Microssensores magnéticos tipo fluxgate planar utilizando ligas de NiFe eletrodepositadas

• Autor(a) principal: Heimfarth, Tobias
• Data de Publicação: 2010
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/59/59135/tde-07042010-134959/
• topic: Fluxgate planar NiFe; Fluxgate planar NiFe

Este trabalho trata sobre o desenvolvimento de sensores magnéticos tipo fluxgate baseados em tecnologia planar. O material utilizado como núcleo é baseado em trabalhos anteriores que determinaram os melhores parâmetros de eletrodeposição de ligas de NiFe para esta aplicação. Foram criados dispositivos funcionais mostrando a usabilidade do material. Também foram propostos 4 novos leiautes com o propósito de melhorar características como sensibilidade, preço, consumo de potência e resolução se comparados com sensores similares atuais. Inicialmente somente dispositivos em escala de milímetros foram criados utilizando placas de circuito impresso como substrato e um processo litográfico baseado em toner de impressora a laser. Este processo é muito simples e permite uma rápida ida do desenho ao protótipo em escala macro sem necessitar de equipamentos especiais. Note que ao contrário de macrofluxgates convencionais, estes dispositivos pode ser diretamente escalonados. Estes protótipos fornecerão os dados necessários para a construção de micro sensores otimizados. Para calcular a intensidade do campo magnético ao qual o núcleo está submetido foram feitas simulações de elementos finitos. A pequenas distâncias do plano, menores que a separação entre as espiras e onde o núcleo ferromagnético se situa, o campo é muito influenciado pela periodicidade da bobina, dando origem a um campo com oscilações periódicas de grande amplitude. Os efeitos desta alta inomogeneidade não é bem conhecido. Utilizando as curvas de histerese medida para os filmes de NiFe foram obtidas as curvas de resposta simulada para um fluxgate. A sensibilidade e a região linear em função do campo de excitação também foram simuladas. Enquanto que a sensibilidade tem um máximo para campos pouco mais intensos que o de saturação do material, decrescendo posteriormente, a região linear apresenta um pico para campos excitatórios baixos. O primeiro foi confirmado pelos resultados experimentais que também mostraram evidências do segundo. Os quatro leiautes são basicamente dois tipos com uma versão dupla cada um. Isto é, empilhando duas camadas de bobinas idênticas consegue-se multiplicar por raiz de dois o campo de excitação utilizando a mesma potência e dobrar o número de bobinas coletoras. Os leiautes propostos mostraram melhor sensibilidade, até oito vezes maior, se comparados com uma referência tirada da literatura. Também o ruído foi menor nas versões de dupla camada. O melhor apresentou um ruído menor que 1/3 da referência, ambos com potências de 1 Wrms. Mas todos leiautes propostos tiveram menor região linear. Todas estas características também foram estudadas em função da potência aplicada que está diretamente ligada a amplitude do campo de excitação.