Tóm tắt luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu thiết kế chế tạo vi cảm biến vận tốc góc âm thoa và cảm biến gia tốc kiểu tụ

Luận án nghiên cứu với mục tiêu thiết kế chế tạo vi cảm biến vận tốc góc kiểu dao động có hệ số phẩm chất và độ nhạy cao trong môi trường áp suất khí quyển. Thiết kế chế tạo vi cảm biến gia tốc kiểu tụ ba bậc tự do có thể cho phép xác định đồng thời các gia tốc theo ba phương vuông góc và có độ nhạy chéo trục thấp.

MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết luận án Ngày nay, vấn đề đánh dấu vị trí vật thể kỹ thuật quan tâm khả ứng dụng to lớn lĩnh vực quân sự, công nghiệp, y học dân dụng Vấn đề giải cách hiệu sở ứng dụng hệ thống dẫn đường quán tính (IMU) Hệ IMU thường có cấu hình bao gồm ba vi cảm biến gia tốc ba vi cảm biến vận tốc góc đặt vng góc với Hệ thống gắn lên vật thể chuyển động cho phép xác định gia tốc vận tốc góc vật thể Các cảm biến qn tính MEMS, vi cảm biến vận tốc góc cảm biến gia tốc, quan tâm nghiên cứu có ưu điểm trội giá thành thấp, kích thước nhỏ, lượng sử dụng thấp, chế tạo hàng loạt dễ dàng tích hợp với mạch điện tử Đối với ứng dụng công nghiệp robot, công nghiệp ô tô thiết bị dân dụng, cảm biến qn tính MEMS hồn tồn đáp ứng yêu cầu tiêu chí kỹ thuật nên sử dụng số ứng dụng chẳng hạn hệ thống túi khí bảo vệ, hệ thống IMU xác định vị trí vật thể, hệ thống camera, Các cảm biến quán tính sau chế tạo thường đóng gói chân khơng nhằm giảm thiểu ảnh hưởng hiệu ứng suy hao yếu tố ảnh hưởng mạnh tới hoạt động linh kiện Các hiệu ứng suy hao làm giảm hệ số phẩm chất Q linh kiện dẫn độ nhạy linh kiện Tuy nhiên, đóng gói chân khơng cơng nghệ phức tạp địi hỏi đầu tư thiết bị tốn Mặt khác, công bố khoa học nghiên cứu thiết kế chế tạo cảm biến qn tính hoạt động mơi trường áp suất khí cịn hạn chế Chính vậy, định hướng nghiên cứu thiết kế chế tạo vi cảm biến vận tốc góc MEMS có khả hoạt động mơi trường áp suất khí quan tâm Từ phân tích trên, luận án với đề tài “Nghiên cứu thiết kế chế tạo vi cảm biến vận tốc góc âm thoa cảm biến gia tốc kiểu tụ” lựa chọn Mục tiêu luận án - Thiết kế chế tạo vi cảm biến vận tốc góc kiểu dao động có hệ số phẩm chất độ nhạy cao mơi trường áp suất khí - Thiết kế chế tạo vi cảm biến gia tốc kiểu tụ ba bậc tự cho phép xác định đồng thời gia tốc theo ba phương vng góc có độ nhạy chéo trục thấp Phương pháp nghiên cứu Đề tài luận án thực sở phương pháp mô lý thuyết phương pháp thực nghiệm: - Bài tốn phân tích mode, mơ đặc trưng tần số, phụ thuộc chuyển vị độ thay đổi điện dung thực sở phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng phần mềm ANSYS - Công nghệ vi khối khô sử dụng để chế tạo cảm biến - Các đặc trưng tần số đặc trưng tín hiệu cảm biến khảo sát sở hệ đo xây dựng Độ nhạy cảm biến đánh giá Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án - Trong khuôn khổ luận án, vấn đề thiết kế đưa mơ hình vi cảm biến vận tốc góc kiểu âm thoa vi cảm biến gia tốc kiểu tụ ba bậc tự sở mơ phân tích mode đặc trưng hai loại cảm biến quán tính thực phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng phần mềm ANSYS Trong trường hợp vi cảm biến vận tốc góc kiểu âm thoa, độ tổn hao nén độ tổn hao trượt có giá trị thấp cảm biến thiết kế có cấu trúc kiểu trục Z treo đế khung Cấu trúc đẩy kéo với bánh xe tự quay đề xuất hạn chế mode dẫn động đồng pha mode cảm ứng đồng pha không mong muốn Đối với vi cảm biến gia tốc kiểu tụ, cấu trúc dầm gập dạng L cho phép xác định đồng thời ba thành phần gia tốc Các cảm biến chế tạo thành cơng sở quy trình chế tạo sử dụng công nghệ vi khối khô Các hệ đo đặc trưng vi cảm biến vận tốc góc kiểu âm thoa vi cảm biến gia tốc sở sử dụng mạch chuyển đổi C/V MS3110 phần mềm xử lý tín hiệu LabvieW xây dựng Kết thực nghiệm cho thấy hệ số phẩm chất độ nhạy vi cảm biến vận tốc góc kiểu âm thoa đạt giá trị lớn mơi trường áp suất khí Đối với vi cảm biến gia tốc kiểu tụ, tượng chéo trục hạn chế - Việc nghiên cứu thiết kế chế tạo thành cơng vi cảm biến vận tốc góc kiểu âm thoa vi cảm biến gia tốc kiểu tụ ba bậc tự mở khả tích hợp chúng hệ linh kiện dẫn đường quán tính MEMS Những đóng góp luận án - Đã thiết kế chế tạo vi cảm biến vận tốc góc đế khung kiểu âm thoa có độ tổn hao nén trượt thấp cho phép hạn chế mode dẫn động đồng pha mode cảm ứng đồng pha Vi cảm biến vận tốc góc với hệ số phẩm chất mode cảm ứng 111,2 độ nhạy 11,56 mV/o/s cho thấy khả hoạt động linh kiện mơi trường khơng khí - Đã thiết kế chế tạo vi cảm biến gia tốc kiểu tụ ba bậc tự có cấu trúc dầm gập dạng L Cấu trúc cảm biến cho phép giảm