Thiết kế và mô phỏng cảm biến đo vận tốc góc kiểu vi sai

Bài viết Thiết kế và mô phỏng cảm biến đo vận tốc góc kiểu vi sai đề xuất một thiết kế mới đó là cảm biến đo vận tốc góc kiểu vi sai. Đây là một loại TFG có hai khối gia trọng được liên kết với nhau thông qua một dầm treo hình quả trám.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thiết kế và mô phỏng cảm biến đo vận tốc góc kiểu vi sai Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8 THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG CẢM BIẾN ĐO VẬN TỐC GÓC KIỂU VI SAI Nguyễn Văn Thắng Trường Đại học Thủy lợi, email: nguyenbathang@tlu.edu.vn 1. GIỚI THIỆU CHUNG Con quay hồi chuyển dùng trong đo đạc, điều khiển thông thường gồm 3 nhóm chính: Con quay cơ học thông thường; Con quay quang học: laser vòng, sợi quang học và Con quay dao động: hệ vi cơ điện tử (MEMS), áp điện (piezoelectric)… Trong đó, con quay vi cơ điện tử còn gọi là cảm biến đo vận tốc góc công nghệ MEMS có kích thước rất nhỏ gọn nên hiện nay được sử dụng rất phổ biến. Sơ Hình 2. Cảm biến đo vận tốc góc hai khối đồ cảm biến đo vận tốc góc MEMS 2D được gia trọng (TFG) trình bày trong Hình 1 và cảm biến đo vận tốc góc hai khối gia trọng được biết đến là Hai khung dao động theo phương cảm ứng cảm biến đo vận tốc góc kiểu Tuning Fork cũng dao động ngược pha nhau 180. Nếu (TFG) được chỉ ra trong Hình 2. các khối gia trọng được gắn với các răng lược cảm ứng, khi hoạt động theo thành phần cảm ứng các tụ răng lược này sẽ có sự thay đổi điện dung và sự thay đổi này sẽ tỷ lệ với vận tốc góc quay ω mà chúng cần xác định. Vì vậy, TFG có thể dễ dàng tìm ra đại lượng đặc trưng cho chuyển động quay này thông qua đo biện độ dao động của các khối gia trọng theo phương cảm ứng. Hiện nay, TFG đã được nghiên cứu và ứng dụng phổ biến trong thực tế 0,0,0. Nghiên cứu 0 chỉ ra chất lượng và hoạt động của Hình 1. Cảm biến đo vận tốc góc một khối gyroscope và TFG bị ảnh hưởng bởi sự thay gia trọng (Gyroscope) đổi các điều kiện môi trường như nhiệt độ, áp Để TFG hoạt động thì hai khối gia trọng suất, rung động xung quanh. Ngoài ra, độ cần được kích thích để dao động ngược pha cứng của các cảm biến và các dầm cũng có nhau 180. Khi đó hai khối gia trọng sẽ dao ảnh hướng lớn tới hoạt động và chất lượng động ngược pha nhau 180. Một dao động làm việc của chúng cũng được làm rõ trong cảm ứng theo phương vuông góc với phương 0. kích thích sẽ xuất hiện khi toàn bộ cấu trúc bị Những nghiên cứu trên và nhiều nghiên quay hoặc được đặt trong một chuyển động cứu khác đề mong muốn cải thiện chất lượng quay với vận tốc góc ω. của cảm biến trong các ứng dụng. Cùng với 546 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8 mục tiêu trên tác giả của bài báo này đề xuất Bảng 1. Một số tham số khối gia trọng một thiết kế mới đó là cảm biến đo vận tốc Tham số Ký hiệu Giá trị góc kiểu vi sai. Đây là một loại TFG có hai Độ cao của cảm biến H 1754 µm khối gia trọng được liên kết với nhau thông qua một dầm treo hình quả trám như được chỉ Chiều rộng của cảm biến W 1644 µm ra trên Hình 3. Độ dày của cảm biến t 30 µm Hình 3. Cấu trúc TFG kiểu vi sai 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Kết hợp nghiên cứu, tính toán lý thuyết và Hình 5. Cấu trúc dầm treo hình quả trám thiết kế, mô phỏng bằng phần mềm Comsol Bảng 2. Các tham số của dầm treo Multiphysics. Tham số Giá trị 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU R1 132 µm × 100 µm R2 70 µm × 20 µm Nghiên cứu đã thiết kế thành công TFG R3 60 µm × 600 µm kiểu vi sai đề xuất với hai khối gia trọng hai bên (Hình 4) liên kết với dầm treo hình quả R4 60 µm × 20 µm trám (Hình 5). Một số tham số thiết kế được R5 60 µm × 80 µm liệt kê trong Bảng 1 và 2. R6 500 µm × 6 µm R7 200 µm × 6 µm Kích thước tổng thể 1000 µm × 1700 µm Góc nghiêng R3 30o Chốt cố định 40 µm × 40 µm Độ dày cấu trúc 30 µm Độ cứng trục X 121 N/m Độ cứng theo trục Y 2314 N/m Để TFG đề xuất hoạt động, hai tín hiệu kích thích đặt vào hai hệ tụ răng lược kích thích của hai cảm biến đo vận tốc góc hai bên của TFG đề xuất có công thức: f1  102 sin  2 * pi* f * t  N Hình 4. Khối gia trọng của TFG đề xuất (1) Các lò xo treo khung kích thích, f 2  102 sin  2 * pi* f * ...