- s: số bước trong một vòng.
4: Lưới chia 5: Tế bào quang điện 6: Mã chuẩn
3.2.3. Cảm biến từ giảo:
a. Hiệu ứng từ giảo:
Dưới tác động của từ trường, một số vật liệu từ thay đổi tính chất hình học hoặc tính chất cơ học (hệ số Young). Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng từ giảo. Khi có tác dụng của lực cơ học gây ra ứng lực trong vật liệu sắt từ làm thay đổi đường cong từ hoá của chúng, khi đó dựa vào sự thay đổi của độ từ thẩm hoặc từ dư có thể xác định được độ lớn của lực tác dụng. Đây là hiệu ứng từ giảo nghịch.
Cơ chế từ hoá: Trong vật liệu sắt từ, mỗi nguyên tử được đặc trưng bởi một mô men từ. Để giảm thiểu năng lượng tổng cộng, mô men từ của các nguyên tử trong cùng một miền từ hóa tự nhiên (domen) phải hướng theo một hướng chung. Hướng chung này định hướng theo một số hướng ưu tiên của
mạng tinh thể gọi là hướng dễ từ hoá. Hướng của các mô men từ trong các domen cạnh không trùng nhau.
Khi có từ trường ngoài H tác động, sự định hướng của mô men từ trong domen theo một hướng chung tăng dần. Khi H nhỏ, các vách domen từ dịch chuyển và kích thước của các domen từ có hướng từ hoá thuận lợi trùng với hướng của từ trường bên ngoài tăng lên. Khi từ trường ngoài tăng lên đến mức nào đó xảy ra hiện tượng đảo hướng của các domen theo hướng từ trường ngoài. Khi từ trường ngoài đủ mạnh sẽ làm quay hướng dễ từ hoá của các domen từ theo hướng từ trường ngoài dẫn đến bão hoà (hình 5.26a).
Hiện tượng từ trễ: sau khi từ hoá lần đầu đến bão hoà (H = Hm), nếu vẫn giữ nguyên phương trình từ trường và thực hiện một chu trình khép kín (Hm, 0, -Hm, 0) ta nhận được dường cong từ hoá như hình 5.26b, gọi là đường cong từ trễ với độ từ dư Br và kháng từ Hc.
Hình 5.26 – Đường cong từ hoá - a) Từ hoá lần đầu b) Chu trình từ trễ
Khi trong vật liệu sắt từ có ứng lực, kích thước mạng tinh thể thay đổi, các hướng dễ từ hoá thay đổi dẫn đến làm thay đổi định hướng của các domen. Hiện tượng này gọi là hiệu ứng từ giảo nghịch.
Hình 5.27 biểu diễn ảnh hưởng của ứng lực đến đường cong từ hoá của permalloy 68.
Hình 5.27 – Sự biến dạng của đường cong từ hoá dưới tác dụng của lực kéo
b. cảm biến từ thẩm biến thiên:
Cấu tạo của cảm biến gồm một cuộn dây có lõi từ hợp với một khung sắc từ tạo thành một mạch từ kín (hình 5.28). Dưới tác dụng của lực F, lõi từ bị biến dạng kéo theo sự thay đổi của độ từ thẩm µ, làm cho từ trở mạch từ thay đổi, do đó độ tự cảm của cuộn dây cũng thay đổi. Sự thay đổi tương đối của L, R hoặc µ tỉ lệ với ứng lực σ, tức là với lực cần đo F:
Hình 5.28 – Cảm biến từ giảo có từ thẩm biến thiên
c. Cảm biến từ dư biến thiên:
Phần tử cơ bản của cảm biến từ dư biến thiên là một lõi từ làm bằng Ni tinh khiết cao, có từ dư Br. Dưới tác dụng của lực cần đo, ví dụ lực nén (dσ < 0), Br tăng lên:
Sự thay đổi của từ thông sẽ làm xuất hiện trong cuộn dây một suất điện động tỉ lệ với dBr/dt. Biểu thức của điện áp hở mạch có dạng:
Trong dó K là hệ số tỉ lệ với số vòng dây và tiết diện vòng dây.