Hệ đo siêu nhạy từ dựa trên kỹ thuật khuếch đại Lock-in và cảm biến từ trở khổng lồ

Tóm tắt

Mạch xử lý tín hiệu sử dụng kỹ thuật Lock-in được phát triển cho thiết bị đo từ trường, giúp xử lý tín hiệu từ các cảm biến có biên độ nhỏ hơn nhiễu nhiều lần. Mạch này được tích hợp với cảm biến từ trở khổng lồ (GMR) để đo các nguồn từ trường yếu. Thiết bị đề xuất được kiểm chứng bằng thí nghiệm đo từ trường xoay chiều trong khoảng 0-0,04 G. Nguồn từ trường này được tạo ra bởi một cặp cuộn dây Helmholtz chế tạo bằng công nghệ in 3D, có thể duy trì từ trường đều và điều chỉnh được cường độ, tần số cũng như hướng. Kết quả thực nghiệm cho thấy, thiết bị có giới hạn phát hiện (LOD) 3,81 nT, tương ứng với sự thay đổi 6,5 μV từ ngõ ra cảm biến. Mạch xử lý tín hiệu đạt hệ số khuếch đại thực nghiệm 1386 lần, vùng làm việc tuyến tính 0-7 mV đầu vào, cho đầu ra 0-10 V, với LOD tín hiệu đầu vào khoảng 631 nV. Trong dải tín hiệu nhỏ, thiết bị đề xuất có khả năng phát hiện tín hiệu tốt hơn các thiết bị đo thương mại. Hệ thống đo từ trường này có thể phát hiện từ tính của hạt nano siêu thuận từ (SPMNP) liên kết với đối tượng sinh học phân tử, hỗ trợ phát triển thiết bị phân tích y sinh.