Nghiên cứu thiết kế xây dựng hệ đo cảm biến gia tốc MEMS ứng dụng đo độ rung

Công nghệ MEMS dựa trên cơ sở các kỹ thuật của công nghệ vi điện tử và các ứng dụng tính chất của vật liệu để tạo ra các cấu trúc cơ học, quang học, hóa học… có khả năng hoạt động như mộ

-

NGUYỄN NGỌC MINH

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ XÂY DỰNG HỆ ĐO CẢM BIẾN

GIA TỐC MEMS ỨNG DỤNG ĐO ĐỘ RUNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU ĐIỆN TỬ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

PGS.TS VŨ NGỌC HÙNG

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

LỜI CẢM ƠN 2

MỞ ĐẦU 3

Lý do chọn đề tài 3

Tóm tắt 3

Phương pháp nghiên cứu 3

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ MEMS VÀ CẢM BIẾN ÁP ĐIỆN TRỞ 4

1.1 Giới thiệu công nghệ MEMS 4

1.1.1 Vật liệu dùng trong công nghệ MEMS 7

1.1.2 Rung động trong đời sống con người 13

1.2 Cảm biến gia tốc 14

1.2.1 Giới thiệu chung về cảm biến gia tốc 14

1.2.2 Phân loại cảm biến gia tốc 15

1.2.3 Theo công nghệ chế tạo 15

1.2.4 Theo nguyên lý hoạt động: 15

1.2.5 Cảm biến gia tốc áp điện trở 18

1.2.5.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 18

1.2.5.2 Một số đặc trưng của cảm biến gia tốc kích thước 1x1mm 21

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 23

2.1 Sơ đồ khối của hệ đo tín hiệu rung 23

2.2 Khối cảm biến 24

2.2.1 Thông số kỹ thuật của cảm biến áp điện trở 24

2.2.3 Đặc tính kĩ thuật của cảm biến áp điện trở 26

2.3 Khối nguồn 28

2.3.1 Ắc quy 29

2.3.2 ICL 7660S 30

2.4.1 Giới thiệu về khuếch đại đo lường 31

2.4.2 Khối khuếch đại dùng INA118P 33

2.5 Khối chuẩn hóa và lọc 34

2.6 Khối vi điều khiển 37

2.7 Khối hiển thị 46

2.7.1 Giới thiệu về Graphic LCD (Liquid Crystal Display) 46

2.7.2 Khối hiển thị 50

2.7.3 Lưu đồ thuật toán 51

2.8 Giao tiếp máy tính qua card 51

2.8.1 Mục tiêu 51

2.8.2 Giới thiệu về card USB9001 52

Chương III : THIẾT KẾ GIAO DIỆN THU THẬP DỮ LIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN DÙNG LABVIEW 56

3.1 Giới thiệu về phần mềm LabVIEW 56

3.1.1 Môi trường phát triển LabVIEW 56

3.1.2 Thu nhận, phân tích và hiển thị lập sẵn 57

3.1.3 Các công cụ bổ sung cho nhà phát triển LabVIEW 59

3.1.4 Ứng dụng phong phú 60

3.1.5 Triển khai LabVIEW cho nhiều ứng dụng di động, công nghiệp và nhúng đa dạng với các module mở rộng LabVIEW 61

3.1.6 Phạm vi ứng dụng 62

3.1.7 LabVIEW trong trường học 64

3.2 Cách thức làm việc và các hàm cơ bản của phần mềm LabVIEW 65

3.2.1 Cách thức làm việc của Labview 65

3.2.2 Các hàm cơ bản của Labview 66

3.3 Đặc tính của kết nối mở LabVIEW 70

3.3.1 Thư viện chức năng I/O quen thuộc 70

3.3.2 Cổng liên lạc dữ liệu linh hoạt 71

3.4 Chương trình thu thập dữ liệu và điều khiển labview 71

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM HỆ ĐO SỬ DỤNG CẢM BIẾN GIA

TỐC ÁP ĐIỆN TRỞ 73

4.1 Kết quả thu được với Labview 73

4.1.1 Khi tín hiệu rung cơ học 73

4.1.2 Khi tín hiệu vào chuẩn 75

4.2 Kết quả thu được trên màn hình GLCD 76

4.2.1 Kết quả mô phỏng với Protues 76

4.1.2 Kết quả khảo sát trên hệ rung 77

KẾT LUẬN 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

PHỤ LỤC 82

1 Các sơ đồ mạch in 82

2 Code chương trình vi điều khiển 84

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1: Sơ đồ các khối cơ bản trong một hệ MEMS 4

Hình 2 Kích thước các cấu trúc MEMS 5

Hình 3: Minh họa cấu trúc và khả năng xử lý tín hiệu của MEMS 6

Hình 4: Minh họa hốc ăn mòn trong công nghệ vi cơ khối ướt 10

Hình 5: Một số cấu trúc chế tạo bằng công nghệ vi cơ khối khô 10

Hình 6: Quy trình chế tạo cantilever kích thước micro dựa trên công nghệ vi cơ bề mặt 12

Hình 7: Quy trình chế tạo vi bánh răng theo công nghệ Liga 12

Hình 8: Một số cấu trúc cảm biến gia tốc đơn giản 15

Hình 9: Sơ đồ tương đương của cảm biến gia tốc 16

Hình 10: Cấu trúc cơ học cảm biến áp điện trở 3 bậc tự do 18

Hình 11: Vị trí cấy các áp điện trở trên các thanh dầm 20

Hình 12: Sơ đồ nối điện các áp điện trở 20

Hình 13: Sự phụ thuộc của điện áp tín hiệu ra vào gia tốc 21

Hình 14: Sự phụ thuộc của độ nhạy vào tần số rung động 22

Hình 15: Sơ đồ khối của hệ đo độ rung 23

Hình 16: Sơ đồ chân của cảm biến và đã được bọc lớp bảo vệ 24

Hình 17: Mạch nguyên lý và tạo cầu cân bằng cho cảm biến 24

Hình 18: Sơ đồ điện trở của cảm biến 25

Hình 19: Đặc tính của cảm biến 27

Hình 20: Sự phụ thuộc của điện áp ra vào gia tốc tại 2g 28

Hình 21: Cảm biến bị tác động bởi nhiễu (0,26V) 28

Hình 22: Sơ đồ chân của ICL7660S 30

Hình 23: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 31

Hình 25: Mạch khuếch đại do lường 32

Hình 26: Mạch nguyên lý của INA 118P 33

Hình 27: Sơ đồ khối của INA118P 34

Hình 28: Cấu trúc ICLM358 35

Hình 29: Mạch lọc thông thấp 36

Hình 30: Mạch chuẩn hóa tín hiệu vào 36

Hình 31: Sơ đồ chân PIC 18F4550 39

Hình 32: Sơ đồ các khối chính của PIC 18F4550 44

Hình 33: Sơ đồ khối bộ dao động của PIC18F4550 45

Hình 34: Màn hình Graphic LCD 128x64 47

Hình 35: Tổ chức bộ nhớ RAM: 47

Hình 36: Cách kết nối GLCD với nguồn và mạch điều khiển 49

Hình 37: Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị 50

Hình 38: Lưu đồ thuật toán 51

Hình 39: Car USB 9001 52

Hình 40: Một giao diện thu thập dữ liệu và điều khiển dùng laview 56

Hình 41: Các hàm cơ bản của laview 67

Hình 42: Hàm Boolean - Boolean Function 67

Hình 43: Hàm cấu trúc - Structures Function 68

Hình 44: Hàm File I/O- File I/O function 68

Hình 45: Hàm Time và Dialog — Time & Dialog function 69

Hình 46: Hàm chuỗi- String Function 69

Hình 47: Hàm phân tích- Analysis Function 70

Hình 48: Chương trình tạo mảng dữ liệu 71

Hình 49: Chương trình thu thập dữ liệu 72

Hình 50 : Chương trình tính tần số 72

Hình 51: Chương trình tính gia tốc 72

Hình 52: Lấy mẫu tín hiệu vào 73

Hình 53: Tín hiệu đo 73

Hình 54: Phổ biên độ và tần số 74

Hình 55: Phổ năng lượng tần số 74

Hình 56: Lấy mẫu 20 Hz 75

Hình 57: Phổ biên độ 20 Hz 75

Hình 58: Lấy mẫu 40 Hz 75

Hình 59: Phổ biên độ 40 Hz 76

Hình 60: Tín hiệu vào 76

Hình 61: Hiển thị trên GLCD 77

Hình 62: Khi chưa có tín hiệu rung 77

Hình 63: Khi có tín hiệu rung với tần số 5 10 Hz vớ biên độ 0.635 ( V ) 78

Hình 64: Khi có tín hiệu rung với tần số 5 10 Hz vớ biên độ 0.95 ( V ) 78

Hình 65: Khi tín hiệu vào là 20 Hz và 1,65 (V) 79

Hình 66: Khi tín hiệu vào là 40 Hz và 1,92 (V) 79

Hình 67: Mạch cảm biến và khuếch đại 82

Hình 68: Mạch chuẩn hóa 82

Hình 69: Mạch Pic và hiển thị GLCD 83

DNH MỤC BẨNG BIỂU Bảng 1: Bảng so sánh đặc điểm của các loại cảm biến theo nguyên lý đo 16

Bảng 2: Các thông số hình học của cảm biến áp điện trở 3 bậc tự do 19

Bảng 3: Sơ đồ chân của cảm biến 25

Bảng 4 : Sự phụ thuộc của gia tốc vào điện áp 26

Bảng 5: Các chức năng từng chân của PIC18F4550 39

Bảng 6: Chức năng các chân của màn hình GLCD 128x64: 48

Bảng 7: Thông số kỹ thuật c a r d USB 9001 53

LỜI NÓI ĐẦU

MEMS (Micro Electro Mechanical System) là sự tích hợp của các thành phần vi cơ như các cảm biến, bộ chấp hành và các yếu tố vi điện tử trong một linh kiện điện tử bằng công nghệ vi chế tạo Trong khi những thành phần vi điện tử được chế tạo dung công nghệ mạch tích hợp (IC) như: CMOS, BiMOS, thì những thành phần vi cơ được chế tạo dùng quá tình vi chế taojbawng fcachs ăn mòn có chọn lựa những phần trên đế hoặc them vào những lớp có cấu trúc mới để tạo nên những thành phần cơ và cơ điện MEMS là một công nghệ có khả năng cho phép sự phát triển các sản phẩm thông minh, tăng khả năng tính toán của các yếu tố vi điện tử với các vi cảm biến và các bộ vi chấp hành có khả năng nhận biết và điều khiển Ngoài

ra, MEMS còn mở rộng khả năng thiết kế, và ứng dụng sản phẩm mới

Tuy nhiên cảm biến MEMS có nhiều ưu điểm và tiềm năng lớn nhưng việc xây dựng các sản phẩm ứng dụng cụ thể đòi hỏi nhiều nỗ lực và kiến thức đa ngành cho phép thu thập các thong tin từ cảm biến và phân tích xử lý Với mục tiêu tiến tới ứng dụng cảm biến MEMS trong thực tế đảm bảo an toàn cho thiết bị và con người, luận văn này trình bày việc nghiên cứu cơ sở của cảm biến gia tốc MEMS áp điện trở và nghiên cứu ứng dụng cảm biến MEMS trong xác định độ rung Tín hiệu thu được được sử lý hiển thị dạng tín hiệu trên màn hình GLCD và trên máy tính qua card thu thập USB9001 và phần mềm LabvieW Nội dung của luận văn gồm:

- Chương 1: Tổng quan công nghệ MEMS và cảm biến áp điện trở

- Chương 2: Thiết kế và thi công mạch 

- Chương 3: Thiết kế giao diện thu thập dữ liệu và điều khiển dùng Labview 

- Chương 4: Kết quả thử nghiệm hệ đo sử dụng cảm biến gia tốc áp điện trở  

LỜI CẢM ƠN

Để có thề hoàn thành được luận văn này, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc

tới PGS.TS Vũ Ngọc Hùng người Thầy đã hướng dẫn, dìu dắt, động viên và có

những ý kiến chỉ đạo hướng dẫn khoa học quý báu, kịp thời và đúng đắn cho tôi trong suốt quá trình làm luận văn

Xin chân thành cảm ơn Ban giám đốc và tập thể cán bộ viện ITIMS đã tạo điều kiện về cơ sở vật chất, thiết bị thí nghiệm để tôi có thể hoàn thành được luận văn của mình

