Tóm tắt Luận án Tiến sĩ kỹ thuật: Nghiên cứu cảm biến chất lỏng kiểu tụ điện cho ứng dụng cảm nhận thay đổi môi trường trong kênh dẫn

BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG<br /> HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG<br /> <br /> NGUYỄN ĐẮC HẢI<br /> <br /> IT<br /> <br /> NGHIÊN CỨU CẢM BIẾN CHẤT LỎNG KIỂU TỤ<br /> ĐIỆN CHO ỨNG DỤNG CẢM NHẬN THAY ĐỔI<br /> MÔI TRƯỜNG TRONG KÊNH DẪN<br /> <br /> PT<br /> <br /> CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ<br /> MÃ SỐ: 62.52.02.03<br /> <br /> TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT<br /> <br /> HÀ NỘI - 2017<br /> <br /> 2<br /> <br /> Công trình hoàn thành tại:<br /> Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông<br /> <br /> Người hướng dẫn khoa học:<br /> <br /> IT<br /> <br /> 1. PGS. TS. Chử Đức Trình<br /> 2. TS. Nguyễn Ngọc Minh<br /> <br /> Phản biện 1: GS.TS. Nguyễn Đức Thuận<br /> Phản biện 2: GS.TS. Bạch Gia Dương<br /> <br /> PT<br /> <br /> Phản biện 3: PGS.TS. Phạm Ngọc Thắng<br /> <br /> Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tại:<br /> Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông<br /> Vào lúc: 8 giờ 30’ ngày 26 tháng 12 năm 2016.<br /> Có thể tìm hiểu luận án tại:<br /> 1. Thư viện Quốc gia<br /> 2. Thư viện Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông<br /> <br /> 3<br /> <br /> MỞ ĐẦU<br /> <br /> PT<br /> <br /> IT<br /> <br /> Lý do chọn đề tài:<br /> Các hệ thống kênh dẫn chất lỏng ngày càng được ứng dụng nhiều trong thực<br /> tế công nghiệp, nông nghiệp, y tế và khai khoáng. Việc cảm nhận phát hiện các<br /> tạp chất xuất hiện trong các kênh dẫn và có chiến lược loại bỏ các tạp chất này là<br /> có yêu cầu trong thực tiễn xã hội. Dầu thô được hút trực tiếp từ các mỏ dầu<br /> thường bao gồm các thành phần đầu thô, nước muối biển, bùn đất. Việc cảm biến<br /> và phân tích được thành phần của dầu thô rất quan trọng trong các hệ thống khai<br /> thác thực tế. Hệ thống tuần hoàn trong cơ thể động vật đóng vai trò như những<br /> hệ thống giao thông vận chuyển các tế bào máu, các chất dinh dưỡng, không khí<br /> đến các bộ phận trong cơ thể sống. Giám sát được quá trình vận hành của các hệ<br /> thống mạch máu trong cơ thể sống thông qua cảm nhận, phát hiện, đếm và bắt<br /> được các tế bào sống đóng vai trò quan trọng trong hệ thống xét nghiệm y sinh<br /> học. Các hệ thống này có thể ứng dụng để phát hiện các trường hợp bệnh như<br /> hẹp động mạch do mỡ máu, tắc mạch máu do máu đông hoặc các hệ thống phân<br /> tích tế bào.<br /> Để cảm nhận thay đổi môi trường trong kênh dẫn, nhiều nhóm nghiên cứu đã<br /> sử dụng nhiều loại cảm biến khác nhau như siêu âm, quang điện, tự cảm, điện<br /> dung,.. Cảm biến kiểu tụ điện có cấu tạo đơn giản, có thể hoạt động trong nhiều<br /> môi trường khác nhau cũng như môi trường khắc nghiệt như nhiệt độ cao, độ ẩm<br /> cao hoặc trong cơ thể sống. Cảm biến kiểu tụ điện chuyển đổi một sự thay đổi vị<br /> trí, khoảng cách, hay chất điện môi thành một tín hiệu điện dung. Cảm biến kiểu<br /> tụ điện có thể phát hiện ra sự thay đổi của một trong ba thông số của tụ điện như<br /> khoảng cách, diện tích tấm điện cực hay hằng số điện môi.<br /> Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và ứng dụng các cảm biến kênh chất lỏng dựa<br /> trên cảm biến kiểu tụ điện để cảm nhận được các thay đổi môi trường trong kênh<br /> dẫn chất lỏng, đo thể tích, vận tốc và đặc tính của chất lỏng là một định nghiên<br /> cứu có tính thực tiễn và khoa học. Đây là lý do tôi chọn đề tài cho luận án tiến sĩ<br /> là: “Nghiên cứu cảm biến chất lỏng kiểu tụ điện cho ứng dụng cảm nhận thay<br /> đổi môi trường trong kênh dẫn”.