7. Nội dung của khóa luận
3.1. Sự phụ thuộc của hệ số từ-điện E vào tần số f của từ trƣờng xoay chiều
chiều
Để khảo sát hiệu ứng từ điện vào từ trƣờng xoay chiều. Ta khảo sát sự
ảnh hƣởng của tần số từ trƣờng xoay chiều kích thích đến hiệu ứng từ - điện
trên các mẫu có dạng hình chữ nhật với kích thƣớc khác nhau. Đƣờng cong sự
phụ thuộc của hệ số từ - điện αE vào tần số của từ trƣờng xoay chiều hac của một số mẫu điển hình đã đƣợc thực hiện. Hình 3.1 mô tả sự phụ thuộc của αE vào tần số của từ trƣờng xoay chiều đo trên mẫu hình vuông kích thƣớc 15 ×
15 mm.
Hình 3.1. Hệ số từ điện phụ thuộc vào tần số của dòng xoay chiều đo theo phương song song của vật liệu băng từ FeNiBSi.
Phép đo đƣợc thực hiện theo phƣơng song song với mặt phẳng băng với
biên độ đƣợc lựa chọn hac = 2 Oe và giá trị từ trƣờng một chiều H = 10 Oe
tƣơng ứng. Nhìn vào đƣờng cong ta thấy hệ số từ điện phụ thuộc mạnh vào
tần số của từ trƣờng xoay chiều. Ở vùng khảo sát tần số thấp, hệ số αE xuất hiện những đỉnh cộng hƣởng mà tại αE đạt giá trị cực đại sau đó lại giảm từ từ
37
khi tần số tiếp tục tăng. Nhƣ vậy có thể kết luận rằng tần số cộng hƣởng cho vật liệu FeNiBSi là f1 = fr1 ~ 90 kHz và f1 = fr2 ~ 136,4 kHz tại đó hiệu ứng từ điện sẽ lớn nhất. Vậy ta chọn tần số cộng hƣởng làm việc cho mẫu này là f1 = fr2 ~ 136,4 kHz, tại đó tín hiệu từ điện là lớn nhất.
Sự phụ thuộc của hệ số từ - điện Evào tần số f của từ trƣờng xoay chiều
của các mẫu khác có dạng hình chữ nhật với kích thƣớc chiều dài không đổi
(L = 15 mm) và chiều rộng thay đổi (W = 1-15 mm) đƣợc khảo sát tƣơng tự
nhƣ mẫu trên. Thực nghiệm cho thấy tần số cộng hƣởng của các mẫu hình
chữ nhậttƣơng đối bằng nhau cỡ 100 kHz.
3.2. Hiệu ứng từ - điện phụ thuộc từ trƣờng một chiều trên các mẫu có kích thƣớc khác nhau (n =L/W) đo tại tần số cộng hƣởng của các mẫu
Trên hình 3.2 là kết quả đo hệ số từ - điện phụ thuộc vào từ trƣờng một chiều đo trên các mẫu có tỉ số kích thƣớc khác nhau. Tất cả các phép đo đều
đƣợc thực hiện tại tần số cộng hƣởng tƣơng ứng của từng mẫu đã đƣợc nghiên
cứu.
Hình 3.2. Hệ số từ điện phụ thuộc vào từ trường một chiều đối với các mẫu hình chữ nhật có chiều dài L = 15 mm và chiều rộng W thay đổi từ 1 đến 15 mm. Từ trường đặt dọc theo chiều dài (L). Phép đo được thực hiện tại tần số
38
Nhìn vào đƣờng cong này ta thấy sự phụ thuộc rất mạnh của hệ số từ -
điện vào kích thƣớc khác nhau trong đó các mẫu có tỉ sốn càng lớn thì độ dốc
của đƣờng cong trong vùng từ trƣờng thấp càng lớn và ngƣợc lại. Thêm vào
đó, giá trị từ trƣờng, tại đó hệ số từ-điện đạt cực đại giảm mạnh với sự tăng
của tỉ số kích thƣớc. Nếu với mẫu có tỉ số n = 1 thì giá trị từ trƣờng này cần thiết là 12 Oe trong khi với tỉ sốn= 15 thì giá trị này giảm xuống 2,5 lần chỉ còn khoảng 5 Oe. Kết quả này đƣợc giải thích là do hệ quả của trƣờng khử từ
hay tính dịhƣớng hình dạng.
