Exatidão, precisão e resolução

No sentido de a valiar o sis tema de medi ção em termos da sua exa tidão, precisão e poder de resolução, várias medi ções de tes te foram efetuadas para a a mos tra conheci da de Metglas/LiNbO3/Metglas e pa ra uma amostra de

referência não ME. Esta informa ção é útil pa ra se tenta r perceber quais as principais li mita ções subja centes às medi ções .

Numa pri mei ra pa rte fora m realizadas vá rias medi ções , proxi mamente espa çadas no tempo e sob condi ções idênti cas , do efei to ME di reto em função do campo pa ra a mesma a mos tra de Metglas/LiNbO3/Metglas já descri ta .

Os resultados obtidos pa ra seis des tas medições, onde foi usado um ca mpo magnético de modula ção com a mpli tude de ca . 8 Oe e frequência de 1 kHz, são indi cados de forma empilhada no grá fi co da Figura 18 – a). As curvas aqui mos tradas pa ra a va riação dos coeficientes MEs trans versais nesta a mos tra são equi valentes às obti das anteri ormente. As seis medi ções efetuadas pa ra a mesma amostra e sob condi ções equi valentes não exibem grandes va riações entre si . O campo ma gnéti co pa ra o má xi mo sinal ME, por exempl o, pode ser aqui usado pa ra a valiar aproxi madamente a precisão do sistema nes tas condi ções . Es tes valores , medidos respeti vamente de ci ma pa ra bai xo, são de aproximada mente: 114,07; 112,42; 112,23; 114,76; 113,58 e 113,47 Oe. O valor médio do campo pa ra o má ximo coefi ciente mos trou ser assim de ≈ 113,42 Oe e o des vio padrã o na sua determina ção de ≈ 0,88 Oe. Es te reduzido

des vio padrão permi te es tima r uma boa precisão, ou mais precisamente repetibilidade, associada ao sistema em es tudo. O facto de o ca mpo magnéti co pa ra o má ximo a coplamento ME determinado ter sido relati va mente reduzido, conforme espera do pa ra a liga magnetos tri ti va de Metglas, pode também de certa forma ser usado para comprova r qualita ti vamente a boa exa tidão do sistema.

Pa ra tenta r a valiar a resolução do sistema experimental no que toca à deteçã o de um sinal ME, o pa râ metro amplitude de ruído obtido de vá rias medi ções da ampli tude do sinal elétri co em função do campo pa ra uma amos tra

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Figura 18 – b). Antes de mais, notamos que a sensibilidade do amplifi cador de Lock -in é indi cada como correspondendo

a uma a mplitude de tensão míni ma mensurá vel de 2 nV. O seu ga nho pode também ser controlado, manualmente ou automa ti camente, sendo a a mplitude má xima mensurá vel de 1V. No que toca à sua res olução quanto à capa cidade pa ra dis tingui r um sinal ME, sabemos que es ta pode ser limi tada pelo ruído eletróni co a rbi trá rio e pela interferência com sinais sincronizados exteri ores ao sis tema ou sinais pa rasíti cos de ori gens va riadas . O ruído eletróni co a rbi trá rio associado ao Lock-in em si é de apenas 7,9 μVRMS, pa ra uma cons tante de tempo de 100 ms e um declive de a tenua ção

de 6 dB/oct. Es te ruído pode ser ainda mais reduzido aumentando manualmente a constante de tempo e o decli ve de a tenua ção. O a umento da cons tante de tempo, por exemplo, resul ta na di minui ção da frequência de joelho (- 3 dB) do fil tro de passa-bai xo do Lock-in e portanto na redução do ruído e, ao mes mo tempo, na reduçã o do tempo de resposta do sis tema , pelo que o interval o de tempo das medições terá de ser aumentado caso se pretendam obter resul tados fiá veis. Nas nossas medi ções MEs as constantes de tempo usadas fora m usualmente de 100 ou 300 ms e o decli ve de a tenua ção do fil tro de 24 dB/oct. Pa ra além do ruído eletróni co aleatório ca ra cterísti co, podem também ser observados sinais pa rasíti cos de pequena ampli tude va riando ao longo do ca mpo mes mo pa ra uma amostra de referência não ME. Es tes podem esta r relacionados , por exemplo, com pequenas oscila ções de tempera tura do s uporte , sendo o sinal elétri co em si produzido pelo efeito termoelétri co , ou por pequenas vi bra ções do suporte que ori ginam uma va ria ção temporal da sua á rea de loop e porta nto da a mplitude do sinal gerado por indução eletromagnéti ca . Como eventuais sinais MEs em função de poderão ser detetados sobre a forma de va ria ções da a mplitude de tensão sobrepostas sobre a tensão de offset produzida pela indução de Fa rada y (aproximada mente consta nte ao longo de ), a exis tências de os cilações sobre es ta tensão devidas ao ruído eletróni co ou efeitos pa rasíti cos consti tui rão um li mite à capa cidade de dis tinção des tes sinais nos espe tros .

0 100 200 300

E3

1

H

a)

b)

pa ra uma amostra de Metglas/LiNbO3/Metglas e sob as mesmas condições (mesma orientaçã o trans versal , = 1 kHz e

≈ 8 Oe); b) Es tima ti va da amplitude de ruído ao l ongo de todo o campo , pa ra uma série de medi ções da amplitude do sinal elétri co em função de , realizadas pa ra uma a mos tra de referência nã o ME, e a frequências de modulação distintas .

Assim, para calcular es te limi te realizámos vá rias medições de referência em funçã o do ca mpo e observamos as os cilações nos sinais medidos ao l ongo de todo o ca mpo. Pa ra quantifi ca r estas os cilações fizemos uso de um pa râ metro a que chamamos de a mpli tude de ruído e que corresponde à diferença entre a ampli tude de tensão má xima e míni ma identifi cada em cada medi ção. A Figura 18 – b) exibe a distribuiçã o destas ampli tudes de ruído observadas em função de pa ra uma série de medi ções levadas a cabo e fa zendo uso de diferentes frequências de modula ção. Daqui se pode ver uma tendência média desta a mpli tude em a umenta r com a frequência degra dando assim a qualidade das curvas MEs a medi r. Assim, sabemos desde já que frequências de modulação mais reduzidas nos permi tirã o uma dis tinção fa cilitada de eventuais sinais MEs , tanto pelas menores oscila ções de amplitude de tensão ao longo de como pela menor ma gni tude do efei to de induçã o de Fa rada y. A pa rti r desta figura podemos ta mbém concl ui r que, caso pretendamos medi r um sinal ME com uma razã o sinal ruído (SNR) de pelo menos 5, a ma gni tude des te sinal deverá ser no mínimo de ca . 8 μV/Oe (0,16 mV/cm.Oe, pa ra uma espessura de 0,5 mm) pa ra = 1 kHz ou, alternati va mente, de ca . 60 μV/Oe (1,2 mV/cm.Oe, pa ra uma espessura de 0,5 mm) pa ra = 50 kHz. Es tes deverão consti tui r assim os limites

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a = 1 kHz cons ti tui um val or bastante a tra ti vo uma vez que nos deverá permiti r a identifi ca ção dos efei tos MEs di retos geralmente observados em compósi tos MEs (usualmente com coefi cientes de algumas dezenas ou centenas de mV/cm.Oe [5, 6, 14, 16, 22]) e mul ti ferrói cos MEs (com coeficientes que podem a tingi r alguns mV/cm.Oe [16, 18]). Pa ra o demons tra r notamos o caso do compósito laminado de Metglas/Li NbO3/Metglas cujos resul tados mos trados na

Figura 18 – a) exibi ra m uma ra zão SNR má xi ma elevada de ca . 100. Problemas poderã o no entanto surgi r na medi ção

de compósitos MEs com filmes finos piezoelétri cos devi do às suas mui to pequenas espessuras e, consequentemente, sinais de tensão comumente reduzidos apenas da ordem de alguns μV/Oe [18, 23].

3. Resultados experimentais, análise e discussão