Tên đề tài luận án tiến sĩ: Nghiên cứu phát triển hệ thống cảm biến điện dung ứng dụng phát hiện độ nghiêng và vi hạt

Chuyên ngành:                         Kỹ thuật điện tử

Mã số:                                        9.52.02.03

Họ và tên NCS:                         Trần Thị Thúy Hà

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. Nguyễn Bình

Cơ sở đào tạo: Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

NHỮNG KẾT QUẢ MỚI CỦA LUẬN ÁN

Luận án trình bày phần nghiên cứu lý thuyết, mô phỏng, chế tạo, và thiết kế một số cấu trúc cảm biến điện dung nhằm phát hiện độ nghiêng và vi hạt. Đóng góp chính của luận án bao gồm:

1) Thiết kế, mô phỏng, chế tạo và khảo sát hoạt động của cấu trúc cảm biến điện dung phát hiện độ nghiêng kiểu hình trụ sử dụng hỗn hợp điện môi hai pha lỏng/khí. Kích thước của các điện cực cảm biến đã được tối ưu hóa theo hai hướng x và y để cho phạm vi hoạt động là lớn nhất.

Sau khi thực hiện tối ưu kích thước, phạm vi tuyến tính hoạt động theo trục x đạt được là [-70⁰ ÷ +70⁰], độ nhạy của cấu trúc đạt khoảng 12,4 mV/⁰ và độ phân giải là ±0,4⁰⁰ ÷ +30⁰]. Độ nhạy của cấu trúc đạt khoảng 34,8 mV/⁰ và độ phân giải là ±0,14⁰.

Thiết kế, mô phỏng, chế tạo và khảo sát hoạt động của cấu trúc cảm biến nghiêng đối xứng hình cầu (sử dụng công nghệ in 3D) hai trục sử dụng hỗn hợp điện môi hai pha lỏng/khí. Phạm vi hoạt động của cấu trúc này đạt được tuyến tính trong khoảng [-70⁰ ÷ +70⁰]. Độ nhạy của cấu trúc đạt khoảng 115 mV/⁰ và độ phân giải là ±0,5⁰.

2) Thiết kế, mô phỏng, chế tạo và khảo sát hoạt động của cấu trúc cảm biến vi sai phát hiện độ dẫn điện bằng cặp tụ không tiếp xúc và thao tác điện di điện môi nhằm phát hiện hạt vi sinh học. Cụ thể trong luận án sử dụng cấu trúc này để phát hiện tế bào ung thư cổ tử cung – tế bào HeLa. Sự thay đổi của điện dung vi sai lên đến 3,4 pF, đủ khả năng để phát hiện sự hiện diện của các tế bào.

CÁC ỨNG DỤNG, KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG THỰC TIỄN HOẶC NHỮNG VẤN ĐỀ CÒN BỎ NGỎ CẦN TIẾP TỤC NGHIÊN CỨU

Với các kết quả đạt được, cấu trúc cảm biến điện dung vi sai áp dụng để phát hiện độ nghiêng cũng như phát hiện vi hạt cho kênh vi lỏng được đề xuất có thể ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô, công trình dân sự và quân sự, công nghệ sinh học, y học và chẩn đoán bệnh sớm…

Các mẫu thiết kế của các cấu trúc cảm biến điện dung nhận được từ luận án sẽ là các công cụ hỗ trợ hiệu quả cho những nghiên cứu tiếp theo, cho việc thiết kế, xây dựng các cấu trúc cảm biến có phạm vi tuyến tính rộng và độ nhạy cao. Ngoài ra, các kết quả nghiên cứu này có thể tiếp tục hoàn thiện để đưa các cảm biến điện dung vi sai vào một số ứng dụng cụ thể như trong các hệ tự động cân bằng, hệ thống đo nghiêng, và các bộ phát hiện vi hạt dùng trong các xét nghiệm y sinh học.

XÁC NHẬN CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

GS.TS. Nguyễn Bình

NGHIÊN CỨU SINH

Trần Thị Thúy Hà

Thesis title: “Research and development of a capacitive sensor system for tilt angle and microparticles detection”

Speciality: Electronics Engineering

Code: 9.52.02.03

PhD. Candidate: Trần Thị Thúy Hà

PhD. Candidate: Professor Nguyễn Bình, Ph.D

Training institution:  Posts and Telecommunications Institute of Technology

NEW FINDINGS OF THE THESIS

The thesis provides the reader with an overview of theoretical research, simulating, manufacturing and designing capacitive sensor system for tilt angle and microparticles detection. The scientific contributions of the thesis are as follows:

(1) Proposed a dual-axis cylindrical tilt sensor is designed using gasoline/air two-phase dielectric mixture. The working principle of the proposed structure has been confirmed by numerical simulation method. The geometry of the sensing electrodes has been optimized by varying their dimensions to maximize the linear working range in the both x-and y-axes. Experiments is conducted to validate the performance of the optimized sensor structure. The measured values are matched with the simulated ones. The proposed tilt sensor can measure the angle of inclination within [-70^o, +70^o] with a sensitivity of 12,4 mV/^o and resolution of ±0,4^o on the x-axis and within [-30^o, +30^o] with a sensitivity of 34,8 mV/^o and resolution of ±0,14^o on the y-axis. This work aims to investigate the geometry parameters of the sensor for having better working range and sensitivity. In comparison to our previous work, the working range has been improved.

Besides, this thesis presents design and fabrication of a spherical two-axis tilt angle detection sensor using a two-phase liquid/gas dielectric medium. Numerical simulation and experiments were conducted to investigate the sensing properties of the proposed sensor structure. Experiments and simulations show a matched result. The proposed tilt angle sensor can measure the angle of inclination in the range from -70^o to +70^o, with sensitivity of 115 mV/^o and resolution of ±0,5^o. Numerical results suggest that the proposed symmetrical structure can achieve similar sensing abilities on both operating axes.

(2) Proposed a biological microparticles detection platform based on a novel integration between dielectrophoresis manipulation and differential coupled contactless conductivity detection. The device employs an array of circular electrodes and dielectrophoresist phenomenal to manipulate the HeLa cells to the sensing region. Such cells are captured and detected by a differential capacitive sensor. The device has a capability of both selectively isolating, concentrating and detecting the presence of specific target cells of the given sample.

PRACTICAL APPLICABILITY AND FURTHER STUDIES

Research contributions of this thesis are novel proposals in terms of:

A new design of the proposed two-axis cylindrical tilt sensor and spherical two-axis tilt angle sensor. The proposed two-axis tilt sensors can be widely applied in automotive industry, civil engineering and military works.

A novel living cells manipulation and detection microfluidic device. Which can be used in biology, biotechnology, medicine and diagnostics. In this thesis, the proposed designs are used for cancer rare cells detection.

Scientific supervisor

Professor Nguyễn Bình, Ph.D

PhD. Candidate

Trần Thị Thúy Hà

 Luận án tiến sĩ

Tóm tắt Luận án tiến sĩ

Trang Thông tin Luận án tiếng việt 

Trang Thông tin Luận án Tiếng Anh