thiểu tượng chéo trục cho phép xác định đồng thời ba thành phần gia tốc với độ nhạy theo phương X, Y Z tương ứng 13 mV/g, 11 mV/g 0,2 mV/g Kết nghiên cứu luận án công bố 03 báo quốc tế: [1] Minh Ngoc Nguyen et al (2017), Z-Axis Micromachined Tuning Fork Gyroscope with Low Air Damping, Micromachines, Volume 8, Issue 2, pp.1-10 [2] Minh Ngoc Nguyen et al (2018), Z-axis tuning fork gyroscope having a controlled anti-phase and freestanding architecture: design and fabrication, International Journal of Nanotechnology (IJNT), Vol 15, pp.14-23 [3] Minh Ngoc Nguyen et al (2019), A Two Degrees of Freedom Comb Capacitive-Type Accelerometer with Low Cross-Axis Sensitivity, Journal of Mechanical Engineering and Sciences (JMES) Vol 13, pp.5334-5346 Cấu trúc luận án Chương I: Tổng quan Chương II: Cơ sở phương pháp mô thực nghiệm Chương III: Nghiên cứu thiết kế chế tạo vi cảm biến vận tốc góc MEMS kiểu âm thoa Chương IV: Nghiên cứu thiết kế chế tạo vi cảm biến gia tốc kiểu tụ ba bậc tự Kết luận: Trình bày tóm lược kết luận án CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Trong chương này, tổng quan số vấn đề liên quan đến công nghệ vi điện tử MEMS hai loại cảm biến qn tính: vi cảm biến vận tốc góc vi cảm biến gia tốc trình bày I.1 Công nghệ vi điện tử MEMS Công nghệ MEMS loại hình cơng nghệ có tảng từ công nghệ vi điện tử nên công nghệ MEMS bao gồm kỹ thuật công nghệ quang khắc (photolithography), khuếch tán (diffusion), cấy ion (ion implantation), lắng đọng vật liệu phương pháp vật lý hóa học pha (physical/chemical vapor deposition), hàn dây (wire bonding), đóng vỏ hồn thiện linh kiện (packaging) Bên cạnh kỹ thuật đặc thù riêng cơng nghệ MEMS nhằm mục đích chế tạo vi cấu trúc ba chiều gồm ăn mịn ướt khơ (wet/dry etching) hàn ghép phiến (silic to silic/ silic to glass bonding) Công nghệ MEMS phân loại thành ba loại chính: - Cơng nghệ vi khối: Công nghệ thực dựa kỹ thuật quang khắc, ăn mịn dị hướng dung dịch (vi khối ướt), ăn mịn khơ mơi trường chất khí (vi khối khô), hàn ghép phiến… Công nghệ vi khối ứng dụng để chế tạo cấu trúc MEMS ba chiều vật liệu đế tinh thể Si, tinh thể thạch anh, SiC, GaAs, thủy tinh, - Công nghệ vi bề mặt: Công nghệ thực dựa kỹ thuật quang khắc, lắng đọng tạo màng mỏng, ăn mòn lớp hy sinh, ăn mịn khơ,… Cơng nghệ vi bề mặt ứng dụng để chế tạo cấu trúc MEMS ba chiều bề mặt đế - Công nghệ LIGA: LIGA chữ viết tắt từ tiếng Đức X – ray Lithographie (quang khắc tia X), Galvanoformung (mạ điện) Abformtechnik (vi đúc) Công nghệ LIGA liên quan đến q trình quang khắc tia X, lớp vật liệu cảm tia X dày cỡ từ micrô mét đến xăngti mét chiếu xạ chùm tia X lượng cao Cấu trúc ba chiều lớp cảm xạ thu sau trình hình Trên sở trình mạ điện, cấu trúc vật liệu cảm xạ điền đầy vật liệu kim loại Sau loại bỏ chất cảm xạ ta thu cấu trúc kim loại thiết kế Cấu trúc kim loại sản phẩm cuối tiếp tục sử dụng vi khuôn để tạo sản phẩm sở trình đúc sử dụng vật liệu chất dẻo Các cấu trúc chất dẻo thu được sử dụng làm vi khuôn để tạo cấu trúc kim loại dạng hàng loạt sở tiến hành trình đúc lần thứ hai Như vậy, công nghệ LIGA thực dựa kỹ thuật tảng kỹ thuật khắc chùm tia X, kỹ thuật vi đúc kỹ thuật lắng đọng điện hóa (mạ điện) I.2 Vi cảm biến vận tốc góc I.2.1 Vi cảm biến vận tốc góc cổ điển I.2.2 Vi cảm biến vận tốc góc quang học I.2.3 Vi cảm biến vận tốc góc vi điện tử (MEMS Gyroscopes - MG) I.2.4 Vi cảm biến vận tốc góc kiểu dao động I.2.4.1 Nguyên lý hoạt động Nguyên lý hoạt động vi cảm biến vận tốc góc kiểu dao động dựa hiệu ứng Coriolis I.2.4.2 Phương trình động lực học mx  c x x  kx  2my  Fd   my  c y y  ky  2mx  Trong đó: m khối lượng khối gia trọng, k hệ số đàn hồi, cx cy hệ số giảm chấn theo phương x phương y, Ω vận tốc góc Fd lực dẫn động I.2.4.3 Phân loại đặc trưng vi vi cảm biến vận tốc góc dao động 1.2.5 Tình hình nghiên cứu phát triển vi cảm biến vận tốc góc kiểu dao động I.2.5.1 Vi cảm biến vận tốc góc Drapper (Gimbals gyroscope) I.2.5.2 Cảm biến dao động kiểu mâm tròn (Vibrating ring gyroscope) I.2.5.3 Vi cảm biến vận tốc góc đa trục (Multi – axis input gyroscope) I.2.5.4 Vi cảm biến vận tốc góc kiểu âm thoa (Tuning Fork Gyroscope TFG) Đối với vi cảm biến vận tốc góc kiểu âm thoa, công bố khoa học nhóm nghiên cứu nước giới tập trung giải vấn đề: (i) Tăng cường biên độ dao động mode kích thích; (ii) Tăng cường hệ số phẩm chất mode cảm ứng cách giảm thiểu hiệu ứng suy hao (iii) Tối đa khối lượng khối gia trọng để tạo lực Coriolis, đồng thời tối thiểu khối lượng bị kích thích lực Coriolis; (iv) Tăng cường độ ổn định