4. Mô phỏng vi cảm biến lực ba chiều
4.1 Cấu hình ngang (Tác dụng theo phương X)
4.1.1 Áp trở không sử dụng cấu trúc tập trung ứng suất
Phân bổ ứng suất trên thanh dầm khi chưa có lực tác dụng được thể hiện trên hình 24. Toàn bộ thanh dầm được phân bố cùng một màu.
Hình 24: Ứng suất trên thanh dầm khi chưa có lực tác dụng
Khi đặt một lực theo trục X lên đầu bên phải, ứng suất phân bố trên thanh dầm được thể hiện trên hình 25.
Từ hình 25 ta thấy, ứng suất được tập trung trên các góc của thanh dầm. Đồ thị biểu diễn ứng suất của thanh dầm tại vị trí của các điện trở chỉ rõ trên hình 26.
RL1
RL2
Hình 26: Biểu đồ phân bố ứng suất trên biến trở RL1, RL2
4.1.2 Cảm biến sử dụng cấu trúc tập trung áp lực Ellipe
Với các phương pháp đặt lực và mô phỏng như ở cấu trúc trên, ở cấu trúc này các lỗ dạng ellipe được đặt vào các cấu trúc áp điện trở. Các cấu trúc này sẽ là các cấu trúc tập trung ứng suất và do đó sẽ làm cho điện trở thay đổi lớn hơn. Biểu đồ phân bố ứng suất trên áp trở RL1 và RL2 thể hiện trên hình 27. Ta thấy ứng suất tại vị trí cạnh các lỗ ứng suất tăng lên khá mạnh. Cấu trúc này cho độ thay đổi điện trở đầu ra lớn hơn khi so sánh với cấu trúc không có cấu trúc tập trung ứng suất.
RL1
RL2
Hình 27: Phân bố ứng suất trên áp trở RL1, RL2 trong cấu trúc tập trung ứng suất Ellipe
4.1.3 Cảm biến sử dụng cấu trúc tập trung áp lực hình tròn
Biểu đồ phân bố ứng suất trên áp trở RL1 và RL2 được thể hiện trên hình 28. Ta thấy cấu trúc hình tròn cũng cho thay đổi ứng suất tại cạnh các lỗ.
RL1
RL2
Hình 28: Phân bố ứng suất trên áp trở RL1, RL2 trong cấu trúc tập trung ứng suất tròn
4.1.4 Cảm biến sử dụng cấu trúc tập trung áp lực hình chữ nhật
Biểu đồ phân bố ứng suất trên áp trở RL1 và RL2được thể hiện trên hình 29. Ta thấy cấu trúc hình chữ nhật cũng cho thay đổi ứng suất tại cạnh các lỗ.
RL1
RL2
Hình 29: Phân bố ứng suất trên áp trở RL1, RL2 trong cấu trúc tập trung ứng suất chữ nhật
Bảng4 thể hiện tổng ứng suất trên 50 điểm phân bố đều trên chiều dài cảm biến.Từ bảng này chúng ta thấy sự thay đổi ứng suất rất lớn trên cảm biến khi sử dụng các cấu trúc tập trung ứng suất.
Cấu trúc tập trung áp lực Không sử dụng cấu trúc tập trung áp lực Cấu trúc tập trung áp lực Ellipe Cấu trúc tập trung áp lực hình trụ Cấu trúc tập trung áp