JL ỉ ) : ---1 - Tụ ---1
đại v i sai — ► ghộp n ối — ► PC
Nguồn
n ạ p H ỡ n h 3 . 9 . S ơ đ ồ b ố trớ t h ự c n g h i ệ m q u ỏ t r ỡ n h p h ỏ n g đ i ệ n c ủ a t ụ
D ie n ap D ie n ap D ie n a p
Kết quả số liệu đo (giỏ trị R như nhau)
— Dien ap
a)
y = Ai .exp + y0
Đ iệ n dung cựa tụ : 150 |iF G iỏ tr ị X = 18; A [= 5 0 7 ; y o -6 4 0 Time Oi en ap ap b) y = Ai .exp V T + yo
Đ iệ n dung của tụ: 250 |aF G iỏ t r ị X = 30; A j= 6 4 2 y 0= 640 - D i e n a p c) y = A[ .expớ - A \ T + y0
Đ iệ n dung của tụ: 470 |iF G iỏ tr ị X = 55; A |= 1 4 4 >0=640
H ỡn h 3.10, Q u ỏ trỡn h p hú n g điện tương ứng vớ i cỏc tự cú giỏ tr ị khỏc nhau
- Nhận xột:
Trong thực nghiệm trờn, tỷ số giữa cỏc giỏ trị của tụ điện trong mỗi trường hợp a), b), c) luụn bằng với tỳ số giữa cỏc giỏ trị T tương ứng :
X1 RC1 c I
X2 R.C2 C2
Như vậy, kết quả thục nghiệm hoàn toàn phự hợp với lý thuyết về quỏ trỡnh phúng điện của tụ.
3.1.3. K hảo sỏt tớn hiệu của sensor quang - Bố trớ thực nghiệm
Sensor quang (GaAs) được mắc vào hệ thống đo tự động theo sơ đồ hỡnh 3.11. Hai sensor S l , S2 dạng quang trở cỏ đặc tớnh giống nhau. SI được che tối, S2 được dựng làm sensor cảm nhận ỏnh sỏng tới. Cỏc số liệu đo được mỏy tớnh ghi lại và trỡnh bày trờn đồ thị hỡnh 3.1 2 .
H ỡn h 3.11. Sơ đồ bố tr ớ thực n gh iệ m đo tớn h iệ u ra cựa sensor quana Sử đụn g cỏc n gu ồ n sỏng khỏc nhau tỏc động vào sensor quang :
- N g u ồ n ỏnh sỏng tự nhiờn; - N g u ồ n sỏng từ đốn flash;
- N g u ồ n ch iế u sỏng bàng đốn neon trờn nền phụng ỏnh sỏng tự nhiờn. K h ổ n g chế tỏc động cỏc nguồn sỏng bằng cỏch cho sensor quang vào m ột
hộp tối, sau đú đúng hoặc mở hộp để điều khiển nguồn sỏng vào sensor quang.
- Kết quả sấ liệu đo
Ghi tớn hiệu tại hai trạng t h ỏ i:
- Chiếu sỏng mẫu mạnh - Che tối
G hi tớn hiệu tại hai trạng thỏi :
- Chiếu sỏng mạnh - Chiếu sỏng vừa
Ghi tớn hiệu chiếu sỏng dựng đốn flash
Ghi tớn hiệu chiếu sỏns từ đốn neon (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
H ỡ n h 3 . 1 2 . C ỏ c tớn h i ệ u t h u đ ư ợ c từ s e n s o r q u a n g
- Nhận xột
Khi thay đụi cỏc nguồn sỏng khỏc nhau chiếu vào sensor quang, mỏy tớnh đó ghi nhận được sự thay đụi vờ cường độ nguồn sỏng và thời gian tỏc động của nguồn sỏng. Trong trường hợp sử dụng nguồn sỏng của đốn neon, thiết bị đó ghi lại được quỏ trỡnh phúng điện trong đốn neon saukhi bật cụng tắc nguồn.
