- Một số cảm biến van spin đã được sử dụng. - Bộ chuyển đổi từ - điện sử dụng cảm biến van spin. - 5 Hình 1.1.2 : Áp kế chữ U. - 5 Hình 1.1.3 : Khí áp kế thủy ngân. - 7 Hình 1.1.6 : Cơ cấu đo áp suất kiểu áp điện(nhóm1). - 8 Hình 1.1.7 : Cơ cấu đo áp suất kiểu áp điện(nhóm2). - 9 Hình 1.1.8 : Áp kế điện tử EJA440A. - 9 Hình 1.1.9 : Một số thiết bị đo áp suất dùng trong công nghiệp. - 13 Hình 1.2.3 : Mô hình một số cấu trúc GMR. - 21 Hình 1.3.2 : Đường cong từ hóa của van spin không ghim. - 23 Hình 1.3.4 : Cấu trúc của màng mỏng đa lớp. - 24 Hình 1.3.5 : Một số cấu trúc van spin có ghim. - 31 Hình 1.4.2 : Ứng dụng cảm biến van spin để đóng /ngắt mạch điện. - 32 Hình 1.4.3 : Ứng dụng cảm biến van spin trong đấu đọc ổ đĩa cứng. - 33 Hình 2.1.1 : Thiết bị đo đặc trưng từ trường theo khoảng cách. - 34 Hình 2.1.2 Dụng cụ đo, khảo sát đặc trưng điện áp ra của cảm biến V(...)34 Hình 2.2.1 : Cấu hình khảo sát đặc trưng từ trường theo khoảng cách/góc36 Hình 2.2.2 : Hệ đo và khảo tín hiệu ra của cảm biến van spin. - 38 Hình 2.3.1 : Sơ đồ khối thiết bị đo áp suất/chuyển mạch điện tử. - 39 Hình 2.3.2 : Mạch khuếch đại tín hiệu cho cảm biến. - 43 Hình 2.3.5 : Sơ đồ boar mạch in của thiết bị đo áp suất. - 43 Hình 2.3.6 : Sơ đồ bố trí linh kiện của thiết bị đo áp suất. - 44 Hình 2.3.7 : Thiết bị đo và điều khiển bằng áp suất đã được chế tạo. - 44 Hình 2.4.1 : Bình khí nén (JUN-AIR) dùng để chuẩn hóa thiết bị đo. - 49 Hình 3.1.1 : Đường đặc trưng H(d) theo cấu hình 2.2.1(a). - 50 Hình 3.1.2 : Đường đặc trưng H(d) theo cấu hình 2.2.1(b). - 52 Hình 3.1.3 : Đường đặc trưng H(d) theo cấu hình 2.2.1(c). - 52 Hình 3.1.4 : Đường đặc trưng H(d) theo cấu hình 2.2.1(d). - 53 Hình 3.1.5 : Đường đặc trưng H(d) theo cấu hình 2.2.1(f). - 54 Hình 3.1.6 : Đường đặc trưng H(d) theo cấu hình 2.2.1(g). - 55 Hình 3.2.1 : Cách xác định thông số đặc trưng của cảm biến van spin. - 57 Hình 3.2.2 : Đường đặc trưng V(H) của cảm biến van spin. - 58 Hình 3.2.3 : Đường đặc trưng V(d) của cảm biến van spin (dx = 4,7mm). - 59 Hình 3.2.4 : Đường đặc trưng V(d/2) của cảm biến van spin (dx = 2,5mm)61 Hình 3.2.5 : Đường đặc trưng theo góc quay V(φ) của cảm biến. - 61 Hình 3.2.6 : Đường đặc trưng V(φ) với hai nguồn từ trường khác nhau. - 62 Hình 3.2.7 : Đặc trưng điện áp ra của cảm biến theo áp suất V(P). - 63 Hình 3.3.1 : Hình ảnh của thiết bị đo áp suất Pr-MR.01 nhìn theo ba chiều. - 65 Hình 3.3.2 : Đặc trưng V(H) của thiết bị đo áp suất. - 66 Hình 3.3.3 : Đặc trưng V(d) của thiết bị đo áp suất. - 67 Hình 3.3.4 : Đặc trưng V(P) của thiết bị đo áp suất. - Cấu hình đo đặc trưng của cảm biến. - Các đặc trưng của cảm biến van spin. - Đặc trưng tín hiệu ra của cảm biến theo từ trường V(H. - Đặc trưng tín hiệu ra của cảm biến theo khoảng cách V(d. - Đặc trưng tín hiệu ra của cảm biến theo góc quay V(φ. - Đặc trưng tín hiệu ra của cảm biến theo áp suất V(p. - Nhận xét chung về cảm biến van spin. - Tuy nhiên trong đời sống thực tế Luận văn thạc sỹ ITIMS - 2011 Đặng Văn Khanh - 2 - việc ứng dụng cảm biến van spin vào chế tạo các thiết bị đo lường, điều khiển hay chuyển mạch điện tử vẫn chưa được quan tâm đúng mức. - Hình 1.2.5: Cơ chế tán xạ điện tử với các spin khác nhau Luận văn thạc sỹ ITIMS - 2011 Đặng Văn Khanh . - Loại van-spin này được ứng dụng để làm các cảm biến từ trường nhỏ. - Hình 1.3.5 sẽ mô tả một số cấu trúc van- spin có ghim. - Sự thay đổi điện trở đột ngột của mẫu trong giá trị từ trường xấp xỉ không (H~0) thường được sử dụng cho những ứng dụng cảm biến trong đầu đọc, MRAM. - Một số cảm biến van spin đã được sử dụng ¾ Cảm biến AA005-02: Là loại cảm biến hiệu ứng GMR rất nhạy với từ trường ngoài. - Loại cảm biến này thường được sử dụng trong kỹ thuật đo lường như đo từ trường trái đất, xác định phương hướng vv. - 100 KHZ Luận văn thạc sỹ ITIMS - 2011 Đặng Văn Khanh - 30 - ¾ Cảm biến KMZ43T : Đây là một cảm biến nhạy từ trường sử dụng hiệu ứng từ điện trở của màng mỏng permalloy. - Dưới đây là sơ đồ khối của một la bàn điện tử: Hình 1.4.1: Cấu hình bố trí cảm biến và cuộn dây để đo dòng điện Luận văn thạc sỹ ITIMS - 2011 Đặng Văn Khanh . - Hình 1.4.4: Cấu trúc của bộ nhớ M-RAM công nghệ mới Luận văn thạc sỹ ITIMS - 2011 Đặng Văn Khanh - 34 - CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1. - ¾ Hình 2.1.2 trình bày một số dụng cụ đo và khảo sát đặc trưng điện áp ra của cảm biến van spin: Hình 2.1.1: Thiết bị đo đặc trưng đặc trưng từ trường theo khoảng cách Hình 2.1.2: Dụng cụ đo, khảo sát đặc trưng điện áp ra của cảm biến theo khoảng cách V(d) và theo áp suất V(P) Luận văn thạc sỹ ITIMS - 2011 Đặng Văn Khanh - 35 - 2.2. - ¾ Cấu hình đo trên hình 2.2.1(c): Xác định đường đặc trưng H(d) bằng cách đặt cảm biến ở góc của nam châm hình trụ, góc tạo với phương x là 1350. - ¾ Cấu hình đo trên hình 2.2.1(f): Khảo sát đặc trưng H(d) bằng nam châm hình vuông có cường độ từ trường mạnh hơn (HMax ≈ 2500 Oe), cảm biến đặt bên trên và dịch chuyển theo phương Y, phạm vi dịch chuyển của nam châm là dy = 0 ÷ 25 mm. - Như vậy đây sẽ là cơ sở cho việc xác định cấu hình đo và khảo sát đặc tính của cảm biến van spin. - Dựa vào nguyên lý trên, ta đặt cảm biến van spin theo cấu Luận văn thạc sỹ ITIMS - 2011 Đặng Văn Khanh - 38 - hình 2.2.2(b) để khảo sát điện áp ra của cảm biến phụ thuộc theo khoảng cách dịch chuyển V(d) và điện áp ra phụ thuộc áp suất đường ống V(P). - Thiết kế sơ đồ khối Từ các kết quả khảo sát cảm biến van spin SV-01, đã biết được những thông số quan trọng (kết quả trình bày ở chương 3) làm cơ sở ban đầu cho việc thiết kế và chế tạo thiết bị đo và chuyển mach điện tử bằng áp suất. - Cảm biến khá nhạy với từ trường ngoài. - Vùng từ trường làm việc của cảm biến từ 0 ÷ 300 Oe. - Khoảng dịch chuyển của nam châm so với cảm biến: d = 0 ÷ 2,5 mm. - Vị trí tương đối giữa cảm biến với nam châm sử dụng L = 2 mm. - Điện áp cung cấp cho cảm biến là + 5V. - Dòng điện cho cảm biến từ 5 ÷ 10 mA. - ¾ Phân tích chức năng của các khối: Đầu đo áp suất và cảm biến van spin: Như đã trình