Nghiên cứu xây dựng hệ đo tín hiệu nhỏ cao tần trên cơ sở PC và ứng dụng

Đ Ạ I HỌC Q U O C G IA H A NỌ I TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Tự NHIÊN N G H IÊ N CỨ U XÂY D ự• N G HỆ• Đ O T ÍN H IỆU • N H Ỏ■ C A O TẦN T R Ê N c SỞ PC VÀ Ú N G DỤNG Mã sổ: QG-08-04 Chủ trì đề tài: PGS TS Phạm Quốc Triệu Tham gia đề tài: ThS Nguyễn Thị Mỹ Đức ThS Nguyễn Tuấn Hưng ThS Lưu Tiến Mạnh ThS Nguyễn Thế Nghĩa ĐAI H Ọ C Q U O C G.M ma NỌI TRUNG TẨM THÒNG TIN THỰ VIỀN _ p t/ Hà N ộ i - m BÁO CÁO TÓ M TẮ T Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ đo tin hiệu nhỏ cao tần sở PC ứng dụng Mã số: QG-08-04 C hủ trì đề tà i: PGS TS Phạm Q uốc T riệ u Các cán tham gia: ThS N g u y ễ n T h ị M ỹ Đức T hS N g u y ễ n Tuấn H ưng ThS L u T iế n M n h ThS N g u y ế n Thế N g h ĩa Mục tiêu nghiên cứu a) N g h iê n cứu xây dựng hệ đo tín hiệu từ trư ng nhỏ nguyên lý P luxgate sở ghép n ối PC b) N g h iê n cứu khả ứng dụng cua hệ th iế t bị Nội dung nghiên cứu a) T ín h iệ u nhỏ g iả i pháp nâng cao ty số b) T h iế t kế, chế tạo c) T h iế t kế chế tạo hệ th ố n g ghép n ố i PC d) X â y dựng hệ thống e) N g h iê n cứu khả ứng dụng S/N hệ phát hiệ n từ trường nhó neuyên lý Fluxgate đo tự động từ trường nho Các kết đạt a) Đề tài thu kết khoa học sau: - Xây đựng hệ thống thiết bị thu tín hiệu từ trường nhỏ dùng sensor fluxgate ghép nối với PC - Thu kết thực nghiệm phù họp lý thuyết b) Bài báo/báo cáo khoa học: 04 + Pham Quoc Trieu, Nguyen Anh Due, Implementation of the digital phase-sensitive system for low signal measurement, VNƯ Journal o f Science, Mathematics - Physics N° 24-2008, p 239-244 + Phạm Quốc Triệu, Nguyen Thế Nghĩa, Nguyễn Tuấn Hưng số cộng sự, Nghiên cứu chế tạo thừ nghiệm sensor phát từ trường nhỏ Báo cáo Hội nghị Vật ]ý chất rắn Khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ (SPM S-2009), Đà Nang + Pham Quoc Trieu, A Versatile Magneto-Electronic Sensor, IEEE The 2009 International Conference on Advanced Technologies for Communication (ATC Hai Phong 2009) + B.T.Huy, V.X.Quang, H.X.Vinh, T.V.Tuat, P.Q.Trieu, Some characteristics of single crystal Hội nghị KHCN hạt nhân toàn quốc lần thứ VIII (Nha Trang 2009) c) Đào tạo: 03 Thạc sỹ ❖ Học viên: Nguyễn Thị Mỹ Đức - T ên Luận vă n: N g h iê n cứu xây d irn a hệ đo tự độrta tín hiệu - N ă m bảo vệ: 2008 ♦í* H ọ c v iê n : N g u yễ n Tuấn H ưng - Tên Luận văn: X lý tín hiệu nhỏ từ m ộ t số sensor ứng dụng - N ă m bảo vệ: 2009 ❖ H ọ c viê n : L u T iế n M ạnh - Tên L uậ n văn: N g h iê n cứu th iế t kế chế tạo th iế t bị phát k im lo i tro ng gỗ ứns dụng - N ă m bảo vệ: 2009 c) Kết đề tài bổ xung phần cho giảng: Phạm Quốc Triệu, Phương pháp thực nghiêm vật lý, Dùng cho sinh viên năm thứ ba Khoa Vật lý, Trường ĐHKHTN Tình hình sử dụng kỉnh phí: Tổng kinh phí cấp: 60.000.000 đ Kinh phí năm 2008: 40.000.000 đ Kinh phí năm 2009: 20.000.000 