b. Mô phỏng linh kiện QCM sử dụng phần mềm PSPICE
3.2.2Mô phỏng linh kiện QCM sử dụng phầm mềm PSPICẸ
Sau khi chạy chương trình mơ phỏng, ta được phổ dịng điện của nhánh song song với tụ C0như sau:
Hình 3.30 .Đồ thị thể hiện biên độ dịng điện đi qua nhánh R,L,C khi khơng tảị
Trong trường hợp không tải, với các giá trị R,L,C của mạch tương đương BVD
được cho như hình 2.16. Phổ dịng điện đi qua nhánh song song C0 được thể hiện trong
hình 3.30. Dựa vào đồ thị, hiện tượng cộng hưởng xảy ra khi tần số quét là 5.073 MHz, đây là tần số cộng hưởng có giá trị gần đúng so với lý thuyết và mô phỏng bằng Matlab. Phổ dòng điện hẹp và tập trung tại vùng cộng hưởng.
Trường hợp có tải tác dụng lên bề mặt điện cực và giá trị tương ứng của khối lượng được tính tương đương với các giá trị R2, L2, L3 như hình 2.17 Sau khi thiết lập các thông số và sử dụng cơng cụ phân tích AC với dải tần số cũng quét từ 1KHz đến 100 MHz, lúc này phổ dòng điện qua nhánh song song C0, đạt cộng hưởng ở tần số 4.8901 MHz (hình 2.31). Ta thấy xuất hiện độ dịch tần số là Δf = 5.073 MHz - 4.8901 MHz = 0.1829 MHz, độ dịch tần này cũng có giá trị xấp xỉ với kết quả mơ phịng từ Matlab với cùng khối lượng chất bám dính vào điện cực.
Các kết quả mô phỏng khi sử dụng phần mềm Pspice khẳng định tính đúng đắn của lời giải bằng Matlab cho mơ hình truyền sóng đồng thời kiểm chứng tính chính xác trong lý thuyết của Butter Worth Vandykẹ
CHƯƠNG 5 - KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
5.1 KẾT LUẬN
Các kết luận có thể rút ra trong q trình thực hiện luận văn:
! Giải bài tốn truyền sóng tổng qt trong tinh thể thạch anh và trong chất
lỏng dựa trên mơ hình của Kanazawạ
! Mơ phỏng được dạng phổ dẫn nạp phức để kiểm chứng tính chính xác của
thuật tốn mơ phỏng so với lý thuyết.
! Xây dựng được dạng phổ dẫn nạp và góc pha phổ dẫn nạp để so sánh đặc
tính điện và tần số cộng hưởng của linh kiện QCM được chế tạo với kết quả mô phỏng.
! Mô phỏng khảo sát linh kiện QCM khi tiếp xúc với nhiều lớp màng có tính
chất khác nhau để quan sát ứng xử của linh kiện QCM khi hoạt động trong từng lớp màng nàỵ Từ đó lựa chọn loại màng phù hợp trong chế tạo và ứng dụng cảm biến QCM. Việc khảo sát này cũng đưa ra giới hạn khối lượng tải mà linh kiện QCM có thể hoạt động ứng với từng loại màng.
! Đã sử dụng thành công phần mềm ANSYS trong việc mơ phỏng cơ tính
của linh kiện QCM. Đã đưa ra các cấu trúc của tinh thể thạch anh AT–cut vng và trịn dùng làm vi cân tinh thể thạch anh và mô phỏng và các mode biến dạng. Đồng thời, tìm ra cấu trúc tinh thể thạch anh dạng tròn với bề dày tinh thể thạch anh là 332 µm ứng với tần số cộng hưởng của
tinh thể f0 = 5 MHz, vận tốc sóng âm tạo ra do dao động cơ cũng được
khảo sát có giá trị là 3320 m/s. Kết quả hoàn toàn phù hợp với lý thuyết và kết quả đọ
! Đã khảo sát linh kiện QCM được chế tạo tại ICDREC-SHTP, từ đó kiểm
chứng kết quả mơ phỏng và cho thấy các đặc tính điện dẫn của linh kiện QCM được chế tạo gần như trùng khớp theo mô phỏng.
