Luận văn Thạc sĩ Công nghệ kỹ thuật Điện tử, truyền thông: Nghiên cứu thiết kế, mô phỏng và thử nghiệm cảm biến góc nghiêng hai chiều cấu trúc hai pha lỏng – khí

Luận văn này trình bày nguyên lý thiết kế, chếtạo, thửnghiệm và đánh giá hoạt động của một loại cảm biến nghiêng kiểu điện dung. Cấu trúc cảm biến này có độ tuyến tính và đầu ra analog tương ứng với góc nghiêng nên rất thuận tiện cho việc khảo sát và đánh giá.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Luận văn Thạc sĩ Công nghệ kỹ thuật Điện tử, truyền thông: Nghiên cứu thiết kế, mô phỏng và thử nghiệm cảm biến góc nghiêng hai chiều cấu trúc hai pha lỏng – khí ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN NGỌC DŨNGNGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG VÀ THỬ NGHIỆM CẢM BIẾN GÓC NGHIÊNG HAI CHIỀU CẤU TRÚC HAI PHA LỎNG –KHÍ LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG Hà Nội - 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN NGỌC DŨNGNGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG VÀ THỬ NGHIỆM CẢM BIẾN GÓC NGHIÊNG HAI CHIỀU CẤU TRÚC HAI PHA LỎNG –KHÍ Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số: 60 52 02 03 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: TS. Bùi Thanh Tùng Hà Nội - 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG VÀ THỬNGHIỆM CẢM BIẾN GÓC NGHIÊNG HAI CHIỀU CẤU TRÚC HAI PHALỎNG -KHÍ” do TS. Bùi Thanh Tùng hướng dẫn là công trình nghiên cứu của tôi.Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và không sao chépcác công trình của người khác. Tất cả các tài liệu tham khảo được sử dụng trong luận văn này đều được ghirõ nguồn gốc và tên tác giả. Nếu có sai sót, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Hà Nội, tháng 10, năm 2017 Nguyễn Ngọc Dũng i LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Bùi Thanh Tùng và PGS.TS. ChửĐức Trình đã tận tình chỉ hướng dẫn, chỉ bảo và có những góp ý giá trị để tôi hoànthành luận văn này. Tôi cũng xin cảm ơn TS. Nguyễn Đắc Hải (Đại học Công Nghiệp Hà Nội) vàNCS Vũ Quốc Tuấn (Viện Vật lý ứng dụng – Viện Hàn lâm khoa học công nghệViệt Nam) đã giúp đỡ tôi nhiệt tình trong quá trình đo đạc thực nghiệm các giá trịcủa cảm biến. Cuối cùng, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo của khoa Điện TửViễn Thông, Trường Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà Nội đã truyền đạtcho tôi những kiến thức bổ ích và thiết thực trong suốt quá trình học tập tại trường. Trong quá trình thực hiện luận văn, do kiến thức còn hạn chế, không thểtránh khỏi những thiếu sót, tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của quýThầy Cô để tôi có thể tiếp tục hoàn thiện và phát triển đề tài này. Hà Nội, tháng 10, năm 2017 Nguyễn Ngọc Dũng ii TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văn này trình bày về nghiên cứu phát triển một cảm biến đo gócnghiêng hai trục dựa trên nguyên lý đo điện dung vi sai cấu trúc hai pha lỏng - khí.Cảm biến nghiêng được khảo sát thử nghiệm và cải tiến thiết kế với cấu trúc cảmbiến là hình cầu rỗng với năm điện cực được gắn bên ngoài tại các vị trí xác địnhquanh hình cầu. Trong đó một điện cực đóng vai trò là điện cực kích thích, và haicặp điện cực còn lại (có vị trí đối xứng nhau qua trục đối xứng của hình cầu) đóngvai trò là các điện cực thu cho hai trục x và y. Quả cầu có chứa một phần là chấtlỏng điện môi (nước, hằng số điện môi là 81). Với cấu trúc cải tiến cảm biến đượcđề xuất có thể phát hiện góc nghiêng theo hai trục x và y với độ nhạy và dải làmviệc của cảm biến trên 2 trục này là tương đồng nhau. Hoạt động của cảm biếntrước tiên được khảo sát bằng phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Elementmethod - FEM) sử dụng phần mềm mô phỏng Comsol Multiphysics. Dựa trên kếtquả mô phỏng này, kích thước của các điện cực đã được tìm ra để đạt được tối ưuvề độ nhạy và dải làm việc cho cảm biến. Nguyên mẫu cảm biến đã được chế tạothử sử dụng phương pháp in 3D tạo mẫu nhanh (3D printing) và hoạt động của cảmbiến đã được kiểm nghiệm. Kết quả thực nghiệm xác nhận sự thay đổi giá trị điệndung vi sai trên các cặp điện cực tương ứng với thay đổi của góc nghiêng tác dụnglên cảm biến theo hai trục x và y. Trên trục x cảm biến có dải làm việc [-70°, 70°]với độ nhạy 59.4 mV/° trong dải tuyến tính; trên trục y dải làm việc của cảm biến là[-70°, 70°] với độ nhạy 32.1 mV/°. Kết quả đo đạc cho thấy sự tương đồng của kếtquả mô phỏng và kết quả thực nghiệm về dải làm việc nhưng vẫn còn sai khác về độnhạy của cảm biến theo hai trục x, y. iii MỤC LỤCDANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................................. viDANH MỤC BẢNG BIỂU ....................................................... ...