- Nghiên cứu tổng quan hiện tượng chuyển đổi tín hiệu vật lý nói chung, chuyển đổi tín hiệu không điện sang điện nói riêng, đặc biệt là chuyển đổi tín hiệu từ sang điện. - Nghiên cứu ứng dụng của sensor nhiệt độ dùng chuyển tiếp P-N, sensor dịch chuyển nhỏ dùng cảm biến vi sai, sensor từ trường dùng hiệu ứng Hall, sensor từ trường Fluxgate vào thiết bị đo. - Sử dụng hệ đo tự động khảo sát sự phụ thuộc nhiệt độ của chuyển tiếp bán dẫn p- n, khảo sát sự tương quan tín hiệu giữa đầu dò tự chế và Tesla Meter. - Keywords: Tín hiệu vật lý. - Chuyển đổi tín hiệu vật lý.. - Ứng dụng một số loại sensor vào thiết bị đo.. - Đường cong chuẩn có thể biểu diễn bằng biểu thức đại số dưới dạng: Y = F(X) hoặc bằng đồ thị như hình 1.4a.. - a) b) Hình 1.1 Đường cong chuẩn cảm biến. - Nhiễu xuất hiện ở lối ra của cảm biến, bao gồm nhiễu của cảm biến sinh ra và nhiễu do sự dao động của tín hiệu kích thích. - Quá trình chuyển đổi tín hiệu vât lý. - Một số hiệu ứng chuyển đổi cơ - điện Hiệu ứng áp điện [9]. - Hiệu ứng áp điện là khả năng sản sinh ra điện thế của các tinh thể không đối xứng tâm khi chịu tác dụng của lực cơ học, và ngược lại. - Hiệu ứng này được tìm ra vào năm 1880.. - Hình 2.1 (a) vật liệu áp điện, (b) một điện thế tương ứng có thể đo được là kết quả của sự nén hay kéo, (c) một điện thế đặt vào có thể làm nén hay giãn vật liệu áp điện.. - Hiệu ứng từ giảo. - Hiện tượng từ giảo hay còn gọi là hiệu ứng cơ-từ là sự thay đổi kích thước của vật khi nó được đặt trong một từ trường, hay thuộc tính từ thay đổi dưới ảnh hưởng của sự nén hay giãn. - Hiệu ứng này được tìm ra bởi James Joule vào năm 1842 khi ông kiểm tra một mẫu kền.. - Hình 2.2 Hiệu ứng từ giảo: H=0 vùng từ tính sắp xếp ngẫu nhiên, H 0 được sắp xếp lại làm tăng kích thước dưới tác dụng của từ trường.. - Một số hiệu ứng chuyển đổi nhiệt-điện Hiệu ứng nhiệt điện [14]. - Hình 2.3 Vật liệu A và B gắn chặt hai đầu được giữ ở nhiệt độ T 1 và T . - Hình 2.3 mô tả hai vật liệu khác loại A và B, hiệu điện thế V sinh ra khi hai đầu nối được giữ ở các nhiệt độ khác nhau tỷ lệ với sự chênh lệch nhiệt độ. - Đây là hiệu ứng vật lý cơ bản sử dụng trong dụng cụ nhiệt, cặp nhiệt hay dụng cụ mẫu cho đo lường nhiệt độ.. - Hiệu ứng nhiệt điện trở [15]. - Đây là hiệu ứng cơ bản của thiết bị cảm biến nhiệt như nhiệt kế điện trở và nhiệt điện trở. - Một số hiệu ứng chuyển đổi quang – điện Hiệu ứng quang điện [9, 10]. - Hình 2.4 Hiệu ứng quang điện.. - Hiệu ứng Faraday xoay. - Hiệu ứng Faraday xoay được tìm ra bởi M. - Nó là một hiệu ứng từ - quang trong đó mặt phẳng phân cực của một sóng điện từ phát ra dọc một vật liệu sẽ bị xoay khi đặt vào một từ trường song song với hướng phát sóng.. - Hình 2.5 Mặt phẳng phân cực bị quay do từ trường ngoài.. - Hiệu ứng từ-quang Kerr (MOKE: Magneto-Optic Kerr Effect). - Cả hiệu ứng từ-quang Kerr và hiệu ứng Faraday xoay xuất hiện do sự từ hóa vật liệu làm sản sinh sự thay đổi tensor điện môi của chính vật liệu đó.. - Hình 2.6 Sự quay của mặt phẳng phân cực trên bề mặt từ tính là kết quả của hiệu ứng từ-quang Kerr.. - Hiệu ứng điện-quang Kerrand Pockels [9, 10]. - Phát