<br /> Mục đích nghiên cứu:<br /> Luận án này nghiên cứu, thiết kế và chế tạo cảm biến kiểu tụ điện cho ứng<br /> dụng cảm nhận thay đổi môi trường trong kênh dẫn với yêu cầu cụ thể sau:<br /> - Cảm nhận được xuất hiện của thay đổi môi trường trong kênh dẫn;<br /> - Cảm nhận được xuất hiện của một số hạt trong kênh dẫn như bọt khí, hạt<br /> kim loại, hạt nhựa,…;<br /> <br /> 4<br /> <br /> Có thể xác định được một số thông số của hạt như thể tích, vận tốc, loại<br /> hạt trong những điều kiện cụ thể cho trước;<br /> - Hệ thống cảm biến có thể sử dụng cho kênh chất lỏng không dẫn điện và<br /> dẫn điện;<br /> - Hệ thống có thể chế tạo được dựa trên công nghệ chế tạo phổ biến, giá<br /> thành thấp;<br /> - Hệ thống cảm biến có thể tích hợp trực tiếp với mạch điện tiền khuếch<br /> đại và xử lý tín hiệu;<br /> - Các mạch điện được thiết kế để tăng cường đặc tính giảm thiểu ảnh<br /> hưởng của các nhiễu chung do môi trường và nhiễu nguồn;<br /> - Bước đầu ứng dụng hệ thống cảm biến trong một số yêu cầu thực tế.<br /> Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:<br /> Luận án đề cập và nghiên cứu các cấu trúc cảm biến kiểu tụ điện, kênh dẫn<br /> dầu, kênh chất lỏng dẫn điện có kích thước cỡ milimét và tác nhân là bọt khí, mạt<br /> kim loại, giọt nước có kích thước nhỏ đến 0,1 mm3.<br /> Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu:<br /> Trong luận án này, các nội dung nghiên cứu về cảm biến kiểu tụ điện và các<br /> kết quả thu được được trình bày theo hướng ứng dụng cảm nhận thay đổi môi<br /> trường trong kênh dẫn. Các cấu trúc đề xuất của nghiên cứu này có tiềm năng<br /> ứng dụng trong y sinh và ngành công nghiệp khác như theo dõi bọt khí trong<br /> mạch máu, phát hiện vật thể lạ trong mao dẫn, đo nồng độ bọt khí, hạt kim loại<br /> và giọt nước trong dầu máy động cơ, ...v.v.<br /> Phương pháp nghiên cứu:<br /> - Nghiên cứu này dựa trên lý thuyết của cơ học chất rắn, chất lỏng cổ<br /> điển;<br /> - Mô phỏng và tính toán để tối ưu các thông số thiết kế sử dụng phần mềm<br /> Matlab, Comsol, và Ansoft Maxwell;<br /> - Chế tạo cấu trúc dựa trên công nghệ PCB kết hợp với các kỹ thuật thiết<br /> kế mạch điện thu thập và xử lý tín hiệu;<br /> - Đo đạc và đánh giá hoạt động của hệ thống dựa trên các thiết bị điện tử<br /> được trang bị trong phòng thí nghiệm, các hệ thống kính hiển vi và<br /> camera tốc độ nhanh.<br /> Cấu trúc của luận án<br /> Các nội dung nghiên cứu dẫn đến kết quả đạt được và đóng góp mới của<br /> luận án sẽ được trình bày trong các chương, mục theo bố cục sau:<br /> Chương 1: Tổng quan<br /> <br /> PT<br /> <br /> IT<br /> <br /> -<br /> <br /> 5<br /> <br /> Chương 2: Thiết kế và mô phỏng cảm biến chất lỏng kiểu tụ điện<br /> Chương 3: Chế tạo cảm biến, thiết lập hệ đo<br /> Chương 4: Kết quả và thảo luận<br /> Kết luận và định hướng nghiên cứu tiếp theo.<br /> <br /> PT<br /> <br /> IT<br /> <br /> Chương 1: TỔNG QUAN<br /> 1.1. Kênh dẫn và loại vật thể chuyển động trong kênh dẫn<br /> 1.1.1. Kênh dẫn<br /> - Hệ thống mạch máu trong cơ thể động vật;<br /> - Kênh dẫn chất lỏng là các sản phẩm của dầu mỏ;<br /> - Hệ thống đường dẫn nhiên liệu, phun nhiên liệu trong các động cơ.<br /> 1.1.2. Các vật thể chuyển động trong kênh dẫn<br /> a) Giọt chất lỏng, bọt khí<br /> - Giọt nước nhỏ lẫn trong dầu bôi trơn, dầu biến thế;<br /> - Bọt khí trong ống truyền máu hay ống truyền dịch vào cơ thể bệnh<br /> nhân.<br /> b) Mạt kim loại và các vật thể khác<br /> - Mạt kim loại lẫn trong dầu bôi trơn;<br /> - Hạt tạp chất lẫn trong dầu cách điện.<br /> c) Các tế bào sống trong hệ thống mạch máu<br /> - Hồng cầu;<br /> - Bạch cầu;<br /> - Tiểu cầu.<br /> 1.2. Nhận biết vật thể trong kênh dẫn<br /> 1.2.1. Sự cần thiết phải nhận biết vật thể trong kênh dẫn<br /> Trong thực tế, việc theo dõi xuất hiện các thay đổi trong kênh dẫn như sự<br /> xuất hiện của bọt khí trong mạch máu, của giọt nước trong dầu,… là một yêu<br /> cầu bắt buộc.<br /> Trong vòi phun mực của các máy in phun nếu giọt mực được tạo ra có kiểm<br /> soát tốt về vận tốc, thể tích thì chất lượng của tài liệu được in ra sẽ đẹp.<br /> Nếu trong dầu bôi trơn có xuất hiện các giọt nước nhỏ, các giọt nước này sẽ<br /> gây rỉ sét ăn mòn động cơ, tăng quá trình oxy hóa của dầu, có thể gây ra một số<br /> chất phụ gia kết tủa.<br /> Bọt không khí xuất hiện trong các máy lọc thận ảnh hưởng đến tính mạng<br /> của bệnh nhân; Nếu tiêm khoảng 2-3 ml không khí vào mạch máu tuần hoàn não<br /> có thể gây tử vong.<br /> <br />