Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: 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

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật "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" được nghiên cứu với mục tiêu: Nghiên cứu một cảm biến từ dạng sóng âm bề mặt hoạt động trong dải từ trường một chiều thấp khoảng từ 0 đến 200 (Oe). Trong đó cần mô phỏng tính toán sự ảnh hưởng loại và độ dày đế áp điện, độ dày lớp vật liệu nhạy từ để xác định độ nhạy tốt nhất của cảm biến. Đồng thời nghiên cứu và chế tạo thực nghiệm cảm biến từ với cấu trúc FeNiPVA/IDT/ST-Quartz.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: 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 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỖ DUY PHÚ NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN ĐỘ NHẠY CỦA CẢM BIẾNTỪ 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 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Hà Nội – 2024 Công trình được hoàn thành tại: Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS. TS Hoàng Sĩ Hồng 2. PGS. TS Lê Văn Vinh Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiếnsĩ cấp Đại học Bách khoa Hà Nội họp tại Đại học Bách khoa HàNội Vào hồi …… giờ, ngày …… tháng …… năm …….. Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 1. Thư viện Tạ Quang Bửu - ĐHBK Hà Nội 2. Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦUTính cấp thiết của đề tài Cảm biến từ là một trong những loại cảm biến có khả năng đo nhiềucác đại lượng vật lý và được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực nhưcông nghệ thông tin-điện tử [1, 2], y học [3, 4], định vị [5], ô tô tự hành[6, 7], robot [8, 9], thăm dò địa chất [10] và đặc biệt là trong các hệthống đo lường, thu thập dữ liệu và tự động hóa công nghiệp. Cảm biếntừ cũng được biết đến và hoạt động bằng nhiều nguyên lý khác nhau,mỗi nguyên lý có ưu và nhược điểm riêng như từ trở, cảm ứng điện từ,hiệu ứng Hall, v.v [11-14]. Bên cạnh đó, các thiết bị hoạt động trên cơsở sóng âm bề mặt (SAW: Surface Acoustic Wave) đã và đang được sửdụng phổ biến trong các lĩnh vực khác nhau và sẽ tiếp tục đóng vai tròquan trọng trong tương lai bởi chúng có ưu điểm nhỏ gọn, tiết kiệm chiphí, dễ chế tạo và có hiệu suất cao cùng nhiều ưu điểm khác [15]. Thiếtbị SAW có thể hoạt động như cảm biến [16-18], bộ truyền động hay cơcấu chấp hành [19, 20], bộ lọc [21] và bộ xử lý tín hiệu [2]. Chúngthậm chí có thể hoạt động mà không cần cấp nguồn (cảm biến thụđộng) và hoạt động trong môi trường khắc nghiệt [7, 22]. Trong nhữngnăm đây, cảm biến từ áp dụng nguyên lý sóng âm bề mặt kết hợp vớivật liệu nhạy từ giảo (cảm biến SAW-MO: SAW-Magnetostriction) vớihiệu ứng delta-E được quan tâm và phát triển. Cấu trúc của cảm biến cóthể lựa chọn các loại như: cấu trúc delay-line hai cổng, bộ cộng hưởngSAW một cổng và loại tải phát vấn. Thông tin đo của cảm biến đượcthể hiện qua biên độ, pha hoặc tần số của điện áp đầu ra và rất dễ dàngcho việc gia công và xử lý tín hiệu đo bằng phương pháp số. Mặt khác,các tín hiệu vật lý có thể đo thông qua từ trường rất phổ biến trong thựctế như cường độ từ trường, dòng điện, góc, tốc độ, v.v. Các đại lượngnày có giá trị rất nhỏ như từ trường sinh học [từ trường được tạo ra bởinão người khoảng 3*10-14 (Oe)], lớn hơn là từ trường trái đất khoảng 40(Oe), lớn hơn nữa là từ trường trong máy chụp cộng hưởng từ khoảng2*104 (Oe), v.v hay từ trường rất lớn là sinh ra trong các ngôi saoNeutron đến 1012 (Oe). Như vậy, dải đo của từ trường là rất rộngkhoảng từ 10-14 (Oe) đến 1012 (Oe) [23, 24]. Điều này đặt ra nhiều khókhăn trong quá trình nghiên cứu và chế tạo cảm biến từ, đặc biệt là cảmbiến từ khi đo ở vùng từ trường thấp như từ trường sinh học (do não, 1tim phát ra), từ trường trong không gian đô thị và phát hiện sinh tồnnhờ từ trường, v.v. Ngoài các ưu điểm chung của thiết bị SAW nhưtrên, cảm biến từ SAW-MO còn có thêm các ưu điểm như độ bền cao,tuổi thọ của cảm biến dài, thời gian tác động và phục hồi nhanh, chu kỳlấy mẫu nhanh và đặc biệt là rất nhạy đối với các tín hiệu nhỏ. Vớinhững ưu điểm như trên, cảm biến từ dạng SAW hứa hẹn sẽ mạng lạinhiều lợi ích khi ứng dụng đo ở vùng từ trường thấp. Vì vậy, nghiêncứu và chế tạo cảm biến SAW-MO là quan trọng và cần thiết. Đề tài luận án “Nghiên cứu cải thiện độ nhạy của cảm biến từtrường dựa trên nguyên lý sóng âm bề mặt có kết hợp với vật liệu từ”tập trung thực hiện nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số cấu trúc,bao gồm: độ dày lớp nhạy từ, độ dày đế áp điện và loại vật liệu áp điệnđến độ nhạy và dải đo của cảm biến từ dạng SAW trong dải từ trườngthấp. Từ đó, xác định được cấu trúc của cảm biến cho độ nhạy tốt nhất.Tiến hành mô phỏng tính toán một số thông số cơ lý của lớp vật liệunhạy. Khảo sát mô hình mô phỏng tương đương làm cơ sở chế tạo cảmbiến từ dùng vật liệu nhạy FeNiPVA và chế tạo thực nghiệm để minhchứng cho tính đúng đắn của mô hình toán học và kết quả mô phỏngkhi hoạt động trong vùng từ trường thấp.Mục tiêu Trước những vấn đề thực tế đặt ra cho cảm biến từ dạng SAW và sựkhó khăn gặp phải ở trên. Mục tiêu của luận án là nghiên cứu một cảmbiến từ dạng sóng âm bề mặt hoạt động trong dải từ trường một chiềuthấp khoảng từ 0 đến 200 (Oe). Trong đó cần mô phỏng tính toán sựảnh hưởng loại và độ dày đế áp điện, độ dày lớp vật liệu nhạy từ để xácđịnh độ nhạy tốt nhất của cảm biến. Đồng thời nghiên cứu và chế tạothực nghiệm cảm biến từ với cấu trúc FeNiPVA/IDT/ST-Quartz.Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu sử dụng trong luận án là sự kết hợp giữanghiên cứu lý thuyết về sóng âm trong vật rắn, tác động của trường khửtừ đến phạm vi khảo sát của luận án, một số vật liệu cần thiết và môphỏng trên các phần mềm ANSYS, Fortran, Matlab có độ tin cậy cao,thừa kế các kết quả nghiên cứu đã được công bố, phân tích từ tổng quanđến chi tiết và chế tạo thực nghiệm để giải quyết mục tiêu đề ra.Đóng góp chính của luận án 2 Đề tài thực hiện một nghiên cứu chuyên sâu trong kỹ thuật đo lườngvà cảm biến là một trong những hướng nghiên cứu và đạo tạo củachuyên ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hóa. Luận án ...