Thiết kế chế tạo cảm biến dòng chảy dựa trên nguyên lý kiểu tụ và kiểu áp trở Phạm Quốc Thịnh Trường Đại Học Công Nghệ, Đại Học Quốc Gia Hà Nội Luận văn Ths.. Nghiên cứu về áp trở và c
Trang 1Thiết kế chế tạo cảm biến dòng chảy dựa trên
nguyên lý kiểu tụ và kiểu áp trở
Phạm Quốc Thịnh
Trường Đại Học Công Nghệ, Đại Học Quốc Gia Hà Nội Luận văn Ths Kỹ thuật điện tử; Mã Số: 60 52 70
Nghd: PGS.TS Chử Đức Trình
Năm bảo vệ: 2013
Abstract: Giới thiệu chung về vi lỏng và ứng dụng Nghiên cứu về áp trở và các kết quả
thu được của nhóm nghiên cứu được trình bày theo định hướng là tham chiếu cho các kết quả chính về cảm biến dòng chảy dựa trên nguyên lý kiểu tụ Các cấu trúc đề xuất của nghiên cứu này có tiềm năng ứng dụng vào các hệ thống theo dõi bọt khí trong mạch máu, phát hiện vật thể lạ trong mao dẫn, đo nồng độ hạt kim loại trong dầu máy động cơ, v.v
Keywords: Điện tử học ; Kỹ thuật điện tử ; Cảm biến ; Nguyên lý kiểu tụ ; Nguyên lý kiểu
áp trở
Contents:
Mở đầu
Hệ thống vi cơ điện tử (MEMS) là tập hợp các vi cảm biến và cơ cấu chấp hành có khả năng cảm nhận môi trường xung quanh và đáp ứng với những thay đổi trong môi trường đó với việc sử dụng một vi mạch điều khiển Một thiết bị MEMS thông thường là một hệ thống vi cơ tích hợp trên một chíp với những cơ cấu chấp hành và cảm biến mong muốn Hệ thống này cũng
có thể cần vi nguồn cung cấp, vi relay và đơn vị xử lý tín hiệu nhỏ
Công nghệ vi cơ đã và đang tiến xa hơn nhiều so với nguồn gốc của nó là công nghệ bán dẫn Với ưu thế, có thể tạo ra những cấu trúc cơ học nhỏ bé tinh tế và nhạy cảm đặc thù, công nghệ vi cơ hiện nay đã cho phép tạo ra những bộ cảm biến và cơ cấu chấp hành được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống Các thành phần vi cơ làm cho hệ thống hoạt động nhanh, đáng tin cậy,
rẻ hơn và khả năng kết hợp các chức năng phức tạp
Trang 2Thiết bị MEMS đã được đề xuất và chứng minh sự hữu dụng trong các lĩnh vực khác nhau như vi lỏng, hàng không vũ trụ, y sinh học, phân tích hóa học, truyền thông, lưu trữ dữ liệu, hiển thị và quang học, …v.v Các bộ cảm biến siêu nhỏ và rất tiện ích này đã thay thế cho các thiết bị
đo cũ kỹ trước đây Song công nghệ MEMS mới đang ở giai đoạn đầu của nó và cần rất nhiều những nghiên cứu cơ bản và chuyên sâu Cùng với sự phát triển của MEMS, một lĩnh vực mới được mở ra và hứa hẹn nhiều thành công – Lĩnh vực vi lỏng (Microfluidic)
Trên thế giới hiện nay, nhiều trung tâm nghiên cứu quan tâm và phát triển về vi lỏng Công nghệ máy in phun là một trong những công nghệ đi đầu trong lĩnh vực này Cái dễ nhìn thấy hiệu quả của nó là các loại máy in phun công nghệ cao dần thay thế các loại máy cồng kềnh và khó sử dụng với công nghệ cũ Chúng có thể tạo ra những bức ảnh sắc nét không khác gì mẫu Trong y
tế, việc điều khiển tạo ra những giọt vi lỏng với tốc độ khác nhau có ứng dụng rất lớn, việc lọc máu cho các bệnh nhân hiện đang sử dụng công nghệ này Mục đích hướng tới của công nghệ vi lỏng là có thể đo thể tích, vật tốc và đặc tính của chất lỏng từ đó tạo ra các giọt, dòng vi lỏng có những thông số theo yêu cầu sử dụng trong các vi kênh khác nhau
Với những lý do trên, tôi chọn đề tài cho luận văn thạc sĩ là: “Thiết kế chế tạo cảm biến dòng
chảy dựa trên nguyên lý kiểu tụ và kiểu áp trở” (Design and fabrication of flow sensors based on
capacitive and piezoresistive principles)
Trong luận văn này, các nội dung nghiên cứu về áp trở và các kết quả thu được của nhóm nghiên cứu được trình bày theo định hướng là tham chiếu cho các kết quả chính về cảm biến dòng chảy dựa trên nguyên lý kiểu tụ