Xin chân thành cảm ơn nhứng ý kiến đóng góp, những lời động viên chân thành của các thành viên trong nhóm MEMS cũng như tập thể lớp ITIMS khóa 2009

Nguyễn Ngọc Minh

chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế xây dựng hệ đo cảm biến gia tốc MEMS ứng dụng đo độ rung”

Tóm tắt

Đề tài đã ứng dụng cảm biến gia tốc MEMS để đo dộ rung Dạng tín hiệu và phổ tần số được phân tích FFT và hiển thị trên màn hình GLCD và máy tính sử dụng phần mềm LabvieW, card USB9001

Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu công nghệ MEMS

- Nghiên cứu cảm biến gia tốc áp điện trở, vi điều khiển dsPIC, phần mềm Labview, card giao tiếp máy tính USB9001

- Khảo sát thực nghiệm cảm biến

- Thiết kế mạch xử lý tín hiệu

- Khảo sát mô phỏng trên máy tính

- Xây dựng chương trình hiển thị trên màn hình GLCD

- Tiến hành lắp ráp, test cảm biến trên bo

- Thiết kế giao diện trên máy tính

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ MEMS VÀ CẢM BIẾN

ÁP ĐIỆN TRỞ 1.1 Giới thiệu công nghệ MEMS

MEMS là thuật ngữ để chỉ công nghệ của các hệ thống bao gồm các bộ phận

điện tử, cơ học, quang học… rất nhỏ (cỡ nanomet hay micromet) được kết hợp cùng

với nhau Công nghệ MEMS dựa trên cơ sở các kỹ thuật của công nghệ vi điện tử

và các ứng dụng tính chất của vật liệu để tạo ra các cấu trúc cơ học, quang học, hóa

học… có khả năng hoạt động như một hệ thống hoàn chỉnh Khả năng thu nhỏ, tích

hợp các linh kiện của công nghệ MEMS là một trong những lí do khiến cho nó trở

thành một công nghệ đầy hứa hẹn của hiện tại cũng như tương lai

MEMS là viết tắt của cụm từ Micro Electro-Mechanical System có nghĩa là

“ hệ thống vi cơ điện tử “ MEMS còn được gọi bằng những cái tên khác như

MicroMachines (vi máy) ở Nhật Bản hay Micro Systems Technology-MST (công

nghệ vi hệ thống) ở Châu Âu Khái niệm về MEMS được đưa ra từ những năm 50

của thế kỷ 20 Giống như tên gọi của nó, lĩnh vực của MEMS ban đầu bao gồm các

cấu trúc cơ có kích cỡ micromet và các mạch vi điện tử được tích hợp trên cùng một

chip

Công nghệ MEMS cũng bao gồm các phương pháp chế tạo đặc trưng và các cấu

trúc mới của thiết bị

Sơ đồ khối cơ bản của một cấu trúc MEMS được biểu diễn ở hình vẽ dưới đây:

Hình 1: Sơ đồ các khối cơ bản trong một hệ MEMS

Các thành phần cơ bản của một hệ thống MEMS gồm có: vi cảm biến, vi chấp hành, vi xử lý, vi cấu trúc cơ Nhờ cấu trúc này, các hệ thống MEMS cho phép thu nhận các tín hiệu cơ nhờ các vi cảm biến, thông qua xử lý tín hiệu của các vi cấu trúc và vi xử lý, đưa ra tín hiệu điều khiển các vi chấp hành tác động ngược lại môi trường

Nguyªn tö DNA

Vi-rót

TÕ bµo

§ - êng kÝnh sî i

Vi m¹ ch C«ng nghÖ nano

Hình 2 Kích thước các cấu trúc MEMS

Các linh kiện MEMS được cấu tạo từ các bộ phận có kích thước khoảng 1 đến 100 micomet và một linh kiện MEMS có kích thước thông thường từ 20 micromet đến 1 milimet

Hình 3: Minh họa cấu trúc và khả năng xử lý tín hiệu của MEMS

Ngày nay, thuật ngữ MEMS không còn hoàn toàn đúng bởi sự phát triển của các linh kiện MEMS không còn giới hạn trong phạm vi lĩnh vực cơ-điện nữa mà còn phát triển sang một số lĩnh vực khác như: nhiệt, quang, hóa học, sinh học, y học… Hơn nữa, kích cỡ các linh kiện cũng ngày càng được thu nhỏ đến mức nanomet (công nghệ NEMS) Tuy nhiên, thuật ngữ MEMS vẫn được sử dụng do ý nghĩa lịch sử của nó

Nhờ khả năng tích hợp, rút gọn của các hệ thống MEMS, công nghệ MEMS

đã và đang phát triển rất mạnh mẽ trong các lĩnh vực yêu cầu thu nhỏ kích cỡ các linh kiện và tăng mật độ tích hợp linh kiện Ví dụ như trong lĩnh vực vi robot, vi vận chuyển hay lĩnh vựa chế tạo các thiết bị điện tử cầm tay đa chức năng…

Ngoài ra, các linh kiện MEMS còn có rất nhiều ưu điểm vượt trội khác so với các linh kiện chế tạo bởi các công nghệ truyền thống như:

• Kích thược nhỏ, khối lượng nhẹ nên rất tiện ích cho các ứng dụng

• Được chế tạo hàng loạt (batch) nên giá thành rẻ

• Độ lặp lại cao

• Có thể là một linh kiện đơn lẻ hay một thiết bị hoàn chỉnh

1.1.1 Vật liệu dùng trong công nghệ MEMS

MEMS bao gồm các cấu trúc vi cơ-điện hoạt động một cách hòa hợp, thống nhất Mỗi bộ phận của một linh kiện MEMS thường cấu tạo bởi các vật liệu khác nhau Ví dụ như: dây dẫn làm từ kim loại, điện trở làm từ bán dẫn pha tạp, tụ điện

có bản tụ kim loại và lớp điện môi làm từ gốm áp điện… Tính chất vật liệu của mỗi

bộ phận có thể ảnh hưởng đến đặc tính của cả linh kiện Vì thế, việc tạo nên một linh kiện MEMS đòi hỏi một kiến thức vững vàng về các loại vật liệu để có thể kết hợp chúng một cách tốt nhất trong thiết kế và xây dựng quy trình chế tạo hợp lý

