Hình 4.3 Độ dịch chuyển theo phương X.
Trong biểu đồ hình 4.3 thể hiện độ dịch chuyển theo phƣơng X, độ dịch chuyển của tinh thể khi giọt hình thành đƣợc thể hiện với đƣờng kẻ đứt, và độ dịch chuyển của tinh thể khi giọt hình thành thể hiện với đƣờng vẽ niền.
Kết quả này ta thấy độ dịch chuyển theo phƣơng X khi khe hẹp hình thành giọt bị trễ hơn một chút so với khi khe hẹp chƣa hình thành giọt, nhƣng thời gian trễ là rất nhỏ và khó có thể phát hiện đƣợc bằng thiết bị đo. Vì vậy ta không thể dựa vào độ dịch chuyển theo phƣơng X để nhận biết đƣợc thời gian giọt hình thành.
36 b. Độ dịch chuyển theo phương Y.
Hình 4.4 Độ dịch chuyển theo phương Y.
Trong biểu đồ hình 4.4 thể hiện độ dịch chuyển theo phƣơng Y, độ dịch chuyển của tinh thể khi giọt hình thành đƣợc thể hiện với đƣờng kẻ đứt, và độ dịch chuyển của tinh thể khi giọt hình thành thể hiện với đƣờng vẽ niền.
Kết quả này ta rút ra nhận xét: độ dịch chuyển theo phƣơng Y khi khe hẹp hình thành giọt hơi trễ hơn so với khi khe hẹp chƣa hình thành giọt. Thời gian cỡ 10-9 giây quá nhỏ để phát hiện sự sai khác theo độ dịch chuyển này.
37
c. Độ dịch chuyển theo phương Z.
Hình 4.5 Độ dịch chuyển theo phương Z.
Trong biểu đồ hình 4.5 thể hiện độ dịch chuyển theo phƣơng Z, độ dịch chuyển của tinh thể khi giọt hình thành đƣợc thể hiện với đƣờng kẻ đứt, và độ dịch chuyển của tinh thể khi giọt hình thành thể hiện với đƣờng vẽ niền. Kết quả này ta thấy độ dịch chuyển theo phƣơng Z khi khe hẹp hình thành giọt bị trễ hơn và biên độ nhỏ hơn so với khi khe hẹp chƣa hình thành giọt.
Do sóng FPW là sóng ngang (sóng ngang là sóng cơ học trong đó các phần tử của môi trƣờng dao động theo phƣơng vuông góc với phƣơng truyền sóng) nên sự thay đổi của độ dịch chuyển các phần tử theo phƣơng Z khi có giọt trong khe hẹp là lớn nhất trong 3 phƣơng. Ở kết quả này ta thấy sự thay đổi của biên độ độ dịch chuyển khi chƣa có giọt và khi có giọt trong khe hẹp rất rõ ràng (cỡ 0.5x10-6), trong khi đó các phƣơng X và Y nhỏ hơn rất nhiều và không rõ ràng (cỡ 0.1x10-7 ). Với khe hẹp trong mô phỏng là nhỏ thì với kết quả thay đổi của độ dịch chuyển theo phƣơng Z nhƣ trên, ta có thể biết đƣợc khi nào xuất hiện giọt trong khe hẹp, từ đây ta có thể phát triển trên thực nghiệm và đo đƣợc thời
38 gian giọt hình thành nhờ vào độ dịch chuyển các phần tử theo phƣơng Z - phƣơng vuông góc với phƣơng truyền sóng và bề mặt truyền.
39
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
Trong bài luận văn này, cảm biến hoạt động trên nguyên lý sóng FPM đã đƣợc đƣa ra nghiên cứu thiết kế và mô phỏng thành công trong MEMS. Trên cơ sở kết quả nghiên cứu đánh giá cảm biến này, bài nghiên cứu đề xuất và chế tạo một loại cảm biến dòng chảy hoạt động trên nguyên lý kiểu FPM với thiết kế đơn giản.
