TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÝ TRẦN TIẾN DŨNG MƠ PHỎNG TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ TỐI ƯU CẢM BIẾN ĐO TỪ TRƯỜNG TRÁI ĐẤT 3D HOẠT ĐỘNG DựA TRÊN HIỆU ỨNG TỪ-ĐIỆN PHỤC VỤ ĐO VÀ VẼ BẢN ĐỒ TỪ TRƯỜNG TRÁI ĐẤT Chun ngành: Vật lí chất rắn KHĨA LUẬN TƠT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hà Nội, 2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÝ TRẦN TIẾN DŨNG MÔ PHỎNG TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ TỐI ƯUCẢM BIẾN ĐO TỪ TRƯỜNG TRÁI ĐẤT 3D HOẠT ĐỘNG DƯA TRÊN HIỆU ỨNG TỪ-ĐIỆN PHỤC VỤ ĐO VÀ VẼ BẢN ĐỒ TỪ TRƯỜNG TRÁI ĐẤT Chun ngành: Vật lí chất rắn KHĨA LUẬN TÔT NGHIỆP ĐẠI HỌC Người hướng dẫn khoa học ThS Lê Khắc Quynh PGS.TS Đỗ Thị Hương Giang Hà Nội - 2019 LỜI CẢM ƠN Trong suốt q trình thực hồn thành khóa luận tốt nghiệp em nhận quan tâm giúp đỡ nhiệt tình thầy, hướng dẫn Nhân dịp cho em gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới: PGS.TS Đỗ Thị Hương Giang, hướng dẫn ân cần, nhiệt tình, tạo điều kiện truyền đạt nhiều kiến thức quý báu thời gian em làm luận văn Những kiến thức mà truyền đạt cho em kinh nghiệm quý giá cho công việc nghiên cứu em sau Em xin chân thành cảm ơn Th.s Lê Khắc Quynh Thầy giúp đỡ, hướng dẫn cho em lời khuyên bổ ích em thực cơng việc nghiên cứu hồn thành cho khóa luận Em xin gửi lời cảm ơn tới tập thể thầy cô giáo, anh chị em Phồng thí nghiệm Trọng điểm Cơng nghệ Micrơ-Nano, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, ủng hộ, động viên, trao đổi kiến thức, kinh nghiệm giúp đỡ chúng em suốt q trình học tập nghiên cứu phịng thí nghiệm Em cảm ơn thầy, cô khoa Vật lí, trường Đại học Sư phạm Hà Nội có góp ý xác đáng q trình hồn thiện khóa luận em Cuối cùng, cho em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới bố mẹ người thân gia đình Những người ln bên cạnh động viên em vượt qua khó khăn sống học tập Trong trình nghiên cứu thực khóa luận tốt nghiệp tiếp xúc với công nghệ nghiên cứu kinh nghiệm thân hạn chế nên khơng tránh khỏi có thiếu sót, em mong muốn nhận ý kiến đóng góp thầy bạn để em dần hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết nghiên cứu báo cáo cá nhân thực Các kết số liệu trình bày báo cáo hoàn toàn trung thực, chưa sử dụng hay cơng bố nơi khác Tác giả Trần Tiến Dũng DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Hình ảnh từ trường Trái Đất .4 Hình 1.2 Cách xác định vector từ trường trái đất Hình 1.3 Hình minh họa tượng từ giảo .8 Hình 1.4 Hình minh họa hiệu ứng áp điện .9 Hình 1.5 Sơ đồ khối khái niệm vật liệu từ - điện .10 Hình 1.6 Ngun lí làm việc hiệu ứng từ điệnthuận vật liệu tổ hợp 10 Hình 2.1 Chế độ vẽ 3D phần mềm ANSYS Maxwell .12 Hình 2.2 Vật thể 3D với lưới chia thơ 13 Hình 2.3 Vật thể 3D với lưới chia tinh 13 Hình 2.4 Kết mô dạng hiển thị màu .14 Hình 2.5 Kết mô biểu diễn qua đồ thị 14 Hình 