3.2. GHI TÍN H IỆ U M ÁY PH ÁT TẢN Sể - Bố trớ thực nghiệm
Sử dụng mỏy phỏt chuẩn tần số FG 7002C để đưa cỏc tớn hiệu chuẩn tới lối vào của thiết bị ghộp nối đầu đo với mỏy tớnh. Tớn hiệu ra của mỏy phỏt được ghi tự động cú dạng như trinh bày trờn hỡnh 3.13, hỡnh 3.14.
Ghi tớn hiệu sin từ mỏy phỏt chuẩn Ghi tớn hiệu sin từ mỏy phỏt chuẩn
---- f=lHz, A=500 mV
---f=32Hz , A=500 mV
--- f=135 Hz, A=500 m V f = 1.533 Hz, A=500 m V
T ớn hiệu b ị m ộo dạng
H ỡn h 3.13. G h i tớn hiệu sin từ m ỏy phỏt chuẩn tần số
- Ä , „ T ớn h iệ u h iể n th i trờn m àn h ỡn h m ỏy tớn h — X u n e ró n e cưa f= 0 .1 2 6 H z 500 400 300 200 100 0
H ỡn h 3 .1 4 . G h i tớn hiệu x u n g răng cưa từ m ỏy phỏt chuẩn
- Nhận xột:
V ớ i cỏc tớn h iệ u b iế n đ ổ i cú tần số thấp (cỡ v à i chục H z), hệ đo g h i tớn h iệ u khỏ tru n g thực.
V ớ i cỏc tớn h iệ u cú tần số biến đ ổ i trờn 1000Hz, số liệ u g h i kh ụ n g phản ỏnh đỳng tớn h iệ u lố i v à o
3.3. TH IẫT BỊ PH Á T HIỆN T Ừ TRƯỜNG NHỎ GHẫP NểI M ÁY TÍNH 3.3.1. Phương phỏp đo
Sử dụng sensor F lu x g a te và th iế t b ị ghộp n ố i m ỏy tớn h để g h i lạ i cỏc thay đổi tớn h iệ u tũ trư ờ n g tro n g cỏc trư ờ ng hợp:
- T ớn h iệ u từ trư ờ ng thay đổi k h i v ị trớ của mẫu từ thay đổi
- T ớn h iệ u từ trư ờ ng thay đổi k h i mẫu từ dao động điều hoà - P hụng từ trư ờ n g trỏ i đất
3.3.2. Tớn hiệu từ trư ờng của mẫu từ khi dịch chuyển v ị trớ
Sử dụng m ộ t m ẫu từ và thay đ ổ i tớn hiệu đo bằng cỏch dịch chuyển v ị trớ của m ẫu từ so v ớ i sensor. K ế t quả đo được m ỏy tớn h g h i lạ i như trỡn h bày trờn hinh 3.15.
H B teỊ G h i tớn hiệu từ trường k h i dịch chuyển m ẫu từ tạ i m ộ t số v ị trớ: 60cm , 30cm , 20cm , 15 cm G h i tớn hiệu tự trư ờ ng k h i d ịch chuyển mẫu từ tạ i m ộ t số v ị trớ: 55cm ; 31,5cm ; 2 6cm ; 2 l,5 c m ; 18,5cm
H ỡn h 3.15. T Ú I h iệ u từ trư ờ ng của m ẫu từ k h i d ịc h chuyển v ị trớ
Nhận x ộ t: K h i d ịc h ch uyể n v ị tr ớ của m ẫu từ so v ớ i sensor, cường độ từ trường
thay đ ổ i k h ụ n g p h ụ th u ộ c tuyế n tớn h vào khoảng cỏch của m ẫu từ.
