THIẾT KẾ CẢM BIẾN GIA TỐC ÁP TRỞ 3 BẬC TỰ DO

PHẦN I: TỔNG QUANĐịnh nghĩa: Cảm biến gia tốc là một thiết bị tiếp nhận tín hiệu đầu vào là gia tốc và chuyển đổi thành tín hiệu điện để đo lường.. Phân loại: • Cảm biến gia tốc kiểu tụ

Trang 1

THIẾT KẾ CẢM BIẾN GIA TỐC ÁP TRỞ

3 BẬC TỰ DO

Nhóm 1- KT.CĐT-02

Giảng Viên Hướng Dẫn PGS Phạm Hồng Phúc

Thuyết Trình Nguyễn Phương Linh(*)

BỘ MÔN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY VÀ ROBOT

MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG VI CƠ ĐIỆN TỬ

Trang 3

NỘI DUNG ĐỀ TÀI

Trang 4

PHẦN I: TỔNG QUAN

1 MEMS là gì?

Trang 5

Định nghĩa: Cảm biến gia tốc là một thiết bị tiếp nhận tín hiệu

đầu vào là gia tốc và chuyển đổi thành tín hiệu điện để đo lường.

Phân loại:

• Cảm biến gia tốc kiểu tụ điện

• Cảm biến gia tốc kiểu áp điện

• Cảm biến gia tốc kiểu áp điện trở

Trang 7

3 Một số bài báo tham khảo

‘’ Simulation, fabrication and characterization

of a three-axis piezoresistive accelerometer ’’

Ranjith Amarasinghe, Dzung Viet Dao, Toshiyuki Toriyama and Susumu

Sugiyama

Bài báo này nghiên cứu về cảm biến gia tốc áp

trở 3 bậc siêu nhỏ được chế tạo bởi công nghệ

gia công vi cơ khối.

• Cấu trúc đơn giản

• Dễ chế tạo

• Kích thước chip lớn

• Khoảng đo trong khoảng ±10𝑔

Trang 8

‘’A Mathematical Model of a Piezo-Resistive

EightBeam Three-Axis Accelerometer with

Simulation and Experimental Validation.’’

Jinlong Song, Changde He, Renxin Wang, Chenyang Xue and

Wendong Zhang

Bài báo nghiên cứu về mô hình toán học toàn

diện của cảm biến gia tốc áp trở 3 bậc với cấu

tạo gồm 8 dầm ngang, 1 khối gia trọng và 1

khung đỡ.

• Cấu trúc đơn giản

• Dễ chế tạo

• Độ nhạy cao

• Kích thước khá lớn so với thiết bị hiện nay

Trang 9

“Fabrication and Characteristics of a

Three-Axis Accelerometer with Double

L-Shaped Beams ”

Ying Wang, Xiaofeng Zhao and Dianzhong Wen

Phân tích cấu tạo và đặc tính của cảm

biến gia tốc 3 trục với cấu tạo dầm chữ L.

Trang 10

PHẦN II: THIẾT KẾ

Cấu trúc Kích thước

(DàixRộngxCao) µm Quả nặng 620x620x630

Dầm L1=480, L2=840,

w=80, h=10 Kích thước tổng thể 2000x2000x700

Dầm nhạy cơ

Khung đỡ Quả nặng

Trang 11

PHẦN II: THIẾT KẾ

• Kích thước chi tiết

Trang 12

PHẦN III: MÔ PHỎNG – TÍNH TOÁN

Trang 13

2 Ứng suất và chuyển vị

• Ứng suất lớn nhất theo phương Z

Gia tốc (g) Ứng suất (MPa)

Trang 14

Trang 15

• Mô phỏng ứng suất và chuyển vị theo phương Z

Trang 16

• Ứng suất lớn nhất theo phương X

Gia tốc (g) Ứng suất (MPa)

Trang 17

Trang 18

• Mô phỏng ứng suất và chuyển vị theo phương X

Trang 19

3 Tính toán điện áp

• Tenxo áp điện trở đối với

silic đơn tinh thể:

• Công thức liên hệ độ biến thiên điện trở và ứng suất:

3

π =6,6.10 MPa KTADT 20x1.5x0.4 m

Trang 20

• Công thức điện áp đầu ra:

11 xx inout ΔR in =π σ V

Trang 21

• Mạch cầu Wheatstone:

Trang 22

4 Điện áp theo gia tốc

Vị trí lắp đặt các áp điện trở để đo gia tốc theo 3 phương

R1Z

R3Z

R3Y R3X

R4Z

R1Y R1X

R2Z

R2X

R2Y

Trang 23

• Điện áp đầu ra theo phương Z

Đồ thị điện áp đầu ra Vout - gia tốc theo phương Z

Trang 24

• Điện áp đầu ra theo phương X

Đồ thị điện áp đầu ra Vout - gia tốc theo phương X

Trang 25

5 Độ nhạy

• Là khoảng gia tốc nhỏ nhất cảm biến có thể đo được

(dải đo nhóm thực hiện từ 1-10g, Điệp áp vào V in = 3(V) )

outin

V 6,35 mV

0,211( )

V g 3.10 V.g

 = = 

Trang 26

PHẦN IV: QUY TRÌNH CHẾ TẠO

Chuẩn bị tấm wafer

Oxi hóa nhiệt

Quang khắc tạo lỗ hổng

để khuếch tán Khuếch tán Boron Hình thành dây dẫn nhôm

Quang khắc tạo khuôn cho ăn mòn DRIE

Ăn mòn hoạt hóa sâu DRIE ở mặt trên

Quang khắc tạo khuôn cho ăn mòn DRIE

Ăn mòn hoạt hóa sâu DRIE ở mặt dưới Hủy bỏ lớp SiO2 bằng ăn mòn ướt BHF

Ăn mòn thủy tinh Pyrex Anodic bonding – tạo liên kết giữa các tấm Wafer silic và thủy tinh Pyrex

Trang 27

PHẦN V: KẾT LUẬN

• Nhóm đã nghiên cứu, phân tích và tính toán đưa ra các kích

thước của mô hình cảm biến gia tốc phù hợp với ý tưởng

đề xuất

• Cải tiến được độ nhạy và giảm kích thước của mô hình so

với bài báo đã tham khảo.

• Cấu trúc mô hình cảm biến khá đơn giản, độ ổn định khi làm

việc và cho tín hiệu rõ ràng do tính đối xứng cao

• Hướng phát triển: nghiên cứu đưa ra mô hình tối ưu cho

cảm biến với độ nhạy cao.

Định dạng
Số trang	28
Dung lượng	1,95 MB