5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN VĂN
Tuy nhiên, tác giả nhận thấy đề tài còn một số hạn chế như sau :
! Việc mô phỏng linh kiện QCM theo mơ hình cảm biến sinh học cịn chưa
được thực hiện. Giả sử bài toán đặt ra là tính xác suất bám dính của vi khuẩn lên màng là bao nhiêu, và ở số liệu xác suất cụ thể nào thì cảm biến hoạt động là tốt nhất. Muốn mô phỏng được vấn đề này, tác giả cần một phần mềm chuyên dụng cho mô phỏng cảm biến, trong đó phải có một thư viện phần tử cho tính chất của polymer, của virus, vi khuẩn và các tác nhân sinh học.
! Ngồi mơ hình truyền sóng của Kanazawa, cịn có một số mơ hình khác
như mơ hình của của Stephen.Martin. Việc khảo sát tính chất điện của linh kiện QCM dựa trên mơ hình của Stephen Martin cũng đưa đến rất nhiều kết quả thú vị. Tuy nhiên trong khuôn khổ luận văn này việc đưa q nhiều mơ hình sẽ trở nên xa rời mục đích của luận văn.
Và hướng phát triển tiếp theo của đề tài là : (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
! Tiếp tục mô phỏng linh kiện QCM theo hướng ứng dụng trong cảm biến
sinh học, trong đó phần chính của mơ phỏng sẽ nghiên cứu ứng xử của linh kiện QCM, lớp màng dẫn điện và tác nhân sinh học
! Tiếp tục nghiên cứu tính chất điện của QCM theo nhiều mơ hình khác,
khảo sát sự ảnh hưởng của tổng trở, kích thước linh kiện, từ đó tối ưu hóa cấu trúc linh kiện QCM trong chế tạọ
DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ
1. Tran Thi Minh Thu, Nguyen Van Dinh, Ngo Vo Ke Thanh, Nguyen Dang
Giang, Nguyen Van Tam, Dang Luong Mo, Truong Thi Ngoc Lien, Simulation of
Mechanical Properties and Option The Device Quartz Crystal Microbalance with Resonant Frequency 5 Mhz, Purpose Toward to Use for Biosensor, Tạp chí Phát Triển Khoa Học và Cơng Nghệ -ĐHQG TpHCM (đã nộp bài).
2. Tran Thi Minh Thu, Nguyen Van Dinh, Ngo Vo Ke Thanh, Nguyen Dang
Giang, Nguyen Van Tam, Dang Luong Mo, Truong Thi Ngoc Lien, Simulation of
Electrical Properties of Quartz Crystal Microbalance for Using in Biosensor, 1st Solid
TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT
[1] Nguyễn Xuân Chánh (2008), Cân tiểu ly thạch anh cộng hưởng, Tạp chí Vật lý và
Tuổi trẻ 2008, Hà Nộị
[2] Nguyễn Văn Định (2009), Nghiên cứu chế tạo sensor vi cân tinh thể thạch anh
QCM 5,5 MHz, Luận văn Đại học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nộị
[3] Nguyễn Tuấn Linh (2007),Nghiên cứu chế tạo linh kiện cấu trúc QCM- Màng ơxít
nhơm xốp, Luận văn Đại học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nộị
[4] Nguyễn Văn Phái, Trương Tích Thiện, Nguyễn Tường Long, Nguyễn Định Giang
(2003), Giải bài toán cơ kỹ thuật bằng chương trình ANSYS, NXB Khoa Học và Kỹ
Thuật, Hà Nộị
[5] Hoàng Đức Trường (2006),Cố định DNA trên màng polypyrrole, Luận văn thạc sỹ,
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nộị
[6] Đinh Bá Trụ, Hoàng Văn Lợi (2003),Hướng dẫn sử dụng Ansys, Học viện kỹ thuật
quân sự, Hà Nộị
TIẾNG ANH
[7] Antonio Arnau, Piezoelectric Transducers and Applications, Springer-Verlag
Berlin Heidelberg, 2008, 1-95.