đ {sáu mươi triệu đồng) Các khoản chi phí tốn đầy đủ chứng từ Phòng KH-TV Xác nhận BCN Khoa Chủ trì đề tài Phạm Q uốc T riệ u X c nhận N hà trường P H Ó HIỆU T R U Ỏ N G B R IE F REPO RT Title: Studying to built a hi-frequence small signal system on the base of PC and application Code: QG-08-04 C O O R D IN A T O R : Assoc P rof D r Pham Q uoc T rie u K E Y IM P L E M E N T O R S : M S c N g u ye n T h i M y D ue M S c N guyen T u an H u n g M S c L u u T ie n M a n h M S c N g u ye n The N g h ia Purpose and content of the Researching * Purpose: - S tudy to b u ilt the a utom atic system fo r m easuring sm a ll m agnetic signals u sin g F lu xg a te p rin c ip le - S tudy o f the a p p lie d a b ility o f this e x p e rim e n ta l m easurem ent system * Content: - S tudy o f the m ethods fo r im p ro ve m e n t o f sig n al and a void random noise (S /N ) - T o design, m a n u fa ctu re the sensor fo r dete ction sm a ll m agnetic signals - T o design, m a n u fa ctu re the system fo r in terfe re n ce in PC - S tud y o f e ffe cts, c a lib tio n and discussion - T o estim a te the s e n s ib ility and a p p lic a tio n o f the system R e s u lts a) T he m a in results o f the p ro je ct: - To b u ilt s u cce ssfu lly the e qu ip m e nt fo r m e a suring s m a ll m agnetic sig n al u s in g flu x g a te sensor w h ic h can be co n tro le d by PC - T he e x p e rim e n t results are w e ll m atched w ith theory b) Sientific article : 04 + Pham Q u o c T rie u , N g u ye n A n h Due, Implementation o f the digital phase-sensitive system fo r low signal measurement, V N Ư Journal o f Science, M a th e m a tic s - P hysics N ° 24-20 8, p 239-244 + Phạm Q uố c T riệ u , N g u y ễ n Thế N ghĩa, N g u y ễ n T uấn H n g and other., Study, manufacture and testing o f the sensor fo r detection o f small magnetic field, S P M S V I -2009, D a N ang + Pham Q u o c T rie u , A Versatile Magneto-Electronic Sensor , IE E E The 2009 In te rn a tio n a l C onference on A d va n ce d T e chn o lo gie s fo r C o m m u n ic a tio n (A T C H a i P hong 2009) + B T H u y , V X Q u a n g , H X V in h , T V T u a t, characteristics o f single crystal LÌ 2B 4O 7.CU, P Q T rie u , T he V III Some N a tio n a l C o n fe re n ce on N S T (N h a T n g 2009) c) T r a in in g : 03 M S c ❖ N am e o f M a ste r Student: N g u yễ n T h ị M ỹ Đ ức - T itle o f Thesis: S tudy of m a n ufa cture the systems for m easurem ent signal a u to m a tica lly - Y e a r to u p h o ld thesis: 2008 ❖ N a m e o f M a ste r Student: N g u yễ n Tuấn H ng - T itle o f Thesis: To treat the small signals fro m sensors and a p p lica tio n - Y e a r to u p h o ld thesis: 2009 ❖ N a m e o f M a ster Student: L u T iế n M ạnh - T itle o f Thesis: S tudy o f design, m a n ufa cture the device fo r d etection m etal in w o o d and a pp lica tio n - Y e a r to