TRÚC VÔ ĐỊNH HÌNH
4.7. Ảnh hưởng của tỷ lệ kích thước dài/rộng
4.7.1. Kết qua đo thực nghiệm kháo sát hệ số thế từ-điện
Theo các kết quả nghiên cứu đã được trình bày trong phần 4.1.2, khi tỷ lệ kích thước r = L/W càng tăng thì tính chất từ mềm và tính chất từ giao mềm dọc theo phương chiều dài càng được tăng cường. Các kết quả nghiên cứu này đưa ra gợi ý rằng tỷ lệ kích thước r = L/W càng tăng thì hệ số thế từ-điện trong vùng từ trường thấp càng tăng. Và dé minh chứng cho điều này, luận án tiến hành nghiên cứu tính chất từ-điện của hệ các vật liệu có tỷ lệ kích thước khác nhau (có cùng chiều dai L = 15 mm, chiều rộng thay đổi từ W = 15 mm đến 1 mm).
Hình 4.29 trình bày kết quả khảo sát hiệu ứng từ-điện đo trên hai mẫu
khác nhau dọc theo phương “dé” và phương “khó” gây ra bởi dị hướng hình
dạng. Trong đó, phương ưu tiên dọc theo chiều dài mẫu. Mẫu có dị hướng hình dạng càng lớn khi tỷ phần chiều dài rất lớn so với chiều rộng. Theo kết quả trên, tỷ lệ r cho giá trị hiệu ứng từ-điện cực đại vào khoảng r = 3, nhưng dé có độ nhạy cao hon ở từ trường thấp thì tỷ số này cần cao hơn (r = 7,5).
103
40
N o
0 EME
a, (VicmOe)
eee
-200 -150 -100 -50 0 50 100 150 20C
H.. (Oe)
Hình 4.29: Sự phụ thuộc cua hiệu ứng từ-điện vào tu trường một chiêu do đọc theo phương dé (chiêu dài) và phương khó (chiêu rộng) của các mau với tỷ phan
kích thước khác nhau. Mẫu có L >> W nhạy từ trường thấp khi đo dọc theo phương dễ
104
150
100
a, (VicmOe) 5
-30 -20 -10 0 10 20 30
Hình 4.30: Sự phụ thuộc cua hiệu ứng từ-điện vào từ trường mot chiêu do dọc
š
§
a, (ViemOe) 8ề
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Tỷ số r = chiêu đài / chiêu rộng
Hình 4.31: Hệ số thé từ-điện ag cực đại và tại từ trường H = 2 Oe của các mẫu có tỷ số L/W khác nhau
Điều này càng thấy rừ từ số liệu minh họa trờn hỡnh 4.30. Mẫu cú kớch thước 15x1 mm? biểu hiện hệ số thế từ-điện ae ở vùng từ trường trái đất là tối ưu nhất. Trong khi ứz cực dai hầu như khụng đổi (và cú giỏ trị khoảng 150 V/cm.Oe) thì giá tri az ở từ trường H = 2 Oe tăng mạnh theo tỷ số r (hình 4.31).
Đối với mẫu có giá trị r = L/W = 15 thì hệ số thé từ-điện do tại từ trường H = 2
Oe là az = 60 V/cm.Oe.
Hiện tượng hệ số thế từ-điện cực đại không phụ thuộc vào tỷ số r được giải thích thông qua sự cạnh tranh nhau của hai nguyên nhân ảnh hưởng đến hệ số thế từ-điện. Thứ nhất là khi tăng r thì dị hướng hình dạng của băng từ tăng lên
105
làm cho băng từ càng mềm theo phương chiều dài. Nguyên nhân này dẫn đến việc tăng hệ số thế từ-điện theo tỷ số r. Thứ hai là khi tăng r thì tỷ số chu vi/dién tích tăng theo dẫn đến đóng góp của biên tăng lên và do đó làm giảm hệ số thế
tù-điện (hiệu ứng shear lag). Do sự cạnh tranh của hai xu hướng và không có xu
hướng nào chiếm ưu thé nên hệ số thế từ-điện không thay đổi theo tỷ số r (trong
vùng khảo sát).
Hiện tượng hệ số thế từ-điện ở vùng từ trường thấp (H = 2 Oe) tăng theo tỷ số r (hay độ dốc của đường cong ở vùng từ trường thấp tăng theo tỷ số r) được giải thích là do dị hướng hình dạng của băng từ tăng lên khi tỷ số z tăng lên. Do đó trường khử từ theo phương chiều dài mẫu giảm khi tăng tỷ số r. Cộng thêm nguyên nhân hệ số thế từ-điện cực đại tương đương nhau dẫn đến độ dốc của đường cong từ-điện trong vùng từ trường thấp tăng dần theo tỷ số z.
Khảo sát sự phụ thuộc điện áp lối ra của vật liệu từ-điện đáp ứng theo sự thay đổi góc định hướng của từ trường một chiều (bias) và xoay chiều (kích thích). Kết quả thu được như mong đợi về sự thay đổi của điện áp từ-điện một cách tuần hoàn theo chu ky hoặc 2z tùy thuộc vào cấu hình đo. Kết quả được chỉ ra trên hình 4.32 (a,b) cho chu kỳ tuần hoàn 2z nếu chỉ có từ trường một chiều hoặc xoay chiều thay đổi hướng tạo với mặt phang mẫu các góc khác nhau.
Với cấu hình đo này, từ trường còn lại được cố định nam trong mặt phẳng mẫu.
Chu kỳ tuần hoàn z thu được khi cả hai từ trường được giữ song song với nhau và cùng thay đối định hướng dé tạo các góc thay đối khác nhau với mặt phẳng
mẫu (hình 4.32c).
Nhờ sự thay đổi có quy luật này, định hướng tiếp theo cho các nghiên cứu thiết kế cảm biến đo góc là tích hợp nhiều vật liệu có dị hướng đơn trục bồ trí
theo các phương trực giao với nhau.
106
Hình 4.32: Sự phụ thuộc của hiệu ứng tù-điện vào góc tạo bởi phương chiêu dài của mẫu (trục dé) với phương định hướng của từ trường một chiều (a), xoay
chiêu (b) và đồng thời cả hai từ trường (c)
Qua các khảo sát trên đây, cấu hình vật liệu tối ưu cho hiệu ứng tù-điện được xác định là cau hình vật liệu tổ hop dang xen kẽ (sandwich) với các lớp từ
giao đơn Metglas/PZT/Metglas theo cấu hình r = L/W = 15.
107