Nghiên cứu cải thiện độ nhạy của cảm biến từ trường dựa trên nguyên lý sóng âm b
Nghiên cứu cải tiến cấu trúc cảm biến từ trường, tối ưu hóa vật liệu và thuật toán để tăng độ nhạy.
Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Luan An
Luận án
Năm xuất bản
Số trang
185
Thời gian đọc
28 phút
Lượt xem
0
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
50 Point
Mục lục chi tiết
Tóm tắt nội dung
I.Cải thiện độ nhạy cảm biến từ trường SAW MO vượt trội
Cảm biến từ trường dạng sóng âm bề mặt (SAW-MO) là lĩnh vực nghiên cứu trọng tâm. Công nghệ này kết hợp nguyên lý sóng âm bề mặt với các vật liệu từ tính. Mục tiêu chính là phát triển các cảm biến từ trường nhạy, nhỏ gọn và hiệu quả. Ứng dụng của cảm biến từ trường SAW-MO rất đa dạng. Chúng xuất hiện trong y tế, an ninh, tự động hóa công nghiệp và giám sát môi trường. Khả năng phát hiện từ trường yếu, ổn định là yếu tố then chốt. Nâng cao hiệu suất cảm biến là trọng tâm của nghiên cứu này. Cảm biến SAW-MO hoạt động dựa trên sự thay đổi tính chất của vật liệu từ tính khi chịu tác động của từ trường. Sự thay đổi này sau đó ảnh hưởng đến đặc tính truyền sóng âm bề mặt. Việc tối ưu hóa cảm biến đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về các yếu tố vật lý và kỹ thuật.
Nghiên cứu này đối mặt với nhiều thách thức để đạt được độ nhạy từ trường cao hơn. Các cảm biến hiện có thường bị giới hạn bởi độ nhạy và tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) thấp. Nhiễu môi trường và tín hiệu yếu là những rào cản lớn. Việc tích hợp vật liệu từ tính vào cấu trúc SAW cần kỹ thuật phức tạp. Giao diện giữa lớp từ và đế áp điện cần được tối ưu hóa. Các vật liệu từ tính cần có đặc tính từ giảo cao và tương thích tốt với quy trình chế tạo. Nghiên cứu tập trung giải quyết các vấn đề này nhằm tạo ra cảm biến vượt trội. Mục tiêu cuối cùng là tạo ra một thế hệ công nghệ cảm biến từ tiên tiến, mở rộng các ứng dụng thực tế.
1.1. Tổng quan công nghệ cảm biến từ trường SAW MO
Cảm biến từ trường dạng sóng âm bề mặt (SAW-MO) là công nghệ tiên tiến. Chúng kết hợp nguyên lý sóng âm bề mặt với vật liệu từ tính. Mục tiêu là tạo ra cảm biến từ trường nhạy, kích thước nhỏ. Ứng dụng rộng rãi từ y tế đến công nghiệp. Nâng cao hiệu suất cảm biến là trọng tâm. Cảm biến hoạt động dựa trên sự thay đổi tính chất vật liệu từ tính khi có từ trường ngoài. Sự thay đổi này ảnh hưởng đến đặc tính truyền sóng âm.
1.2. Thách thức trong nâng cao độ nhạy từ trường
Nâng cao độ nhạy từ trường là một thách thức lớn. Các cảm biến hiện tại thường gặp hạn chế về giới hạn phát hiện. Nhiễu môi trường làm giảm tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR). Việc tích hợp vật liệu từ tính đòi hỏi kỹ thuật cao. Tối ưu hóa giao diện giữa lớp từ và đế áp điện là cần thiết. Vật liệu từ tính cần có đặc tính từ giảo cao. Đây là những điểm trọng tâm để cải thiện độ nhạy từ trường.