linh kiện mà nguyên nhân liên quan tới sai sót chế tạo dịng trơi gây nhiệt độ; (v) Khống chế phù hợp mode cộng hưởng sở cấu học mạch điện tử điều khiển Mặt khác, nghiên cứu vi cảm biến vận tốc góc kiểu âm thoa hoạt động mơi trường áp suất khí chưa quan tâm nhiều Để hoạt động mơi trường áp suất khí quyển, hiệu ứng suy hao cần tính đến thiết kế mô nhằm tăng cường hệ số phẩm chất Q Trong khuôn khổ nghiên cứu luận án, thiết kế chế tạo vi cảm biến vận tốc góc kiểu âm thoa có hệ số phẩm chất Q độ nhạy cao môi trường áp suất khí đặt I.3 Cảm biến gia tốc I.3.1 Bối cảnh lịch sử I.3.2 Phân loại cảm biến gia tốc I.3.2.1 Nguyên lý hoạt động I.3.2.2 Vi cảm biến gia tốc cân lực I.3.2.3 Vi cảm biến gia tốc kiểu lệch I.3.3 Các thông số đặc trưng cảm biến gia tốc I.3.4 Phân loại vi cảm biến gia tốc MEMS I.3.4.1 Vi cảm biến gia tốc áp điện I.3.4.2 Vi cảm biến gia tốc áp điện trở I.3.4.3 Vi cảm biến gia tốc điện dung I.3.4.4 So sánh đánh giá hoạt động ba loại cảm biến gia tốc I.3.5 Vi cảm biến gia tốc điện dung MEMS Vi cảm biến gia tốc điện dung MEMS có ưu điểm độ nhạy cao, độ nhiễu thấp, ảnh hưởng nhiệt độ không đáng kể lượng điện tiêu thụ thấp [63] Vi cảm biến gia tốc điện dung tụ vi sai phát triển nhằm tăng cường độ tuyến tính nâng cao tỷ số tính hiệu độ nhiễu [64] Để đo tín hiệu điện dung nhỏ vi cảm biến gia tốc điện dung, kỹ thuật chuyển mạch tụ đề xuất [655 67] Trong phần lớn nghiên cứu, vi cảm biến gia tốc điện dung thiết kế chế tạo để đo gia tốc theo phương Loại vi cảm biến gia tốc loại gọi vi cảm biến gia tốc đơn trục hay vi cảm biến gia tốc bậc tự Để phát triển hệ thống phân tích chuyển động vật thể, loại vi cảm biến gia tốc đa trục quan tâm nghiên cứu phát triển Sự phát triển công nghệ MEMS chẳng hạn công nghệ vi bề mặt công nghệ vi khối mở khả chế tạo vi cảm biến gia tốc có kích thước thu nhỏ tăng cường độ phẩm chất linh kiện Hiện nay, vi cảm biến gia tốc điện dung MEMS chế tạo sở sử dụng loại đế SOI quan tâm quy trình cơng nghệ chế tạo khơng phức tạp có tính ổn định cao thực nhờ sử dụng lớp ơxít đệm đóng vai trò lớp dừng ăn mòn [68, 69] Vi cảm biến gia tốc trục z có khối gia trọng dịch chuyển vng góc với bề mặt linh kiện (out-of-plane z axis accelerometers) sử dụng chế nhạy điện dung kiểu tụ vi sai nghiên cứu nhằm tích hợp đế SOI tạo cảm biến nhạy với ba thành phần gia tốc [70] Một số nhóm nghiên cứu đưa cấu hình vi cảm biến gia tốc hai bậc tự điện dung kiểu tụ vi sai [67, 70-72] Tuy nhiên, việc chế tạo vi cảm biến gia tốc điện dung kiểu tụ vi sai nhạy với hai thành phần gia tốc mặt phẳng vấn đề khó khăn cần có giải pháp thích hợp Hơn nữa, ảnh hưởng dao động ngoại lai tới hoạt động cảm biến cần hạn chế nhằm giảm tín hiệu nhiễu [73] Như xu hướng nghiên cứu phát triển vi cảm biến gia tốc điện dung đa bậc tự cho phép xác định đồng thời thành phần gia tốc vật thể chuyển động đặt nhằm tăng cường hiệu ứng dụng loại linh kiện thực tế đặc biệt tích hợp cảm biến quán tính MEMS hệ thống dẫn đường quán tính Kết luận Chương Trong chương này, tổng quan số vấn đề liên quan đến công nghệ vi điện tử MEMS hai loại cảm biến quán tính: vi cảm biến vận tốc góc vi cảm biến gia tốc đề cập Từ phân tích phần tổng quan, hai loại cảm biến quán tính điện dung MEMS, vi cảm biến vận tốc góc âm thoa vi cảm biến gia tốc kiểu tụ, tập trung nghiên cứu Đối với vi cảm biến vận tốc góc âm thoa, vấn đề thiết kế chế tạo cảm biến có hệ số phẩm chất Q độ nhạy cao mơi trường áp suất khí quan tâm nghiên cứu Về vi cảm biến gia tốc kiểu tụ, vấn đề thiết kế chế tạo loại cảm biến đa bậc tự đồng thời nhạy với thành phần gia tốc thực Kết nghiên cứu hai loại cảm biến tiền đề cho tích hợp chúng mơ đun dẫn đường qn tính CHƯƠNG 2: CƠ SỞ MƠ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM Trong chương này, vấn đề liên quan tới sở mô linh kiện kỹ thuật thực nghiệm trình bày II.1 Phương pháp phần tử hữu hạn phần mềm ANSYS Phương pháp phần tử hữu hạn phương pháp số, thường dùng để giải toán mơ tả phương trình vi phân riêng phần với điều kiện biên cụ thể Cơ sở phương pháp chia vật thể thành tập hữu hạn miền liền không liên kết hoàn toàn với khắp mặt biên chúng mà liên kết với điểm nút Trường chuyển vị, biến dạng ứng suất xác định miền Mỗi miền gọi phần tử hữu hạn ANSYS (Analysis Systems) gói phần mềm phân tích phần tử hữu hạn (Finite Element Analysis - FEA) hoàn chỉnh dùng để mơ phỏng, tính tốn thiết kế cơng nghiệp, sử dụng giới hầu hết lĩnh vực kỹ thuật: kết cấu, nhiệt, dòng chảy, điện, điện từ, tương tác môi trường, hệ vật lý II.2 Công nghệ chế tạo vi cảm biến vận