Hình 3.3. Hệ số từ - điện tại từ trường 2,5 Oe đo trên các mẫu có tỉ số kích thước khác nhau
Với mục tiêu ứng dụng trong từ trƣờng thấp đặc biệt làm việc trong vùng
từ trƣờng trái đất thì hiệu ứng từ - điện trong vùng từ trƣờng thấp đƣợc quan
tâm hơn cả. Trên hình 3.3 là số liệu hệ số từ - điện đo tại từ trƣờng 2,5 Oe đo
trên các mẫu có tỉ lệ kích thƣớc khác nhau. Số liệu này cũng đƣợc tổng kết
trên bảng 3.1. Ta thấy hệ số từ - điện thay đổi này không theo một xu hƣớng
với tỉ số n. Ban đầu là sự tăng lên rất nhanh của αE từ 14,04 lên 22,83 khi n
tăng từ 1 đến 3. Sự tăng lên này phù hợp với qui luật tăng cƣờng tính chất từ
39
hệ số từ - điện giảm dần. Sự suy giảm mạnh của hệ số từ điện khi kích thƣớc
mẫu giảm có thể giải thích dựa vào hiệu ứng “shear lagging” do sự phân bố
ứng suất không đồng nhất trên bề mặt mẫu phụ thuộc vào kích thƣớc mẫu. Theo hiệu ứng Shear lag: ứng suất tác dụng lên bề mặt tấm áp điện đƣợc phân ra thành hai phần đóng góp, phần biên và phần lõi. Trong đó, càng vào sâu
trong tâm mẫu, ứng suất càng mạnh và ứng suất lớn nhất nằm ở tâm mẫu.
Ngƣợc lại, càng ra xa tâm lại gần biên của mẫu, ứng suất càng giảm và tiến đến 0 tại các biên của mẫu [6].
Bảng 3.1. Bảng tổng hợp hệ số từ - điện đo trên các mẫu hình chữ nhật có kích
thƣớc khác nhau (L = 15mm, W thay đổi) đo tại tần số cộng hƣởng của các
mẫu TT Tỉ số n = L/W αE (V/cmOe) tại Hdc = 2.5 Oe αE (max) (V/cmOe) 1 15 17,24 22,01 2 7,5 22,48 28,04 3 3 22,83 38,40 4 2 19,00 31,80 5 1,5 16,74 35,00 6 1 14,04 36,25
Nhƣ vậy, bằng việc khai thác dịhƣớng hình dạng của băng từ mềm hệ số
từ - điện có thể đƣợc cải thiện mạnh khi chế tạo các mẫu hình chữ nhật có kích thƣớc L > W. Tuy nhiên bên cạnh đó luôn tồn tại sự cạnh tranh với hiệu
40
1 đến 3 là do sự giảm của trƣờng khử từ dọc theo băng từ mềm, nhƣng ở tỉ lệ
L/W lớn (>8) thì hệ số từ điện lại giảm, trong trƣờng hợp này do hiệu ứng
“shear lagging” lớn hơn hiệu ứng dịhƣớng hình dạng.
Kích thƣớc tối ƣu cho hiệu ứng từ - điện trong các nghiên cứu của chúng tôi cho giá trị cực đại của hệ số từ điện là 38,4 V/cmOe đƣợc tìm thấy trên
mẫu có kích thƣớc 15x5 mm (n = L/W = 3), giá trị này lớn hơn mẫu vuông
kích thƣớc 15x15 mm (= 36,25 V/cmOe).