1.3. Mục tiêu nghiên cứu cải thiện hiệu suất cảm biến
Nghiên cứu này tập trung cải thiện hiệu suất cảm biến từ trường SAW-MO. Mục tiêu là đạt được độ nhạy từ trường cao hơn. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng như vật liệu, cấu trúc thiết kế. Tối ưu hóa cảm biến thông qua mô phỏng. Thực nghiệm được tiến hành để xác nhận các kết quả lý thuyết. Một quy trình chế tạo cảm biến từ trường nhạy hiệu quả được đề xuất. Nghiên cứu hướng tới công nghệ cảm biến từ tiên tiến, mở rộng ứng dụng.
II.Cơ sở nguyên lý cảm biến từ trường sóng âm bề mặt
Để hiểu rõ cơ chế hoạt động của cảm biến từ trường SAW-MO, cần nắm vững các nguyên lý vật lý cơ bản. Các nguyên lý này bao gồm hiệu ứng áp điện, hiệu ứng từ giảo và sự hình thành sóng âm bề mặt. Mỗi nguyên lý đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi tín hiệu từ trường thành tín hiệu điện có thể đo lường được. Việc lựa chọn và tối ưu hóa các vật liệu liên quan đến từng hiệu ứng là yếu tố then chốt để đạt được độ nhạy mong muốn. Thiết kế cảm biến từ cần khai thác tối đa các tương tác vật lý này để đảm bảo hiệu suất hoạt động.
Hiệu ứng áp điện cho phép đế cảm biến tạo ra và thu nhận sóng âm. Vật liệu áp điện biến đổi năng lượng điện thành cơ học và ngược lại. Điều này là nền tảng cho các điện cực IDT (Interdigital Transducer). Hiệu ứng từ giảo là cốt lõi cho khả năng cảm biến từ trường của thiết bị. Vật liệu từ tính thay đổi kích thước khi có từ trường. Sự thay đổi này gây ra ứng suất cơ học lên đế áp điện. Sóng âm bề mặt truyền dọc theo bề mặt vật liệu. Chúng bị ảnh hưởng bởi sự biến dạng từ giảo của lớp vật liệu từ tính. Hiểu rõ các nguyên lý này là bước đầu tiên trong việc phát triển công nghệ cảm biến từ hiệu quả và tối ưu hóa cảm biến.
2.1. Hiệu ứng áp điện và vật liệu đế cảm biến
Cảm biến từ trường SAW-MO hoạt động dựa trên hiệu ứng áp điện. Vật liệu áp điện tạo ra điện tích khi chịu ứng suất. Ngược lại, chúng biến dạng khi có điện trường. Đây là nền tảng để tạo và thu sóng âm bề mặt. Các vật liệu phổ biến bao gồm thạch anh (ST-Quartz), Lithium Niobate. Lựa chọn vật liệu đế áp điện ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất cảm biến. Vật liệu cần có hằng số áp điện cao. Thiết kế cảm biến từ cần khai thác tối đa hiệu ứng này.
2.2. Hiệu ứng từ giảo và vật liệu từ tính nhạy
Hiệu ứng từ giảo là cốt lõi cho khả năng cảm biến từ trường. Vật liệu từ giảo thay đổi kích thước khi có từ trường ngoài. Sự thay đổi này tạo ra ứng suất cơ học lên đế áp điện. Các vật liệu từ tính như Nickel, FeNiPVA thể hiện hiệu ứng này. Lựa chọn vật liệu từ tính nhạy là rất quan trọng. Vật liệu cần có hệ số từ giảo lớn để phản ứng mạnh mẽ. Tối ưu hóa lớp vật liệu từ tính là yếu tố then chốt cho độ nhạy từ trường.
2.3. Nguyên lý hoạt động sóng âm bề mặt
Sóng âm bề mặt (SAW) là sóng cơ học truyền dọc theo bề mặt vật liệu. Sóng được tạo ra bởi cấu trúc điện cực IDT. Khi có từ trường, vật liệu từ tính biến dạng do hiệu ứng từ giảo. Sự biến dạng này làm thay đổi đặc tính truyền sóng SAW. Cụ thể, nó làm thay đổi vận tốc, tần số hoặc pha của sóng. Một IDT khác thu nhận sóng đã thay đổi. Sau đó chuyển đổi trở lại thành tín hiệu điện. Sự thay đổi tín hiệu điện tỷ lệ với cường độ từ trường. Điều này cho phép cảm biến từ trường phát hiện và đo lường.