tốc góc vi cảm biến gia tốc II.2.1 Quy trình cơng nghệ chế tạo vi cảm biến vận tốc góc Vi cảm biến vận tốc góc kiểu âm thoa có cấu hình mơ tả hình 2.3 Về nguyên lý, cảm biến gồm hai khối gia trọng gắn với khung cố định dầm treo đàn hồi liên kết với qua hệ dầm ghép nối đàn hồi Hình 2.3 Mơ hình cấu trúc vi cảm biến vận tốc góc Vi cảm biến vận tốc góc kiểu âm thoa chế tạo sở công nghệ vi khối sử dụng đế SOI (Silicon On Insulator) Quy trình chế tạo cảm biến với bước cơng nghệ quang khắc, ăn mịn khơ sâu, phún xạ trình bày hình 2.4 (a ) Phiến SOI (e ) Phún xạ điện cực (b ) Quang khắc (f ) Ăn mịn khơ sâu (c ) Ăn mịn SiO2 (g ) Ăn mòn SiO2 đệm Lớp SiO2 nhiệt Lớp Si đế (d ) Ăn mịn khơ sâu Lớp Si linh kiện Lớp SiO2 đệm Pt Lớp cảm quang Hình 2.4 Quy trình cơng nghệ chế tạo vi cảm biến vận tốc góc sở cơng nghệ vi khối II.2.2 Quy trình cơng nghệ chế tạo vi cảm biến gia tốc kiểu tụ Vi cảm biến gia tốc kiểu tụ có cấu hình mơ tả hình 2.5 chế tạo sở công nghệ vi khối Sơ đồ mô tả bước quy trình chế tạo vi cảm biến gia tốc trình bày hình 2.6 (a) Phiến Si (b) Quang khắc Hình 2.5 Mơ hình cấu trúc vi cảm biến gia tốc (a) Phiến Si (c) Ăn mịn SiO2 (d) Ăn mịn khơ sâu (b) Quang khắc (e) Phún xạ điện cực (c) Ăn mòn SiO2 (f) Ăn mịn lớp SiO2 đệm (d) Ăn mịn khơ sâu Lớp SiO2 nhiệt Lớp SiO2 đệm Lớp Si linh kiện Lớp Au Lớp Si đế Lớp cảm quang Hình 2.6 Quy trình chế tạo cảm biến gia tốc (e) Phún xạ điện cực II.3 Phương pháp đo đáp ứng tần số cảm biến II.3.1 Phương pháp đo đáp ứng tần số vi cảm biến gia tốc Sơ đồ hệ đo đáp ứng tần số vi cảm biến gia tốc trình bày hình 2.10 Ảnh chụp hệ đo đặc trưng tần số vi cảm biến gia tốc trình bày hình 2.11 (f) Ăn mòn lớp SiO2 đệm Lớp SiO2 nhiệt Lớp SiO2 đệm Lớp Si linh kiện Lớp Au Lớp Si đế Lớp cảm quang Hình 2.10 Sơ đồ hệ đo đáp ứng tần số cảm biến gia tốc Hình 2.12 Ảnh chụp hệ đo đặc trưng tần số cảm biến gia tốc II.3.2 Phương pháp đo đáp ứng tần số vi cảm biến vận tốc góc Hai cấu hình mạch điện tử sử dụng: cấu hình chấp hành hai cổng cấu hình chấp hành cổng Hình 2.14 Sơ đồ hệ đo đáp ứng tần số kiểu chấp hành cổng Hình 2.13 Sơ đồ hệ đo đáp ứng tần số kiểu chấp hành hai cổng II.4 Xây dựng hệ đo vận tốc góc Sơ đồ khối sơ đồ thiết lập thực nghiệm hệ đo đặc trưng điện ápvận tốc góc vi cảm biến vận tốc góc trình bày hình 2.15 a&b Hình 2.15 Hệ đo đặc trưng điện áp-vận tốc góc cảm biến: (a) Sơ đồ khối (b) Sơ đồ thiết lập thực nghiệm Hệ đo đặc trưng điện áp-vận tốc góc vi cảm biến vận tốc góc xây dựng thành cơng trình bày hình 2.20 Hình 2.20 Ảnh chụp hệ đo đặc trưng điện áp-vận tốc góc vi cảm biến vận tốc góc II.5 Xây dựng hệ đo gia tốc Sơ đồ khối sơ đồ thiết lập thực nghiệm hệ đo đặc trưng điện ápgia tốc vi cảm biến gia tốc trình bày hình 2.21 a&b Hình 2.21 Hệ đo đặc trưng điện áp-gia tốc cảm biến gia tốc: (a) Sơ đồ khối (b) Sơ đồ thiết lập thực nghiệm Hình 2.24 trình bày hệ đo đặc trưng điện áp-gia tốc cảm biến xây dựng Hình 2.24 Ảnh chụp hệ đo đặc trưng điện áp-gia tốc cảm biến gia tốc Kết luận Chương - Đã giới thiệu phương pháp phần tử hữu hạn phần mềm ANSYS làm sở cho mô vi cảm biến vận tốc góc cảm biến gia tốc - Đã trình bày quy trình cơng nghệ chế tạo vi cảm biến vận tốc góc vi cảm biến gia tốc sở công nghệ vi khối khô - Phương pháp đo đáp ứng tần số vi cảm biến vận tốc góc vi cảm biến gia tốc trình bày - Đã xây dựng hệ đo vận tốc góc hệ đo gia tốc Hệ đo hai loại cảm biến sử dụng chuyển đổi C/V MS3110 với sai số đạt giá trị cỡ  0,4% Kết xây dựng hệ đo đặc trưng điện áp – gia tốc vi cảm biến vận tốc góc đăng tạp chí Khoa học cơng nghệ quân Số đặc san 2018 10 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO VI CẢM BIẾN VẬN TỐC GÓC MEMS KIỂU ÂM THOA Trong chương này, nội dung luận án liên quan đến nghiên cứu thiết kế chế tạo vi cảm biến vận tốc góc MEMS kiểu âm thoa trình bày III.1 Thiết kế mơ vi cảm biến vận tốc góc kiểu âm thoa III.1.1 Thiết kế vi cảm biến vận tốc góc Cấu trúc vi cảm biến vận tốc góc âm thoa đề xuất (Hình 3.1) Hình 3.1 Mơ hình cấu trúc vi cảm biến vận tốc góc âm thoa: (1) Khung ngoài, (2) Khung trong, (3)Hệ điện cực lược dẫn động, (4) Hệ điện cực lược cảm ứng, (5) Dầm gấp, (6) Neo, ( 7) Dầm kết nối dạng thoi, (8) Vòng tự xoay Trong thiết kế vi cảm biến vận tốc góc âm thoa, nhằm giảm thiểu ảnh hưởng hiệu ứng suy hao nén, chúng tơi đưa cấu hình vi cảm biến vận tốc góc kiểu trục Z Để giảm thiểu độ tổn hao hiệu ứng trượt, phần tử dao động vi cảm biến vận tốc góc âm thoa thiết kế để treo tự đế khung Cấu trúc dầm liên kết dạng hình thoi tạo bốn dầm thẳng (7) cấu trúc đẩy kéo sở sử dụng dầm