bày ở mục 2.2 (hình 2.2.2). - Hình 2.3.1: Sơ đồ khối của thiết bị đo áp suất/ chuyển mạch điện tử Luận văn thạc sỹ ITIMS - 2011 Đặng Văn Khanh - 40 - Khối khuếch đại tín hiệu: Do tín hiệu giữa 2 chân ra của cảm biến rất nhỏ, dao động cỡ khoảng từ 20 mV đến 280 mV, do đó cần phải đưa qua mạch khuếch đại lên khoảng 20 lần cho đủ lớn mới có thể đưa đến bộ vi xử lý. - khảo sát các đường đặc trưng của cảm biến và thiết bị hoàn chỉnh theo nguồn từ trường (các viên nam châm) đã được lựa chọn. - Đường đặc trưng H(d) trên hình 3.1.2 là kết quả phép đo theo cấu hình 2.2.1(b). - Luận văn thạc sỹ ITIMS - 2011 Đặng Văn Khanh - 52 - Đường đặc trưng H(d) trên hình 3.1.3 là kết quả của phép đo theo cấu hình 2.2.1(c). - Trên hình 3.1.4 là kết quả khảo sát đặc trưng H(d) theo cấu hình 2.1.1.(d). - Trường hợp sử dụng cấu hình này để chế tạo thiết bị đo áp suất thì khi trạng thái áp suất (P = 0), vị trí đặt cảm biến ban đầu phải cách tâm của nam châm một khoảng dx. - Đường đặc trưng H(d) trên hình 3.1.5 là kết quả phép đo theo cấu hình 2.2.1(f). - Hình 3.1.6: Đường đặc trưng H(d) theo cấu hình 2.2.1(g) Luận văn thạc sỹ ITIMS - 2011 Đặng Văn Khanh - 56 - 3.2. - Bằng phương pháp thực nghiệm tôi đã tiến hành khảo sát các thông số đặc trưng cho cảm biến đó là sự phụ thuộc của cường độ từ trường để xác định đường đặc trưng V(H), sự phụ thuộc của tín hiệu ra với khoảng cách từ cảm biến tới nam châm để xác định đường đặc trưng V(d), sự phụ thuộc vào góc của tín hiệu ra để xác định đặc trưng V(ϕ), sự phụ thuộc vào áp suất để xác định đặc trưng V(p). - Hình 3.2.1: Đường R(H) để xác định thông số đặc trưng của cảm biến SV-01 Luận văn thạc sỹ ITIMS - 2011 Đặng Văn Khanh . - Hình 3.2.3: Đường đặc trưng V(d) của cảm biến Luận văn thạc sỹ ITIMS - 2011 Đặng Văn Khanh - 60 - Do ta khảo sát tín hiệu ra của cảm biến trước khi đưa đến bộ khuếch đại, vì thế ta phải xác định điện áp ra trên cả 2 chân ra là (V+) và (V. - Từ kết quả khảo sát đặc trưng điện áp ra của cảm biến theo khoảng cách V(d) ta thấy rằng, để ứng dụng cảm biến van spin cho việc chế tạo thiết bị đo áp suất thì ta chỉ cần khai thác một nhánh của đường đặc trưng V(d), khi đó phạm vi thay đổi khoảng cách giữa nam châm và cảm biến sẽ là dx = 2,5 mm, theo cấu hình thực nghiệm trên hình 2.2.1(d). - Tóm lại với cấu hình đo và kết quả như trên hình 3.2.4 thì hoàn toàn có thể ứng dụng vào việc chế tạo thiết bị đo áp suất. - Đặc trưng tín hiệu ra của cảm biến theo góc quay V(φ) Việc khảo sát cảm biến theo các cấu hình và các đặc trưng khác nhau nhằm phát hiện những tính chất mới, những khả năng ứng dụng tốt của cảm biến, vì vậy cần phải tiến hành đo sự phụ thuộc cả vào góc đối với tín hiệu ra V(φ). - Kết quả khảo sát tín hiệu ra của cảm biến phụ thuộc góc giữa phương của cảm biến theo trục x với phương của từ trường, cho ta đường đặc trưng V(ϕ) cho trên hình 3.2.5. - Theo kết quả trên hình 3.2.5 cho thấy nếu sử dụng cảm biến van spin với ứng dụng quay theo góc thì chỉ cần quan tâm đến phạm vi góc