3.3.3. Ghi tớn hiệu từ của mẫu từ dao động
T re o m ộ t m ẫ u từ vào sợi dõy tạo thành m ẫu từ dao động điều hoà. T ớn hiệu từ trường th a y đ ổ i d o m ỏ y tớn h g hi lạ i tự động như trỡn h bày trờn hỡn h 3.16.
*•-I i r r ó r T r ôtỡ"■ ■ S S . ; . . . . ;™ *ằ 967 838
G hi tớn h iệ u của m ẫu từ dao động v ớ i G h i tớn h iệ u dao động của m õu từ dao chiều dài dõy tre o 1=0,6 0m động v ớ i chiều dài đõy treo gấp đỏi (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1=1,20m
H ỡn h 3.16. T ừ trư ờ ng của m ẫu từ dao động điờu hoà
3.3.4. Phụng từ trường - Bố trớ thực nghiệm
Đưa tớn hiệu từ sensor Fluxgate tới lối vào của hệ đo. số liệu về cường độ từ trường do sensor Fluxgate thu nhận sẽ được ghi tự động trong mỏy tớnh. Một số đường hiển thị cú dạng như trờn hỡnh 3.17.
H ỡn h 3.17. T ớn h iệ u p h ụ n g từ trường do sensor P luxgate ghi tạ i m ộ t số th ờ i đ iể m khỏc nhau tro n g cỏc ngày 0 6 -2 0 /1 1 /2 0 0 9 :
H ỡn h 3.18. Phõn tớch ch i tiế t tớn hiệu
- N h ậ n x ộ t : Hệ đo đó g h i nhận tớn hiệu từ trường trỏ i đất thay đ ổ i, thăng giỏng và những bất thư ờng.
So v ớ i tớn h iệ u từ trư ờ ng do m ộ t số T ru n g tõm quan sỏt từ trường trỏ i đất cựa nước ngo à i đó quan trắ c được (xe m hỡn h 3.19), chỳng ta thõy cú sự tương tự về dạng tớn h iệu, chứ ng tỏ hệ đo đó g hi lại được tớn hiệu p h ụ n g tư trương.
H o r i z o n t a l i n t e n s i t y a t U S G S M a g n e t i c O b s e r v a t o r i e s
IZ \*.i M *.r"ÍV l*>BO IJir ixctntol
~ ể * Ỷ!**— w r - • V - ■ * ' % I ¿ / V r - V . w ~ — v - — ■" - V W - ằ J - f Vy - —- - I - V- - -. ... A y ' ... . ' V, rv.y --- -- ■ — ... V* Hours (12-16 March 1989 120 H ỡn h 3.19. H ỡn h ảnh tớn hiệu từ trường trỏ i đất do T ru n g tõm U S G S (H o a K ỳ ) cung cấp
3.3.5. So sỏnh độ nhạy tương đối Tiến hành thực nghiệm:
- Đo quỏ trỡnh suy giảm tớn hiệu từ trường của mẫu từ cứng theo khoảng cỏch giữa mẫu đo và đầu đo dựng sensor fluxgate (hỡnh 3.20)
- Đo qua trinh suy giam tớn hiệu từ trường của mõu từ cứng theo khoảng cỏch giữa mẫu đo và đầu đo dựng TeslaMeter model 4048 của hóng E. W.Belĩ (hmh 3.21)
Kết quả so sảnh cho thấy sensor fluxgate nhậy hơn sensor Hall cỡ 100 lần
distance (cm)
H ỡn h 3.2 0 - Đ ồ th ị sự phụ thu ộ c tớn hiệu đo vào khoảng cỏch (M ầ u 5) dựn g sensor Auxgate
S ig n al (Gauss) Distance (mm)
H ỡn h 3.21 - Đ ồ th ị sự phụ th u ộ c tớn h iệ u đo vào khoảng cỏch (M ầ u 5) d ự n g T e s la M e te r 4048
3.4. THẢO LUẬN
Trờn cơ sở thiết bị ghộp nối đầu đo với mỏy tớnh như đó trỡnh bày ở trờn, chỳng tụi đó tiến hành được một sổ thực nghiệm và ghi số liệu thu nhận từ cỏc sensor. Cỏc số liệu thực nghiệm thu được đều phự họp với phần lý thuyết liờn quan đến cỏc hiện tượng vật lý được khảo sỏt, chứng tỏ hệ đo đó làm việc tốt và đự tin cậy để mở rộng ra ứng dụng vào cỏc mục đớch khỏc nhau. Với hệ đo chủng tụi đó nghiờn cứu và xõy dựng sẽ cho phộp hỡnh thành hệ đo tự động để ứng dụng vào hệ thống quan trắc mụi trường cần giỏm sỏt liờn tục trong khoảng thời gian dài, tại những vựng độc hại, hoặc bị ụ nhiễm, theo dừi biến thiờn từ trường trỏi đất, khảo sỏt bóo từ ,v .v ..
