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
Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Luận án này tập trung vào nghiên cứu cải thiện độ nhạy của cảm biến từ trường dựa trên nguyên lý sóng âm bề mặt (SAW) có kết hợp với vật liệu từ. Cảm biến từ là một trong những loại cảm biến quan trọng, ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như công nghệ thông tin-điện tử, y học, định vị, ô tô tự hành, robot, thăm dò địa chất và tự động hóa công nghiệp. Tuy nhiên, việc đo lường từ trường ở các dải giá trị rất nhỏ, đặc biệt là từ trường sinh học, đặt ra nhiều thách thức. Các thiết bị hoạt động trên cơ sở sóng âm bề mặt (SAW) với ưu điểm nhỏ gọn, tiết kiệm chi phí, dễ chế tạo, hiệu suất cao và khả năng hoạt động trong môi trường khắc nghiệt, cùng với cảm biến từ SAW-MO (SAW-Magnetostriction) sử dụng vật liệu nhạy từ giảo và hiệu ứng delta-E, được đánh giá là rất nhạy với các tín hiệu nhỏ và hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích trong việc đo ở vùng từ trường thấp.
Mục tiêu của luận án là 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). Để đạt được mục tiêu này, nghiên cứu đã mô phỏng tính toán sự ảnh hưởng của loại đế áp điện, độ dày lớp vật liệu nhạy từ và độ dày đế áp điện nhằm xác định cấu trúc tối ưu cho độ nhạy tốt nhất. Đồng thời, luận án cũng tiến hành nghiên cứu và chế tạo thực nghiệm cảm biến từ với cấu trúc FeNiPVA/IDT/ST-Quartz.
Phương pháp nghiên cứu được sử dụng là sự kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết về sóng âm trong vật rắn, tác động của trường khử từ, lựa chọn vật liệu và mô phỏng trên các phần mềm ANSYS, Fortran, Matlab có độ tin cậy cao, đồng thời thừa kế các kết quả nghiên cứu đã công bố và chế tạo thực nghiệm.
Luận án có hai đóng góp chính. Thứ nhất, đã thực hiện tính toán và mô phỏng ảnh hưởng của loại đế áp điện, độ dày lớp nhạy từ và độ dày của đế áp điện đến dải đo và độ nhạy của cảm biến, xác định được cấu trúc cảm biến với độ nhạy tốt nhất là 10.287 (kHz/Oe) và tiếp tục cải thiện độ nhạy trong dải đo thấp từ 0 đến 33.1 (Oe). Phương pháp mô phỏng động lực học phân tử (MD) cũng được áp dụng để tính toán thông số cơ tính và từ tính của vật liệu nhạy từ. Thứ hai, luận án đã nghiên cứu, xây dựng quy trình kỹ thuật và chế tạo thành công cảm biến từ dạng SAW sử dụng lớp nhạy từ FeNiPVA và đế áp điện Quartz, làm rõ sự ảnh hưởng của tỷ lệ nồng độ hạt nano FeNi và polyme PVA đến độ nhạy, đạt khoảng đo 0 đến 80 (Oe) và độ nhạy 208 (Hz/Oe). Luận án cũng đề xuất phương án xây dựng mô hình ma trận truyền [ABCD] cho lớp nhạy FeNi trong mô phỏng cảm biến.