III.Tối ưu thiết kế mô phỏng cảm biến từ trường nhạy
Quá trình tối ưu hóa cảm biến từ trường SAW-MO đòi hỏi sự kết hợp giữa thiết kế thông minh và mô phỏng chính xác. Việc lựa chọn cấu trúc cảm biến phù hợp là bước đầu tiên quan trọng, tạo nền tảng cho hiệu suất sau này. Các phương pháp mô phỏng tiên tiến, đặc biệt là phương pháp phần tử hữu hạn (FEM), đóng vai trò then chốt trong việc dự đoán và phân tích hành vi của cảm biến dưới các điều kiện khác nhau. Điều này giúp tinh chỉnh các thông số thiết kế mà không cần chế tạo nhiều mẫu thử nghiệm.
Nghiên cứu tập trung vào việc hiểu rõ ảnh hưởng của từng thông số thiết kế đến độ nhạy từ trường. Từ độ dày của lớp vật liệu nhạy từ đến các đặc tính của đế áp điện, mỗi yếu tố đều có tác động đáng kể. Mục tiêu là đạt được tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) cao nhất, đảm bảo cảm biến từ trường nhạy có thể hoạt động hiệu quả trong môi trường thực tế. Kết quả từ mô phỏng cung cấp dữ liệu quý giá, định hướng cho quá trình chế tạo thực nghiệm và giúp cải thiện hiệu suất cảm biến một cách đáng kể. Đây là một bước thiết yếu để tối ưu hóa cảm biến trước khi bước vào giai đoạn chế tạo.
3.1. Lựa chọn cấu trúc cảm biến từ trường SAW MO
Lựa chọn cấu trúc cảm biến từ trường là bước đầu tiên quan trọng. Các cấu trúc SAW-MO khác nhau được xem xét. Cấu trúc cơ sở bao gồm đế áp điện và điện cực IDT. Lớp vật liệu từ tính được đặt trên đế. Vị trí và độ dày lớp từ tính ảnh hưởng đáng kể. Cấu trúc cộng hưởng hoặc cấu trúc đường trễ cần được đánh giá. Mục tiêu là tối đa hóa tương tác giữa sóng SAW và vật liệu từ tính. Điều này giúp nâng cao độ nhạy từ trường.
3.2. Mô phỏng FEM tối ưu hóa cảm biến từ
Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) là công cụ mạnh mẽ. Nó được sử dụng để mô phỏng và tối ưu hóa cảm biến từ. FEM giúp phân tích ứng xử của vật liệu và cấu trúc. Các yếu tố như hiệu ứng delta-E, trường khử từ được tính toán. Mô phỏng dự đoán đáp ứng của cảm biến dưới từ trường. Các thông số thiết kế có thể điều chỉnh ảo. Điều này giúp tối ưu hóa cảm biến trước chế tạo thực tế. Quá trình mô phỏng giúp giảm thiểu chi phí và thời gian phát triển.
3.3. Ảnh hưởng các thông số đến độ nhạy từ trường
Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số thiết kế là cực kỳ quan trọng. Độ dày lớp vật liệu nhạy từ có tác động lớn. Độ dày đế áp điện cũng ảnh hưởng đến tần số và độ nhạy. Khoảng cách giữa các điện cực IDT, số cặp ngón cũng là các yếu tố. Vận tốc sóng âm trong vật liệu thay đổi khi có từ trường. Phân tích ảnh hưởng này giúp tối ưu hóa cảm biến. Mục tiêu là đạt được tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) cao nhất. Điều này đảm bảo cảm biến từ trường nhạy có thể hoạt động hiệu quả.
