m là đại lượng đầu vào; đối với đầu dò từ trường nhỏ, là cả ứng từ.
3.2.3Phƣơng pháp Lock-in (chọn pha)
Sơ đồ khối của bộ khuếch đại Lock-in
Lock-in là một bộ khuếch đại tín hiệu điện xoay chiều, cho tín hiệu ở lối ra là một chiều. Nó được ứng dụng để phát hiện và đo tín hiệu xoay chiều nhỏ, có khả năng loại trừ nhiễu tốt.
Nó bao gồm hai lối vào và một lối ra, trong đó: + Lối vào 1 là lối tín hiệu cần đo
+ Lối vào 2 là lối tín hiệu chuẩn
Hình 3.6: Sơ đồ khối của bộ Lock-in
Tín hiệu cần đo ở lối vào 1 là những tín hiệu biến đổi chậm, có biên độ nhỏ (tức là nó bị điều chế ở tần số của tín hiệu chuẩn).
Tín hiệu chuẩn là những xung vuông có độ trống bằng 1/2, biên độ lớn (510V), nếu tín hiệu chuẩn không như trên thì cần có bộ tạo dạng xung chuẩn từ tín hiệu sin hay xung kim đưa vào (xung kim t/T < 1/2) ở lối 2.
Tín hiệu lối ra: biến đổi chậm, phản ánh quy luật thay đổi của biên độ tín hiệu đo theo thời gian.
Hình 3.8: Tín hiệu lối vào 1 và 2
Sơ đồ khối cụ thể như trên hình 3.9:
Hình 3.9: Sơ đồ khối cụ thể của bộ khuếch đại Lock-in
Chú ý: Sơ đồ này có tạo dạng xung nên ở lối vào (2) có thể dùng tín hiệu chuẩn là tín hiệu dạng sin có biên độ nhỏ.
Khối tách sóng đồng bộ và tích phân
Hình 3.10: Mạch tích phân dùng khuếch đại thuật toán
Ta có: U dt CR
1
U0 1
Khối tách sóng đồng bộ có nguyên lý như sau:
Hình 3.11: Nguyên lý tách sóng đồng bộ
Mạch làm việc ở chế độ khoá với 2 khoá K1 và K2 hỗ trợ nhau: + Khi K1 đóng thì K2 ngắt thì tín hiệu đi qua K1 sang bộ tích phân. + Khi K1 ngắt thì K2 đóng thì tín hiệu không sang bộ tích phân.
Giả sử tín hiệu vào là hình sin. Nếu tín hiệu vào đồng bộ với tín hiệu chuẩn thì ở lối ra của bộ tách sóng đồng bộ ta được các nửa trên của tín hiệu trọn vẹn và qua bộ tích phân nhận được tín hiệu một chiều.
Hình 3.12: Giản đồ nguyên lý của Lock-in
Ví dụ một sơ đồ cụ thể:
Ở đây: T1 đóng vai trò K1, T2 đóng vai trò K2. Với transitor trường kênh n thì thế âm là thế khoá (ngắt), thế bằng 0 (hay thế dương) là thế mở (đóng). Tín hiệu chuẩn được đưa vào mạch khuếch đại vi sai, lấy ra trên hai collector đưa ra điều khiển các khoá T1 và T2.
Một số điểm lưu ý
+ Bộ Lock-in có khả năng loại các nhiễu có tần số ngẫu nhiên.
Hình 3.14: Khả năng loại các nhiễu có tần số ngẫu nhiên của bộ Lock-in + Bộ Lock-in có khả năng loại các nhiễu cùng tần số với tín hiệu di pha.
Tín hiệu di pha tuy cùng tần số với tín hiệu đo nhưng qua tách sóng đồng bộ sẽ có dao động về cả hai phía so với điểm 0 nên qua mạch tích phân sẽ bị suy giảm.