((i1)*2*(wc+gc)),(gf/2)+(2*wf)+(2*gf)+wd+lfd-gc((n1/3)*2*(wc+gc))+(2*(gc+wc))+((i-1)*2*(wc+gc)) rectng,-lfn/2+lr+lr-ovl+wb+lr,-lfn/2+lr+lrovl+wb,(gf/2)+(2*wf)+(2*gf)+wd+lfd-gc((n1/3)*2*(wc+gc))+(2*gc)+wc+((i1)*2*(wc+gc)),(gf/2)+(2*wf)+(2*gf)+wd+lfd-gc((n1/3)*2*(wc+gc))+(2*(gc+wc))+((i-1)*2*(wc+gc)) i=i+1 *enddo n=n1 i=1 *do,i,1,n rectng,lfn/2-lr-lr+ovl,lfn/2-lr- lr+ovl+lr, (gf/2)+(2*wf)+(2*gf)+wd+(2*gc)+wc+((i1)*2*(wc+gc)),(gf/2)+(2*wf)+(2*gf)+wd+(2*(gc+wc))+((i-1)*2*(wc+gc)) rectng,-lfn/2+lr+lr-ovl,-lfn/2+lr+lr-ovllr,(gf/2)+(2*wf)+(2*gf)+wd+(2*gc)+wc+((i1)*2*(wc+gc)),(gf/2)+(2*wf)+(2*gf)+wd+(2*(gc+wc))+((i-1)*2*(wc+gc)) rectng,wb/2+lr+lr-ovl,wb/2+lr+lr-ovllr,(gf/2)+(2*wf)+(2*gf)+wd+(2*gc)+wc+((i1)*2*(wc+gc)),(gf/2)+(2*wf)+(2*gf)+wd+(2*(gc+wc))+((i-1)*2*(wc+gc)) rectng,-wb/2-lr-lr+ovl,-wb/2-lr- lr+ovl+lr, (gf/2)+(2*wf)+(2*gf)+wd+(2*gc)+wc+((i1)*2*(wc+gc)),(gf/2)+(2*wf)+(2*gf)+wd+(2*(gc+wc))+((i-1)*2*(wc+gc)) i=i+1 *enddo Phụ lục Chương trỡnh mụ điều khiển dao động kớch thớch /solu antype,static,new !dieu kien bien nsel,s,loc,x,-wd-2*gf,-wd-2*gf d,all,ux,0 d,all,uy,0 d,all,uz,0 !dat tai a=wd*h f0=(((n4/2)*(n3/2))+(n5*n6/2))*h*ep*ep0*v*v/(2*g0) micromet.kg/s2 p=f0/a asel,s,loc,x,gf,gf asel,r,loc,y,3*(gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+(lfd/2))(wf1/2),3*(gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+(lfd/2))+(wf1/2) sfa,all,,pres,p asel,s,loc,x,gf,gf asel,r,loc,y,1*(gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+(lfd/2))(wf1/2),1*(gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+(lfd/2))+(wf1/2) !don vi sfa,all,,pres,-p asel,s,loc,x,gf,gf asel,r,loc,y,-(3*(gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+(lfd/2))-(wf1/2)),(3*(gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+(lfd/2))+(wf1/2)) sfa,all,,pres,-p asel,s,loc,x,gf,gf asel,r,loc,y,-(1*(gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+(lfd/2))-(wf1/2)),(1*(gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+(lfd/2))+(wf1/2)) sfa,all,,pres,p !giai bai toan allsel,all solve fini /post1 !/com ung suat dut gay cua silic = nsel,s,loc,x,gf,gf nsel,r,loc,y,-(2*(gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+(lfd/2))-(wf1/2)),(2*(gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+(lfd/2))+(wf1/2)) nsel,r,loc,z,0,0 prnsol,u,x omega=1*3.14/180 !rad/s omega_d=20000*2*3.14 x0=1 !micromet y0=2*omega*x0/omega_d ac=2*omega*x0*omega_d !Hz Phụ lục Chương trỡnh mụ thu tớn hiệu cảm ứng /solu antype,static,new !dieu kien bien nsel,s,loc,x,-wd-2*gf,-wd-2*gf d,all,ux,0 d,all,uy,0 d,all,uz,0 !dat tai a=wd*h f0=(((n4/2)*(n3/2))+(n5*n6/2))*h*ep*ep0*v*v/(2*g0) !don micromet.kg/s2 p=f0/a asel,s,loc,x,gf,gf asel,r,loc,y,3*(gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+(lfd/2))(wf1/2),3*(gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+(lfd/2))+(wf1/2) sfa,all,,pres,p asel,s,loc,x,gf,gf asel,r,loc,y,1*(gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+(lfd/2))(wf1/2),1*(gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+(lfd/2))+(wf1/2) sfa,all,,pres,-p asel,s,loc,x,gf,gf asel,r,loc,y,-(3*(gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+(lfd/2))-(wf1/2)),(3*(gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+(lfd/2))+(wf1/2)) sfa,all,,pres,-p vi asel,s,loc,x,gf,gf asel,r,loc,y,-(1*(gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+(lfd/2))-(wf1/2)),(1*(gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+(lfd/2))+(wf1/2)) sfa,all,,pres,p !giai bai toan allsel,all solve fini /post1 !/com ung suat dut gay cua silic = nsel,s,loc,x,gf,gf nsel,r,loc,y,-(2*(gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+(lfd/2))-(wf1/2)),(2*(gf/2+wf+gf+wd+gf+wf+(lfd/2))+(wf1/2)) nsel,r,loc,z,0,0 prnsol,u,x omega=1*3.14/180 !rad/s omega_d=20000*2*3.14 x0=1 !micromet y0=2*omega*x0/omega_d ac=2*omega*x0*omega_d Trần Đức Thành !Hz ... Trần Đức Thành Ngành Vật lý chất rắn Nghiên cứu mơ hình hố cấu trúc mơ hoạt động cảm biến đo vận tốc góc mems cấu trúc cài lược Luận văn thạc sĩ vật lý Khoá 11 Trần Đức Thành Hà Nội, 2009 LUẬN... với cảm biến đo gia tốc, cỏc cảm biến đo vận tốc gúc MEMS cảm biến cú tỷ phần lớn cỏc sản phẩm MEMS, cỏc loại dựa trờn silic Cảm biến vận tốc gúc MEMS ước tớnh tạo giỏ trị khoảng 800 triệu USD vào... nghiờn cứu cỏc cảm biến đo vận tốc gúc với nhiều loại cấu trỳc khỏc nguyờn lý hoạt động khỏc bỏo cỏo Cảm biến dũng chảy 27% MEMS quay 22% Cảm biến khỏc 10% RF MEMS 3% Cảm biến cụng suất 11% Cảm biến