IV.Vật liệu từ tính và chế tạo cảm biến từ trường thực nghiệm
Nghiên cứu thực nghiệm đóng vai trò then chốt trong việc xác nhận các kết quả lý thuyết và mô phỏng. Phần này tập trung vào việc lựa chọn và nghiên cứu một vật liệu từ tính cụ thể, FeNiPVA, vì tiềm năng ứng dụng của nó trong việc cải thiện độ nhạy từ trường. Quá trình chế tạo cảm biến từ trường SAW-MO đòi hỏi sự chính xác cao, từ việc tạo ra các thiết bị SAW trống đến lắng đọng lớp vật liệu từ tính với chất lượng đảm bảo. Mỗi bước trong quy trình chế tạo đều ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất cuối cùng của cảm biến.
Sau khi chế tạo, việc thiết lập một hệ thống đo lường đáng tin cậy là cần thiết để đánh giá hiệu suất của cảm biến. Hệ thống này không chỉ dùng để đo độ nhạy từ trường mà còn phải có khả năng giảm nhiễu cảm biến, đảm bảo các kết quả đo lường là chính xác và đáng tin cậy. Các kỹ thuật giảm nhiễu tiên tiến được áp dụng để nâng cao tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR). Nghiên cứu này kết hợp chặt chẽ giữa việc lựa chọn vật liệu từ tính, quy trình chế tạo tinh vi và hệ thống đo lường chính xác nhằm tạo ra một cảm biến từ trường nhạy, hoạt động ổn định và hiệu quả.
4.1. Nghiên cứu vật liệu nhạy từ FeNiPVA
Nghiên cứu tập trung vào vật liệu FeNiPVA. Đây là hợp kim có tiềm năng lớn với đặc tính từ giảo thuận lợi. Nó thích hợp cho ứng dụng cảm biến từ trường nhạy. Mô phỏng FEM được thực hiện cho cấu trúc FeNiPVA/IDT/ST-Quartz. Việc này giúp đánh giá trước hiệu suất lý thuyết. Phân tích mô hình mạch tương đương cũng được áp dụng. Lựa chọn vật liệu từ tính đúng đắn là chìa khóa. Nó quyết định khả năng phản ứng của cảm biến với từ trường.
4.2. Quy trình chế tạo cảm biến từ trường SAW MO
Quy trình chế tạo cảm biến từ trường SAW-MO đòi hỏi độ chính xác cao. Các bước bao gồm chế tạo thiết bị SAW trống. Sau đó, lớp vật liệu từ tính FeNiPVA được lắng đọng. Kỹ thuật lắng đọng màng mỏng cần được kiểm soát chặt chẽ. Độ dày và chất lượng lớp màng từ tính rất quan trọng. Việc này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất cảm biến. Các yêu cầu khi chế tạo thực nghiệm cảm biến SAW-MO được tuân thủ nghiêm ngặt. Mục tiêu là tạo ra các thiết bị đồng nhất và có độ tin cậy cao.
4.3. Thiết lập hệ thống đo lường giảm nhiễu
Sau khi chế tạo, một hệ thống đo lường được thiết lập. Hệ thống này dùng để đánh giá hiệu suất của cảm biến. Nó bao gồm thiết bị tạo từ trường chuẩn và thiết bị đo tín hiệu. Mục tiêu chính là đo độ nhạy từ trường của cảm biến. Đồng thời, hệ thống cần có khả năng giảm nhiễu cảm biến. Các kỹ thuật lọc tín hiệu và che chắn điện từ được áp dụng. Điều này giúp nâng cao tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR). Việc đo lường chính xác là rất quan trọng để xác định hiệu quả của chế tạo cảm biến từ trường.
V.Đánh giá hiệu suất triển vọng công nghệ cảm biến từ
Phần cuối cùng của nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá toàn diện hiệu suất của cảm biến từ trường đã chế tạo và xác định các hướng phát triển tiềm năng trong tương lai. Các kết quả thực nghiệm được phân tích kỹ lưỡng, so sánh với dữ liệu mô phỏng và lý thuyết để xác nhận tính hiệu quả của thiết kế và quy trình chế tạo. Việc so sánh hiệu suất với các cảm biến hiện có trên thị trường là cần thiết để định vị những đóng góp của công trình nghiên cứu này.
Kết quả thực nghiệm đã khẳng định khả năng của vật liệu FeNiPVA và hiệu quả của phương pháp tiếp cận được đề xuất. Độ nhạy từ trường đạt được là một bước tiến quan trọng, mở ra cánh cửa cho nhiều ứng dụng mới. Đồng thời, nghiên cứu cũng chỉ ra các hướng phát triển tiếp theo để tiếp tục cải thiện hiệu suất cảm biến, bao gồm việc khám phá các vật liệu từ tính tiên tiến hơn, tối ưu hóa thiết kế cảm biến từ và phát triển các kỹ thuật chế tạo hiệu quả hơn. Mục tiêu là tạo ra các cảm biến từ trường nhạy, nhỏ gọn, chi phí thấp và có khả năng tích hợp rộng rãi trong các hệ thống thông minh, góp phần vào sự phát triển liên tục của công nghệ cảm biến từ.
5.1. Kết quả thực nghiệm và đánh giá độ nhạy từ trường
Các kết quả thực nghiệm được phân tích kỹ lưỡng. Chúng cho thấy sự tương quan với dữ liệu mô phỏng. Độ nhạy từ trường của cảm biến FeNiPVA/IDT/ST-Quartz được đánh giá. Các thông số hoạt động quan trọng được xác định. Nghiên cứu xác nhận khả năng của vật liệu FeNiPVA và hiệu quả của thiết kế. Độ nhạy đạt được là một bước tiến quan trọng. Nó khẳng định tiềm năng của phương pháp tiếp cận này. Các số liệu cụ thể giúp định lượng mức độ cải thiện hiệu suất cảm biến.
5.2. So sánh hiệu suất với các cảm biến hiện có
Hiệu suất của cảm biến mới được so sánh với các cảm biến từ trường khác. So sánh bao gồm cả cảm biến SAW-MO và các công nghệ khác. Các tiêu chí so sánh là độ nhạy, kích thước, chi phí và độ ổn định. Kết quả cho thấy cảm biến mới có lợi thế cạnh tranh. Nó thể hiện khả năng cải thiện độ nhạy từ trường đáng kể. Khả năng hoạt động ổn định trong môi trường thực tế cũng được xem xét. Việc so sánh giúp định vị nghiên cứu này và làm nổi bật những đóng góp của công trình.
5.3. Hướng phát triển công nghệ cảm biến từ trong tương lai
Nghiên cứu này mở ra nhiều hướng phát triển tiềm năng. Việc khám phá các vật liệu từ tính mới là một hướng quan trọng. Các vật liệu có hệ số từ giảo cao hơn sẽ tiếp tục được tìm kiếm. Thiết kế cảm biến từ cũng có thể được tối ưu hóa hơn nữa, ví dụ, tích hợp thêm cấu trúc giảm nhiễu. Phát triển các kỹ thuật chế tạo tiên tiến hơn. Mục tiêu là tạo ra các cảm biến từ trường nhạy với chi phí thấp hơn. Ứng dụng trong các lĩnh vực mới như IoT, thiết bị đeo là triển vọng. Công nghệ cảm biến từ tiếp tục tiến bộ nhanh chóng.
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (185 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộBỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỖ DUY PHÚ NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN ĐỘ NHẠY CỦA CẢM BIẾN TỪ TRƯỜNG DỰA TRÊN NGUYÊN LÝ SÓNG ÂM BỀ MẶT CÓ KẾT HỢP VỚI VẬT LIỆU TỪ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Hà Nội - 2024 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỖ DUY PHÚ NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN ĐỘ NHẠY CỦA CẢM BIẾN TỪ TRƯỜNG DỰA TRÊN NGUYÊN LÝ SÓNG ÂM BỀ MẶT CÓ KẾT HỢP VỚI VẬT LIỆU TỪ Ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Mã số: 9520216 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. LÊ VĂN VINH Hà Nội - 2024 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các kết quả trình bày trong luận án là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Hoàng Sĩ Hồng và PGS.TS Lê Văn Vinh. Luận án được thực hiện hoàn toàn trong thời gian tôi là nghiên cứu sinh tại Đại học Bách khoa Hà Nội. Các kết quả, số liệu trình bày trong luận án hoàn toàn trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào trước đây.
Các kết quả sử dụng tham khảo từ các công trình đã được công bố đều được trích dẫn một cách rõ ràng và theo đúng quy định. Tất cả những tham khảo trong luận án được trích dẫn và tham chiếu đầy đủ. Hà Nội, ngày …. năm 2024 Tập thể hướng dẫn khoa học Nghiên cứu sinh PGS.
Hoàng Sĩ Hồng PGS. Lê Văn Vinh Đỗ Duy Phú i LỜI CÁM ƠN Trong quá trình thực hiện đề tài “Nghiên cứu cải thiện độ nhạy của cảm biến từ trường dựa trên nguyên lý sóng âm bề mặt có kết hợp với vật liệu từ”, nghiên cứu sinh (NCS) đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ và tạo điều kiện của Ban Giám hiệu, tập thể lãnh đạo, ban đào tạo, các phòng ban chức năng, các cán bộ, chuyên viên Đại học Bách khoa Hà Nội. NCS xin được bày tỏ lời cảm ơn chân thành về sự quan tâm giúp đỡ đầy quý báu đó. NCS cũng chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo trường Điện – Điện tử, Viện ITIMS, nay là trường Vật liệu – Đại học Bách khoa Ha Nội, các nhà khoa học nơi tôi nghiên cứu đã tạo điều kiện, giúp đỡ và luôn động viên trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án.
NCS xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy hướng dẫn những người đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo, theo sát và luôn động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu để tôi hoàn thành luận án này. NCS xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo cơ quan nơi tôi công tác cùng các đồng nghiệp, bạn bè đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. NCS xin chân thành cảm ơn gia đình của tôi đã luôn động viên, khích lệ, tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn! Tác giả luận án Đỗ Duy Phú ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.
ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BIỂU ĐỒ. v DANH MỤC BẢNG BIỂU. viii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT.
ix DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU. xi MỞ ĐẦU. Tổng quan về cảm biến từ dạng sóng âm bề mặt. Tổng quan về cảm biến từ.
Tình hình nghiên cứu trên thế giới. Tình hình nghiên cứu trong nước. Thách thức của luận án. Cơ sở lý thuyết sự hình thành sóng âm trong chất rắn.
Các hiệu ứng và lựa chọn loại vật liệu. Hiệu ứng áp điện và lựa chọn vật liệu. Hiệu ứng từ giảo và lựa chọn vật liệu. Nguyên lý hình thành sóng âm bề mặt.
Các phương pháp mô phỏng. Phương pháp phần tử hữu hạn. Phương pháp động lực học phân tử. Phương pháp mô phỏng mô hình mạch tương đương.
44 Kết luận Chương 1. Lựa chọn cấu trúc và mô phỏng cải thiện độ nhạy cho cảm biến từ SAW-MO. Lựa chọn cấu trúc cảm biến SAW-MO. Lựa trọn cấu truc cơ sở.
Cấu trúc cảm biến SAW-MO. Mô hình mô phỏng FEM. Xây dựng mô hình mô phỏng. Hiệu ứng delta-E, trường khử từ và phạm vi mô phỏng.
Ảnh hưởng đế áp điện đến độ nhạy của cảm biến SAW-MO. Quá trình mô phỏng FEM. Đáp ứng làm việc của cảm biến. Ảnh hưởng của vận tốc sóng âm đến đáp ứng của cảm biến.
Ảnh hưởng của độ dày lớp nhạy từ và đế áp điện đến độ nhạy của cảm biến67 2. Ảnh hưởng độ dày lớp nhạy từ đến độ nhạy của cảm biến. Ảnh hưởng độ dày đế áp điện đến độ nhạy của cảm biến. Mô phỏng động lực học phân tử lớp vật liệu nhạy từ Nickel.
Mô hình mô phỏng vật liệu nhạy từ Nickel. Kết quả mô phỏng vật liệu nhạy từ Nickel. 87 Kết luận chương 2. Nghiên cứu chế tạo cảm biến từ SAW-MO trên cơ sở vật liệu nhạy từ FeNiPVA.
