Phân Tích Và Mô Phỏng Cấu Trúc Micro-Beam Cho Cảm Biến Biến Dạng MEMS Dạng Áp Điện Trở Nhằm Dùng Trong Hệ Thống Giám Sát Sức Khỏe Kết Cấu

Tóm tắt

Ứng suất (stress) là một trong những thông số chính để theo dõi tình trạng của kết cấu hạ tầng như cầu đường, tòa nhà, đường ray tàu cao tốc trong hệ thống giám sát sức khỏe kết cấu (SHMS). Cảm biến biến dạng của hệ thống vi cơ điện tử (MEMS) thường được dùng cho các ứng dụng nâng cao do kích thước cảm biến nhỏ, mức tiêu thụ điện năng thấp và độ nhạy cao. Cấu trúc cảm biến biến dạng thường được làm bằng một lớp mỏng kim loại, hợp kim và vật liệu bán dẫn như silicon. Trong nghiên cứu này, cấu trúc mới của thanh micro-beam được mô phỏng để đo ứng suất (stress) và biến dạng (strain) bởi phương pháp phần tử hữu hạn (FEM). Hiệu ứng áp điện trở của vật liệu bán dẫn như silicon được sử dụng để đo ứng suất và biến dạng với độ nhạy cao. Kết quả cho thấy ứng suất tăng lên đến 35.92% khi có cấu trúc thanh micro-beam bởi vì ứng suất được khuếch đại chỉ theo một phương duy nhất trong khi ứng suất theo phương còn lại gần bằng không.