zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Tự động hoá

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

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:3

Báo xấu

12
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: 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 * t    N (2) Các lò xo treo khung cảm ứng, trong đó: Tín hiệu f1 được đặt vào 8 khung (3) Các cặp tụ điện kích thích, răng lược kích thích của cảm biến đo vận tốc (4) Khung răng lược kích thích góc bên trái và tín hiệu f2 được đặt vào 8 547
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8 khung răng lược kích thích của cảm biến đo hiệu kích thích lần lượt  3,5, 2,5 tương vận tốc góc bên phải hoặc ngược lại. ứng với cấu trúc 1, 2. Các rung động cơ học Để chứng minh được cấu trúc đề xuất có của hai khung kích thích sẽ không được bù khả năng loại bỏ tín hiệu/ nhiễu đồng pha và khi độ lệch pha của hai tín hiệu kích thích lần bù lệch pha khi các tín hiệu kích thích đầu lượt lớn hơn 3,5, 2,5 tương ứng với cấu vào không hoàn toàn lệch nhau 180o tác giả trúc 1, 2. Bù lệch pha ở đây được hiểu là khi đưa ra hai cấu trúc với dầm treo có độ cứng hai tín hiệu kích thích có sự lệch pha nhất khác nhau sau đó mô phỏng để quan sát. Tần định thì nó vẫn làm cho hai khung kích thích số dao động riêng tương ứng với hai cấu trúc dao động với cùng một mức biên độ và lệch được chỉ ra trong Bảng 3. pha nhau 180o. Vì vậy, khi không bù lệch pha Bảng 3. Tần số dao động (DĐ) riêng sẽ dẫn đến chuyển động của hai khung kích theo phương kích thích của 2 cấu trúc thích không cùng biên độ hoặc không lệch pha đúng bằng 180o hoặc cả hai. Tần số (Hz) Mode dao động Cấu trúc 1 Cấu trúc 2 4. KẾT LUẬN (HR6 = 6µm) (HR6 = 4µm) Thiết kế có các hệ tụ răng lược dùng để DĐ kích thích 21397,9 21184,7 kích thích bằng tín hiệu điện. Thiết kế đã thể 44446,8 44227,6 hiện được tính ưu việc của hệ lò xo liên kết Các dao động hình quả trám giữa hai cảm biến. Kết quả mô 63436,5 63427,9 phỏng đã chứng minh TFG đề xuất ngoài khả không mong muốn 65032,2 65020,9 năng loại bỏ đáng kể tín hiệu/ nhiễu đồng pha, khuếch đại tín hiệu ngược pha còn có Bảng 4 chỉ ra mối quan hệ giữa độ lệch khả năng bù lệch pha cho hai tín hiệu kích pha điện của hai tín hiệu kích thích φ và độ thích đầu vào khi giá trị lệch pha lần lượt là lệch pha rung cơ học của hai khung kích 3,5o, 2,5o tương ứng với cấu trúc TFG 1, 2. thích φ1 trong các lần mô phỏng của 2 cấu trúc TFG đề xuất. 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO Bảng 4. Mối quan hệ giữa φ và φ1 (độ) [1] Acar, C., & Shkel, A. (2008), MEMS vibratory gyroscopes: structural approaches φ1 Cấu trúc 1 Cấu trúc 2 to improve robustness, Springer Science & φ (TFG 1) (TFG 2) Business Media. 180° 0 0 [2] Ayazi, F., & Najafi, K. (1998). “Design and 179,5° 0 0 fabrication of high-performance polysilicon vibrating ring gyroscope”, Micro Electro 179° 0 0 Mechanical Systems, 1998. MEMS 98. 178,5° 0 0 Proceedings., The Eleventh Annual International Workshop,pp. 621-626. 178° 0 0 [2] IEEE Std 528-2001. IEEE Standard for 177,5° 0 0 Inertial Sensor Terminology. 177° 0 3,5 [3] Maenaka, Kazusuke, et al. (2005), "Design, fabrication and operation of MEMS gimbal 176,5° 0 7,0 gyroscope", Sensors and Actuators A: 176° 3,9 15 Physical 121.1, pp.6-15. 175,5° 18,2 x [4] Liu, Guangjun, et al. (2008), "Effects of environmental temperature on the Các kết quả trong Bảng 4 chỉ ra rằng rung performance of a micromachined động cơ học của hai khung kích thích được gyroscope", Microsystem Technologies khớp nối rất tốt khi độ lệch pha của hai tín 14.2, pp. 199-204. 548

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.