Mô phỏng FEM cảm cho biến FeNiPVA/IDT/ST-Quartz. Yêu cầu khi mô phỏng cảm biến FeNiPVA/IDT/ST-Quartz. Mô hình mô phỏng. Mô phỏng mô hình tương đương cảm biến FeNiPVA/IDT/ST-Quartz.
Mô phỏng cảm biến SAW-MO bằng phương pháp ma trận truyền TM. Yêu cầu của mô phỏng ma trận truyền. Mô hình ma trận truyền cho cảm biến SAW-MO. Kết quả mô phỏng bằng phương pháp TM.
Chế tạo thực nghiệm cảm biến FeNiPVA/IDT/ST-Quartz. Các yêu cầu khi chế tạo thực nghiệm cảm biến SAW-MO. Chế tạo thiết bị SAW trống. Chế tạo cảm biến SAW-MO .4 Thiết lập hệ thống đo.
117 Kết luận chương 3. 122 Kết luận và hướng phát triển. 123 Danh mục các công trình đã công bố của luận án. 125 Tài liệu tham khảo.
1 Phụ lục A: Giao diện chính của phần mềm ANSYS-APDL. 1 Phụ lục B: Mã lệnh mô phỏng FEM. 2 Phụ lục C: Mã lệnh mô phỏng phương pháp TM. 7 Phụ lục D: Một số module phần mềm của mô phỏng MD.
11 Phụ lục E: Một số hình ảnh quá trình làm thực nghiệm tại viện ITIMS. 33 iv DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BIỂU ĐỒ Hình 1. Các nguyên lý cảm biến từ. Dải đo các loại cảm biến từ.
Nguyên lý cảm biến Hall. Cấu trúc và nguyên lý cảm biến kích từ dọc. Ứng dụng cảm biến SAW trong các lĩnh vực. Số công trình công bố với từ khóa “Magnetic sensor” theo năm trên mendeley.
Số công trình công bố với từ khóa “SAW magnetic sensor” theo năm trên mendeley. Ví trí cân bằng (hạt đen) và biến dạng (hạt trắng) các hạt. Chuyển vị của hạt khi biến dạng. Chuyển động quay cứng của vật liệu.
Ứng suất tác động trên hạt vật liệu. Tinh thể cấu trúc dạng lập phương. Mô hình vật liệu áp điện. Hiệu ứng áp điện.
Sự phân cực của phân tử áp điện khi bị lực tác động. Vật từ khi bị từ hóa. Cấu trúc và nguyên lý của một thiết bị SAW delay-line. Các dạng cấu trúc bộ IDT.
Các cấu trúc của cảm biến từ dạng sóng âm bề mặt. Cấu trúc và nguyên lý của cảm biến từ SAW-MO. Các thông số cấu trúc của cảm biến từ SAW-MO. Hiệu ứng delta-E của lớp nhạy từ FeNi.
Đáp ứng của hiệu ứng delta-E. Các đường sức từ bên trong mẫu khi bị từ hóa tạo nên trường khử từ. Hướng tác động từ trường lên mẫu vật dạng màng. Quá trình thực hiện mô phỏng cảm biến từ SAW-MO với đế áp điện AlN và LiNbO3.
Nguyên lý hoạt động và quá trình mô phỏng cảm biến SAW-MO. Hình ảnh thể hiện quá trình mô phỏng FEM. Đáp ứng điện áp trên IDT-out của cảm biến dùng đế AlN. Đáp ứng điện áp trên IDT-out của cảm biến dùng đế LiNbO3.
Đáp ứng tần số của cảm biến từ với cấu trúc FeNi/IDT/AlN. Đáp ứng tần số của cảm biến từ với cấu trúc FeNi/IDT/LiNbO3. Đáp ứng tần số tại các điểm làm việc của cảm biến từ FeNi/IDT/AlN. Đáp ứng tần số tại các điểm làm việc của cảm biến từ FeNi/IDT/LiNbO3.