Cảm biến giọt sử dụng sóng FPW cho vòi phun có khả năng phát hiện chính xác thời điểm giọt hình thành. Mạch đầu ra đƣợc đề xuất tích hợp trên chip CMOS để đảm bảo độ chính xác, giảm tối đa sự ảnh hƣởng của các thành phần nhiễu. Cảm biến cho độ chính xác cao mà không ảnh hƣởng tới dòng chảy trong kênh dẫn với thiết kế các điện cực nằm hai bên của kênh dẫn.
Mặc dù việc mô phỏng cảm biến sử dụng FPW là thành công nhƣng việc chế tạo cũng nhƣ đƣa vào thực tế còn là bài toán khá khó, nó đòi hỏi công nghệ rất cao và phức tạp. Để khắc phục nhƣợc điểm này, nghiên cứu đề ra phƣơng pháp chế tạo cảm biến giọt sử dụng sóng FPW mô hình lớn, các thiết bị không quá nhỏ, các chi tiết có thể làm đƣợc tại nƣớc ta.
Các kết quả nghiên cứu đƣợc trình bày trong luận văn là cơ sở ban đầu cho các nghiên cứu tiếp theo để có thể ứng dụng cảm biến vào thực nghiệm. Một số hƣớng cần nghiên cứu triển khai để hoàn thiệt kết quả nghiên cứu trong luận văn:
- Tiến hành thực nghiệm để đánh giá định lƣợng cảm biến dòng chảy kiểu sóng FPW.
- Với việc đo tín hiệu nhỏ, ta có thể sử dụng các bộ khuếch đại nhằm gia tăng khoảng cách khác biệt, giúp nhận biết giọt dễ dàng hơn, điều này cần tích hợp bộ khuếch đại vào thiết bị, và cần phải nghiên cứu thêm. - Tiến hành thực nghiệm cảm biến sử dụng FPW với nhiều loại chất
lỏng khác nhau, để ta có thể phân biệt chúng và định ra đƣợc các thành phần có trong hỗn hợp chất lỏng.
- Thiết kế chế tạo một cảm biến giọt sử dụng nhiều loại nguyên lý (bao gồn cả điện trở và tụ điện) để tận dụng đƣợc những ƣu thế của từng nguyên lý.
40 Trong thời gian tới, đề tài này sẽ vẫn là một bài toán khó với tất cả mọi ngƣời vì công nghệ FPM vẫn còn rất mới trên thế giới. Chúng ta phải đối diện với vấn đề tính độ cong bề mặt và sức ép bề mặt khi giọt đƣợc phóng ra nhằm thực hiện đo tốc độ và thể tích bằng phƣơng pháp sensor điện trở nhƣ đã nêu ở trên. Bài toán mô phỏng hoàn toàn không dễ chút nào và yêu cầu phải có thời gian nghiên cứu nhiều hơn nữa.
41
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Leslle Y. Yeo and James R. Friend,“Ultrafast microfluidics using surface acoustic waves,” Biomicrofluidics, vol. 3, no. 1, pp. 012002-23, 2009.
[2]http://wiki.xtronics.com/images/2/29/Sense.jpg
[3]http://www.cismst.org/uploads/pics/piezoresistive_01.jpg [4] http://en.wikipedia.org/wiki/Rayleigh_wave
[5] http://en.wikipedia.org/wiki/Lamb_waves
[6] Yong Xiao, Jihong Wen and Xisen Wen, “Flexural wave band gaps in locally resonant thin plates with periodically attached spring–mass resonators,” [7]http://www.kodak.com/US/images/en/corp/1000nerds/robello/Photoresist_sc hematic_ss.jpg
[8]http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c8/Surface_Acoustic_Wa ve_Sensor_Interdigitated_Transducer_Diagram.png
[9] http://en.wikipedia.org/wiki/Aluminium_nitride
[10] Takahiro Kawashima, Takeshi Kawano, Hidekuni Takao, Kazuaki Sawada, Makoto Ishida, “Integration of out-of-plane silicon dioxide microtubes, silicon microprobes and on-chip NMOSFETs by selective vapor–liquid–solid growth,” Journal of Micromechanics and Microengineering, vol. 18, no. 3, pp. 035033, 2008.