3.1 Cấu hình cảm biến 1D 17 Hình 3.2 Hiển thị màu mật độ từ thơng qua cấu hình 1D 18 Hình 3.3 Đồ thị giá trị Beff phụ thuộc vào góc quay cấu hình 1D 18 Hình 3.4 Tọa độ điểm cực đại cực tiểu đồ thị cấu hình 1D 19 Hình 3.5 Độ lớn mật độ từ thơng dọc theo trục cấu hình 1D 19 Hình 3.6 Hiển thị màu mật độ từ thơng cấu hình 2D chữ thập 20 Hình 3.7 Đồ thị giá trị giá trị Beff phụ thuộc vào góc quay cấu hình2D chữ thập 21 Hình 3.8 Tọa độ cực đại cực tiểu đồ thị cấu hình 2D chữ thập 21 Hình 3.9 Hiển thị màu mật độ từ thơng cấu hình 2D chữ T 22 Hình 3.10 Đồ thị giá trị B eff phụ thuộc vào góc quay cấu hình 2D chữ T 22 Hình 3.11 Tọa độ cực đại cực tiểu đồ thị cấu hình 2D chữ T 23 Hình 3.12 Hiển thị màu mật độ từ thơng cấu hình 2D chữ L 23 Hình 3.13 Đồ thị giá trị Beff phụ thuộc vào góc quay cấu hình 2D chữ L 24 Hình 3.14 Tọa độ cực đại cực tiểu đồ thị cấu hình 2D chữ L 24 Hình 3.15 Hiển thị màu mật độ từ thơng cấu hình 2D chữ thập đầu nhọn 25 Hình 3.16 Đồ thị giá trị Beff phụ thuộc vào góc quay cấu hình 2D chữ thập đầu nhọn.25 Hình 3.17 Tọa độ cục đại cục tiểu đồ thị cấu hình 2D chữ thập đầu nhọn 26 Hình 3.18 Hiển thị màu mật độ từ thơng cấu hình 2D chữ thập dạng tai 26 Hình 3.19 Đồ thị giá trị Beff phụ thuộc vào góc quay cấu hình 2D chữ thập dạng tai 27 Hình 3.20 Tọa độ cục đại cục tiểu đồ thị cấu hình 2D chữ thập dạng tai 27 Hình 3.21 Hiển thị màu mật độ từ thơng cấu hình 3D khơng tai .28 Hình 3.22 Đồ thị giá trị Beff phụ thuộc vào góc quay cấu hình 3D khơng tai quanh trục Oz 29 Hình 3.23 Tọa độ cục đại cục tiểu đồ thị cấu hình 3D khơng tai quanh trục Oz 29 Hình 3.24 Đồ thị giá Beff phụ thuộc vào góc quay cấu hình 3D khơng tai quanh trục Ox 30 Hình 3.25 Tọa độ cục đại cục tiểu đồ thị cấu hình 3D khơng tai quanh trục Ox 30 Hình 3.26 Hiển thị màu mật độ từ thơng cấu hình 3D có tai 31 Hình 3.27 Đồ thị giá trị Beff phụ thuộc vào góc quay cấu hình 3D có tai .31 Hình 3.28 Tọa độ cục đại cục tiểu đồ thị cấu hình 3D có tai .32 MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Từ trường trái đất 1.1.1 Nguồn gốc từ trường trái đất 1.1.2 Vai trồ từ trường trái đất 1.1.3 Các đặc trưng từ trường trái đất .5 1.1.4 ứng dụng việc đo đạc thăm dò từ trường trái đất 1.2 Hiệu ứng từ - điện 1.2.1 Hiệu ứng từ giảo 1.2.2 Hiệu ứng áp điện 1.2.3 Hiệu ứng từ điện .9 1.3 Sensor đo từ trường dựa hiệu ứng từ - điện 11 CHƯƠNG MÔ PHỎNG LÝ THUYẾT .12 2.1 Giới thiệu phần mềm mô 12 2.2 Cách sử dụng phần mềm cấu hình cần mơ 15 2.2.1 Cách sử dụng phần mềm 15 2.2.2 Các cấu hình cần mơ 16 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 17 3.1 Cấu hình 1D .17 3.2 Cấu hình 2D .20 3.2.1 Cảm biến chưa cải tiến: 20 3.2.2 Cảm biến cải tiến 24 3.3 Cấu hình 3D .27 3.3.1 Cảm biến 3D không tai 28 3.3.2 Cảm biến 3D có tai .31 KẾT LUẬN 33 CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ .34 TÀI LIỆU THAM KHẢO 35 