Các cấu trúc đề xuất của nghiên cứu này có tiềm năng ứng dụng vào các hệ thống theo dõi bọt khí trong mạch máu, phát hiện vật thể lạ trong mao dẫn, đo nồng độ hạt kim loại trong dầu máy động cơ, v.v
Trang 3TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Anh
[1] Koch, M., A G R Evans, and A Brunnschweiler, Microfluidic Technology and
Applications, Baldock, England: Research Studies Press Ltd., 2000
[2] Gravesen, P., J Branebjerg, and O S Jensen, Microfluidics - A Review, Journal of
Micromechanics and Microengineering, Vol 3, 1993, pp 168–182
[3] Abramowitz, S., DNA Analysis in Microfabricated Formats, Journal of Biomedical
Microdevices, Vol 1, No 2, 1999, pp 107–112
[4] Shoji, S., and M Esashi, Microflow Devices and Systems, Journal of Micromechanics and
Microengineering, Vol 4, 1994, pp 157–171
[5] Gravesen, P., J Branebjerg, and O S Jensen, Microfluidics - A Review, Journal of
Micromechanics and Microengineering, Vol 3, 1993, pp 168–182
[6] Gass, V., et al., Integrated Flow-Regulated Silicon Micropump, Proc Transducers,
Yokohama, Japan, 1993, pp 1048–1051
[7] Elwenspoek, M., et al., Towards Integrated Microliquid Handling Systems, Journal of
Micromechanics and Microengineering, Vol 4, 1994, pp 227–245
[8] Stephen Beeby, Graham Ensell, Michael Kraft and Neil White, MEMS Mechanical
Sensors, Artech House, Inc.Boston • London
[9] Richter, M., et al., A Chemical Microanalysis System as a Microfluid System Demonstrator,
Proc Transducers, Chicago, IL, 1997, pp 303–306
[10] Schabmueller, C G J., et al., Micromachined Chemical Reaction System Realized on a
Microfluidic Circuitboard, Proc Eurosensors XII, Southampton, England, Vol 1, Institute
of Physic Publishing, Bristol, England, 1998, pp 571–574
[11] J Wei, P.M Sarro, T Chu Duc, A piezoresistive sensor for pressure monitoring at inkjet
nozzle, Proceeding of IEEE Sensors 2010, pp 2093-2096, 2010
[12] J Wei, T Chu Duc, M van der Velden & P.M Sarro, Tuning of DRIE process for
Capacitive Sensor in Inkjet Nozzle, Proc the 2007 annual workshop on semiconductor
advances for future electronics and sensors (SAFE 2007), pp 625-628, 2007
[13] J Wei, Silicon MEMS for detection of liquid and solid fronts, PhD Thesis, Delft University
of Technology, 2010
[14] J C Maxwell, A treaties on electricity and Magnetism, Oxford: Clarendon, 1873
[15] Ali Heidary, A Low-Cost Universal Integrated Interface for Capacitive Sensors, Master of
Science Electrical Engineering, Electronic Tehran University, Tehran, Iran
Trang 4[16] Stephen D Senturia, Microsystem design, Kluwer academic publishers
[17] Chang Liu, Foundations of MEM, Mechanical Engineering Department and the Electrical
Engineering Department of Northwestern University, Evanston
[18] Stephen Beeby, Graham Ensell, Michael Kraft, Neil White, MEMS mechanics sensors,
Artech House Inc
[19] D.B Wallace and D.J Hayes, Solder Jet – Optics Jet – AromaJet –Reagent Jet – Tooth Jet
and other Applications of Ink-Jet Printing Technology, Proc of IS&T’s NIP18, San Diego,
pp 228-235, 2002
[20] H Ren, R.B Fair, M.G Pollack, Automated on-chip droplet dispensing with volume
control by electro-wetting actuation and capacitance metering, Sens Act B, Vol 98, pp
319-327, 2004
[21] J Wei, C Yue, M van der Velden, Z.L Chen, Z.W Liu, K.A.A Makinwa & P.M Sarro,
Design, fabrication and characterization of afemto-farad capacitive sensor for pico-liter liquid monitoring, Sensors and Actuators A: Physical, doi:10.1016/j.sna.2010.03.021, 2010
[22] H Wijshoff, Structure- and fluid-dynamics in piezo inkjet printheads, PhD thesis,
University of Twente, 2008