gắn với khung tròn tự xoay (8) sử dụng nhằm tạo dao động ngược pha mode dẫn động mode cảm ứng Trên sở thiết kế đề xuất, hiệu ứng nhiễu giảm thiểu dẫn tới làm tăng cường độ nhạy cảm biến [77] Bảng 3.1 Thông số thiết kế vi cảm biến vận tốc góc STT Thơng số thiết kế Kích thước Chiều dài lược kích thích 30 μm Chiều rộng lược kích thích μm Răng lược kích thích gối 10 μm Khoảng trống lược kích thích 2.5 μm Chiều dài lược cảm ứng 100 μm Chiều rộng lược cảm ứng μm Độ xếp chồng lược cảm ứng 90 μm Khoảng trống lược cảm ứng nhỏ 2.5 μm Khoảng trống lược cảm ứng lớn 7.5 μm 10 Số lược kích thích 1584 11 Số lược cảm ứng 352 12 Kích thước lỗ 10 μm x 10 μm 13 Độ dày linh kiện 30 μm 14 Kích thước neo 100 μm x 100 μm 15 Diện tích linh kiện ngồi 4554 m x 3935 m 11 III.1.2 Cấu trúc dầm sử dụng thiết kế cảm biến Với đặc điểm loại dầm, luận án lựa chọn sử dụng hai loại dầm cho dẫn động cảm ứng thiết kế hình 3.8a&b thơng số kích thước trình bày bảng 3.2 [34]: (a) (b) Hình 3.8: Cấu trúc dầm thiết kế: (a) Dầm gấp cảm ứng, (b) Dầm gấp kép dẫn động Bảng 3.2: Thơng số kích thước dầm dẫn động dầm cảm ứng STT Thông số thiết kế Kích thước Chiều dài dầm dẫn động (Ldrive) 538 μm Chiều rộng dầm dẫn động (wdrive) μm Chiều dài dầm cảm ứng (Lsense) 230 μm Chiều rộng dầm cảm ứng (wsense) μm Độ dày dầm (h) 30 μm Độ cứng dầm cảm ứng: Kf = 34,6 N/m Độ cứng dầm dẫn động: Kdf = 69,2 N/m III.1.3 Kết tính tốn mơ III.1.3.1 Tính tốn tối ưu kích thước tụ vi sai cảm ứng Trong thiết kế chúng tơi, cấu hình tụ điện lược cảm ứng vi sai (Hình 3.11) sử dụng để tuyến tính hóa thay đổi điện dung theo chuyển vị Hình 3.11 Cấu hình tụ điện lược cảm ứng vi sai Khi đó, độ thay đổi điện dung tụ điện lược cảm ứng xác định sau: 2N o wx o y 2N o wx o (3.14) C  C  C   y S S yo2  y yo2 Như vậy, độ thay đổi điện dung hệ tụ tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách ban đầu chúng tỷ lệ thuận với độ dịch chuyển tụ theo phương cảm ứng Do đó, để tăng mức tín hiệu, khoảng cách ban đầu y0 cần có giá trị nhỏ thích hợp Xét cấu trúc cặp tụ vi sai hình 3.12b 12 Hình 3.12 Cấu trúc cặp tụ (b) Độ thay đổi điện dung hệ xác định biểu thức sau: 8 o WlL 1 1 (3.27) C  2W  g  d g  x  g  dx  d C (F) Ta thấy thay đổi điện dung phụ thuộc vào d Kết khảo sát phụ thuộc ΔC vào d ứng với chuyển vị nhỏ x =1 μm g = 2,5 μm (hình 3.13) cho thấy ΔC đạt giá trị lớn khoảng cách lớn tụ điện d có giá trị m Như vậy, khoảng cách hai cực cố định liền kề hệ tụ lược vi sai cảm ứng cần có giá trị 12,5 m Trên sở xác định giá trị tối ưu khoảng cách lớn d, tiến hành khảo sát phụ thuộc độ thay đổi điện dung C vào chuyển vị x lược cảm ứng kết trình bày hình 3.14 3.5x10 -13 3.0x10 -13 2.5x10 -13 2.0x10 -13 1.5x10 -13 1.0x10 -13 5.0x10 -14 0.0 2.0x10 -6 4.0x10 -6 6.0x10 -6 8.0x10 -6 1.0x10 -5 d (m) Hình 3.13 Sự phụ thuộc thay đổi điện dung vào khoảng cách lớn d Hình 3.14 Sự phụ thuộc thay đổi điện dung vào chuyển vị lược cảm ứng III.1.3.2 Tính tốn hệ số suy hao hệ số phẩm chất cảm biến Hệ số suy hao mode dẫn động Cdrive tổng hệ số suy hao trượt Cslide-drive hệ số suy hao nén Csqueeze-drive: (3.29) Cdrive  Cslidedrive  Csqueezedrive Hệ số suy hao mode cảm ứng Csense tổng hệ số suy hao trượt Cslide-sense-proofmass hệ số suy hao nén Csqueeze-sense-combs: Csense  Cslidesense proofmass  Csqueezesensecombs (3.31) Hệ số phẩm chất mode dẫn động Qdrive mode cảm ứng Qsense xác định biểu thứ sau: 13 Qsens  k sense M sense Qdrive  k drive M drive C sense C drive (3.37) (3.38) Trong ksense= 240,054 N/m, Msense= 6,18x10-8 kg kdrive= 468,471 N/m, Mdrive = 1,17x10-7 kg tương ứng độ cứng khối lượng khối cảm ứng khối dẫn động Kết tính tốn hệ số suy hao hệ số phẩm chất cảm biến trình bày bảng 3.3 Bảng 3.3 Hệ số suy hao hệ số phẩm chất vi cảm biến vận tốc góc loại đế đế khung Loại Cdrive Csense S Qdrive Qsense cảm biến (kg/s) (kg/s) (pF/rad/s) Đế 4,5x10-5 4,59x10-5 250 84,7 0,021 -5 -5 Đế khung 1,94x10 3,26x10 381 118,3 0,034 Kết thu cho thấy, hệ số phẩm chất mode dẫn động mode cảm ứng vi cảm biến vận tốc góc đế khung có giá trị lớn so với trường hợp vi cảm biến vận tốc góc đế Độ nhạy S vi cảm biến vận tốc góc đế khung (0,034 pF/rad/s) có giá trị lớn so với trường hợp vi cảm biến vận tốc góc đế (0,021 pF/rad/s) III.1.3.3 Mơ phân tích mode cảm biến Kết phân tích FE mode cảm ứng ngược pha mode dẫn động ngược pha vi cảm biến vận tốc góc đưa hình 3.16 a&b Tần số cộng hưởng mode dẫn động ngược pha mode cảm ứng ngược pha có giá trị tương ứng tương ứng 9,788 kHz 9,761 kHz ∆f có giá trị 25 Hz (a) (b) Hình 3.16 Kết phân tích FE vi cảm biến