Việc ghi số liệu vào mỏy tớnh sẽ giỳp cho xử lý tụ động số liệu đo, trỏnh được cỏc sai số ghi, đọc số liệu đo đạc do con người gõy ra, hỗ trợ cho cỏc phần mềm tự động đưa ra cỏc thụng tin cành bỏo với những số liệu đạt cỏc giỏ trị giới hạn nguy hiểm hoặc giỏ trị cần theo dừi.
Một số hướng nghiờn cứu nhằm tiếp tục hoàn thiện hệ đo:
- Trong hệ đo nờu trờn, phàn sensor là phần quan trọng nhất để cú thể mở
rộng ứng dụng thực tiễn, đặc biệt là hoàn thiện sensor Fluxgate cú độ nhạy cao với những thay đổi cựa từ trường trỏi đất, sử dụng một số vật liệu nhạy từ khỏc nhau để nõng cao khả năng của sensor.
- Sử dụng cỏc m ạch đ iệ n tử cú khả năng giảm tạp õm và tăng hệ số khuếch
- Phỏt triể n p hầ n m ềm xử lý số liệ u đo giỳp cho phỏt hiện quy luật của tớn hiệu đo, loại trừ dữ liệ u bất thường ảnh hường tới dữ liệ u đo đạc.
KẫT LUẬN
Sau th ờ i g ia n n g h iờ n cứu và thự c hiện đề tài, chỳng tụ i đó đạt được m ộ t số kế t quả ch ớn h như sau:
1. N g h iờ n cứu tổ n g quan về tớn hiệu nhỏ, cỏch thứ c xử lý và th u nhận tớn hiệu nhỏ, n g h iờ n cứu m ộ t số b iệ n phỏp g iả m nhiễu và nõng cao tớn h iệ u hữu ớch. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2. N g h iờ n cứu x õ y dự ng hệ th u nhận tớn hiệu từ trường nhỏ dựn g sensor ớlu xga te ghộp n ố i v ớ i m ỏ y tớnh .
3. K iể m tra, h iệ u c h in h hệ thống:
- Sử dụng hệ đo tự đ ộn g kh ả o sỏt m ộ t số quy luật v ậ t ỉý tiờ u biểu như sự phụ thuộc nhiệt độ của ch uyể n tiế p bỏn dẫn pn, quỏ trỡn h phúng nạp tụ đ iện, quỏ trỡn h khở i động p h ỏ t sỏng của đốn neon, tớn h iệ u từ sensor quang, phụng từ trư ờ ng trỏ i đất. - So sỏnh tương đ ố i tớn h iệ u đo cựa hệ vớ i tớn hiệu đo trờn m ỏy T e s la M e te r U S A
4. Cỏc kế t quả thự c n g h iệ m th u được phự họp vớ i tớn h toỏn lý th u y ế t chứng tỏ hệ đo hoạt đ ộn g tin cậy, ổn đ ịn h , độ nhạy vào cỡ 100 nT . H ệ cú khả năng ứng dụng vào ngh iờ n cứu tro n g m ộ t số lĩn h vực như quan trắc m ụ i trường, theo dừi bóo từ, thă m dũ đ ịa c h ấ t...
