THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG CẢM BIẾN HÌNH TRỤ KIỂU TỤ ĐIỆN ĐO GÓC NGHIÊNG HAI CHIỀU

Tóm tắt

Bài báo này trình bày thiết kế, mô phỏng cấu trúc cảm biến đo góc nghiêng hai trục dựa trên nguyên lý kiểu tụ điện. Cấu trúc cảm biến bao gồm một ống nhựa hình trụ có năm điện cực được gắn ở các vị trí cố định xung quanh ống trong đó có một điện cực đóng vai trò điện cực kích thích và hai cặp điện cực còn lại được đặt một cách đối xứng đóng vai trò điện cực thu. Ống nhựa được bơm một phần chất lỏng điện môi sử dụng là xăng có hằng số điện môi là 2. Cảm biến được đề xuất có thể phát hiện góc nghiêng theo 2 trục x và y. Khi ống nhựa bị quay một góc bất kỳ, dung dịch điện môi bao phủ một phần các điện cực cảm ứng sẽ di chuyển, từ đó làm thay đổi giá trị điện dung vi sai của tụ điện tương ứng với góc nghiêng và ta hoàn toàn có thể xác định được góc bị nghiêng. Hoạt động của cảm biến được khảo sát bởi phương thức phần tử hữu hạn (FEM) sử dụng phần mềm mô phỏng Comsol Multiphysics. Kết quả mô phỏng thể hiện sự thay đổi điện dung vi sai ứng với sự thay đổi của từng góc nghiêng. Dựa trên kết quả mô phỏng này, kích thước của các điện cực đã được tìm ra để có cấu hình cảm biến với độ nhạy 2 trục x, y và dải làm việc thích hợp. Kích thước tối ưu của cảm biến với các tham số W₁ = 10,47 mm, L₂ = 3 mm và L₃ = 5 mm, D₂ = 17,45 mm. Cảm biến làm việc tối ưu trong dải từ -90⁰ đến +90⁰ với độ nhạy 0,426 fF/⁰ theo trục x và từ -30⁰ đến +30⁰ với độ nhạy  1,54 fF/⁰ theo trục y.