|
Abstract:
|
Luận văn này trình bày về nghiên cứu phát triển một cảm biến đo góc
nghiêng 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 cảm
biến là hình cầu rỗng với năm điện cực được gắn bên ngoài tại các vị trí xác định
quanh hình cầu. Trong đó một điện cực đóng vai trò là điện cực kích thích, và hai
cặp điện cực còn lại (có vị trí đối xứng nhau qua trục đối xứng của hình cầu) đóng
vai trò là các điện cực thu cho hai trục x và y. Quả cầu có chứa một phần là chất
lỏng điện môi (nước, hằng số điện môi là 81). Với cấu trúc cải tiến cảm biến được
đề xuất có thể phát hiện góc nghiêng theo hai trục x và y với độ nhạy và dải làm
việc của cảm biến trên 2 trục này là tương đồng nhau. Hoạt động của cảm biến
trước tiên được khảo sát bằng phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element
method - FEM) sử dụng phần mềm mô phỏng Comsol Multiphysics. Dựa trên kết
quả mô phỏng này, kích thước của các điện cực đã được tìm ra để đạt được tối ưu
về độ nhạy và dải làm việc cho cảm biến. Nguyên mẫu cảm biến đã được chế tạo
thử sử dụng phương pháp in 3D tạo mẫu nhanh (3D printing) và hoạt động của cảm
biến đã được kiểm nghiệm. Kết quả thực nghiệm xác nhận sự thay đổi giá trị điện
dung vi sai trên các cặp điện cực tương ứng với thay đổi của góc nghiêng tác dụng
lên 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 kết
quả mô phỏng và kết quả thực nghiệm về dải làm việc nhưng vẫn còn sai khác về độ
nhạy của cảm biến theo hai trục x, y. |