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Cường độ hướng từ trường trái đất khác phụ thuộc vào vị trí địa lý Đây đặc điểm quan trọng sử dụng để định vị toàn cầu Tuy nhiên, cường độ từ trường trái đất yếu (-10 -4 tesla) nên cần phải có thiết bị đo từ trường có độ nhạy cao để có phát xác định Trên giới, cảm biến từ trường sử dụng rộng rãi đa dạng dựa nhiều hiệu ứng vật lý khác Mỗi hiệu ứng có ưu nhược điểm riêng tùy thuộc vào mục đích phạm vi sử dụng Trong số cảm biến hoạt động vùng từ trường trái đất, nay, hiệu ứng từ-điện vật liệu tổ hợp đồng thời pha từ (có tính chất từ giảo) pha điện (có tính chất áp điện) đặc biệt quan tâm nghiên cứu giới Khóa luận tập trung mơ với mục đích tối ưu cấu hình, thiết kế để tối ưu hóa thơng số hoạt động cảm biến hoạt động dựa hiệu ứng từ-điện Nguyên lý hoạt động cảm biến dựa nguyên tắc đo đạc phân tích tín hiệu điện lối từ pha áp điện pha từ giảo chịu tác dụng từ trường ngồi Khóa luận tập trung mơ tính tốn hoạt động cảm biến sử dụng phần mềm mô chuyên dụng Ansys Maxwell (Canonsburg, PA, USA) để định hướng chế tạo cảm biến dựa hiệu ứng từ-điện cho độ nhạy cao Kết mô dùng để chế tạo cảm biến đo từ trường với độ nhạy cao độ phân giải lớn vùng nanô-tesla (nT) cho phép hướng đến ứng dụng để đo đạc khảo sát từ trường trái đất Mục đích nghiên cứu Mơ tính tốn thiết kế tối ưu cảm biến đo từ trường trái đất 3D hoạt động dựa hiệu ứng từ - điện phục vụ đo vẽ đồ từ trường trái đất Nội dung phương pháp nghiên cứu Nội dung khóa luận mơ tính tốn cảm biến đo từ trường trái đất 3D hoạt động dựa hiệu ứng từ - điện sử dụng phần mềm mô chế tạo đo đạc thử nghiệm cảm biến để kiểm chứng kết mô đánh giá độ tin cậy kết nghiên cứu Hình 3.4 Tọa độ điểm cực đại cực tiểu đồ thị cẩu hình 1D Dựa vào hình ảnh hiển thị, ta thấy trung tâm cảm biến thể hiệu ứng tốt mật độ đường sức qua lớn nhất, dần đầu màu nhạt số đường sức qua thưa hơn, hiệu ứng từ - điện giảm dần đầu Dựa vào đồ thị Hình 3.3 ta thấy đồ thị phụ thuộc theo hàm cosin nên kết luận có hiệu ứng tốt đặt dọc theo phương từ trường gần hiệu ứng đặt vng góc với từ trường ngồi Độ chênh lệch lớn điểm cực đại cực tiểu cho ta biết độ nhạy cảm biến theo góc quay khơng gian Hiệu số Beff cao cảm biến nhạy với thay đổi mật độ từ thông qua Với số liệu thu từ đồ thị, hiệu số 0.1151 T với cảm biến 1D Đồ thị khảo sát độ lớn mật độ từ thơng dọc theo trục cảm biến: Hình 3.5 Độ lớn mật độ từ thông dọc theo trục cẩu hình 1D Qua đồ thị Hình 3.5 ta thấy dọc theo trục Oz, cảm biến gần hiệu ứng phương từ hóa khó, tương tự theo trục Ox hiệu 19 ứng Đồ thị đâygiá trị phương Beff phụ từ hóa thuộc khóvào nên góc đường quayđồ củathịcảm biếnbiến: thiên quanh giá trị 0, trục Oy biểu hiệu ứng rõ ràng nhất, từ trường ngồi dọc theo phương từ hóa dễ cảm biến, đặc điểm dị hướng hình dạng, từ sau tất cà cảm biến khảo sát giá trị mật độ từ thông theo phương từ hóa dễ vật liệu 3.2 Cấu hình 2D Ta thấy giới hạn cảm biến 1D xác định độ lớn từ trường mà khơng xác định góc định hướng so với trục cảm biến Chính lí ta tiến hành thiết kế cấu hình cảm biến 2D gồm cảm biến 1D bố trí dọc theo trục Ox Oy 3.2.1 Cảm biến chưa cải tiến: Có cách bố trí cảm biến dọc theo trục tọa độ: Hình 3.7 Đồ thị giá trị giá trị Beffphụ thuộc vào góc quay cẩu hình 2D chữ thập 1: Bố trí chữ thập TọaCách độ cực đại cực tiểu: Hai bố trí theo dạng chữ thập cách lmm, quay từ trường ngồi quanh trục Oz Chạy mơ cấu hình xoay trịn với bước quay 15° mặt phẳng từ trường trái đất cỡ 32A/m, ta thu hình ảnh hiển thị màu sau: Name m1 m2 m3 m4 m5 X Y 90.0000 0.1019 360'3333 0.0027 ũ.ũũũũ 0.0027 BO 3333 0.1001 90.0000 0.0014 Hình 3.6 Hiển thị màu mật độ từ thơng cẩu hình 2D chữ thập 20 Hình 3.8 Tọa độ cực đại cực tiểu đồ thị cẩu hình 2D chữ thập Hiệu số Beff cao cảm biến lúc 0.0992 T Ta thấy hiệu số Beff cấu hình giảm 0.0159 T so với cấu hình 1D, lí có ảnh hưởng lên nhau, vị trí trùng từ thơng bị suy giảm Đe xử lý vấn đề này, ta tiến hành bố trí lại cảm biến sau Cách 2: Bố trí chữ T 21 Hai Tọa độ cựcbốđại trívà theo cựcdạng tiểu:chữ T khơng có phần trùng lên cách lmm, quay từ trường quanh trục Oz Chạy mơ cấu hình xoay trịn với bước quay 15° mặt phẳng từ trường trái đất cỡ 32A/m, ta thu hình ảnh hiển thị màu sau: Name X Y m1 180.0000 0.1055 m2 270.0000 0.0017 m3 90.0000 0.1030 m4 360.0000 0.0077 m5 0.0000 0.0077 Hình 3.9 Hiển thị màu mật độ từ thông cẩu hình 2D chữ T Đồ thị giá trị Beff phụ thuộc vào góc quay cảm biến: Hình 3.10 Đồ thị giá trị Beffphụ thuộc vào góc quay cấu hình 2D chữ T 22 Name X Y m1 180.0000 0.1062 nữ 270.0000 0.0100 nS 270.0000 Đồ thị 0.1056 m4 360.0000 0.0099 giá trị Beff phụ thuộc vào góc quay cảm biến: Hình 3.11 Tọa độ cực đại cực tiểu đồ thị cẩu hình 2D chữ T Hiệu số Beff cấu hình cảm biến 0.1038 T Đã tăng cấu hình chữ thập 0.0046 T tín hiệu nhỏ cảm biến 1D, dấu hiệu tốt cho tín hiệu lối cảm biến 2D Tuy nhiên so sánh mặt kích thước cấu hình chữ T chiếm thể tích lớn3.13 hơnĐồ cấuthịhình chữ thập, cảm Hình giá dạng trị Beffphụ thuộc vàođặc gócđiểm quaymà cẩucác hình 2Dbiến chữhiện L Tọa cần độ tính nêntiểu: kích thước nhỏ tốt cực di đạiđộng cực Cách 3: cấu hình chữ L Hai bố trí theo dạng chữ L khơng có phần trùng lên cách lmm, quay từ trường quanh trục Oz Chạy mơ cấu hình xoay trịn với bước quay 15° mặt phẳng từ trường trái đất cỡ 32A/m, ta thu hình ảnh hiển thị màu sau: Hình 3.12 Hiển thị màu mật độ từ thơng cẩu hình 2D chữ L 23 Hình 3.14 Tọa độ cực đại cực tiểu đồ thị cẩu hình 2D chữ L Ta nhận thấy cấu hình chữ L tín hiệu chưa có cải thiện có ưu điểm bố trí theo trục tọa độ dễ đặt xác góc 90° cảm biến hơn, tiện lợi cho q trình gia cơng sản phẩm 3.2.2 tiến Cảm biến cải Theo cách bố trí ta chế tạo sản phẩm cảm biến 2D tín hiệu lại khơng lớn, nên ta tiến hành cải tiến cấu hình để lượng đường sức tập trung vào cảm biến lớn Ta cấu hình lại đầu cho cảm biến để tăng lượng đường sức qua Cấu hình chữ thập có đầu nhọn Ta tiến hành với cấu hình chữ thập để thể tích cảm biến nhỏ Hai bố trí cách Imm, hai đầu cấu hình đầu nhọn tam giác để tăng diện tích tiếp 24 xúc vớiTọa không độ cực gian,đạiquay cực tiểu: từ trường ngồi quanh trục Oz Chạy mơ cấu hình xoay trịn với bước quay 15° mặt phẳng từ trường trái đất cỡ 32A/m, ta thu hình ảnh hiển thị màu sau: Name X Y m1 270.0000 0.1168 rrC 180.0000 0019 m3 m4 m5 0.0000 0.1166 90 0000 0013 270.0000 00013 Hình 3.15 Hiển thị màu mật độ từ thông cẩu hình 2D chữ thập đầu nhọn Đồ thị giá trị Beff phụ thuộc vào góc quay cảm biến: Hình 3.16 Đổ thị giá trị Beffphụ thuộc vào góc quay cấu hình 2D chữ thập đẩu nhọn 25 hlame X Y m1 90.0000 0.5153 m2 0.0000 0.0017 nũ 180.0000 0.0017 Đồ thị m4 360.0000 0.0017 m5 180.0000 0.5148 m6 270.0000 0.0017 m7 90 0000 0.0017 giá trị Beff phụ thuộc vào góc quay cảm biến: Hình 3.17 Tọa độ cực đại cực tiểu đồ thị cẩu hình 2D chữ thập đầu nhọn Hiệu số Beff cảm biến gắn thêm đầu nhọn 0.1153 T tăng lên so với cấu hình chữ T 0.0115 T mà thể tích tương đương với cấu hình Nhận thấy cấu hình có đầu với diện tích lớn thu nhận nhiều đường sức 3.19 Đồdạng thị giá Begphụ vào góc quay cẩu hình 2D chữ thập dạng hơn, ta Hình cải tiến hình đầutrịcho thanhthuộc cảm biến tai Cấu hình chữ thập dạng tai Tọa độ cực đại cực tiểu: Tương tự tiến hành với cấu hình chữ thập để thể tích nhỏ Hai cách Imm, hai đầu cấu hình dạng tai để tăng cao diện tích tiếp xúc với khơng gian, quay từ trường ngồi quanh trục Oz Chạy mơ cấu hình xoay tròn với bước quay 15° mặt phẳng từ trường trái đất cỡ 32A/m, ta thu hình ảnh hiển thị màu sau: Hình 3.18 Hiển thị màu mật độ từ thơng cẩu hình 2D chữ thập dạng tai 26 Hình 3.20 Tọa độ cực đại cực tiểu đồ thị cẩu hình 2D chữ thập dạng tai Hiệu số Beff cấu hình cao đạt đến 0.5136 T, tín hiệu cao gấp 4,45 lần so với dạng đầu nhọn Đây cấu hình có tín hiệu cao tất cấu hình 2D mô trên, mặt hạn chế lớn kích thước cảm biến lớn nhiều so với cấu hình mơ Neu ứng dụng thiết bị định vị khơng u cầu tính di động cấu hình cho tín hiệu đầu lớn xác 3.3 Cấu hình 3D Với cấu hình cảm biến 2D thiết kế phần sử dụng để đo độ lớn xác định hướng từ trường trái đất mặt phang với yêu cầu ứng dụng liên 27 quan đến Đồđịnh thị giá vị trị củaBeff vật phụ thể bay thuộc vàokhơng góc quay giancủa thìcảm địi biến hỏi quanh đời trục củaOz: cảm biến 3D Yêu cầu đặt cho cảm biến lúc phải đo đuợc đồng thời cà thành phần từ truờng Hx, Hy Hz hệ tọa độ không gian để xác định độ lớn từ truờng tổng cộng huớng từ truờng trái đất vị trí khơng gian Nói cách khác với cảm biến 2D ta xác định đuợc độ từ thiên nhung với cảm biến 3D xác định thêm độ từ khuynh Chúng ta mô cấu hình 3D mang uu điểm cấu hình 2D nêu Cảm biến 3D có bố trí cảm biến 1D dọc theo trục hệ trục tọa độ Decac Name m1 m2 m3 m4 3.3.1Y Cảm 360.3333 1010 không tai X biến 3D Ta bố 270.0003 0.0060 trí cảm biến dọc theo trục tọa độ, cách lmm, quay Hình 3.22 Đồ thị giá trị Begphụ thuộc vào góc quay cẩu hình 3D khơng tai trong0.1013 từ truờng quanh trục Oz trụctrục Ox Oz Chạy mơ cấu hình xoay trịn với 90.0000 quanh buớc 0.0060 quay phẳng từ 0.0000 Tọa 15° độ cực đạimặt cực tiểu: truờng trái đất cỡ 32A/m, ta thu đuợc hình ảnh hiển thị màu nhu sau: Hình 3.21 Hiển thị màu mật độ từ thông cẩu hình 3D khơng tai 28 Name X Y m1 270.0000 0.1022 m2 180.0000 0.0087 0.1010 Đồ thị m3 0.0000 m4 90.0000 0.0084 giá trị Beff phụ thuộc vào góc quay cảm biến quanh trục Ox: Hình 3.24 Đồ thị giá Begphụ thuộc vào góc quay cẩu hình 3D không tai quanh trục Ox Tọa độ cực đại cực tiểu: Hình 3.23 Tọa độ cực đại cực tiểu đồ thị cẩu hình 3D khơng tai quanh trục Oz Khi tiến hành quay theo trục Oz, ta khảo sát cảm biến nằm mặt phẳng Oxy, nên ta tiếp tục mơ quay cấu hình theo trục Ox để khảo sát mật độ từ thông cảm biến đặt dọc theo trục Oz 29 Hình 3.25 Tọa độ cực đại cực tiểu đồ thị cẩu hình 3D khơng tai quanh trục Ox Ba đường đồ thị đồ thị Hình 3.22 Hình 3.24 có dạng hình sin, có cảm biến có hiệu ứng từ - điện rõ ràng thể rõ giá trị biên độ Mag B, bố trí quay từ trường theo phương từ hóa dễ cịn cịn lại biên độ nhỏ bố trí theo phương từ hóa khó, hiệu ứng từ - điện nhỏ Từ biểu hiệu ứng mà từ ta lập xác vector từ trường ngồi HT không gian, mặt hiệu số Beff để xét độ nhạy cảm biến cách quay cảm biến theo phương nằm ngang (quay theo trục Oz) hay phương thẳng đứng (quay theo trục Ox) với từ trường ngồi cho tín hiệu ổn định cỡ 0.093 - 0.095 T So với kết cấu hình 2D ta thấy tín hiệu cảm biến 3D nhỏ lại có ưu điểm mặt xác định vector từ trường không gian 30 3.3.2 Tọa độ cực Cảm đại biến cực 3D tiểu: có tai Để cải thiện mặt tín hiệu cho cấu hình cảm biến 3D, dựa vào kết kết luận mô cấu hình 2D, ta tiến hành mơ cấu hình có tai đầu cảm biến Để tiết kiệm thể tích, ta bố trí cảm biến dạng 2D chữ thập, dọc theo trục tọa độ, cách lmm, quay từ trường quanh trục Oz Chạy mơ cấu hình xoay trịn với bước quay 15° mặt phẳng từ trường trái đất cỡ 32A/m, ta thu hình ảnh hiển thị màu sau: Namg mi Y X 3SŨ.0000 C.4&08 m2 90.0000 0.0021 m3 90.Ũ0Ũ0 0.4487 m4 ũ 0000 0.0017 m5 45.0000 0.0099 mS 330.0000 0.0011 Hình 3.26 Hiển thị màu mật độ từ thơng cẩu hình 3D có tai Đồ thị giá trị Beff phụ thuộc vào góc quay cảm biến: Hình 3.27 Đồ thị giá trị Begphụ thuộc vào góc quay cẩu hình 3D có tai 31 Hình 3.28 Tọa độ cực đại cực tiểu đồ thị cẩu hình 3D có tai Đầu tiên ta nhận thấy với cảm biến đặt vuông gốc với từ trường cố giá trị gần tiệm cận đường offset (giá trị 0) Trong khỉ nằm mặt phẳng song song với từ trường thể rõ tính chất từ - điện Hiệu số Beff mẫu cảm biến cỡ 0,4487T, cao gấp 4.72 lần so với mẫu 3D dạng không tai cấu hình cảm biến cố khả phát triển để làm thiết bị định vị không gian với độ xác cao 32 CÁC CƠNGKẾT TRÌNH LUẬN ĐÃ CƠNG BỐ Khóa luậnQuynh, đạt số kết sau:Đình Tú, Trần Tiến Dũng, Đỗ Thị Lê Khắc Nguyễn Xuân Toàn, Bùi Hương Nuyễn Hữu Trái ĐứcĐất (2017), Nghiên chế tạo cảm biến dựa TổngGiang, quan từ trường hiệu ứng từcứu, - điện hiệu ứng Hall phẳng (PHE), Hội nghị Vật lý chất rắn Khoa học vật liệu toàn Nêu cách sử dụng phần mềm mô ANSYS Maxwell quốc lần thứ 10, Tp Huế Mô thành công cảm biến đo từ trường trái đất 1D, 2D 3D cách Trần Tiến Dũng, Nguyễn Văn Hà, Nguyễn Văn Diễn, Nguyễn Huy Hoàng (2018), ghép tổ hợp cảm biến 1D trực giao, mô so sánh độ nhạy Nghiên cứu, chế tạo cảm biến dựa hiệu ứng Hall phẳng (PHE) cho độ nhạy cảm biến để tiên đoán hoạt động yêu cầu xác định thành phần từ cao, Đề tài đạt giải Nhất cấp trường, giải Khuyến khích giải thưởng “Sinh viên trường trái đất khơng gian góc nghiêng từ góc lệch từ từ trường nghiên cứu khoa học” cấp Bộ Eureka năm 2017 - 2018 trái đất Đặc biệt rút kết luận cấu hình cảm biến, làm tiền đề Le Khac Quynh, Hien, Tran Tien Bui Dinh cho việc tiến Nguyên hành sảnThe xuất cảmNguyên biến đoHai từ Binh, trường thấp độ Dung, nhạy cao Tu, tương Nguyên Duc lai,Huu đó:and Do Thi Huong Giang (2019), Simple planar Hall effect based sensors for ỉow-magnetic fieỉd detectỉon, Advances in Natural Sciences: • Cảm biến 2D chữ thập: nhỏ gọn, tích hợp vào la bàn điện tử dùng Nanoscience and Nanotechnology mặt đất L K Quynh, B D Tu, c V Anh, N H Duc, A T Phung, T T Dung, D T •Huong CảmGiang biến 2D chữ thập có tai: kích thước of lớnan tín Magnetoresistance hiệu đầu lớn, (2019), Design Optimization Anisotropic độ nhạyDetectỉon cao, dụng chế tạo la bàn điện tử độ of xác cao Materials, dùng Sensorfor of ứng Magnetic Nanoparticỉes, Journal Electronic mặt đất Volume 48(2), pp 997-1004 • Cảm biến 3D dạng thanh: kích thước nhỏ, dễ bố trí cảm biến để sản xuất, dùng để làm định vị khơng gian • Cảm biến 3D có tai: kích thước lớn tín hiệu đầu lớn, nhỏ, độ nhạy cao, thích hợp để làm định vị khơng gian với độ xác cao ứng dụng quân đội, hàng hải, vệ tinh, xây dựng, 33 34 ...TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÝ TRẦN TIẾN DŨNG MƠ PHỎNG TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ TỐI ƯU CẢM BIẾN ĐO TỪ TRƯỜNG TRÁI ĐẤT 3D HOẠT ĐỘNG DựA TRÊN HIỆU ỨNG TỪ-ĐIỆN PHỤC VỤ ĐO VÀ VẼ BẢN ĐỒ TỪ... khảo sát từ trường trái đất Mục đích nghiên cứu Mơ tính tốn thiết kế tối ưu cảm biến đo từ trường trái đất 3D hoạt động dựa hiệu ứng từ - điện phục vụ đo vẽ đồ từ trường trái đất Nội dung phương... đích tối ưu cấu hình, thiết kế để tối ưu hóa thơng số hoạt động cảm biến hoạt động dựa hiệu ứng từ- điện Nguyên lý hoạt động cảm biến dựa nguyên tắc đo đạc phân tích tín hiệu điện lối từ pha áp điện