Trên thực tế, công nghệ MEMS là một tập hợp chung các kỹ thuật chế tạo khác nhau Vì vậy, các vật liệu được sử dụng trong công nghệ MEMS cũng rất rộng rãi: silicon, thủy tinh, gốm, polymer, các hợp chất bán dẫn của các nguyên tố nhóm III và V và cả một số kim loại như nhôm, titan, volfram… Tuy nhiên, silicon vẫn là vật liệu được sử dụng chủ yếu do các ưu điểm nổi trội về tính chất vật liệu, công nghệ chế tạo, mức độ sử dụng rộng rãi trong điện tử và cả tính kinh tế của nó Dưới đây là một số vật liệu chủ yếu sử dụng trong MEMS:

• Silicon: gồm có silicon đơn tinh thể và silicon đa tinh thể Vật liệu silicon

nói chung có ưu điểm là giá thành rẻ, đã được ứng dụng rộng rãi và có các tính chất

cơ học tốt

Silicon đơn tinh thể có một số tính chất quan trọng thỏa mãn các yêu cầu của các kỹ thuật trong MEMS: tính ăn mòn dị hướng theo trục tinh thể trong một số dung dịch, tính chất áp điện trở của vật liệu bán dẫn, tính ăn mòn dừng của silicon pha tạp mạnh… Do các tính chất đó, silicon đơn tinh thể thường được sử dụng làm vật liệu ăn mòn hoặc mặt nạ ăn mòn trong công nghệ vi cơ khối, làm đế để chế tạo các linh kiện lên trên trong công nghệ vi cơ bề mặt Và trong các linh kiện MEMS tích hợp, silicon đơn tinh thể là vật liệu điện tử chính để chế tạo các IC

Silicon đa tinh thể thường được chế tạo ở dạng màng mỏng bằng phương

trong các cấu trúc tạo bởi công nghệ vi cơ bề mặt với silicon đa tinh thể là vật liệu cấu trúc chính, silicon dioxide là vật liệu hi sinh và silicon nitride là vật liệu cách điện của cấu trúc

• Silicon dioxide (SiO 2 ): có thể được tạo ra trên phiến silicon bằng cách oxy

hóa

SiO2 có tính chất cơ học và tính chất của một lớp cách điện rất tốt Ngoài ra, lớp SiO2 có cấu trúc và tính chất cơ học tương tự Si nên tránh được ứng suất nội ở lớp tiếp xúc SiO2-Si Do đó, SiO2 được sử dụng rất rộng rãi trong các quy trình để thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật khác nhau

• Silicon nitride (Si 3 N 4 ): thường được tạo ra dưới dạng màng mỏng bằng

cách điện, chất thụ động hóa bề mặt, mặt nạ ăn mòn và vật liệu cơ học

• Vật liệu áp điện: thạch anh, GaAs, ZnO, PZT là các vật liệu có tính chất áp

điện thường được sử dụng Vật liệu áp điện đóng vai trò quan trọng trong công nghệ MEMS Nó không chỉ được sử dụng chủ yếu trong các chấp hành cơ học mà còn được dùng một phần trong các ứng dụng về cảm biến Trong thời gian gần đây, vật liệu áp điện đang được tập trung phát triển trong MEMS là PZT do vật liệu này có hằng số áp điện cao

• Kim loại: được sử dụng với rất nhiều mục đích khác nhau, như mặt nạ quang

khắc, mặt nạ ăn mòn, vật liệu dẫn điện và các cấu trúc cơ học trong các cảm biến hay vi chấp hành Màng mỏng kim loại có thể được tạo ra bằng nhiều phương pháp lắng đọng như bốc bay nhiệt, phún xạ, CVD và mạ điện

Nhôm là kim loại được sử dụng rộng rãi nhất trong chế tạo các linh kiện MEMS Màng nhôm có thể dùng để liên kết với các vật liệu polymer Trong hầu hết các trường hợp, Al thường được sử dụng làm vật liệu cấu trúc như dây dẫn hay điện cực… Nhưng trong một số trường hợp, Al cũng có thể sử dụng làm vật liệu hi sinh

Ngoài ra, còn một số các kim loại khác cũng thường được sử dụng như Au,

Pt, W,…

• Ngoài các vật liệu kể trên, công nghệ MEMS còn sử dụng một số các vật liệu khác như: silicon carbide, các vật liệu Ge, các vật liệu nhóm III-V, kim cương,…

Các công nghệ chế tạo linh kiện MEMS

Khả năng ra đời các máy móc có kích thước rất nhỏ đã được Richard Feynman đưa ra từ lâu trước khi ra đời công nghệ có thể chế tạo ra chúng Công nghệ chế tạo các linh kiện MEMS đã trải qua một lịch sử phát triển khá dài và các bước phát triển đó được đánh dấu bởi các công nghệ với quy trình kỹ thuật mang tính đặc trưng

Dựa theo các quy trình chế tạo mà người ta phân chia công nghệ MEMS thành:

a Công nghệ vi cơ khối

Khi mà mạch tích hợp phát triển vào đầu những năm 1960, một số nhà khoa học đã có ý tưởng về việc tạo ra các cảm biến tích hợp để giảm giá thành và đặt cả cảm biến và mạch điện tử trên cùng một chip Đến cuối những năm 1960, kỹ thuật

ăn mòn Si đã được sử dụng để tạo ra các màng mỏng có thể chuyển áp suất thành tín hiệu điện Năm 1970, ăn mòn dị hướng chọn lọc được sử dụng để tạo màng có kích thước cần thiết Hiệu ứng ăn mòn dừng với Si pha tạp cũng được phát hiện ra

ngay sau đó, và “công nghệ vi cơ khối” ra đời Kỹ thuật hàn chip (bao gồm cả hàn

dây, hàn phiến và đặc biệt hàn tĩnh điện Si-thủy tinh) cũng mang đến rất nhiều ứng dụng và khả năng tích hợp các cấu trúc khác nhau

Công nghệ vi cơ khối là công nghệ dùng các kỹ thuật gia công vật liệu như oxy hóa, quang khắc và ăn mòn để chế tạo các cấu trúc vi cơ có dạng khối (3D) Các cấu trúc tạo ra bởi công nghệ vi cơ khối thường có hình dạng khá đơn giản

Tùy theo kỹ thuật ăn mòn được sử dụng mà người ta lại chia nhỏ công nghệ vi cơ khối ướt và công nghệ vi cơ khối khô

• Công nghệ vi cơ khối ướt: như đã đề cập ở phần trên, vật liệu Si có tính ăn mòn

dị hướng Để tạo ra các cấu trúc mong muốn, người ta sử dụng kỹ thuật ăn mòn ướt

để lấy đi một phần thể tích của vật liệu Vật liệu được ăn mòn trong dung dịch KOH Do ăn mòn ướt có tính dị hướng kém (ăn mòn dị hướng theo trục tinh thể) nên các cấu trúc ăn mòn có vách dạng vát với góc 54,7 độ Vì thế các cấu trúc này

có tỉ số hình dạng thấp, kích thước lớn

Hình 4: Minh họa hốc ăn mòn trong công nghệ vi cơ khối ướt

• Công nghệ vi cơ khối khô: trong công nghệ vi cơ khối khô, thay vì ăn mòn

phiến Si trong dung dịch KOH, người ta sử dụng kỹ thuật ăn mòn khô Phiến Si được ăn mòn trong môi trường plasma bằng chùm ion và tạo ra các cấu trúc mong muốn Cơ chế ăn mòn có thể bao gồm cả cơ chế hóa học và vật lý

Hình 5: Một số cấu trúc chế tạo bằng công nghệ vi cơ khối khô

Ăn mòn khô có tính dị hướng tốt hơn nhiều so với ăn mòn ướt do sử dụng chùm ion định hướng với cơ chế ăn mòn gồm cả cơ chế vật lý và cơ chế hóa học Vì thế nên các cấu trúc này có tỉ số hình dạng cao, bề mặt nhẵn và các vách ăn mòn có dạng thẳng đứng do đó nên thu nhỏ được kích thước linh kiện hơn so với công nghệ

vi cơ khối sử dụng kỹ thuật ăn mòn ướt

Công nghệ vi cơ khối là công nghệ MEMS được áp dụng đầu tiên và đã tạo

ra được rất nhiều ứng dụng trong các sản phẩm hiện nay Ví dụ như cảm biến áp suất ứng dụng trong việc kiểm soát lưu lượng xăng và khí thải trong ô tô; cảm biến gia tốc ứng dụng trong hệ thống túi khí của ô tô; đầu phun mực trong máy in và nhiều các ứng dụng khác nữa

b Công nghệ vi cơ bề mặt

Công nghệ vi cơ bề mặt ra đời vào giữa những năm 1980 và nhanh chóng dẫn đến nhiều ứng dụng trong các cảm biến áp suất, cảm biến gia tốc và các cấu trúc

vi cơ khác đặc biệt là trong các ứng dụng về vi chấp hành (micro-actuator)

Công nghệ vi cơ bề mặt sử dụng các kỹ thuật như oxy hóa, lắng đọng, quang khắc, ăn mòn để chế tạo các cấu trúc trên bề mặt vật liệu sử dụng làm để Các cấu trúc này rất mỏng, có thể coi như các cấu trúc 2 chiều (2D) và có thể có cấu trúc phức tạp Dưới đây là một ví dụ minh họa quy trình kỹ thuật trong công nghệ vi cơ

bề mặt

Hình 6: Quy trình chế tạo cantilever kích thước micro dựa trên công nghệ vi cơ bề

mặt

Trong công nghệ vi cơ bề mặt, người ta lắng đọng lên đế các lớp vật liệu khác nhau trong đó có vật liệu cấu trúc và vật liệu hi sinh Sau một quy trình kỹ thuật bao gồm oxy hóa, quang khắc, ăn mòn với mục đích dùng các lớp vật liệu hi sinh để tạo ra cấu trúc trên lớp vật liệu cấu trúc Sau đó ăn mòn lớp vật liệu hi sinh

đi để tạo ra được cấu trúc mong muốn

Việc ăn mòn có tính chọn lọc lớp hi sinh cho phép tạo ra các cấu trúc có kích thước rất nhỏ, tỉ số hình dạng cao và có thể có hình dạng phức tạp

c Công nghệ LIGA

Công nghệ LIGA được người Đức phát minh ra Nó bao gồm các kỹ thuật khắc, mạ điện, làm khuôn, đúc, dập… Công nghệ này đòi hỏi một nền công nghệ cơ khí chính xác rất cao vì thế đây là một công nghệ rất tiên tiến và đắt tiền

Trong công nghệ LIGA, người ta sử dụng các kỹ thuật cơ khí chính xác (khắc bằng chùm ion, dập…) để tạo ra một khuôn đúc có cấu trúc mong muốn Sau

đó sử dụng vật liệu (thường là kim loại) để đúc ra linh kiện có cấu trúc 3D Hình bên dưới minh họa các bước quy trình kỹ thuật trong công nghệ LIGA

Hình 7: Quy trình chế tạo vi bánh răng theo công nghệ Liga

Công nghệ LIGA có khả năng tạo ra các cấu trúc 3D kích thước tùy ý Vì sử dụng khuôn đúc tạo ra bởi kỹ thuật khắc bằng chùm ion nên có các linh kiện tạo ra

có độ chính xác cao, kích thước nhỏ, tỉ số hình dạng rất cao

1.1.2 Rung động trong đời sống con người

Các rung động cơ học trong đời sống

Con người sống trong một môi trường đàn hồi Vì thế, các rung động cơ học xung quanh luôn luôn tác động lên cuộc sống của chúng ta Các vấn đề về rung động là rất quan trọng trong mọi lĩnh vực của cuộc sống Trong sinh hoạt hàng ngày, chúng ta giao tiếp, giải trí một phần lớn là các nhờ âm thanh Với cuộc sống hiện đại, vấn đề ô nhiễm tiếng ồn đang ngày càng được quan tâm bởi ngày càng có nhiều âm thanh có cường độ lớn gây hại cho sức khỏe con người: tiếng ồn do xe cộ, tiếng ồn do loa công suất lớn… Ngoài các bệnh mãn tính về thính giác, thần kinh thì những âm thanh quá lớn còn có thể gây ra nhiều bệnh cấp tính về tim mạch hay hô hấp…

Trong công nghiệp, việc đo độ rung có tầm quan trọng đặc biệt vì các lý do sau:

• Nhằm khống chế độ rung để tránh tiếng ồn gây hại cho sức khỏe

• Hạn chế mức rung ở giới hạn cho phép để đảm bảo an toàn cho các kết cấu

• Rung động liên quan đến trạng thái mài mòn và bền mỏi của các chi tiết cơ khí trong máy móc Đo độ rung giúp người quản lý nắm được tình trạng mòn của máy

và có kế hoạch bảo dưỡng, sửa chữa kịp thời

• Ngoài ra khi thiết kế, cần tính toán để máy có tần số rung riêng thích hợp, tránh hiện tượng cộng hưởng đồng thời tiết kiệm điện năng

Trong giao thông nói chung và cầu đường nói riêng, độ rung của các cây cầu thể hiện tình trạng hoạt động của cầu Việc đo độ rung của các cây cầu có thể giúp

rung rất mạnh Điển hình là một số cây cầu đã cũ và xuống cấp như cầu Long Biên

và cầu Đuống Việc đo và kiểm soát độ rung của các cây cầu này là rất cần thiết để

dự đoán khả năng hoạt động của cầu và tránh tai nạn đáng tiếc có thể xảy ra

Trong lịch sử, có một vài trường hợp khi một đội quân đi đều bước qua cầu

đã làm cầu bị sập mặc dù cầu vẫn còn rất tốt và không hề bị quá tải Đó là do nhịp bước đi của những người lính trùng với tần số dao động riêng của cây cầu và làm cộng hưởng rung động gây ra gẫy cầu Đo độ rung có thể giúp ta tìm ra tần số dao động riêng của cầu Qua đó có biện pháp hạn chế tốc độ của các phương tiện giao thông trên cầu để tránh gây ra hiện tượng cộng hưởng

Cường độ rung động được đặc trưng bởi độ dịch chuyển, vận tốc hay gia tốc

ở các điểm trên vật rung Vì vậy, cảm biến gia tốc có thể được sử dụng để làm cảm biến đo độ rung Với tầm quan trọng đặc biệt của việc đo độ rung, nghiên cứu ứng dụng cảm biến gia tốc áp điện trở đo độ rung là cần thiết và khả thi

1.2 Cảm biến gia tốc

1.2.1 Giới thiệu chung về cảm biến gia tốc

Cảm biến gia tốc là một trong những linh kiện MEMS điển hình được phát minh ra từ rất sớm và hiện nay đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: đo

độ rung, đo gia tốc, đo vận tốc, đo vận tốc góc…

Một ứng dụng khá gần gũi trong sinh hoạt của sensor gia tốc là ứng dụng

trong túi khí cấp cứu của ô tô Nguyên lý hoạt động của hệ thống túi khí này khá

đơn giản Nó gồm có một cảm biến gia tốc gắn với một vi điều khiển Vi điều khiển này nhận tín hiệu do cảm biến truyền đến và điều khiển việc bung túi khí nếu có tai nạn do va chạm mạnh xảy ra Khi xảy ra va chạm mạnh, gia tốc lớn hơn một mức ngưỡng an toàn nào đó được đặt trước sẽ được cảm biến gia tốc thu nhận và gửi về cho vi điều khiển Vi điều khiển sẽ truyền tín hiệu điều khiển túi khí và làm túi khí bung ra tức thời, giữ an toàn cho những người trên xe Tùy theo hướng va chạm có

thể xảy ra, người ta sẽ lắp đặt hệ thống cảm biến-vi điều khiển-túi khí này theo các hướng khác nhau tùy chiều cảm ứng của cảm biến (có thể lắp đặt ở vô lăng và cửa xe)

1.2.2 Phân loại cảm biến gia tốc

Tùy theo mục đích ứng dụng, công nghệ chế tạo, người ta đã phát triển rất nhiều loại cảm biến gia tốc có cấu trúc khác nhau Có thể phân loại cảm biến gia tốc theo công nghệ chế tạo hoặc theo nguyên lý hoạt động của cảm biến

1.2.3 Theo công nghệ chế tạo

1.2.4 Theo nguyên lý hoạt động:

Nói chung, cấu tạo của cảm biến gia tốc bao gồm một khối gia trọng được treo bởi hệ các thanh dầm

Hình 8: Một số cấu trúc cảm biến gia tốc đơn giản

Hình vẽ trên mô tả một số cấu trúc đơn giản của cảm biến gia tốc vi cơ Tùy theo thiết kế và công nghệ chế tạo, số thanh dầm và vị trí các thanh dầm có thể khác nhau

Sau đây là sơ đồ tương đương của cảm biến gia tốc trong đó, các thanh dầm tương đương với lò xo và sức cản không khí hoạt động tương đương với một bộ giảm chấn

Lò xo

Bộ giảm chấn

Khối gia trọng

Chuyển vị

Hình 9: Sơ đồ tương đương của cảm biến gia tốc

Khi có gia tốc tác động lên cảm biến, khối gia trọng sẽ chuyển động và gây

ra lực quán tính lên hệ thống thanh dầm và làm các thanh dầm bị biến dạng Vì vậy

để đo gia tốc, người ta thường dựa vào chuyển vị của khối gia trọng hoặc độ biến dạng của các thanh dầm

Tùy theo phương pháp đo gia tốc dựa vào cơ sở chuyển vị của khối gia trọng hay sự biến dạng (ứng suất) của các thanh dầm, người ta sử dụng các nguyên lý của các hiệu ứng khác nhau: phương pháp đo dựa trên cở sở ứng suất thường sử dụng các hiệu ứng áp điện trở, áp điện, trong khi đó phương pháp đo dựa trên cơ sở chuyển vị thường sử dụng hiệu ứng điện dung Do đó, có thể phân loại cảm biến gia tốc theo nguyên lý hoạt động của chúng

Bảng 1: Bảng so sánh đặc điểm của các loại cảm biến theo nguyên lý đo

Độ phức tạp hệ thống

Độ tuyến tính

Các đặc điểm khác

Khả năng cảm ứng nhiều bậc tự

Trung bình

- Công nghệ chế tạo phức tạp

- Silic không phải là vật liệu áp điện

- Không cần khối gia

trọng

- Tần số thấp, nhiễu lớn

1 hoặc 2 bậc

tự do

Bảng trên nêu lên một số so sánh tổng quát về đặc tính của các cảm biến vi

cơ nói chung hoạt động với nguyên lý dựa trên cơ sở các hiệu ứng vật lý khác nhau thường được sử dụng

Cảm biến gia tốc vi cơ thường được thiết kế chế tạo để hoạt động dựa trên các nguyên lý như điện dung, áp điện, áp điện trở Dựa theo bảng so sánh trên có thể thấy được một số ưu điểm của cảm biến gia tốc hoạt động dựa trên hiệu ứng áp điện trở: dễ chế tạo, độ nhạy cao, độ phức tạp hệ thống thấp, thích hợp với quy trình sản xuất IC Những ưu điểm này tương đối phù hợp với khả năng kỹ thuật và mục đích ứng dụng tại Việt Nam Vì thế thời gian vừa qua, nhóm MEMS thuộc viện ITIMS đã nghiên cứu thiết kế chế tạo thành công cảm biến gia tốc áp điện trở 3 bậc

tra đặc trưng và thử nghiệm ứng dụng cho thấy cảm biến hoạt động tốt và ổn định, hứa hẹn khả năng ứng dụng rộng rãi

1.2.5 Cảm biến gia tốc áp điện trở

nhiên, các thiết bị này có dải tần số đo, từ 10 Hz đến 15 kHz và có giá rất cao Với các hệ thống máy móc công nghiệp và các cây cầu, tần số rung động của chúng khá thấp và dải tần số rộng của các thiết bị này là không cần thiết

Các hệ thống máy móc công nghiệp, bao gồm các tổ máy tua-bin của các nhà máy điện và các hệ động cơ có tần số rung động khoảng 40 Hz đến 50Hz Còn các cây cầu thường có tần số dao động rất thấp, từ 10 Hz đến 30Hz Cảm biến gia tốc áp điện trở do nhóm MEMS thuộc viện ITIMS chế tạo với kích thước 2x2x0.5 có dải tần số làm việc từ 10 Hz đến 80Hz hoàn toàn có thể đáp ứng yêu cầu về việc đo độ rung của các rung động này Vị vậy, hoàn toàn có thể ứng dụng cảm biến gia tốc áp điện trở này để chế tạo một thiết bị đo độ rung của các hệ thống máy móc công nghiệp và các cây cầu

1.2.5.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Khối gia trọng Thanh dầm nhạy cơ Thanh dầm treo Khung ngoài

Hình 10: Cấu trúc cơ học cảm biến áp điện trở 3 bậc tự do

Như đã nói ở phần trên, cảm biến gia tốc áp điện trở cũng có cấu trúc cơ học gồm một khối gia trọng được treo trên một khung ngoài bằng một hệ thống các

thanh dầm treo và thanh dầm nhạy cơ Hình dưới đây là cấu trúc cơ học của cảm biến gia tốc áp điện trở do nhóm MEMS thiết kế

Với mục đích ứng dụng cảm biến gia tốc áp điện trở để đo độ rung, em đã sử dụng cảm biến kích thước 1x1mm với các thông số hình học như sau:

Bảng 2: Các thông số hình học của cảm biến áp điện trở 3 bậc tự do

Các thông số hình học của cảm biến 1x1 mm

Thiết kế cảm biến gia tốc áp điện trở có cấu trúc cơ học như trên với một hệ các thanh dầm nhạy cơ song song vừa làm thu gọn kích thước cảm biến đồng thời lại tăng độ nhạy cho cảm biến Khi khối gia trong chuyển động, bộ phận bị biến dạng chính là các thanh dầm nhạy cơ này Nhờ quá trình mô phỏng cấu trúc cơ của cảm biến, ta tìm được các vị trí trên các thanh dầm nhạy cơ có ứng suất lớn nhất và cấy các áp điện trở lên các vị trí đó bằng phương pháp khuếch tán

Hình 11: Vị trí cấy các áp điện trở trên các thanh dầm

Các áp điện trở được nối với nhau bằng dây dẫn Al được bốc bay lên bề mặt cảm biến và tạo thành các cầu điện trở Wheaston khác nhau để đo gia tốc theo các

Wheaston đo gia tốc theo trục x, y,z

Nối đất

Hình 12: Sơ đồ nối điện các áp điện trở

Khi khối gia trọng chuyển động và làm biến dạng các thanh dầm nhạy cơ thì các áp điện trở phải chịu một ứng suất cơ học Các phần tử áp điện trở trên hai nhánh của cầu Wheaston sẽ chịu tác dụng của ứng suất kéo và các phần tử của hai nhánh còn lại chịu tác dụng của ứng suất nén Hiệu ứng áp điện trở làm thay đổi giá trị điện trở của chúng Nhờ đó, hiệu điện thế giữa hai đầu lối ra của cầu Wheaston thay đổi và gia tốc sẽ được xác định Các áp điện trở đặt song song, đối xứng và nối với nhau thành cầu Wheaston có tác dụng làm giảm hiện tượng “cross-talk” đồng thời bù trừ sự mất ổn định vốn ảnh hưởng rất nhiều tới các cảm biến gia tốc sử dụng nguyên lý áp điện trở

1.2.5.2 Một số đặc trưng của cảm biến gia tốc kích thước 1x1mm

Để ứng dụng cảm biến gia tốc áp điện trở trong việc đo độ rung, ta cần dựa trên cơ sở một số đặc trưng của cảm biến như đặc trưng về độ nhạy và đặc trưng về tần số Dưới đây em sẽ giới thiệu một vài đặc trưng của cảm biến gia tốc áp điện trở kích thước 1x1mm

- Đặc trưng độ nhạy

Đặc trưng về độ nhạy của cảm biến thể hiện bởi tỉ số giữa điện áp của tín hiệu ra và gia tốc tác động lên cảm biến

Hình 13: Sự phụ thuộc của điện áp tín hiệu ra vào gia tốc

Đồ thị trên thể hiện sự phụ thuộc của điện áp tín hiệu ra vào gia tốc tác động lên cảm biến ở tần số 50Hz và dải gia tốc từ -4g đến 4g Giá trị độ nhạy tính được là: 0.33 mV/g

- Đặc trưng tần số

Giữ nguyên giá trị gia tốc tác động lên cảm biến và thay đổi tần số của gia tốc rung, ta có được đồ thị thể hiện sự phụ thuộc của độ nhạy vào tần số của rung động

Hình 14: Sự phụ thuộc của độ nhạy vào tần số rung động

Đồ thị trên cho thấy dải tần số hoạt động tốt của cảm biến là từ 5 đến 80Hz Cảm biến nhạy với các rung động tần số này và kém nhạy hơn rất nhiều với các rung động có tần số cao hơn Đặc trưng này của cảm biến thỏa mãn được mục đích ứng dụng là đo tần số rung của các kết cấu cơ học và độ rung của các cây cầu với các rung động ở tần số thấp, từ 10 đến 100Hz

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH

2.1 Sơ đồ khối của hệ đo tín hiệu rung

Hình 15: Sơ đồ khối của hệ đo độ rung

nguyên lý như sau :

- Trước tiên là khối cảm biến: khối cảm biến có nhiệm vụ thu thập dữ liệu Cảm biến được chế tạo để đo độ rung (gia tốc) của đối tượng cần khảo sát Khối cảm biến được gá chắc chắn trên đối tượng cần đo, với cấu tạo bên trong của cảm biến là cầu wheaston nhưng có thể không cân bằng và do đó ban đầu ta phải chỉnh độ lệch điện áp đầu ra của cấu Khi đối tượng dao động làm thay đổi điện trở bên trong cảm biến khi đó sẽ làm cầu mất cân bằng và có tín hiệu ra

- Sau đó tín hiệu ra được đưa tới bộ lặp do cảm biến áp điện trở có độ nhạy nên sẽ tránh được nhiễu, giảm hao hụt đường truyền

- Tín hiệu sau bộ lặp được đưa tới khối khuếch để nâng tín hiệu lên (vì tín hiệu thu được sau cảm biến là rất nhỏ) Tín hiệu sau khi qua bộ khuếch đại được đưa đến khối chuẩn hóa tín hiệu từ 0v đến 5v Tín hiệu thu được sau bộ chuẩn hóa được đưa

tới vi điều khiển để thu thập xử lý, tính toán và hiển thị dạng sóng của tín hiệu gia tốc

2.2 Khối cảm biến

2.2.1 Thông số kỹ thuật của cảm biến áp điện trở

Hình 16: Sơ đồ chân của cảm biến và đã được bọc lớp bảo vệ

Hình 17: Mạch nguyên lý và tạo cầu cân bằng cho cảm biến

Hình 18: Sơ đồ điện trở của cảm biến

Cảm biến này có hai loại lối ra đó là lối ra số (độ rộng xung lối ra tỉ lệ với gia tốc) và lối ra tương tự (mức điện áp tương tự lối ra tỉ lệ với gia tốc)

Cảm biến có thể được sử dụng để đo cả gia tốc tĩnh( ví dụ như gia tốc trọng trường ) gia tốc động (ví dụ như độ rung ) ứng dụng làm sensor đo độ rung

Dải đo là trong khoảng ± 4 g với g là gia tốc trọng trường

Bảng 3: Sơ đồ chân của cảm biến

2.2.3 Đặc tính kĩ thuật của cảm biến áp điện trở

Mạch khuếch đại 10000 lần ,cảm biến khảo sát ở f = 50 Hz

Ta có phương trình tuyến tính giữa điện áp và gia tốc :

Output Voltage (V)

1 0.582927

Hình 20: Sự phụ thuộc của điện áp ra vào gia tốc tại 2g

Hình 21: Cảm biến bị tác động bởi nhiễu (0,26V)

2.3 Khối nguồn

Khối nguồn tạo ra các mức điện áp cung cấp nguồn cho các khối khác hoạt động Trong bộ bộ thí nghiệm này chúng em sử dụng nguồn ắcquy 12V và ICL 7660S

2.3.1 Ắc quy

Ắcquy là loại bình điện hóa học dùng để tích trữ năng lượng điện và làm nguồn điện cung cấp cho các thiết bị điện như động cơ điện, bóng đèn, làm nguồn nuôi cho các linh kiện điện tử…Các tính năng cơ bản của Ắc-quy:

phóng ra

trở dung dịch điện phân có xét đến sự ngăn cách của các tấm ngăn giữa các bản cực Thường trị số điện trở trong của ắc-quy khi đã nạp đầy điện là 0.001Ω đến 0.0015Ω

và khi ăc-quy phóng điện hoàn toàn là 0.02 Ω đến 0.025 Ω

sắt kền hay ăc-quy cadimi-kền) Trong đó ăc-quy a-xit được dùng phổ biến và rộng rãi hơn

Các bộ phận chủ yếu của ăc-quy a-xít gồm:

su cứng, nắp có cá lỗ để đồ dung dịch điện phân vào bình và đầu cực luồn qua nút đậy để dung dịch khỏi đổ ra

- Cầu nối bằng chì để nối tiếp các đầu cực âm của ngăn ăc-quy này với cực dương của ngăn ắc-quy tiếp theo

- Đơn vị đo điện tích acquy thường dùng trong thực tế là Ah (Ampere *

hour)

2.3.2 ICL 7660S

- ICL 7660 là linh kiện tạo nguồn điện áp âm ICL7660S thực hiện chuyển đổi điện áp cung cấp từ tích cực tiêu cực đối với một phạm vi đầu vào của 1.5V đến 12V , kết quả là điện áp đầu ra bổ sung của 1.5V-12V Các ICL7660S có thể được kết nối với chức năng như một nhân đôi điện áp và sẽ tạo ra lên đến 22.8V với một đầu vào 12V Nó cũng có thể được sử dụng như một số nhân điện áp hoặc chia điện

áp

Hình 22: Sơ đồ chân của ICL7660S

Hình 23: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn

- Con chip này chứa điều tiết cung cấp điện DC một loạt RC dao động, dịch cấp điện áp, và bốn công suất đầu ra MOS thiết bị chuyển mạch Dao động, khi bốc dỡ, dao động ở một danh nghĩa tần số 10KHz cho một điện áp cung cấp đầu vào 5.0V Tần số này có thể được hạ xuống bằng cách thêm một tụ điện bên ngoài để thiết bị đầu cuối "OSC", hoặc dao động có thể được điều khiển bởi một đồng hồ bên ngoài

2.4 Khối khuếch đại

2.4.1 Giới thiệu về khuếch đại đo lường

Trong các thiết bị đo tín hiệu đo được lấy ra từ các bộ cảm biến sử dụng suất rất nhỏ Muốn khuyếch đại được những tín hiệu như vậy cần phải cần những bộ khuyếch đại điện trở đầu vào phải rất lớn:

Hình 25: Mạch khuếch đại do lường

Nếu R1 = R4 = R5 = R6 thì ta có:

Vì R1 = R6 => Uout = Ur2 + U1rf –Ur1

Nếu Uref = 0 =>