Bằng cách tận dụng kỹ thuật vi phân trong việc đo sự thay đổi điện dung giữa các tụ điện, ngay cả một sự thay đổi nhỏ trong điện dung cũng cĩ thể dẫn đến tín hiệu đầu ra lớn. Do đĩ, cấu trúc cĩ thể mang lại độ nhạy cao trong việc phát hiện sự xuất hiện của một vật thể trong dịng chảy chất lỏng.
Hình 2.6: Vùng cảm biến của chip vi lỏng. (a) Hình ảnh cảm biến nhìn từ trên xuống (b) Hình ảnh mặt cắt ngang của cảm biến
Hình 2.6 bao gồm ba vi điện cực đồng phẳng cách đều nhau và được sử dụng để gắn kết với kênh vi lưu mục đích để phát hiện đối tượng bên trong kênh.
Việc sử dụng các tụ điện đồng phẳng tạo ra các điện trường khơng đồng nhất trong mơi trường kênh lỏng. Một cặp điện cực được sử dụng để cảm nhận sự thay đổi của dịng điện gây ra bởi giọt chuyển động, cặp cịn lại được sử dụng để đo dịng điện chạy qua một mơi trường khơng cĩ đối tượng để tham chiếu.
Sự thay đổi này được tính theo cơng thức: Y = 1
Z (2.2)
Trong đĩ Y là độ dẫn, được đo bằng Siemens, Z là trở kháng, được đo bằng ohm. Điện trở là thước đo sự đối lập của mạch với dịng điện ổn định, trong khi trở kháng khơng chỉ tính đến điện trở mà cịn cả thành phần dung kháng và cảm kháng. Tương tự như vậy, độ dẫn khơng chỉ là thước đo dịng điện cĩ thể chảy, mà cịn là hiệu ứng động cĩ tính nhạy cảm của vật liệu đối với sự phân cực.
Y = G+jB (2.3)
Trong đĩ Y là độ dẫn (Siemens), G là độ dẫn (Siemens), B là độ nhạy (Siemens) và j=-1. Các hiệu ứng động độ nhạy của vật liệu liên quan đến đáp ứng điện mơi, quy mơ cơng suất theo quy luật của hệ thống với tần số trong các điều kiện hiện tại xen kẽ. Sự mất cân bằng khi đối tượng đi qua giữa hai khoảng trống của ba điện cực cho kết quả tín hiệu lên xuống từ các trở kháng khác nhau giữa 2 tụ điện. Quá trình này được hiển thị trong hình 2.7, trình bày vị trí của giọt nước ở các thời điểm khác nhau. Đỉnh biên độ âm và biên độ dương xảy ra khi các giọt đi qua các cặp thứ nhất và thứ hai tương ứng. Do tiếp xúc trực tiếp với các điện cực, chuyển động của giọt được ghi lại dưới dạng thay đổi điện áp phụ thuộc thời gian. Do đĩ, thiết kế này cĩ thể đạt được độ nhạy cao trong việc cảm nhận các đối tượng nĩi chung hoặc thậm chí các đối tượng kích thước vi mơ
Hình 2.7: Sự biến đổi tín hiệu đầu ra khi cĩ vi giọt đi qua các điện cực cảm biến (vị trí của giọt tương ứng với điện áp đầu ra tại điểm A, B, C trong đồ thị) 2.4. Chế tạo cảm biến điện dung
Cảm biến điện dung được chế tạo trực tiếp trên bề mặt PCB theo cơng nghệ coplanar (đồng phẳng). Các bước chế tạo cảm biến điện dung bao gồm:
Bước 1: Ban đầu cảm biến được thiết kế trên CAD để xác định kích thước của điện cực thành phần. Sau đĩ thiết kế của cảm biến được in trên giấy nhiệt. Kích thước chi tiết của các điện cực được mơ tả trong hình 2.8: