Chương 5 ỨNG DỤNG
5.1. Cảm biến từ trường dựa trên màng mỏng Terfecohan có cấu trúc nano 112
5.2.5. Cảm biến đo từ trường trái đất 3D dựa trên hiệu ứng từ-điện
131
So sánh các kết quả góc phương vị thu từ thực nghiệm (kết hợp với bảng 5.2) với các kết quả thu được từ la bàn quân sự thương mại được cho thấy sự trùng khớp với nhau. Điều này khẳng định rằng cảm biến từ trường 2D hoàn toàn có khả năng xác định chính xác góc phương vị với độ chính xác và độ nhạy cao.
Các kết quả nghiên cứu trên cảm biến từ trường trái đất 2D cho thấy đây là
một thiết bị có cấu tạo đơn giản (dẫn đến giá thành rẻ), phù hợp với công nghệ chế tạo tại Việt Nam. Nhưng trên hết, đây là một thiết bị cho phép xác định chính xác cường độ từ trường trái đất trong một phẳng bất kỳ và góc phương vị thông qua duy nhất một phép đo (đo trong thời gian thực) và có độ nhạy, độ phân giải ổn định trên toàn bộ dải đo. Tuy rằng thiết bị này có cấu tạo đơn giản nhưng độ nhạy và độ phân giải của thiết bị là hoàn toàn có thể so sánh được với các thiết bị cùng chức năng thương phẩm có công nghệ chế tạo phức tạp và giá thành cao hơn của nước ngoài. Các kết quả nghiên cứu này cho thấy cảm biến này có thể
được ứng dụng trên các thiết bị định vị thay thế cho la bàn truyền thống.
132
của từ trường trái đất theo 3 phương vuông góc nhau. Cảm biến từ trường trái đất 3D đã được luận án chế tạo thành công theo ý tưởng thiết kế trên (hình 5.7b).
Từ các thành phần cường độ từ trường trái đất theo 3 phương khác nhau (H1, H2, H3), cường độ từ trường Trái đất trong mặt phẳng nằm ngang (Hxy) có thể được xác định thông qua công thức:
𝐻𝑥𝑦 = √𝐻12+ 𝐻22 (5.10)
và cường độ từ trường Trái đất tổng cộng được xác định thông qua công thức:
𝐻𝑡𝑜𝑡 = √𝐻12+ 𝐻22+ 𝐻32 (5.11)
Cũng với lý do tương tự như cảm biến 2D, các cảm biến đơn trên cảm biến 3D sẽ được giảm cường độ từ trường xoay chiều kích thích 3 lần so với cảm biến từ trường trái đất 1D. Việc làm này cho phép hạn chế ảnh hưởng nhiễu lẫn nhau của các cảm biến đơn mà không làm suy giảm nhiều tín hiệu lối ra. Các nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành tương tự trên cảm biến từ trường 2D. Kết quả cho thấy độ nhạy của các cảm biến đơn tương ứng có giá trị là k1 = 192,6 mV/Oe, k2 = 200,8 mV/Oe và k3 = 205,5 mV/Oe. Các giá trị độ nhạy này nhỏ hơn 3 lần so với độ nhạy của biến 1D (653,2 mV/Oe) là phù hợp với việc giảm từ trường xoay chiều kích thích 3 lần.
Với các giá trị độ nhạy (hệ số chuyển đổi) trên, luận án đã tiến hành khảo sát khả năng xác định cường độ từ trường trái đất của cảm biến 3D. Phép đo được thực hiện khi cảm biến 3D đặt sao cho cảm biến đơn S3 có phương thẳng đứng (S1 và S2 nằm trong mặt phẳng nằm ngang) và quay cảm biến 3D xung quanh trục quay thẳng đứng. Số liệu thực nghiệm được mô tả trên hình 5.17.
Đồ thị cho thấy tín hiệu lối ra trên cảm biến đơn S1 và S2 biến đổi theo quy luật hàm số cosine và lệch pha nhau 900. Các kết quả này tương tự như kết quả thu được với cảm biến từ trường 2D. Đối với cảm biến đơn S3, tín hiệu lối ra có
133
dạng đường thẳng (không đổi) là do quá trình quay xung quanh trục của S3 dẫn đến thành phần từ trường trái đất dọc theo phương S3 có giá trị không đổi.
Từ kết quả thực nghiệm, cường độ từ trường trái đất theo phương nằm ngang được xác định có giá trị là Hxy = 0,3994 Oe và phù hợp với các kết quả khảo sát trên cảm biến 1D, 2D và trên các công bố quốc tế [90,105].
Hình 5.17 : Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu điện thế lối ra của 3 cảm biến vào góc phương vị trong hệ tọa độ vuông góc
Đối với cường độ từ trường trái đất tổng cộng, kết quả thực nghiệm cho thấy có giá trị là Htot = 0,4465 Oe. Ngoài ra góc từ khuynh I của từ trường trái đất tại vị trí đo đạc (Hà Nội, Việt Nam) được xác định thông qua biểu thức:
tan (𝐼) = 𝐻𝑧 𝐻𝑥𝑦
(5.12)
và có giá trị là I = 26,50 ± 0,10.
Sai số của góc từ khuynh có giá trị 0,10 là phù hợp với sai số của cường độ từ trường có giá trị 10-4 Oe.
Các kết quả thực nghiệm xác định cường độ từ trường trái đất tổng cộng và giá trị góc từ khuynh tại nơi làm thí nghiệm được so sánh với các giá trị được công bố quốc tế [105] cho thấy một sự phù hợp rất tốt và khẳng định rằng cảm
134
biến từ trường trái đất 3D có khả năng rất tốt trong việc xác định từ trường trái đất và góc định hướng trong không gian.