quay φ= 00÷1800, vì từ góc 1800 đến 3600 có đường đặc trưng đối xứng. - Dựa vào đường đặc trưng V(ϕ) ta nhận thấy: Khi hướng của véc tơ từ trường trùng với phương của các phần từ van spin (theo hướng trục dễ) thì cầu điện trở ở trạng thái chưa bị tác động, các cặp spin phản song do đó điện áp ra của cảm biến ở mức thấp nhất. - Đặc trưng tín hiệu ra của cảm biến theo áp suất V(p) Với cấu hình thực nghiệm được bố trí như hình 2.2.2, ta đưa áp suất khí nén vào đường ống dẫn khí của cơ cấu đo để xác định đường đặc trưng quan hệ giữa áp suất với điện áp ra V(p). - Hình 3.2.7: Đường đặc trưng điện áp ra cảm biến theo áp suất V(P) Luận văn thạc sỹ ITIMS - 2011 Đặng Văn Khanh . - Hình 3.3.1 là hình ảnh của thiết bị Pr-MR 01 đã được chế tạo. - Để xác định đặc trưng V(H) của thiết bị, cơ cấu đo và cảm biến cũng được đặt cố định theo cấu hình khảo sát đối với cảm biến. - Kết quả khảo sát sự phụ thuộc tín hiệu ra theo từ trường V(H) của thiết bị được ghi lại và trình bày như trên hình 3.3.2 Khi so sánh với kết quả khảo sát cảm biến trên hình 3.2.2, ta nhận thấy đặc trưng V(H) của thiết bị rất gần với dạng đặc tuyến của cảm biến (đường B). - Như vậy so sánh kết quả khảo sát các đường đặc trưng của cảm biến và đường đặc trưng của thiết bị, ta thấy trong vùng từ trường này thì khả năng hoạt động của thiết bị cũng tương đối ổn định. - Đặc trưng tín hiệu ra của thiết bị theo khoảng cách V(d) Việc xác định đường đặc trưng tín hiệu ra theo khoảng cách của thiết bị được tiến hành với cấu hình giống như khi xác định đường đặc trưng V(d) của cảm biến. - 2- Có thể chế tạo thiết bị đo chân không dựa trên nguyên lý đo áp suất như đã mô tả trên hình 2.2.2(a), tuy nhiên vị trí đặt cảm biến cần phải thay đổi cho phù hợp. - Từ đó đã tìm hiểu một số loại cảm biến van spin cụ thể để hướng tới khai thác khả năng ứng dụng chúng trong việc chế tạo thiết bị đo áp suất. - 4) Khảo sát và phân tích các đặc trưng tín hiệu ra của cảm biến theo cường độ từ trường V(H), đặc trưng tín hiệu ra của cảm biến theo khoảng cách V(d) và đặc trưng tín hiệu ra của cảm biến theo áp suất V(P). - Từ đó đã xác định được một số tính chất cũng như các thông số cần thiết của cảm biến để phục vụ cho quá trình chế tạo thiết bị đo. - Luận văn thạc sỹ ITIMS - 2011 Đặng Văn Khanh - 74 - 5) Khảo sát các đặc trưng tín hiệu ra của thiết bị đo áp suất Pr-MR.01 theo từng yếu tố khác nhau như cường độ từ trường, theo khoảng cách và theo áp suất như đã khảo sát đối với cảm biến nhằm so sánh, đánh giá kết quả đo giữa cảm biến và sau khi mắc cảm biến qua các bộ phận của mạch điện tử. - Kết quả đã chứng tỏ rằng mạch điện của thiết bị chỉ có chức năng khuếch đại chứ không làm méo dạng tín hiệu cảm biến. - 8) Quá trình thiết kế, chế tạo thiết bị đo áp suất Pr-MR.01 cho thấy cảm biến van spin SV-01 khá nhạy với từ trường. - (2003), “Nghiên cứu chế tạo bộ chuyển đổi từ điện sử dụng cảm biến van spin”, Luận văn thạc sỹ, ĐHBK/ITIMS Hà Nội
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt