Để so sánh dễ hơn, đồ thị biểu diễn suy hao của hai kênh cảm biến SAW trong hình 4-11. Kết quả này chỉ phụ thuộc vào khối lượng riêng của chất lỏng trong giếng. Điểm cực đại tương ứng với khối lượng riêng của chất lỏng là 3,12 g/cm3. Trong khi đó điểm cực tiểu tương ứng với khối lượng riêng của chất lỏng là 1 g/cm3. Hình 4-12 chỉ ra rằng sự khác nhau về trễ thời gian bắt đầu xuất hiện với dòng chất lỏng có khối lượng riêng là 1 g/cm3.
Hình 4-11 Độ suy hao của cảm biến SAW với các mức khối lượng riêng khác nhau của chất lỏng: 1, 3, 6, 12 g/cm3
Hình 4-12 Trễ thời gian của kênh cảm biến có giếng chất lỏng so với kênh tham chiếu thay đổi theo khối lượng riêng của chất lỏng từ 1 đến 13 g/cm3
4.4. Cảm biến với chất lỏng có vận tốc dòng chảy khác nhau
Khi chất lỏng di chuyển qua giếng, sự phân tán năng lượng khiến sóng Rayleigh bị suy hao. Vận tốc dòng chất lỏng càng tăng lên, năng lượng sóng truyền qua được càng ít. Điều này được thể hiện trong hình 4-13. Hình 4-14 cho thấy biểu đồ thể hiện sự suy hao của sóng trên bề mặt khối cảm biến phụ thuộc vào vận tốc của dòng chất lỏng chảy trong giếng. Độ suy hao này đồng biến với vận tốc của dòng chất lỏng. Vận tốc dòng chất lỏng càng tăng, độ suy hao càng lớn.
Hình 4-13 Độ dịch chuyển theo trục Z của điểm khảo sát trên cảm biến với các vận tốc dòng chảy khác nhau
Hình 4-14 Độ suy hao trên tấm đế AlN khi thay đổi vận tốc dòng chảy
Trong thời gian tới, các mô hình mô phỏng với tính hiệu quả cao hơn, độ chính xác được cải thiện, giảm nhiễu và sai số giúp việc nghiên cứu và phân tích số liệu trở nên thuận lợi hơn, sẽ góp phần tìm hiểu kỹ lưỡng về cảm biến SAW.
Chương 5. KẾT LUẬN
Luận văn đã trình bày các kết quả tác giả thu được trong quá trình nghiên cứu về thiết kế và hoạt động của hệ thống cảm biến đầu phun mực. Thông qua việc tích hợp cảm biến vào đầu phun mực, các tính chất và thông số của chất lỏng đã được đo đạc. Những thông số hữu ích này giúp tạo ra một hệ thống điều khiển kín của đầu phun mực, từ quá trình tạo ra giọt mực và phản hồi sau khi giọt mực được tạo ra để điều chỉnh lại cho giọt mực tiếp theo. Một vài phương án cảm biến đã được đưa ra, trong đó phương án sử dụng Sóng đàn hồi bề mặt Rayleigh (Rayleigh Surface Acoustic Waves) đã mang lại các kết quả tích cực. Mô hình mô phỏng cảm biến dùng Sóng đàn hồi bề mặt Rayleigh đã được xây dựng để khảo sát hoạt động của cảm biến dùng Sóng đàn hồi bề mặt Rayleigh với chất lỏng. Các kết quả thu được của cảm biến dùng Sóng đàn hồi bề mặt Rayleigh với chất lỏng dưới tác động đầu vào là các kích thích từ dòng điện xoay chiều đã chỉ ra các đặc điểm của dòng chất lỏng nằm giữa hai lối vào – ra của cảm biến. Nghiên cứu này đóng góp ý nghĩa to lớn cho việc thiết kế và sản xuất các cảm biến dùng Sóng đàn hồi bề mặt Rayleigh trong thực tế.
Thu-Hang Bui, Dat Nguyen Tien, Tung Bui Duc, and Trinh Chu Duc,
“3-D Finite Element Modeling of SAW sensing system for liquids”, The 2012 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics July 11-14, 2012, Kaohsiung, Taiwan
Tung Bui Duc, Thu-Hang Bui, Dat Nguyen Tien, and Trinh Chu Duc, “R-SAW Analysis on Single-Crystal AlN Substrate for Liquid Sensors”, The second
International Conference on Engineering Mechanics and Automation (ICEMA2) Hanoi, August 16-17, 2012.
Bui Thu Hang, Bui Duc Tung, Nguyen Tien Dat, Chu Duc Trinh, “Attenuation Coefficient for Surface Acoustic Waves in Fluid Region”, Vietnam Journal of Mechanics, VAST, Vol. 34, No. 4 (2012), pp. 1 – 1
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] J. Kondoh, Y. Okiyama, S. Mikuni and Y. Matsui, “Development of SH-SAW sensing system for liquid”, IEEE, 1-4244-0647-1, 2007.
[2] D. S. Ballantine, R. M. White, S. J. Martin, A. J. Ricco and E. T. Zellers, “Acoustic wave sensors”, Academic Press, 1997.
[3] M. I. Rocha-Gaso, C. March-Iborra, A. Montoya-Baides and A. Armau-Vices, “Surface generated acoustic wave biosensors for the detection of pathogens: A review”, Sensors 2009, 9, 5740-5769.
[4] S. Shiokawa, Y. Matsui and T. Moriizumi, “Experimental study on liquid streaming by SAW”, Jpn. J. Appl. Phys.28, Suppl. 28-1, 126-128, 1989.
[5] J. J. Campell and W. R. Jones, “A method for estimating optimal crystal cuts and propagation directions for excitation of piezoelectric substrate waves”, IEEE Trans. on Sonics and Ultrasonics, vol. SU-15, No. 4, 1968.
[6] S. Shiokawa, Y. Matsui and T. Ueda, “Liquid streaming and droplet formation caused by leaky Rayleigh waves”, IEEE Ultrasonics Symposium – 643, 1989. [7] N. G. Suraji, “Progation of plate acoustic waves in contact with fluid medium”,
Master dissertation, Faculty of the Graduate School, Marquette University, 2009. [8] Y. Jiashi, “An introduction to the theory of piezoelectricity”, Dept. Engineering
Mechanics, University of Nebraska-Lincoln, USA, eBook ISBN: 0-387-23546-9, http://www.springeronline.com, 2005.
[9] S. Shikawa and J. Kondo, “Surface acoustic wave sensor for liquid-phase application”, IEEE Ultrasonics Symposium–445, 0-7803-5722, 1999.
[10] W. Richard Smith, H. M. Gerard, J. H. Collins and T. M. Reeder, “Analysis of Interdigital surface acoustic wave transducers by use of an equivalent circuit model”, IEEE Tran. on Microwave theory and Techniques, vol. MIT-17, No. 11, 1969.
[11] J. G. Gualtiei, J. A. Kosinski and A. Ballato, “Piezoelectric materials for acoustic wave applications”, IEEE Tran. on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency control, vol. 41, No. 1, 1994.
[12] K. K. Wong, “Lithium Niobate”, No. 28, INSPEC, 2002.
[13] G. Bu, D. Ciplys and M. S. Shur, “Leaky surface acoustic waves in single-crystal AlN substrate”, International Journal of High Speed Electronics and Systems, Vol. 14, No. 3837-846, 2004.
vibration engineers”, John Wiley & Sons Ltd, ISBN-13 978-0470-51188-6, 2008. [19] COMSOL Multiphysics Reference Guide, Ver 3.5a, 2008.
[20] COMSOL Multiphysics Matlab interface Guide, Ver. 3.5a, 2008.
[21] J.-T. Yeh, “A VOF-FEM Coupled Inkjet Simulation,” Proc. ASME FEDSM’01, New Orleans, Louisiana, 2001.
[22] E. Olsson and G. Kreiss, “A Conservative Level Set Method for Two Phase Flow,” J. Comput. Phys., vol. 210, pp. 225–246, 2005.
[23] P. Yue, J. Feng, C. Liu and J. Shen, “A Diffuse-Interface Method for Simulating Two-Phase Flows of Complex Fluids,” J. Fluid Mech., vol. 515, pp. 293–317, 2004.
PHỤ LỤC
Hằng số của vật liệu áp điện Lithium Niobate lớp 3m đối xứng trong mô phỏng:
11 12 13 14 12 22 13 14 13 13 33 14 14 44 44 14 14 11 12 C C C C 0 0 C C C -C 0 0 C C C 0 0 0 C = C -C 0 C 0 0 0 0 0 0 C C 0 0 0 0 C (C - C ) / 2 15 22 22 22 15 31 31 33 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 e e e e e e e e e Trong đó C11 = 20.3×1010 Nm-2, C33 = 24.5 ×1010 Nm-2, C44 = 6.0×1010 Nm-2, C12 = 5.3×1010 Nm-2, C13 = 7.5×1010 Nm-2, C14 = 0.9×1010 Nm-2, e15 = 3.7 Cm-2, e22 = 2.5 Cm-2, e31 = 0.2 Cm-2, e33 = 1.3 Cm-2, ε11 = 44, ε33 = 29, and ρ = 4600 Kgm-3.