4. Phương pháp nghiên cứu
3.2.2. Tính từđiện trở trên cảm biến dạng cầu Wheatstone
3.2.2.1. Tín hiệu cảm biến phụ thuộc vào từ trường ngoài
Hiệu ứng từ - điện trở của cảm biến được nghiên cún thông qua phép khảo sát sự thay đổi của điện áp lối ra theo từ trường ngoài sử dụng hệ đo từ - điện trở. Trong quá trình đo, cảm biến được cấp dòng một chiều với cường độ
1 mA, từ trường ngoài tác dụng theo phương vuông góc với phương ghim của cảm biến. Đường cong ở hình 3.6 trái là sự thay đổi liên tục của điện áp lối ra theo từ trường ngoài tác dụng vào cảm biến trong dải từ trường - 100 Oe -T 100 Oe. Từ đồ thị chúng ta nhận thấy ở vùng từ trường nằm ngoài 50 Oe và -
thể được giải thích là do trong vùng từ trường này từ độ của toàn bộ các thanh điện trở trong mạch cầu đạt trạng thái bão hòa hay các momen từ trong các thanh trở gần như hướng hoàn toàn theo từ trường ngoài và giữa ổn định ở trạng thái đó. Vì vậy mà điện áp lối ra của cảm biến trong vùng từ trường này gần như không thay đổi. Khi giảm dần từ trường về không các momen từ có xu hướng trở lại trạng thái ban đầu của nó dẫn tới việc các điện trở thành phần của mạch cầu có sự thay đổi kéo theo sự biến đổi của điện áp lối ra. Ngoài ra trên đường cong tín hiệu, chúng ta có thể thấy đường tín hiệu khi đo đi và đo về không trùng khít nên nhau trong vùng từ trường nhỏ, điều này được lý giải là do hiện tượng từ trễ trong vật liệu. Hình 3.6 phải là sự phụ thuộc của điện áp lối ra trong vùng từ trường 18-r 22 Oe của các cảm biến, đây là vùng từ trường mà cảm biến có sự biến thiên điện áp lối ra mạnh nhất. Nhờ vào việc khảo sát này chúng tôi có thể xác định được độ nhạy của cảm biến.
Độ lệch thế của cảm biến đạt giá trị AV = 1 , 7 mV. Với mục đích ứng dụng cảm biến trong việc đo từ trường thấp thì độ nhạy của cảm biến được
quan tâm hơn cả, độ nhạy của cảm biến được xác định theo biểu thức s =
(mV/ Oe), ta tính được Sh= 0, 17 mV/Oe.
H (Oe)
Hình 3.6. Sự phụ thuộc thế loi ra theo từ trường ngoài một chiểu, đo tại ImA: (Trải) Trong thang đo từ trường lớn, (Phải) Trong thang đo từ trường nhỏ
3.2.2.2TÍĨĨ hiệu cảm biến phụ thuộc vào từ trườĩĩg ngoài với các dòng cấp khác nhau
Thế lối ra của cảm biến phụ thuộc vào dòng điện được cấp. Đe khảo sát sự phụ thuộc này, chúng tôi đã tiến hành đo thế lối ra của cảm biến theo từ trường ngoài với các dòng cấp 1 mA, 2mA, 3mA các điều kiện khác được giữ nguyên.Ket quả đo được biểu diễn trên hình 3.7
> 4 > < 2 1 . 1 . 1mA • 2m A ♦ 3m A - 10 8 > 6 > 4 5 2 -0— 1 mA • 2m A ♦ 3m A 16 18 20 H (Oe) 22 -100 -50 0 50 100 H (Oe)
Hình 3.7. Sự phụ thuộc thế loi ra theo từ trường ngoài một chiểu, đo tại các dòng 1, 2, 3mA: (Trải) Trong thang đo từ trườỉĩg lỏn, (phải) Trong thang
đo từ trường nhỏ
Từ đồ thị trên hình 3.7, ta thấy độ lệch thế và độ nhạy của cảm biến tăng khi dòng cấp tăng. Ket quả được thế hiện dưới bảng
Bảng 3.4. Sự phụ thuộc thế loi ra theo từ trường ngoài một chiều
Dòng câp I(mA) Độ lệch thê ÀV (mV) Độnhạy (mV/Oe)
1 1,7 0, 17
2 3 ,3 0, 18
3 5, 1 0, 20
Từ bảng số liệu ta thấy, độ lệch thế tăng tuyến tính theo dòng điện. Sư phụ thuộc tuyến tính này thực ra hoàn toàn có thể suy luận từ lý thuyết. Theo
T/ A V A V
V = —— H— — C0SÍ2Ớ)
2 2
V = AVcos2(0)=/A/?cos2(ớ)(3 2)
Nếu giả thiết điện trở (AR) không thay đổi trong khoảng dòng khảo sát, thì rõ ràng, thế lối ra (V) của sensor là hàm bậc nhất của cường độ dòng cấp. Ket quả này cho chúng ta một cái nhìn trực quan hơn về mạch cầu Wheatstone có tín hiệu lối ra ít bị ảnh hưởng của nhiễu nhiệt. Điều này tạo ra cơ sở thực tế để lựa chọn chế độ cấp dòng nếu các cảm biến này được ứng dụng.
Cảm biến chế tạo được có độ nhạy lớn nhất 0, 20 mV/Oe, giá trị này tuy còn nhỏ so với hiệu ứng AMR trên mạch cầu Wheatstone đã công bố trên thế giới [2, 3] nhung so với các cảm biến có cùng chức năng dựa trên các cấu trúc phức tạp như Hall, van-spin [5] thì tín hiệu lớn hơn rất nhiều.
KẾT LUẬN
Trong thời gian ngắn nghiên cứu đề tài khóa luận tốt nghiệp, đề tài đã thu được một số kết quả sau:
- Đã nghiên CÚ11 được tổng quan về các hiệu ứng từ và điện, nguyên lý
và hoạt động của các loại cảm biến từ
- Chế tạo được cảm biến hoạt động dựa trên mạch cầu Wheatstone dựa trên hiệu ứng tù' điện trở dị hướng kích thước 0, 45 X 4 mm, dày 15nm
- Khảo sát tín hiệu lối ra của cảm biến theo từ trường ngoài với các dòng khác nhau cho giá trị lớn nhất ÀV = 5, lmV, độ nhạy s = 0, 20 mV/Oe, tại dòng cấp 3mA
- Tín hiệu cảm biến này nhỏ hơn so với hiệu ứng AMR trên mạch cầu Wheatstone đã công bố trên thế giới nhưng so với các cảm biến có cùng chức năng dựa trên các cấu trúc phức tạp như Hall, van-spin thì tín hiệu lớn hơn rất nhiều.