Đáp ứng làm việc của cảm biến từ FeNi/IDT/AlN. Đáp ứng làm việc của cảm biến từ FeNi/IDT/LiNbO3. Đáp ứng dịch tần số của cảm biến từ với cấu trúc FeNi/IDT/AlN và FeNi/IDT/LiNbO3. Quá trình mô phỏng tìm điểm (h3tu) có độ dày tối ưu.
Quan hệ giữa tần số trung tâm và độ dày lớp nhạy từ FeNi, khi H = 0. Quan hệ giữa vận tốc sóng âm bề mặt và độ dày lớp nhạy từ FeNi,. Đáp ứng tần số quanh điểm làm việc tối ưu của cảm biến. Quá trình mô phỏng đáp ứng cảm biến quanh điểm tối ưu.
Đáp ứng làm việc của cảm biến FeNi/IDT/AlN quanh điểm tối ưu. Quan hệ giữa độ nhạy của cảm biến với độ dày (h3) lớp nhạy từ FeNi. Đáp ứng dịch tần số của cảm biến FeNi/IDT/AlN, khi cùng dải đáp ứng. Đáp ứng tần số của cảm biến FeNi/IDT/AlN tại h3 = 1060 (nm).
Đáp ứng tần số của cảm biến FeNi/IDT/AlN tại h3 = 1210 (nm). Đáp ứng tần số trung tâm khi thay đổi độ dày đế áp điện (h1) tại h3tu. Đặc tính tần số của cảm biến khi giảm h1 tại h3tu. Qua trình mô phỏng ảnh hưởng độ dày đế áp điện đến tần số trung tâm.
Tần số trung tâm của cảm biến với h1=35 (m) và =30 (m) tại h3tu. Quá trình mô phỏng đáp ứng làm việc của cảm biến tại các điểm tối ưu. Đáp ứng dịch tần số của cảm biến tại h3tu = 1060 (nm), = 35 (m). Cấu trúc cảm biến SAW-MO dạng delay-line: (a) không có lớp cách điện, (b) có lớp cách điện.
Sự biến đổi của năng lượng thế năng trung bình trên mỗi nguyên tử theo nhiệt độ. Hàm PBXT của mẫu vật liệu Ni tại các nhiệt độ khác nhau. Trực quan hóa các quả cầu nguyên tử mặt cắt mẫu M1. Đường cong ứng suất – biến dạng dưới sự biến dạng đơn trục mẫu M1 tại 300K.
Độ từ hóa (a) và độ cảm từ (b) phụ thuộc vào nhiệt độ của các mẫu Ni 90 Hình 2. Đường cong từ trễ của các mẫu vật liệu Ni. Các bước nghiên cứu và chế tạo cảm biến SAW-MO. Cấu trúc cảm biến SAW-MO dùng đế Quartz.
Quá trình mô phỏng FEM cảm biến FeNiPVA/IDT/ST-Quartz. Tần số cộng hưởng khi không có lớp nhạy. Tần số trung tâm với lớp nhạy có độ dày h3=190 (nm) khi H = 0 (Oe) .
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Nghiên cứu cải thiện độ nhạy của cảm biến từ trường dựa trên" nghiên cứu về vấn đề gì?
Nghiên cứu cải tiến cấu trúc cảm biến từ trường, tối ưu hóa vật liệu và thuật toán để tăng độ nhạy.
Luận án "Nghiên cứu cải thiện độ nhạy của cảm biến từ trường dựa trên" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại đại học Bách khoa Hà Nội. Năm bảo vệ: 2024.
Luận án "Nghiên cứu cải thiện độ nhạy của cảm biến từ trường dựa trên" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Nghiên cứu cải thiện độ nhạy của cảm biến từ trường dựa trên" thuộc chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa. Danh mục: Kỹ Thuật Điện Tử.
Luận án "Nghiên cứu cải thiện độ nhạy của cảm biến từ trường dựa trên" có bao nhiêu trang?
Luận án "Nghiên cứu cải thiện độ nhạy của cảm biến từ trường dựa trên" có 185 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Nghiên cứu cải thiện độ nhạy của cảm biến từ trường dựa trên" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.