[8] Alexander Katz and Micheal D. Ward (1996),Probing solvent dynamics in
concentrated polymer films with a high-frequency shear mode quartz resonator, J. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Appl. Phys. 80 (7).
[9] Der Ho Wu, Yng Jyi Tsai and Yu Tang Yen (2003), Robust design of quartz
crystal microbalance using finite element and Taguchi method, Elsevier, USA, 92:337-
[10] Gregory T.Ạ Lovacs (1998),Micromachined Transducers Sourcebook,McGraw- Hill, USẠ
[11] Hamid M. Shizari (2000), Quartz Crystal Microbalance/Heat Conduction
Calorimetry (QCM/HCC), e new technology capable of isothermal hight sensitivity, mass and heat flow measurements at a solid/gas interface, Doctor of Philosophy, USA
12-69.
[12] Hewlett-Packard Co, “Fundamentals of Quartz Oscillators”, Application Note 200-2, Electronic Counters Series.
[13] Ilchat Goubaidoulline, Johanna Reuber, Friederike Merz, and Diethelm
Johannsmann (2005), Simultaneous determination of density and viscosity of liquids
based on quartz-crystal resonators covered with nanoporous alumina, JOURNAL OF
APPLIED PHYSICS 98, 014305.
[14] Ilaria Mannelli, Maria Minunni, Sara Tombelli, Marco Mascini (2003), Quartz
crystal microbalance (QCM) affinity biosensor for genetically modified organisms (GMOs) detection, Biosensors and Bioelectronics 18, 129-140, Italỵ
[25] John Henderson (1991),Electronic Devices. Concepts and Application, 357.
[16] K.K.Kanazawa and J.G Gordon II (1985),Frequency of a quartz microbalance in
contact with liquid, Anal. Chem., 57 , 1770 1771.
[17] K.Keiji Kanazawa (1997), Mechanical behaviour of films on the quartz
microbalance, Faraday discuss, 107, 77-90.
[18] L.Rodriguez-Pardo, J.Fari na, C.Gabrielli, H.Perrot and R.Brendel (2007),
Simulation of QCM sensors based on high stability classical oscillator configurations in damping media, Sensors and Actuators B123, 560–567.
[19] Nguyen Thi Quynh Hoa (2005), Fabrication of Quartz crystal microbalance
[20] S.J. Martin, R.W. Cernosek and J.J. Spates (1995), Sensing Liquid Properties with Shear-Mode Resonator Sensor, Stockholm, Sweden.
[21] Stephen J. Martin, Victoria Edwards Granstaff and Gregory C.Frye (1991),
Characterization of a Quartz Crystal Microbalance with Simultaneous Mass and Liquid loading,Anal. Chem, 63, 2272-2281.
[22] S. Rosler , R. Lucklum , P. Hauptmann, F. Buhling, S. Ansorge S.P. Sakti (1999),
Thick polystyrene-coated quartz crystal microbalance as a basis of a cost effective immunosensor, Sensors and Actuators, 98-102.
[23] Thamara Mangalika Peduru Hewa (2007), Development and evaluation of QCM
sensors for the detection of influenza virus from clinical samples, Doctor of Philosophy, RMIT Universitỵ
[24] Xueen Jia, Liang Tan, Qingji Xie, Youyu Zhang, Shouzhuo Yao (2008), Quartz (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
crystal microbalance and electrochemical cytosensing on a chitosan/multiwalled carbon nanotubes/Au electrode, Sensors and Actuators B 134, 273–280.
TIẾNG Ý
[25] Román Fernández Díaz (2008), Estudio y Análisis del Efecto Rugoso sobre la
Respuestadel Sensor de Cuarzo AT en Medios Fluidos, Tesis doctoral, Universidad
Politécnica Devalenciạ
TIẾNG ĐỨC
[26] G. Sauerbrey (1959), Verwendung von Schwingquarzcn zur Wagung d nner
CHƯƠNG 4 - KHẢO SÁT VÀ ĐO ĐẠC VI CÂN THẠCH ANH QCM