Lời nói đầu
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ điện tử, việc tạo ra các linh
kiện mới có kích thước nhỏ với khả năng ứng dụng cao đã và đang mở ra những
triển vọng mới . Một trong những công nghệ mới đang tạo ra những thay đổi mang
tính cách mạng là Công nghệ vi cơ điện tử (MEMS - Micro Eletro Mechanical
Systems).
Cảm biến gia tốc là một trong các thiết bị được chế tạo theo công nghệ vi cơ điện
tử. Hiện nay về cơ bản có ba loại cảm biến gia tốc , đó là cảm biến gia tốc kiểu tụ,
áp điện và áp trở .Việc lựa chọn sử dụng cảm biến nào là tùy thuộc vào yêu cầu và
đặc điểm sử dụng.
Cảm biến kiểu áp trở có ưu điểm là công nghệ cấu tạo rất đơn giản. Tuy nhiên
nhược điểm của chúng là hoạt động phụ thuộc nhiều vào sự thay đổi nhiệt độ và độ
nhạy kém.
Cảm biến gia tốc kiểu tụ có độ nhạy cao hơn, nhiễu thấp, hao phí năng lượng ít, đặc
tính một chiều ổn định, ít chịu tác dụng của nhiệt độ và đáp ứng tuyến tính. Tuy
nhiên mạch điện là phức tạp. Do những ưu điểm nổi bật, cảm biến kiểu tụ được ứng
dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vục đời sống.
Đề tài này đề cập đến việc mô hình hóa và mô phỏng khối gia tốc kế. Qua đó xác
định sự thay đổi của các thông số ảnh hưởng lên gia tốc kế, cũng như sự chuyển đổi
tương ứng từ gia tốc (giá trị cần đo) sang giá trị khác như điện dung của tụ hay điện
áp (giá trị có thể đo được), nhằm đưa ra một sự lựa chọn về cấu hình thiết kế cụ thể
phù hợp với các tiêu chuẩn đã định trước.
Trong quá trình thực hiện đề tài, chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, mong
muốn nhận được những ý kiến đóng góp của mọi người để có thể sửa chữa nhằm
giúp cho đề tài trở nên hoàn thiện hơn. Xin chân thành cám ơn.

1
Phần 1 : Cơ sở lý thuyết
1. BỘ PHẬN CẢM BIẾN VI CƠ
Bộ phận cảm biến được nghiên cứu bởi Druck , Ltd.., Groby , Leics . Quá trình
chế tạo tại Druck vẫn còn trong giai đoạn thử nghiệm nên có nhiều bản thiết kế,

0
: 10 μm (± 1μm)

- Diện tích khối gia trọng , A : 2,4mm x 2,4mm = 5,76 mm
2

- Độ dày khối gia trọng , h : 0,35 mm
- Trọng lượng khối gia trọng , m : 6,2 mg (đặc) ; 2,2 mg (rỗng) (
±
10%)
- Điện dung của mỗi tụ ( giả sử điện trường đều và khối gia trọng ở
chính giữa các cực ) :
C
1
= C
2
= = 5,1 pF
Với : ε
0
: hằng số điện môi
ε
r
: hằng số điện môi tỉ đối (ε
r
xấp xĩ 1 trong môi
trường không khí )

• Bộ cảm biến “ articulated ” :
- Khoảng cách từ khối gia trọng đến mỗi cực , d
0

thuộc vào sự thay đổi của độ dịch chuyển của khối gia trọng, ta có :
b(d) =
với μ : độ nhớt của chất khí bên trong.
Ngoài ra, dựa vào đặc tính điện của tụ với hai bản mặt song song, trong đó
khoảng cách giữa khối gia trọng và hai bản mặt cố định có thể thay đổi .
Gọi hằng số điện môi giữa khối gia trọng với hai bản mặt cố định là ε, giả sử
4
khối gia trọng nằm giữa hai bản mặt cố định với khoảng cách là x = d
0
, diện tích
của khối gia trọng là A. Điện dung thu được có dạng :
C
1
= C
2
= C =
Nếu khối gia trọng dịch chuyển giữa hai bản mặt cố định một đoạn là d so với vị
trí ban đầu, ta có:
C
1
=
và C
2
=
Chênh lệch điện dung giữa hai tụ là :
ΔC = C
1
– C
2
=

Các dòng lệnh sau được sử dụng để kích họat các mô hình:

options = simset('SrcWorkspace','current');
if chon_mh==1 %mô hình dùng thư viện SIMULINK
sim('mh_gtk',[],options);
elseif chon_mh==2 % mô hình dùng thư viện SimMechanics
sim('detai_gtk',[],options);
else % mô hình 3 chiều x, y, z
sim('mh3c_gtk',[],options);
end
Hình dưới đây (hình 8), trình bày giao diện đồ họa GUIDE trong Matlab đã
được xây dựng để thực hiện các yêu cầu trên.
7
Hình 8
Trong phần giao diện đồ họa được thiết kế này, cho phép ta thay đổi các giá trị
của các thông số ảnh hưởng lên giá trị của gia tốc, một cách tự động hay bằng
tay, bao gồm các thông số như :
• Trọng lượng khối gia trọng (m)
• Hệ số giảm chấn (b)
• Hệ số đàn hồi (k)
• Diện tích khối gia trọng (A)
• Khỏang cách ban đầu giữa khối gia trọng và hai bản cực cố định (d
0
)
• Biên độ tín hiệu vào
• Tần số sóng (sóng sin), ở đây ta sử dụng sóng tuần hòan (sóng sin) và tín
hiệu không tuần hòan (xung bậc) để mô phỏng.
• Điện áp cấp trên hai bản cực cố định.
8