- Máy khuấy từ gia nhiệt Van điều chỉnh
T tr ng ngoài
4.2.2 Nguyên lý đo đạc của bộ cảm biến từ trong đề tà
Đường cong điển hình của hiệu ứng GMR được trình bày trên Hình 4.7 với 2 miền hoạt động nằm trong vùng tuyến tính của đường cong (thuộc 2 miền từ trường âm (-Ha) và dương (+Ha)), trong đó Ha là từ trường ngoài.
Để có thể đo đạc được một giá trị từ trường khác không (0), một điểm làm việc duy nhất và cố định cần được chọn phù hợp tại một trong 2 miền hoạt động. Việc lựa chọn điểm làm việc có thể thực hiện được nhờ kỹ thuật sử dụng trường hiệu dịch Hb (bias field): thiết lập một giá trị Hb > 0 cho điểm làm việc nằm trong miền hoạt động dương (+Ha) hoặc một giá trị Hb < 0 cho điểm làm việc nằm trong miền hoạt động âm (-Ha). Điểm làm việc này giúp tạo ra một điện thế ở lối ra của đầu cảm biến và với mỗi một giá trị từ trường lớn hơn hoặc nhỏ hơn xung quanh nó sẽ làm xuất hiện tương ứng một chênh lệch điện thế so với điện thế của điểm làm việc ở lối ra. Do đường cong GMR có tính đối xứng khá tốt nên việc chọn điểm làm việc thuộc miền hoạt động âm hay dương không ảnh hưởng đến kết quả đo. Ở đây cần lưu ý rằng điểm làm việc là cố định trong suốt quá trình đo. Điều này có nghĩa là một khi điểm làm việc đã được thiết lập thì nó được duy trì và không thay đổi trong suốt quá trình đo. R% Ha 0 Hb Mi n ho t đ ng Tr ng hi u d ch Hb
Hình 4.7. Đường cong đặc trưng của vật liệu GMR dùng làm cảm biến trong từ
100
Khi có một từ trường nhỏ bổ sung xuất hiện gần điểm làm việc, một chênh lệch điện thế sẽ xuất hiện trên đầu cảm biến do sự thay đổi giá trị điện trở tương ứng của vật liệu cảm biến xung quanh điểm làm việc. Chênh lệch điện thế trên đầu cảm biến này được đưa vào hệ thống xử lý tín hiệu và cho tín hiệu đo đạc ở lối ra. Trong đề tài nghiên cứu này, từ trường nhỏ bổ sung nêu trên là từ trường sinh ra bởi các lưỡng cực từ là các hạt nano từ tính đặt trong từ trường ngoài. Để có được trường cảm ứng đáng kể của các hạt nano, từ trường từ hóa các hạt này cần có giá trị lớn (> 3 kOe). Như vậy, hệ thống cần có 2 nguồn từ trường ngoài cố định khác nhau: trường hiệu dịch Hb và trường từ hóa các hạt nano Hm, trong đó trường Hb được đặt song song với trục vật liệu cảm biến và trường Hm đặt vuông góc với nó. Do trường cảm ứng của các lưỡng cực từ tại 1 điểm đo tỷ lệ nghịch với lập phương khoảng cách từ lưỡng cực tới điểm đo đó [103], nên việc tác động làm cho từ trường vô cùng nhỏ này ảnh hưởng lên vùng làm việc của cảm biến từ là một bài toán phức tạp. Trên thế giới hiện nay, có một số phương pháp khác nhau đã được tiến hành và cho kết quả khả quan (xem Hình 4.8 như một ví dụ [8,15,104]). Tuy nhiên, đa số các phương pháp này đều sử dụng công nghệ vi cơ điện tử (MEMS hoặc NEMS) để chế tạo đầu cảm biến đồng thời để cho các hạt nano từ nằm ngay trên bề mặt đầu đo. Hơn nữa, việc đo từ trường của lưỡng cực từ của hầu hết các phương pháp này phải tiến hành trong môi trường sử dụng màn chắn từ để loại bỏ ảnh hưởng của từ trường trái đất (~ 0,5 Oe). Trên thực tế, như đã trình bày trong mục 1.1, công nghệ vi cơ MEMS và NEMS là các công nghệ phức tạp và chưa có mặt tại Việt Nam ở thời điểm hiện tại. Thêm vào đó, việc sử dụng màn chắn từ cần chi phí lớn và vẫn tồn tại sai số tuyệt đối lớn [105] nên không được ứng dụng phổ biến trong các nghiên cứu có tính ứng dụng thực tiễn.