Hình 3.12: kết nối cho hệ ‘’đất ảo’’ hoàn chỉnh và tín hiệu khuếch đại của hệ đo trên mạch này là khoảng 500 lần
Hình 3.13 (a) trình bày tín hiệu thực nghiệm của hệ đo “đất ảo”. Hình 3.13 (b) trình bày kết quả của một đường trễ sắt điện hiển thị trên dao động ký số TDS1000B. Để ý rằng trong hình 3.13 (a), sóng kích thích dạng sin (X) là tín hiệu phía trên hiển thị trên dao động ký. Tín hiệu “đáp ứng” sau khi đi qua mẫu được đưa vào bộ chuyển đổi dòng sang thế và áp đặt trên kênh 2 của máy dao động ký số. Dạng sóng nằm phía dưới không có hình dạng giống như sóng sin kích thích. Mẫu sắt điện điều chỉnh (làm méo) dạng sóng kích thích. Một sóng tam giác cũng có thể được sử dụng để làm sóng kích thích. Sóng tam giác làm việc rất tốt và trên thực tế việc sử dụng chúng để nghiên cứu và kiểm tra tính chất của vật liệu sắt điện. Việc điều biến bởi các mẫu sắt điện đặc biệt rõ ràng khi sử dụng máy phát đa chức năng phát tín hiệu có dạng sóng tam giác.
(a)
(b)
Hình 3.13: (a) Máy phát phát tín hiệu kích thích dưới dạng xung tam giác áp đặt lên mẫu. (b) Hình ảnh đường trễ sắt điện thu nhận trên dao động ký số.
Một ưu thế của hệ đo này là các thông số của đường trễ đều được thu nhận thông qua dao động ký số TDS1000B, dữ liệu thu nhận bao gồm file ảnh và file excel. Các gói dữ liệu có thể lưu trữ và sau đó xử lý thông qua phần mềm khác như chương trình Origin.
3.4. Đánh giá, so sánh các phương pháp khảo sát đường trễ
Để đánh giá tính chính xác của các phương pháp này, chúng tôi tiến hành xử lý số liệu và so sánh các kết quả từ 3 phương pháp đo: phương pháp sử dụng mạch “Sawyer-Tower” của nhóm tác giả Tôn Thất Dũng, phương pháp sử dụng mạch RT66A và phương pháp mạch “đất ảo”. Ở đây chúng tôi chọn cùng trên mẫu gốm mềm làm đối tượng khảo sát.
Hình 3.14 hiển thị sự so sánh các kết quả nhận được của các phương pháp đo: phương pháp “đất ảo” và trên hệ đo RT66A. Kết quả của các phương pháp
mạch là khá tương đồng. Điều này chứng minh được tính chính xác của hệ đo mạch “đất ảo”.
Hình 3.14: Kết quả so sánh các phương pháp đo đường trễ: phương pháp “đất ảo” và phương pháp trên hệ RT66A.
Hình 3.15: Kết quả đo đường trễ a) thay đổi dạng tín hiệu; b) thay đổi tần số áp đặt
Bên cạnh đó, một nhược điểm của các mạch khảo sát đường trễ hiện nay đang sử dụng tại Khoa Vật lý là tín hiệu đầu vào luôn phát ở dạng cố định với tần số phát là tần số của mạng điện dân dụng (50Hz). Chính vì vậy, việc phát triển các phương pháp trong phép đo đường trễ điện môi nói chung là khá hạn chế.
Tuy nhiên, với hệ đo mạch “đất ảo” hiện nay, các hạn chế này đã được khắc phục bởi sự kết hợp của máy phát đa chức năng kết hợp bộ khuếch đại cao áp. Hình 3.15 là kết quả các đường trễ của vật liệu khi thay đổi dạng tín hiệu hoặc thay đổi tần số của tín hiệu phát đầu vào. Kết quả này là bước tiền đề trong
việc “kết hợp” các ứng dụng các máy phát đa chức năng với hệ đo đường trễ sử dụng nguyên lý mạch “đất ảo” nhằm tăng độ chính xác và đa dạng hóa các thông số khảo sát tính chất sắt điện của vật liệu.
Có thể nói rằng, chương 3 của luận văn đã tập trung tìm hiểu, nghiên cứu và phát triển các phương pháp đo đường trễ sắt điện với mạch “đất ảo” phối hợp với các thiết bị của hệ RT66A. Đến nay, chúng tôi đã hoàn chỉnh các hệ đo, đồng thời ứng dụng các hệ đo này trong nghiên cứu đường trễ sắt điện của vật liệu tại Khoa Vật lý, trường Đại học Khoa học. Các kết quả góp phần quan trọng trong việc so sánh, đánh giá tính chính xác của các phép đo đường trễ sắt điện hiện nay, đồng thời đa dạng hóa các phương pháp nghiên cứu các thông số, tính chất của vật liệu.