u p h o ld thesis: 2009 c) T h e re su lts o f p ro je c t have p articipa te d in to the lecture: Pham Q u o c T rie u - E xp e rim e n ta l M e tho d s in Physics MỤC LỤC M Ở Đ À U 01 C hư ng - SEN SO R F L U X G A T E 02 1.1 G iớ i thiệu c h u n g 02 1.2 N guyên lý thiết b ị dùng sensor F lu xg a te 02 1.3 Sơ đồ kh ố i thiết b ị .05 C hương - H Ệ T H Ố N G GHÉP N Ô I M Á Y T Í N H 12 2.1 K h ố i phần c ứ n g 12 2.2 Giao diện phần m ề m 16 2.3 Tính k ỹ th u ậ t 20 C hư ng - C Á C K Ế T Q U À TH Ự C N G H IỆ M 21 3.1 Khảo sát tín hiệu từ số sensor 21 3.2 G hi tín hiệu máy phát tần số 30 3.3 T h iế t bị phát từ trường nhỏ ghép nối máy tín h 31 3.4 Thảo lu ậ n 38 K Ế T L U Ậ N 39 T À I L IỆ U T H A M K H Ả O 40 P H Ụ LỤ C M Ở ĐẦU T trư ng m ộ t yếu tố gắn liề n vớ i trá i đất m ộ t tín h iệu rấ t nhỏ N ỏ lu ô n tồn tạ i x u n g quanh chúng ta, giác quan người lạ i kh ôn g thể cảm nhận diện T u y nhiên, từ trường lạ i có ảnh hưởng rấ t lớn đến đời sống người động vật K h i từ trường trá i đất có b iế n động, nhữ ng người g ià hay thể nhạy cảm nhận thấy th a y đ ổ i b i phản ứng thể T trườ ng có ảnh hưởng lớn đến đ ộ n g vậ t N h có từ trường trá i đất, đàn c h im m ộ t số lo i cá cá h i đ ịn h hướng tro n g trìn h d i cư M ộ t số n g h iê n cứu khoa học cho th ấ y trâ u b ị có xu hướng đứng theo trụ c bắc-nam C ó nhiều ảnh hưởng ng từ trường trá i đất kh ó nhận b iế t được, tro n g phịng th í n ghiệm T ín h iệ u n h ỏ tín h iệ u mà cường độ tương đương cường độ nhiễu tạp âm T ro n g thực tế, kh ơn g có tín hiệu kh ôn g kè m theo tạp nhiễu T ă n g cường tín h iệ u m ộ t cách đơn giản đồng thờ i m tăng tạp nhiễu D o đó, để phát h iệ n tín hiệ u nhỏ cần p h ả i có th iế t b ị làm tãng tín h iệu cần th iế t lo i b ỏ tạp nhiễu kèm theo tín hiệu M ặ t khác, để quan sát đồng th i tín h iệ u tro n g m ộ t thờ i gian dài, n h iề u điể m khác địa lý, ngày th iế t b ị đo cần ghép n ố i m y v i tín h nhàm thực h iệ n tự động th u thập số liệ u , ch u yể n tả i số liệ u cập nhật tru n g tâm ngh iê n cứu xử lý T ro n g đề tà i này, tín h iệu nhỏ m chúng tô i n gh iê n cứu tín hiệu nhỏ từ sensor n ó i ch un g , tín hiệu từ trường nhỏ n ó i riêng CHƯƠNG I SENSOR FLUXGATE 1.1 Giới thiệu chung T rư ng trá i đ ất lu ô n ỉu ô n thay đ ổi, kh ô n g thể cố đ ịn h tro n g m ộ t khơng gian k ín đưa vào p h ị n g th í n g h iệ m để khảo sát D o đó, m u ố n đo đạc phải lấ y m ẫu n h iễ u v đ ò i h ỏ i p i hiểu b iế t đặc đ iể m tầng khí sâu tro n g lò n g đất m ọ i nơi bề m ặ t trá i đất, trường “ cố đ ịn h ” (v í dụ nhữ ng th a y đ ổ i nhỏ ảnh hưởng đến thành phần p hổ thờ i điểm nghiên cứu) k h i so sánh v i trường nhỏ xu n g nhanh Các cảm biến sử dụng p i đáp ứng d ả i b iê n độ rộng, từ nhỏ 10'3 đến lớn hem 104 nTesla, hay hạn chế tần số đặc trư ng tro ng lớp cụ thể h iện tượ ng địa từ [4] Đ ộ nhạy th ié t b ị đo từ trường trá i đất chưa có g iớ i hạn M ỗ i bước m i tro n g cách g iả i q u yế t đ ịa từ trường có m i, có chi tiế t m i cho m ô i trư ng v ậ t lý trá i đất [1 ] T u y nhiên, có nhiều tượng đa dạng để đáp ứng từ trường theo nhiều cách khác Thự c tế, người ta sản xu ất n h iề u lo i cảm biến, m ỗ i lo i có lạ i riê n g [5 ], [12] C ó m ộ t số phư ng pháp áp dụng để phát đo từ trường nhỏ vớ i cấp độ ch ín h xá c khác nhau: T kế Cấp độ xác (y) Á p dụng Q uang học Zeem an 104 Sử dụng cho từ trường mặt F luxgate 10'1 ứ n g dụng tro ng hầu hết đài th iê n vãn đại P roton Đ o đạc trường tô n a tiêu chuân V ò n g dây dân 10'1 ỈO'2 10'4 M y đo dòng trá i đât '6 Sử dụng tô t tro n g ngành vật lý S Q U ID (d ụ ng cụ ¿ ia o 10'5 M rộ n g cho đo đạc m âu đá trờ i m ạnh B m quang học Đ o trườ ng tông Đ o vận tôc trường thay đôi thoa lượng tử siêu d ẫn) 1.2 Nguyên lý thiêt bị c ùng sensor Fluxgate T “ F lu x g a te ” đ iể n h ìn h áp dụng cho từ kế theo phương pháp thay đổi từ trư ng liê n tụ c tro n g m y đo m ộ t cách tuần hoàn [4 ] C ụ m từ “ lõ i bão hòa” nghĩa v ậ t liệ u có độ từ thẩm cao sử dụng để khuếch đại tín h iệ u từ trường chọn tro n g m ộ t v ò n g nhỏ (và i cm hom) anten, g iố n g hệ thố n g anten vòng lõ i m ô tả Sự khác h hệ th ố n g k h ô n g ch ỉ kích thước vị n g m tín h chất (bão hịa) trễ từ sử d ụn g tro n g trường dao động m ạnh Trư ờng tùy chọn, theo hướng đ ố i xứ n g (+ ) (-), trường tự n h iê n hiệ n Cường độ trường địa từ tác động lên đầu dò, gây sạ m éo hài, đuợc đo trê n vò ng thứ cấp T ro n g hầu h ế t p h iê n sử dụng phương pháp lõ i bão hịa, chất lượng phép đo có chứa thành phần hài thứ cấp tần số kích th ích tạo thành tro n g k h o ả n g bão hòa p h i tuyến cảm biến điện ãp lịi H ìn h 1.1 N guyên lý phương pháp Fluxgate T ro n g h ìn h 1.1, ta thấy m ộ t trường địa từ bao quanh bên lên trư ng k íc h th íc h h ìn h sin biên độ A » H0 v i A Ho chồns A Các m ố i quan hệ độ lớn đ iề u ch in h lớn mức bão hòa cần th iế t lõ i có độ từ thẩm cao Các trư n g có mức kh ơn g đ ổ i xứ n g v ì có thêm vào m ộ t trường bao quanh Ho, k ế t là m méo dạng th a y đ ổi m ật độ từ thông, tác động lên lõ i cuộn dây cảm b iến thứ cấp Sự thay đ ổ i kh ô n g xác đổi theo th i gia n B b iến t nên kh ôn g đối xứng theo trụ c thờ i gian, chứa nhiều hài ... tiêu nghiên cứu a) N g h iê n cứu xây dựng hệ đo tín hiệu từ trư ng nhỏ nguyên lý P luxgate sở ghép n ối PC b) N g h iê n cứu khả ứng dụng cua hệ th iế t bị Nội dung nghiên cứu a) T ín h iệ u nhỏ. ..BÁO CÁO TÓ M TẮ T Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ đo tin hiệu nhỏ cao tần sở PC ứng dụng Mã số: QG-08-04 C hủ trì đề tà i: PGS TS Phạm Q uốc T riệ u Các... vă n: N g h iê n cứu xây d irn a hệ đo tự độrta tín hiệu - N ă m bảo vệ: 2008 ♦í* H ọ c v iê n : N g u yễ n Tuấn H ưng - Tên Luận văn: X lý tín hiệu nhỏ từ m ộ t số sensor ứng dụng - N ă m bảo