H ệ đo cú khả năng kết n ố i m ạng hỡn h thành m ạng lưới cỏc sensor trả i rộng tro ng p hạ m v i th ờ i g ia n v à kh ụ n g gian lớn, cập nhật liờ n tục cỏc th ụ n g số về mỏy chủ tại tru n g tõm để xử lý tự động dữ liệ u đo.
TÀ I L IỆ U TH A M KH ẢO
[1] Ngạc Văn An (chủ biờn), Đặng Hựng, Nguyễn Đăng Lõm, Lờ Xuõn Thờ, Đỗ Trung Kiờn (2006), Vụ tuyến điện tử,NXBGD, Hà Nội.
[2] Đào Khỏc An (2003), Vật liệu và linh kiện bỏn dẫn quang điện tử,
NXBĐHQGHN, Hà Nội.
[3] Phựng Hồ, Phan Quốc Phụ (2001), Giảo trỡnh Vật lý bản dẫn,
NXBKHKT, Hà Nội.
[4] Phạm Thượng Hàn (1996), Kỹ thuật đo lường cỏc đại lượng Vật lý, N X BG D, Hà Nội.
[5] Phan Quốc Phụ và cộng sự (2000), Giỏo trỡnh cảm biến, NXBKHKT, Hà Nội.
[6] Huỳnh Đắc Thắng (1995), K ỹ thuật số thực hành, NXBKHKT, Hà N ộ i. [7 ] Lờ Xuõn Thờ (2006), Dụng cụ bỏn dần và vi mạch, NXBGD, Hà N ộ i.
[8] ĐỖ X u õ n T h ụ (1999), Kỹ thuật điện tử, N X B G D , Hà N ộ i.
[9] Đ ỗ Xuõn Thụ (1998), Cơ sớ kỹ thuật điện tử so,NXBGD, H à N ộ i.
[1 0 ] P hạm Q u ố c T riệ u , Phicơng phỏp thực nghiệm Vật lý, G iỏ o trỡn h khoa V ậ t lý , trư ờ n g Đ ạ i học K h o a học T ự nhiờn, H à N ộ i.
[1 1 ] N g u y ễ n T h u ý V õn ( 1999), Kỹ thuật số, N X B K H K T , H à N ộ i.
[1 2 ] Phạm Q uốc T riệ u , N g u y ễ n Thế N ghĩa, N g u y ễ n T uấn H ư ng và m ộ t số cộng sự, Nghiờn cứu chế tạo và thử nghiệm sensor phỏt hiện từ trường nhỏ. B ỏ o cỏo tạ i H ộ i n g h ị V ậ t lý chất rắn và K h o a học vậ t liệ u toàn quốc lần thứ 6 (S P M S -2 0 0 9 ), Đ à N ằng.
B. Tiếng Anh
[1 3 ] M A Pai, D p Sen G upta, K R P ad iya r (2007 E d itio n ), Small signal analysis o f power systems, N arosa P u b lis h in g House, N e w D e lh i.
[1 4 ] T .s . R a th o re (2 0 0 3 ), Digital measurement techniques, A lp h a Science In te rn a tio n a l L td ., P angboum e E ngland.
A. Tiếng Việt
[15] Wallace H. Campbell, Introduction to geomagnetic fields, Cambridge
University Press, Australia.
[16] Pham Quoc Trieu, Implementation o f the digital phase-sensitive system for low signal measurement,. VNU, Journal o f science. Mathematic and Physics 24-2008, p. 239-244.
[17] Pham Quoc Trieu, A Versatile Magneto-Electronic Sensor, IEEE, The
2009 International Conference on Advanced Technologies for
Communication (ATC 2009).