KẾT LUẬN, ĐỀ XUẤT
- Luận văn đã trình bày tổng quan lý thuyết đường trễ sắt điện, cấu trúc Đômen và mạch đo đường trễ sắt điện.
- Luận văn đã trình bày khái quát về nguyên lý hoạt động của hệ đo RT66A, các chức năng chính, các chương trình phần mềm cơ bản và các thông tin thu nhận được của đường trễ sắt điện khi sử dụng hệ đo RT66A
- Phát triển hệ đo đường trễ sắt điện với phương pháp mạch “đất ảo” dựa trên các thiết bị của hệ đo RT66A. So sánh, đánh giá kết quả đạt được của hệ đo RT66A với phương pháp mạch “đất ảo”.
- Mở rộng chức năng của phương pháp khảo sát đường trễ sắt điện sử dụng mạch “đất ảo” (khảo sát đường trễ khi tần số tín hiệu áp đặt thay đổi, khảo sát đường trễ với các dạng khác nhau của tín hiệu áp đặt).
Trong quá trình khảo sát đối với hệ đo đường trễ sắt điện, chúng tôi vẫn còn một số hạn chế chưa giải quyết triệt để, cụ thể:
- Chưa tự động hóa được phép đo đường trễ khi sử dụng mạch “đất ảo”. - Trong quá trình đo đã phát hiện thiết bị cao áp gặp lỗi khi ở điện áp cao. Chính vì vậy mục đích đặt ra ban đầu là khảo sát đường trễ cho mẫu gốm với chiều dày khoảng 1mm chưa đạt được.
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ
1. Võ Thanh Tùng, Hoàng Lê Châu Huy (2013) Phát triển tự động hóa hệ đo
đường trễ điện môi ứng dụng trong nghiên cứu tính chất vật liệu sắt điện”, Hội
nghị toàn quốc lần thứ III về Vật lý kỹ thuật và ứng dụng, Huế tháng 8 năm 2013
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt:
1. Trương Văn Chương (2001), Chế tạo và nghiên cứu tính chất Vật lý của
gốm áp điện PbTiO3 pha La, Mn, Luận án Tiến sỹ Vật lý, Viện khoa học
vật liệu - Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ Quốc gia.
2. Võ Duy Dần (2010), Vật liệu điện môi và ứng dụng, nhà xuất bản Đại học Huế.
Tiếng nước ngoài:
3. BaoShan Li, ZhiGang Zhu, QingRui Yin: Jpn. J. Appl. Phys. 43 (2004) 1458.
4. C B Sawyer and C H Tower: Phys Rev. 35 (1930) 269.
5. D.-Y. Wang, C.-H. Chien, C.-Y. Chang, C.-C. Leu, J.-Y. Yang, S.-H. Chuang and T.-Y. Huang: Jpn. J. Appl. Phys. 42 (2003) 2756.
6. D.-Y. Wang, C.-H. Chien: Jpn. J. Appl. Phys. 43 (2004) 6225. 7. D.-Y. Wang, C.-Y. Chang: Jpn. J. Appl. Phys. 43 (2004) 6228 8. http://www.ferrodevices.com/
9. Radiant Technologies. Inc.
10. Rainer Waser and Orlando Auciello (1994), Science and Technology of
Electroceramic Thin Films, RWTH Achen University of Technology,
Germany and Reseach Triangle Park, North Carolina, U.S.A.
11. Robert Hoffman and Wesley Tipton, Analysis of Ferroelectric Thin
Films Grown by MOD Process, Army Research Laboratory (1998).
12. R.C. Smith and A. Hatch, Parameter estimation techniques for nonlinear
hysteresis model, Proceedings of the SPIE, Smart Structures and
Materials (2004).
13. Y. Yasashita, K.Inagaki, O. Furukawa: Jpn. J. Appl. Phys. 24 (1985) 96. 14. ZhaoSu Chuan, LiBao Shan, LiGao Rong, Reorientation of Defect
Dipoles in Ferroelectric Ceramic, Shanghai (2005).
15. J. A. Giacometti, C. Wisniewski, W. A. Moura and P. A. Ribeiro: Rev.
Sci. Instrum. 70 (1999) 2699.
16. J. A. Giacometti, C. Wisniewski, P. A. Ribeiro and W. A. Moura: Rev.
Sci. Instrum. 72 (2001) 4223.
17. Joe T.Evans, The Effect of Delay Between Pulses on the Ramannent
Polarization of the PUND test, Radiant Technologies, Inc. (2003).
18. Joe T.Evans, Characterizing Ferroelectric Materials, Radiant Technologies, Inc. (2011)
19. J.West and L. Hench, Principles of Electronic Ceramic, New York, NY, (1990)
20. Julie K. Raye and Ralph C. Smith, A Temperature-Dependent Hysteresis
Model for Relaxor Ferroelectric Compounds, Center for Research in
Scientific Computation, North Carolina State Univ., Raleigh, NC 27695 (2004).