5.2. Cam biến từ trường dựa trên băng từ Metglas có cấu trúc vô định
5.2.5. Cảm bién do từ trường trái dat 3D dựa trên hiệu ứng tù-điện
Mặc dù cảm biến 2D được phát triển từ cảm biến 1D cho thấy khả năng hoạt động và tiềm năng ứng dụng rất cao. Tuy nhiên thiết bị này vẫn còn có nhược điểm cần khắc phục. Nhược điểm của thiết bị này là chỉ có thể xác định
được cường độ từ trường trái đất và góc định hướng trong một mặt phăng xác định. Trong khi các ứng dụng trong không gian liên quan đến vệ tỉnh, vũ trụ, viễn thám lại đòi hỏi khả năng xác định được cường độ từ trường trái đất tổng cộng và 3 góc định hướng trong không gian. Do đó việc nghiên cứu phát triển cảm biến từ trường 2D thành cảm biến từ trường 3D là cần thiết. Cảm biến từ trường 3D cho phép xác định đồng thời cả ba thành phần H:, H› và H3 trong một hệ tọa độ không gian đề từ đó có thể xác định được chính xác độ lớn từ trường tổng cộng và 3 góc định hướng của từ trường Trái đất tại một vị trí bất kì trong không gian.
Cảm biến từ trường trái đất 3D được chế tạo bằng cách tô hợp 3 cảm biến từ trường trái đất ID đặt theo 3 phương vuông góc nhau đôi một. Theo các thiết kế này, 3 cảm biến từ trường don sẽ xác định đồng thời 3 thành phần Hy, H›, H3
131
của từ trường trái đất theo 3 phương vuông góc nhau. Cảm biến từ trường trái đất 3D đã được luận án chế tạo thành công theo ý tưởng thiết kế trên (hình 5.7b).
Từ các thành phần cường độ từ trường trái đất theo 3 phương khác nhau (Hi, Ho, H3), cường độ từ trường Trái dat trong mặt phăng nằm ngang (Hy) có thê được xác định thông qua công thức:
Hyy = [H? + n‡ (9.10)5.10
và cường độ từ trường Trái dat tong cộng được xác định thông qua công thức:
| 5.11
Cũng với ly do tương tự như cảm biến 2D, các cảm biến don trên cảm biến 3D sẽ được giảm cường độ từ trường xoay chiều kích thích 3 lần so với cảm biến từ trường trái đất 1D. Việc làm này cho phép hạn chế ảnh hưởng nhiễu lẫn nhau của các cảm biến đơn mà không làm suy giảm nhiều tín hiệu lối ra. Các nghiên cứu thực nghiệm được tiễn hành tương tự trên cảm biến từ trường 2D. Kết quả cho thấy độ nhạy của các cảm biến đơn tương ứng có giá trị là ki = 192,6
mV/Oe, k2 = 200,8 mV/Oe và k3 = 205,5 mV/Oe. Các giá trị độ nhạy này nhỏ
hơn 3 lần so với độ nhạy của biến 1D (653,2 mV/Oe) là phù hợp với việc giảm từ trường xoay chiều kích thích 3 lần.
Với các giá trị độ nhạy (hệ số chuyên đổi) trên, luận án đã tiến hành khảo sát khả năng xác định cường độ từ trường trái đất của cảm biến 3D. Phép đo được thực hiện khi cảm biến 3D đặt sao cho cảm biến đơn S3 có phương thang đứng (S¡ và S2 nằm trong mặt phang nằm ngang) và quay cảm biến 3D xung quanh trục quay thắng đứng. Số liệu thực nghiệm được mô tả trên hình 5.17.
Đồ thi cho thay tín hiệu lối ra trên cảm biến đơn S¡ và Sa biến đổi theo quy luật hàm số cosine và lệch pha nhau 90°. Các kết quả này tương tự như kết quả
thu được với cảm biên từ trường 2D. Đôi với cảm biên đơn Sa, tín hiệu lôi ra có
132
dạng đường thăng (không đổi) là do quá trình quay xung quanh trục của Sa dan đến thành phan từ trường trái đất dọc theo phương Sa có giá trị không đồi.
Từ kết quả thực nghiệm, cường độ từ trường trái đất theo phương nằm ngang được xác định có giá trị là Hyy = 0,3994 Oe và phù hợp với các kết qua
khảo sát trên cảm biến 1D, 2D và trên các công bố quốc tế [90,105].
100
—=— Cảm biến 1
—®— Cảm biên 2
—4— Cảm biên 3
L +
0 90 180 270 360
Góc phươn vị (độ)
Hình 5.17 : Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu điện thé lỗi ra cua 3 cảm biến
vào góc phương vị trong hệ tọa độ vuông góc
Đối với cường độ từ trường trái đất tổng cộng, kết quả thực nghiệm cho thấy có giá trị là H„ = 0,4465 Oe. Ngoài ra góc từ khuynh 7 của từ trường trái đất tại vị trí đo đạc (Hà Nội, Việt Nam) được xác định thông qua biểu thức:
A, (5.12)
xy
tan(/) =
và có giá trị là J = 26,5° + 0,1°.
Sai số của góc từ khuynh có giá trị 0,19 là phù hợp với sai số của cường độ
từ trường có giá trị 10+ Oe.
Các kết quả thực nghiệm xác định cường độ từ trường trái đất tổng cộng
va gia tri góc từ khuynh tại nơi làm thí nghiệm được so sánh với các giá tri được
công bố quốc tế [105] cho thay một sự phủ hợp rất tốt va khang định răng cảm
133
biến từ trường trái đất 3D có khả năng rat tốt trong việc xác định từ trường trái đất và góc định hướng trong không gian.