TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 13, SỐ K2 - 2010
VỀ MỘT CẤU TRÚC MỚI CỦA CẢM BIẾN GIA TỐC ÁP ĐIỆN TRỞ BA BẬC TỰ
DO NHẰM NÂNG CAO ĐỘ NHẠY
Trần Đức Tân
Trường Đại học Công Nghệ, ĐHQGHN
(Bài nhận ngày 25 tháng 01 năm 2010, hoàn chỉnh sửa chữa ngày 17 tháng 05 năm 2010)
TÓM TẮT: Hiện nay công nghệ Vi cơ điện tử và Vi hệ thống (MEMS) đã có những bước phát
triển vượt bậc. Cảm biến gia tốc là một trong những loại cảm biến MEMS thông dụng nhất bởi được sử
dụng trong rất nhiều các ứng dụng khác nhau. Để chế tạo thành công một linh kiện MEMS thì quy trình
thiết kế mô phỏng là rất quan trọng. Bài báo này trình bày về một thiết kế mới của cảm biến gia tốc ba
bậc tự do kiểu áp trở nhằm nâng cao độ nhạy, độ phân giải - một yêu cầu luôn bức thiết của thực tế.
Phần mềm ANSYS đã được sử dụng để thiết kế, mô phỏng và đánh giá được những ưu điểm của cấu trúc
mới này so với các cảm biến được chế tạo trước đó.
Từ khóa: công nghệ Vi cơ điện tử,Vi hệ thống, cảm biến MEMS, Phần mềm ANSYS
1. GIỚI THIỆU
2. NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG
Các cảm biến gia tốc được chế tạo dựa trên
công nghệ vi cơ điện tử và vi hệ thống đã và
đang thâm nhập một cách mạnh mẽ trong hầu
hết các lĩnh vực như y sinh [1, 2], công nghiệp
ôtô, điện tử dân dụng, khoa học không
gian…Hiện nay, về cơ bản có ba loại cảm biến
gia tốc, đó là cảm biến gia tốc kiểu tụ [3, 4], áp
điện và áp điện trở. Nhìn chung, cả ba loại cảm
biến này đều có các ưu và nhược điểm riêng
nhưng cảm biến gia tốc kiểu áp trở là thông
dụng nhất bởi các ưu điểm vượt trội như độ
nhạy cao, giá thành rẻ, mạch xử lý tín hiệu đơn
giản [5] … Với các ứng dụng ngày càng trở
nên tinh tế như định vị và dẫn đường cho các
vật thể bay thì yêu cầu về cảm biến gia tốc độ
nhạy cao, kích thước nhỏ đang được đặt ra.
Hiện tượng thay đổi điện trở của vật liệu
tinh thể dưới tác dụng của ứng suất cơ được gọi
là hiệu ứng áp điện trở [6, 7]. Nguyên nhân đó
là đặc tính dị hướng của độ phân giải mức năng
lượng trong không gian tinh thể. Trong silíc chỉ
tồn tại ba hệ số áp điện trở không phụ thuộc
vào nhau là