PHỤ LỤ C (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1) B ài b ỏ o , b ỏ o cỏo k h o a học (04) + Bài bỏo đăng Tạp chớ VNU
+ Bỏo cỏo H ội nghị Quốc tế ATC 2009
+ B ỏo cỏo H ội nghị K HCN H ạt nhõn Toàn quốc 2009 + B ỏo cỏo H ội nghị VLCR và KHVL Toàn quốc 2009
2) H ư ớ n g d ẫ n T h ạ c sỹ (03) + ThS N guyễn T hị M ỳ Đức, 2008 + ThS N guyễn T uấn Hưng, 2009 + ThS L ưu T iến M ạnh, 2009
[ HOC QUOC GIA HÄ NệI Ä ỹ ĩ Ä s M l
MAM NATIONALTINÍVRRSTTY. HANOI ■ ^
. :v. ¿¿3*
Í :•.: u. ■ vV ■ ii3 (d /3CrtSiEô;gS&*. S?W
NAM NATIONAL UNIVERSITY, HANOI
ISSN 0B66 -8612 K : # 3 i đ f . ' - w t r 15 „ - V * m & r n - m m i .. I . _ . . . : K H O J O U R N A L , f t ; F f ‘ „■.... ' 1 /. f: v ; • *.;• . - ! .-• .:•. :-V , - V . ..---f - V .■■■i •_ T O J P H M A T H E M l Ä f l *■ -r ớv/.-.v',- •* - -'-¿j - •1 ~ v. -. ¿v :r ;j**. — - •.*r. ■ ' ■- r : ^ t . v ■ >■ - - ; r - - > T : . ¿i.
ullouniSV of Science, Mathematics - Physics 24 (2008) 239-244 WEhBfrM&U*i ■ ■>- ■ O k r-- r - y . ^ i p l q f t e n t a t i o n o f t h e d i g i t a l p h a s e - s e n s i t i v e s y s t e m f o r l o w ĂĂ1 ? s i g n a l m e a s u r e m e n t
■ Pham Quoc Trieu*, Nguyen Anh Due
Department of Physics, College of Science, VNU, 334 Nguyen Trai, Thanh Xưan, Hanoi, Vietnam
Rcccivcd 17 October 2008; rcccivcd in revised form 2 December 2008
Abstract. In this paper we present the implementation of a digital lock-in amplifier (LIA) completely based on Labvicw with a general-purpose data acquisition board (or a high quality sound card) and a high-gain low-noise amplifier. The signal analysis is processed by the software. Wc describe some characteristics of the LIA including output voltage vs, frequency and output phase vs noise The LIA can be used to measure the small signals, even in presence of broadband noise which is several times greater than the signal itself. Since the signal processing takes place on the computer, the ones can display the waveform - as a time series or power spectrum - as it progresses through the instrument, which makes it an excellent tool for the senior-level physics lab.
Keyuvrds: low signal, implementation, digital
1. Introduction
Low-level signal processing is of practical importance in various aspects but it is usually coupled with difficulties. As the state of the instrument undergoes changes with temperature and time, the measurement results fluctuates. The low-level signal is characterized by the low signal-to-noise ratio (SNR). The common sources of noise include the 50/60 Hz noise from the power network, the 1/f noise from the pre-amplifiers, thermal noise and leakage current noise from sensors... or a combination of them. Those kinds of noises are always present and effect the measurement equipment [1],
The lock-in amplifier uses the phase-sensitive detection (PSD) which filters off all signal parts having different frequencies than the nominal frequency so ^oes not effect the measure me".:. The PSD equipment not only can detect the amplitude of a signal having the same frequency as the reference signal but also is sensitive to the difference in their phases. Therefore, a system involving PSD can be used in detection of both amplitude and phase of a signal in presence of noise. Those systems based on PSD are called the lock-in systems. If the amplifier uses PSD than it will be called the lock-in