4. Mô phỏng vi cảm biến lực ba chiều
4.3 Cấu hình dài (Tác dụng lực theo phương Y)
4.2.1 Áp trở không sử dụng cấu trúc tập trung áp lực
Khi đặt một lực theo trục Y lên đầu bên phải, ứng suất phân bố trên thanh dầm được thể hiện trên hình 35.
Hình 35: Thanh dầm chịu tác dụng của lực theo phương Y
Đồ thị phân bố ứng suất trên vị trí của hai điện trở trên thanh dầm được thể hiện trên hình 36.
Hình 36: Phân bố ứng suất trên cảm biến khi tác dụng theo phương Y trong cấu trúc không có tập trung ứng suất
RG1 RG2
4.3.2 Cấu trúc tập trung áp lực dạng Elipe
Biểu đồ phân bố ứng suất trên áp trở RL1 và RL2 được thể hiện trên hình 37. Ta thấy cấu trúc hình ellipe cho thay đổi ứng suất tại cạnh các lỗ.
Hình 37: Phân bố ứng suất trên cảm biến khi tác dụng theo phương Y trong cấu trúc tập trung áp lực Ellipe
4.3.3 Cấu trúc tập trung áp lực dạng tròn
Biểu đồ phân bố ứng suất trên áp trở RL1 và RL2 được thể hiện trên hình 38. Ta thấy cấu trúc hình tròn cho thay đổi ứng suất tại cạnh các lỗ.
Hình 38: Phân bố ứng suất trên cảm biến khi tác dụng theo phương Y trong cấu trúc tập trung áp lực dạng trụ
RG1 RG2
RG1 RG2
4.3.4 Cấu trúc tập trung áp lực dạng chữ nhật
Biểu đồ phân bố ứng suất trên áp trở RL1 và RL2 được thể hiện trên hình 39. Ta thấy cấu trúc hình chữ nhật cho thay đổi ứng suất tại cạnh các lỗ.
Hình 39: Phân bố ứng suất trên cảm biến khi tác dụng theo phương Y trong cấu trúc tập trung áp lực dạng chữ nhật
Tương tự 2 trường hợp trên. Số liệu tại bảng 6 cho thấy sự thay đổi rất lớn trên cảm biến khi sử dụng các cấu trúc tập trung áp lực.
Cấu trúc tập trung áp lực
Áp trở RG1 Áp trở RG2
Giá trị cực
đại Tăng/giảm Giá trị cực đại Tăng/giảm
Không sử dụng cấu
trúc tập trung áp lực 6,10E9 0% 6,04E9 0%
Cấu trúc tập trung áp
lực Ellipe 6,39E10 947% 6,4E10 960%
Cấu trúc tập trung áp
lực hình trụ 4,51E10 639% 4,50E10 645%
Cấu trúc tập trung áp
lực dạng chữ nhật 4,95E10 711% 4,96E10 721%
Bảng 6: Giá trị ứng suất cực đại trên áp trở (Cấu hình dài)
RG1 RG2
Học viên: Phạm Hữu Thành 34 KẾT LUẬN
Sau một thời gian nghiên cứu thiết kế và mô phỏng cấu trúc cảm biến lực ba chiều dựa trên cấu trúc thanh dầm và áp điện trở. Học viên đã thực hiện được một số nội dung sau:
- Hiểu được hoạt động của cấu trúc cảm biến lực ba chiều với thanh dầm hình chữ L.
- Đã tìm hiểu đáp ứng của thanh dầm khi đặt một số cấu trúc tập trung ứng suất trên điện trở như hình ellipe, hình tròn và hình chữ nhật.
- Đã tiến hành mô phỏng cấu trúc vi cảm biến lực ba chiều, các kết quả thu được là phù hợp với lý thuyết.
Việc thực hiện và hoàn thiện luận văn này đã cung cấp cho tôi rất nhiều kiến thức về vi cảm biến lực ba chiều đồng thời có cái nhìn tương đối toàn diện về vi cảm biến lực đa chiều.
Trong thời gian tới, tôi sẽ tập trung phát triển các cấu trúc này bằng cách nghiên cứu thêm về ảnh hưởng của cấu trúc tập trung ứng suất với các hình dạng khác. Một vấn đề khá quan trọng nữa cần nghiên cứu là mật độ của các cấu trúc này trên điện trở cũng tác động nhiều đến phân bố ứng suất.
Học viên: Phạm Hữu Thành 35 Tài liệu tham khảo
1. Huỳnh Thị Thùy Linh, “Nghiên cứu, thiết kế, mô phỏng vi cảm biến lực áp điện trở,” Luận văn thạc sĩ, Kỹ thuật điện tử, Trường Đại học Công nghệ, 2013.
2. Trần Minh Vũ, “Nghiên cứu, thiết kế, mô phỏng vi cảm biến áp điện trở,” Luận văn thạc sĩ, Kỹ thuật điện tử, Trường Đại học Công nghệ, 2013.
3. H. M. Công, “Giáo trình cảm biến công nghiệp,” NXB Xây dựng, 2007. 4. T. Chu Duc, J. F. Creemer, and Pasqualina M. Sarro, “Piezoresistive
Cantilever Beam for Force Sensing in Two Dimensions”, IEEE Sensors Journal, vol.7, no.1, 2007, p.1546-1555.
5. Jia Wei, “Silicon MEMS for Detection of Liquid and Solid Fronts,” Delft University of Technology thesis, 2010.
6. Stephen D. Sentunia, “Microsystem Design”, Kluwer Acedamic Publishers, 2001.