I. Tổng quan về cảm biến từ
Cảm biến từ là thiết bị quan trọng trong việc đo lường từ trường. Các loại cảm biến này được phân loại dựa trên nguyên lý hoạt động và ứng dụng của chúng. Trong số đó, cảm biến flux-gate, cảm biến Hall, và cảm biến từ - điện là những loại phổ biến nhất. Cảm biến flux-gate sử dụng lõi sắt từ mềm và cuộn dây để đo từ trường, trong khi cảm biến Hall hoạt động dựa trên hiệu ứng Hall, cho phép đo từ trường một chiều và xoay chiều. Cảm biến từ - điện, như được nghiên cứu bởi Junyi Zhai, có khả năng xác định độ lớn và góc định hướng của từ trường mà không cần từ trường làm việc. Những cảm biến này có ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như khoa học vật liệu, y sinh học và bảo vệ môi trường.
1.1. Các loại cảm biến đo từ trường
Cảm biến đo từ trường hiện nay rất đa dạng. Cảm biến flux-gate có cấu tạo đơn giản nhưng hạn chế về kích thước và thời gian đáp ứng. Cảm biến Hall có khả năng đo từ trường trong dải tần số cao, nhưng độ nhạy có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Cảm biến từ - điện, với khả năng chuyển đổi trực tiếp từ trường thành tín hiệu điện, đang được nghiên cứu để cải thiện độ nhạy và độ chính xác. Việc lựa chọn loại cảm biến phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng.
II. Phương pháp chế tạo cảm biến
Phương pháp chế tạo cảm biến từ sử dụng công nghệ micro nano là một trong những bước quan trọng trong nghiên cứu này. Việc xử lý bề mặt mẫu, chế tạo mặt nạ và hốc chứa cảm biến, cùng với quá trình phún xạ tạo màng, đều ảnh hưởng đến tính chất của cảm biến. Các phương pháp khảo sát tính chất của cảm biến bao gồm khảo sát tính chất từ và tính chất từ điện trở. Đặc biệt, việc khảo sát đáp ứng góc của cảm biến là cần thiết để đảm bảo độ chính xác trong các ứng dụng thực tế.
2.1. Chế tạo cảm biến
Chế tạo cảm biến từ yêu cầu quy trình nghiêm ngặt. Bước đầu tiên là xử lý bề mặt mẫu để đảm bảo độ sạch và độ nhẵn cần thiết. Tiếp theo, việc chế tạo mặt nạ và hốc chứa cảm biến giúp định hình cấu trúc của cảm biến. Cuối cùng, quá trình phún xạ tạo màng là bước quan trọng để tạo ra lớp vật liệu nhạy từ. Các vật liệu như Ni80Fe20 được lựa chọn vì tính chất từ mềm và độ nhạy cao, phù hợp cho việc chế tạo cảm biến có độ nhạy tốt trong vùng từ trường thấp.
III. Kết quả và thảo luận
Kết quả nghiên cứu cho thấy cảm biến dạng mạch cầu Wheatstone có khả năng giảm thiểu nhiễu nhiệt và tăng cường độ nhạy. Việc khảo sát ảnh hưởng của kích thước đơn thanh trong mạch cầu Wheatstone cho thấy rằng kích thước và chiều dày màng NiFe có ảnh hưởng lớn đến tính chất từ và tính chất từ điện trở của cảm biến. Các thí nghiệm cho thấy cảm biến 1×5 mm có độ nhạy cao hơn so với cảm biến 1×3 mm, điều này mở ra hướng nghiên cứu mới cho việc tối ưu hóa thiết kế cảm biến.
3.1. Khảo sát tính chất từ của cảm biến
Khảo sát tính chất từ của cảm biến cho thấy rằng các yếu tố như kích thước và chiều dày màng NiFe ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhạy và độ ổn định của cảm biến. Các thí nghiệm cho thấy rằng cảm biến 1×5 mm có độ nhạy cao hơn so với cảm biến 1×3 mm. Điều này chứng tỏ rằng việc tối ưu hóa thiết kế cảm biến là rất quan trọng để đạt được hiệu suất tốt nhất trong các ứng dụng thực tế.