vận tốc góc: (a) Mode cảm ứng ngược pha (b) Mode dẫn động ngược pha Kết phân tích mode vi cảm biến vận tốc góc âm thoa tổng hợp bảng 3.4 14 Bảng 3.4 Kết phân tích mode vi cảm biến vận tốc góc âm thoa TT Tần số Loại mode 9.761 Mode cảm ứng ngược pha (Hz) 9.788 Mode dẫn động ngược pha 15.402 Mode vênh khung ngược pha trục x 15.684 Mode vênh khung đồng pha trục x 18.190 Mode dẫn động đồng pha 19.599 Mode xoắn đồng pha trục x 19.676 Mode xoắn ngược pha trục x 20.978 Mode xoắn khung ngược pha trục y 22.623 Mode xoắn khung đồng pha trục y 10 24.066 Mode cảm ứng đồng pha Sự khác biệt tần số cộng hưởng hai mode liên quan đến mode dẫn động ngược pha mode cảm ứng ngược pha với mode bậc cao thấp có giá trị khoảng 57,3% Điều có ý nghĩa quan trọng ảnh hưởng mode không mong muốn tới mode dẫn động mode cảm ứng hạn chế III.1.3.4 Mô đặc trưng vi cảm biến vận tốc góc a Loại đế Hình 3.20 Sự phụ thuộc chuyển vị cảm ứng vào tần số điện áp xoay chiều Hình 3.21 Sự phụ thuộc chuyển vị cảm ứng vào vận tốc góc Hình 3.22 Sự phụ thuộc thay đổi điện dung cảm ứng vào vận tốc góc Trong trường hợp vận tốc góc đầu vào 10 rad/s, chuyển vị đạt giá trị cỡ 0,078 µm b Loại đế khung Hình 3.23 Sự phụ thuộc chuyển vị cảm ứng vào vào tần số điện áp xoay chiều Hình 3.24 Sự phụ thuộc chuyển vị cảm ứng vào vận tốc góc 15 Hình 3.25 Sự phụ thuộc thay đổi điện dung cảm ứng vào vận tốc góc Trong trường hợp vận tốc góc đầu vào 10 rad/s, chuyển vị đạt giá trị cỡ 0,104 µm III.2 Chế tạo vi cảm biến vận tốc góc III.2.1 Thiết kế mặt nạ Cấu trúc mặt nạ tổng thể vi cảm biến vận tốc góc âm thoa thiết kế phần mềm Clewin trình bày hình 3.26 Hình 3.26 Cấu trúc mặt nạ tổng thể vi cảm biến vận tốc góc âm thoa thiết kế phần mềm Clewin III.2.2 Kết chế tạo vi cảm biến vận tốc góc Ảnh SEM chụp vi cảm biến vận tốc góc dạng tồn thể phận liên quan trình bày hình 3.30 (a) (d) (b) (c) (e) Hình 3.30 Ảnh SEM chụp cảm biến vi cảm biến vận tốc góc âm thoa: (a) Tồn cấu trúc cảm biến; (b) Vịng tự xoay dầm liên kết hình thoi; (c) Dầm kết nối khung dẫn động khung cảm ứng; (d) Hệ lược cảm ứng; (e) Các hốc khung dẫn động khung cảm ứng Ảnh SEM chụp mặt vi cảm biến vận tốc góc trình bày hình 3.31 Hình 3.31 Ảnh SEM chụp mặt vi cảm biến vận tốc góc với lớp ơxít đệm SiO2 chưa tẩy bỏ 16 Kết chụp SEM cho thấy vi cảm biến vận tốc góc chế tạo thành cơng sở công nghệ vi khối Các phận cảm biến dầm, khung gia trọng, bánh xe tự quay, hệ điện cực lược, có cấu hình sắc nét khơng bị nứt gẫy Q trình hàn dây thực sở hệ thiết bị hàn siêu âm Westbond 7400C Sơ đồ kết nối dây điện cực ảnh chụp vi cảm biến vận tốc góc sau đóng gói trình bày hình 3.32 (a) (b) (c) Hình 3.32 Sơ đồ kết nối dây điện cực (a) ảnh chụp vi cảm biến vận tốc góc sau hàn dây (b) đóng gói (c) III.2.3 Khảo sát đặc trưng vi cảm biến vận tốc góc III.2.3.1 Đặc trưng tần số Đặc trưng tần số mode dẫn động mode cảm ứng vi cảm biến vận tốc góc trình bày hình 3.33 3.34 Hình 3.34 Đặc trưng tần số mode cảm ứng Hình 3.33 Đặc trưng tần số mode dẫn động Kết khảo sát cho thấy tần số cộng hưởng mode dẫn động mode cảm ứng vi cảm biến vận tốc góc có giá trị tương ứng 11,25 kHz 11,125 kHz (∆f = 125Hz) Hệ số phẩm chất mode dẫn động mode cảm ứng có giá trị tương ứng 375 111,2 So sánh với kết nghiên cứu Z Y Guo et al (Qsense = 7) [27] A A Trusov et al (Qsense = 65) [84], hệ số phẩm chất mode cảm ứng cảm biến chế tạo thử nghiệm mơi trường áp suất khí (Qsense = 111,2) có giá trị lớn III.2.3.2 Đặc trưng điện áp-vận tốc góc 17 Hình 3.35 Đặc trưng điện áp - vận tốc góc vi cảm biến vận tốc góc Kết khảo sát đặc trưng điện áp - vận tốc góc (Hình 3.35) cho thấy độ nhạy vi cảm biến vận tốc góc xác định có giá trị cỡ 11,56 mV/o/s Kết thu cho thấy vi cảm biến vận tốc thiết kế chế tạo đáp ứng khả sử dụng cảm biến hoạt động mơi trường áp suất khí Kết luận Chương - Đã xây dựng mơ hình vi cảm biến vận tốc góc kiểu âm thoa sử dụng cấu trúc lược để kích thích dao động cảm ứng tín hiệu Các khối dẫn động khối cảm ứng linh kiện thiết kế để dao động mặt phẳng treo đế khung nhằm giảm thiểu ảnh hưởng chế suy hao trượt nén, dẫn tới làm tăng cường hệ số phẩm chất Q độ nhạy Trong thiết kế linh kiện, cấu trúc đẩy kéo với bánh xe tự quay sử dụng để loại bỏ mode cảm ứng đồng pha không mong muốn Để loại trừ mode dẫn động đồng pha, cấu trúc liên kết kiểu trám đề xuất - Kết mô sở phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng phần mềm ANSYS cho thấy khác biệt tần số cộng hưởng mode dẫn động mode cảm ứng với mode ký sinh không mong muốn có giá trị cỡ 57,5 % Độ chênh tần số mode dẫn động mode cảm ứng đạt giá trị 27 Hz Trong điều kiện áp suất khí quyển, hệ số phẩm chất mode cảm ứng vi cảm biến vận tốc góc đế khung (118,3) đạt giá trị lớn so với trường hợp đế (84,7) Độ nhạy vi cảm biến vận tốc góc đế khung đế đạt giá trị tương ứng 0,034 pF/rad/s 0,021 pF/rad/s - Đã chế tạo thành công cảm biến vi cảm biến vận tốc góc kiểu âm thoa sở quy trình cơng nghệ xây dựng sử dụng công nghệ vi khối khô - Kết khảo sát môi trường áp suất khí vi cảm biến vận tốc góc kiểu âm thoa kiểu đế khung chế tạo cho thấy hệ số phẩm chất mode dẫn động mode cảm ứng đạt giá trị tương ứng 375 111,2 Tín hiệu lối cảm biến phụ thuộc tuyến tính theo vận 18 tốc góc dải từ -200 0s-1 đến 200 0s-1 Độ nhạy cảm biến đạt giá trị 11,56 mV/o/s Nội dung chương III cơng bố tạp chí quốc tế Micromachines International Journal of Nanotechnology CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO VI CẢM BIẾN GIA TỐC BA BẬC TỰ DO Trong chương này, vấn đề liên quan đến nghiên cứu thiết kế chế tạo vi cảm biến gia tốc kiểu tụ ba bậc tự trình bày IV.1 Thiết kế vi vi cảm biến gia tốc ba bậc tự Vi cảm biến gia tốc thiết kế bao gồm khối gia trọng treo bốn dầm gấp Trong thiết kế này, dầm gấp có cấu hình chữ L Cấu hình kiểu dầm gấp cho phép khối gia trọng chuyển dịch tự theo hai phương vng góc mặt phẳng song song với đế theo phương vng góc với mặt phẳng đế Mặt khác, cấu hình có ưu điểm cho phép giảm thiểu kích thước cảm biến chiều dài dầm phân bố song song với cạnh khối gia trọng Hình 4.1 Sơ đồ 3-D vi cảm biến gia tốc kiểu tụ ba bậc Các thông số thiết kế vi cảm biến gia tốc trình bày Bảng 4.1 Bảng 4.1 Thông số thiết kế cảm biến gia tốc Kích thước Thơng số thiết kế μm 236 μm 1200 μm 1200 μm μm 100 μm μm 100 μm 90 μm 264 30 μm 100 μm x100 μm 2000 μm x 2000 μm Chiều rộng dầm Chiều dài dầm Chiều rộng khối gia trọng Chiều dài khối gia trọng Chiều rộng lược di chuyển Chiều dài lược di chuyển Chiều rộng lược cố định Chiều dài lược cố định Phạm vi điện cực gối Tổng số lược Độ dày linh kiện Kích thước neo Kích thước linh kiện 19 IV.1.2 Kết mô vi cảm biến gia tốc IV.1.2.1 Mơ phân tích mode Kết mơ phân tích mode vi cảm biến gia tốc (Hình 4.2, 4.3 4.4) nhận ANSYS cho thấy tần số cộng hưởng mode X, mode Y mode Z có giá trị tương ứng 4583,3 Hz, 5065 Hz 8606,2 Hz Hình 4.2 Kết phân tích mode X Hình 4.3 Kết phân tích mode Y Hình 4.4 Kết phân tích mode Z Tần số cộng hưởng sáu mode vi cảm biến gia tốc nhận ANSYS trình bày bảng 4.2 Bảng 4.2 Kết phân tích mode cảm biến gia tốc Mode Mode X Mode Y Mode vặn Mode Z Mode không mong muốn Mode không mong muốn Tần số 4583,3 Hz 5065 Hz 7920 Hz 8606,2 Hz 12027 Hz 12234 Hz IV.1.2.2 Mô đặc trưng vi cảm biến Kết mơ (Hình 4.5, 4.6, 4.7) cho thấy, chuyển vị mode X, mode Y mode Z vi cảm biến gia tốc tăng tuyến tính với thành phần gia tốc đặt vào cảm biến Hình 4.5 Sự phụ thuộc chuyển vị vào gia tốc trường hợp mode X Hình 4.6 Sự phụ thuộc chuyển vị vào gia tốc trường hợp mode Y Hình 4.7 Sự phụ thuộc chuyển vị vào gia tốc trường hợp mode Z Đặc trưng thay đổi điện dung ∆C hàm gia tốc mode X, mode Y mode Z trình bày tương ứng hình 4.8, hình 4.9 hình 4.10 20 Hình 4.8 Sự phụ thuộc chuyển vị vào gia tốc trường hợp mode X Hình 4.9 Sự phụ thuộc chuyển vị vào gia tốc trường hợp mode Y Hình 4.10 Sự phụ thuộc chuyển vị vào gia tốc trường hợp mode Z Độ nhạy vi cảm biến gia tốc theo phương X, Y Z có giá trị tương ứng 13,3 fF/g, 11,1 fF/g 0,216 fF/g IV.2 Chế tạo vi cảm biến gia tốc IV.2.1 Thiết kế mặt nạ Hình 4.11 Hình ảnh mặt nạ cảm biến gia tốc Hình 4.12 Hình ảnh mặt nạ tổng thể Mặt nạ vi cảm biến gia tốc mặt nạ tổng thể vi cảm biến gia tốc thiết kế phần mềm Clewin trình bày hình 4.11 hình 4.12 IV.2.2 Kết chế tạo vi cảm biến gia tốc Kết thu (Hình 4.13, 4.14 4.15) cho thấyvi cảm biến gia tốc chế tạo thành công sở công nghệ vi khối Các phận cảm biến dầm, hệ điện cực lược, khối gia trọng có cấu hình sắc nét khơng bị nứt gẫy Hình 4.13 Ảnh SEM chụp cảm biến gia tốc Hình 4.14 Ảnh SEM chụp cấu trúc dầm gấp Hình 4.15 Ảnh SEM chụp cấu trúc hệ tụ điện lược IV.3 Khảo sát đặc trưng vi cảm biến gia tốc IV.3.1 Đặc trưng tần số 21 Đặc trưng tần số mode X mode Y vi cảm biến gia tốc trình bày hình 4.16 4.17 Hình 4.17 Đặc trưng tần số đối Hình 4.16 Đặc trưng tần số với mode Y cảm biến gia tốc mode X cảm biến gia tốc Kết khảo sát đặc trưng tần số cho thấy tần số cộng hưởng vi cảm biến gia tốc theo phương X (mode X) phương Y (mode Y) có giá trị tương ứng 5325 Hz 5850 Hz IV.3.2 Khảo sát đặc trưng điện áp – gia tốc vi cảm biến Kết đo đặc trưng điện áp-gia tốc tĩnh theo phương X Y trình bày hình 4.18 hình 4.19 Hình 4.19 Đặc trưng điện áp-gia Hình 4.18 Đặc trưng điện áp-gia tốc tĩnh theo phương Y tốc tĩnh theo phương X Kết thu cho thấy, điện áp lối biến gia tốc theo phương X Y tăng tuyến tính theo gia tốc Như vậy, vi cảm biến gia tốc chế tạo có khả ứng dụng để xác định độ nghiêng sở phụ thuộc tuyến tính điện áp vào góc nghiêng Các đặc trưng điện áp – gia tốc vi cảm biến gia tốc động theo phương X, Y Z trình bày hình 4.20, 4.21 4.22 Hình 4.20 Đặc trưng điện áp – gia tốc động theo phương X Hình 4.21 Đặc trưng điện áp – gia tốc động theo phương Y 22 Hình 4.22 Đặc trưng điện áp – gia tốc động theo phương Z Kết cho thấy điện áp lối cảm biến tỷ lệ tuyến tính với gia tốc đặt lên cảm biến Độ nhạy cảm biến đạt giá trị 13 mV/g, 11 mV/g 0,2 mV/g tương ứng cho phương X, Y Z Độ nhạy chéo trục vi cảm biến gia tốc có giá trị cỡ 4,5 % theo phương X % phương Y Kết cho thấy vi cảm biến gia tốc chế tạo đáp ứng ứng dụng thực tế [85] Kết luận Chương - Đã xây dựng mơ hình vi cảm biến gia tốc kiểu tụ ba bậc tự sử dụng hệ tụ lược Cấu trúc dầm treo kiểu gập L đề xuất cho phép xác định ba thành phần gia tốc giảm thiểu hiệu ứng chéo trục - Kết mô vi cảm biến gia tốc cho thấy tần số cộng hưởng theo phương X, Y Z có giá trị tương ứng 4583 Hz, 5065 Hz 8606 Hz Độ nhạy vi cảm biến gia tốc tính tốn theo phương X, Y Z có giá trị tương ứng 13,3 fF/g, 11,1 fF/g 0,216 fF/g - Đã chế tạo thành công cảm biến vi cảm biến gia tốc sở quy trình cơng nghệ vi khối khơ - Vi cảm biến gia tốc chế tạo có độ nhạy theo phương X, Y Z tương ứng 13 mV/g, 11 mV/g 0,2 mV/g Độ nhạy chéo trục vi cảm biến gia tốc có giá trị cỡ 4,5% theo phương X 5% phương Y Nội dung chương IV đăng tạp chí quốc tế Journal of Mechanical Engineering and Sciences KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Các kết nghiên cứu luận án đạt bao gồm: - Đã xây dựng mơ hình vi vi cảm biến vận tốc góc âm thoa trục Z đế khung sử dụng cấu trúc lược để kích thích dao động cảm ứng tín hiệu - Đã xây dựng mơ hình vi vi cảm biến gia tốc kiểu tụ ba bậc tự sử dụng hệ tụ lược Cấu trúc dầm treo kiểu gập L đề xuất cho phép xác định ba thành phần gia tốc, giảm thiểu hiệu ứng chéo trục - Đối với vi vi cảm biến vận tốc góc âm thoa, kết mơ cho thấy độ chênh tần số mode dẫn động mode cảm ứng đạt giá trị 27 Hz Trong điều kiện áp suất khí quyển, hệ số phẩm chất mode cảm ứng vi vi cảm biến vận tốc góc đế khung (118,3) đạt giá trị lớn so với trường hợp đế (84,7) Độ nhạy vi vi cảm biến vận tốc góc đế khung đế đạt giá trị tương ứng 0,034 pF/rad/s 0,021 pF/rad/s - Trong trường hợp vi cảm biến gia tốc, kết mô cho thấy tần số cộng hưởng theo phương X, Y Z có giá trị tương ứng 4583 Hz, 5065 23 Hz 8606 Hz Độ nhạy vi vi cảm biến gia tốc tính tốn theo phương X, Y Z có giá trị tương ứng 13,3 fF/g, 11,1 fF/g 0,216 fF/g - Đã chế tạo thành công vi cảm biến vi cảm biến vận tốc góc âm thoa vi cảm biến gia tốc sở quy trình sử dụng cơng nghệ vi khối khô - Đã xây dựng hệ đo đặc trưng vi vi cảm biến vận tốc góc âm thoa vi vi cảm biến gia tốc sở sử dụng mạch chuyển đổi C/V MS3110 phần mềm xử lý tín hiệu LabvieW - Kết khảo sát mơi trường áp suất khí vi vi cảm biến vận tốc góc âm thoa đế khung chế tạo cho thấy hệ số phẩm chất mode dẫn động mode cảm ứng đạt giá trị tương ứng 375 111,2 Tín hiệu lối vi cảm biến phụ thuộc tuyến tính theo vận tốc góc dải từ -200 0s-1 to 200 0s-1 Độ nhạy vi cảm biến đạt giá trị 11,56 mV/o/s - Vi vi cảm biến gia tốc chế tạo có độ nhạy theo phương X, Y Z tương ứng 13 mV/g, 11 mV/g 0,2 mV/g Độ nhạy chéo trục vi vi cảm biến gia tốc có giá trị cỡ 4,5 % theo phương X % phương Y Dự kiến hướng nghiên cứu vi vi cảm biến vận tốc góc vi cảm biến gia tốc: - Nghiên cứu hồn thiện cơng nghệ chế tạo vi cảm biến - Nghiên cứu tích hợp hai loại vi cảm biến quán tính đế nhằm tạo cấu trúc tổ hợp ứng dụng hệ dẫn đường qn tính - Hồn thiện quy trình đóng gói vi cảm biến để nâng cao chất lượng linh kiện 24 ... luận án liên quan đến nghiên cứu thiết kế chế tạo vi cảm biến vận tốc góc MEMS kiểu âm thoa trình bày III.1 Thiết kế mô vi cảm biến vận tốc góc kiểu âm thoa III.1.1 Thiết kế vi cảm biến vận tốc. .. Nghiên cứu thiết kế chế tạo vi cảm biến vận tốc góc MEMS kiểu âm thoa Chương IV: Nghiên cứu thiết kế chế tạo vi cảm biến gia tốc kiểu tụ ba bậc tự Kết luận: Trình bày tóm lược kết luận án CHƯƠNG 1:... liên quan đến nghiên cứu thiết kế chế tạo vi cảm biến gia tốc kiểu tụ ba bậc tự trình bày IV.1 Thiết kế vi vi cảm biến gia tốc ba bậc tự Vi cảm biến gia tốc thiết kế bao gồm khối gia trọng treo