hiện bởi John Kerr vào năm 1875, là hiệu ứng điện-quang trong đó vật liệu thay đổi hệ số khúc xạ khi đặt trong điện trường. - Điều này gây ra hiện tượng dị thường và là nguyên nhân của hiệu ứng khúc xạ kép đối với ánh sáng truyền qua vật liệu. - Tuy nhiên, chỉ ánh sáng đi từ môi trường gặp đường sức điện trường mới có hiệu ứng khúc xạ kép này.. - Hình 2.7 Hiệu ứng Kerrand Pockels.. - Giá trị khúc xạ kép n gây ra bởi hiệu ứng Kerr có thể tính bởi công thức:. - Một số hiệu ứng chuyển đổi từ - điện Hiệu ứng Hall [6, 9]. - Phát hiện vào năm 1880 bởi Edwin Hall, khi đặt một từ trường vuông góc với hướng của dòng điện trong kim loại hay chất bán dẫn thì xuất hiện một điện trường vuông góc với cả hướng của dòng điện và hướng của từ trường. - Đây là một trong những hiệu ứng được sử dụng rộng rãi trong công nghệ sensor.. - Hình 2.8 Hiệu ứng Hall.. - Hiệu ứng Spin Hall. - Hiệu ứng Spin Hall (SHE-Spin Hall Effect) liên quan đến sự phát sinh dòng spin ngang với điện trường đặt vào vật liệu, dẫn đến sự gia tăng các spin không cân bằng trong hệ. - Hiệu ứng này xuất hiện trong các vật liệu thuận từ là hệ quả của tương tác spin-quỹ đạo. - Hình 2.9 Hiệu ứng spin Hall.. - Định luật Faraday-Henry là định luật cơ bản của điện từ và phát biểu rằng một điện trường được tạo ra khi thay đổi một từ trường (hình 2.11). - Các sensor và thiết bị âm thanh thời kỳ đầu (như micro- phones), đồng hồ đo dòng điện và điện thế tương tự, và rơle lưỡi gà sử dụng hiệu ứng này.. - Hình 2.10 Hiệu ứng Faraday-Henry Hiệu ứng Dopper. - Khi nguồn tín hiệu và bên thu chuyển động tương đối với nhau, tần số tín hiệu thu không giống bên phía phát. - Đây là hiệu ứng Doppler.. - Ứng dụng một số loại sensor vào thiết bị đo. - Sensor nhiệt độ dùng hiệu ứng chuyển tiếp PN [1,9,11]. - Hình 3.1 Đặc trưng V-A của lớp chuyển tiếp p-n. - Hình 3.2 Sơ đồ khối thiết bị đo nhiệt độ dùng chuyển đổi nhiệt- điện Trong luận văn sử dụng ICL7107 vì IC này có độ nhạy cao và ít tốn năng lượng.. - Cấu tạo thiết bị phát hiện dịch chuyển nhỏ dùng cảm biến vi sai. - Sensor từ trường dùng hiệu ứng Hall [8,9,12]. - Có thể nói nguồn gốc của hiệu ứng Hall là sự tác động của lực điện từ Lorentz lên các hạt tích điện chuyển động trong từ trường. - Để tìm hiểu bản chất của hiệu ứng Hall, chúng ta hãy xem xét các quá trình vật lý ở trong mẫu bán dẫn có dòng điện chạy qua và đặt trong từ trường vuông góc (hình 3.10). - Biến thế vi sai Bộ xử lý tín hiệu. - Hình 3.3 Mô hình cấu tạo một máy cảm biến. - Hình 3.4 Sơ đồ mẫu.. - Thiết bị đo từ trường dùng cảm biến Hall. - Hình 3.11 Thiết bị đo từ trường dùng cảm biến Hall. - Sensor từ trường Fluxgate [17, 18]. - Nguyên lý làm việc dựa vào tính chất “lõi bão hòa” nghĩa là các vật liệu có độ từ thẩm cao được sử dụng để khuếch đại tín hiệu từ trường được chọn trong một vòng nhỏ (vài cm hoặc ít hơn) của anten, giống hệ thống anten vòng lõi được mô tả ở trên. - Hình 3.5 Phương pháp lõi bão hòa Thiết bị phát hiện từ trường nhỏ. - Thiết bị phát hiện từ trường nhỏ dựa trên nguyên lý Fluxgate được chúng tôi xây dựng theo sơ đồ khối như trên hình 3.14 “Thiết bị phát hiện từ trường nhỏ”. - Hình 3.6 Sơ đồ khối của thiết bị phát hiện từ trường nhỏ. - Khảo sát sensor nhiệt độ dùng hiệu ứng chuyển tiếp PN Sự thay đổi đặc trưng V-A của chuyển tiếp PN theo nhiệt độ - Đặc trưng Vôn-Ampe của chuyển tiếp bán dẫn p-n phụ thuộc nhiệt độ. - Hình 4.2 Quá trình nguội dùng chuyển tiếp PN Nhận xét:. - Khảo sát sensor từ trường dùng hiệu ứng Hall Thiết bị đo tự chế tạo tại Việt Nam. - Khảo sát hiệu ứng:. - Hình 4.3Đồ thị phân bố từ trường trên bề mặt các mẫu Nhận xét:. - Qua khảo sát có thể thấy phân bố từ trường trên bề mặt các mẫu nam châm thay đổi khá lớn theo tọa độ.. - Đo từ trường bề mặt dùng GaussMeter (USA) Thiết bị đo từ trường Tesla Meter. - Hình 4.4 Đồ thị phân bố từ trường trên bề mặt nam châm theo máy chuẩn USA Nhận xét:. - Hình 4.5Đồ thị đánh giá tương quan giữa hai thiết bị đo từ trường Nhận xét:. - 4.3 Khảo sát từ trường dùng thiết bị Fluxgate Sensor - Thiết bị đo từ trường nhỏ dùng nguyên lý Fluxgate. - Ảnh 4.2 Máy đo từ trường nhỏ dùng nguyên lý Fluxgate sensor - Kết quả thực nghiệm:. - Hình 4.6 Tương quan tín hiệu đo giữa thiết bị đo từ trường dùng nguyên lý Fluxgate với thiết bị đo Tesla Meter (30cm). - Hình 4.7 Tương quan tín hiệu đo giữa thiết bị đo từ trường dùng nguyên lý Fluxgate với thiết bị đo Tesla Meter (32cm). - Tuy nhiên đầu dò từ trường dùng nguyên lý Fluxgate rất nhạy với các tín hiệu nhỏ, bị. - Máy đo từ trường dùng nguyên lý Fluxgate rất nhạy với các tín hiệu nhỏ.. - Máy đo từ trường dùng hiệu ứng Hall kém nhậy hơn không phát hiện được các tín hiệu nhỏ.. - Hình 4.7 Quá trình nguội của thanh nhôm đo bằng sensor dịch chuyển nhỏ (Lần 1) Lần 2. - Hình 4.8 Quá trình nguội của thanh nhôm đo bằng sensor dịch chuyển nhỏ (Lần 2). - Sensor đo dịch chuyển ngang rất nhạy với các tín hiệu nhỏ điều này có thể giúp ích cho việc kiểm soát sự giãn nở vì nhiệt của các cây cầu, đường sắt hoặc trong các vật liệu xây dựng…. - Hình 4.9 Sự phụ thuộc của tín hiệu đo vào khoảng cách (Lần 1) Lần 2. - Hình 4.10 Sự phụ thuộc của tín hiệu đo vào khoảng cách (Lần 2) Nhận xét:. - 4.5 Khảo sát tín hiệu của sensor quang - Thí nghiệm. - Hình 4.11 Tín hiệu thu được của sensor quang ở 5s chiếu sáng và 5s che tối(Mẫu 1). - Hình 4.12 Tín hiệu thu được của sensor quang ở10s chiếu sáng và 10s che tối(Mẫu1). - Hình 4.13 Tín hiệu thu được của sensor quang ở 5s chiếu sáng và 5s che tối (Mẫu2). - Hình 4.14 Tín hiệu thu được của sensor quang ở 10s chiếu sáng và 10s che tối(Mẫu2. - Nghiên cứu tổng quan hiện tượng chuyển đổi tín hiệu vật lý nói chung, chuyển đổi tín hiệu không điện sang điện nói riêng, đặc biệt là chuyển đổi tín hiệu từ sang điện.. - Nghiên cứu ứng dụng của sensor nhiệt độ dùng chuyển tiếp PN, sensor dịch chuyển nhỏ dùng cảm biến vi sai, sensor từ trường dùng hiệu ứng Hall, sensor từ trường Fluxgate vào thiết bị đo.. - Sử dụng hệ đo tự động khảo sát sự phụ thuộc nhiệt độ của chuyển tiếp bán dẫn pn, khảo sát sự tương quan tín hiệu giữa đầu dò tự chế và Tesla Meter. - Khảo sát từ trường dùng sensor Fluxgate, sensor đo dịch chuyển nhỏ, sensor quang.Các kết quả thực nghiệm thu được phù hợp với tính toán lý thuyết