Preview

Приборы и методы измерений

Расширенный поиск

Проектирование планарного феррозондового датчика по технологии печатных плат

https://doi.org/10.21122/2220-9506-2021-12-2-117-123

Полный текст:

Аннотация

Разработка новых методов, научных приборов и средств для измерения магнитных полей, создаваемых сверхслабыми токами, является одним из перспективных направлений в развитии медицинской техники, геодезических и космических исследований. Целью данной работы являлась разработка малогабаритного датчика, способного детектировать слабые магнитные поля, источниками которых могут быть биотоки, излучения далёких космических объектов и слабые флуктуации магнитного поля земли. Учёные оценивают величины таких магнитных полей в десятые доли нанотесла. 

Среди ключевых требований к датчикам сверхслабого магнитного поля можно отнести разрешающую способность, уровень шумов в измерительном канале, температурную стабильность, линейность и повторяемость характеристик от изделия к изделию. Предлагается добиться этих характеристик путём применения планарных технологий и микроэлектромеханических систем при изготовлении современных датчиков.

В работе описан полный цикл исследования, от создания компьютерной модели исследуемого датчика до изготовления рабочего прототипа. Для оценки влияния геометрических параметров и влияния свойств материала использована модель Джилса‒Атертона, которая, в отличие от большинства используемых моделей, позволяет учесть нелинейность сердечника, его гистерезисные свойства и влияние остаточной намагниченности.

Габариты разработанного датчика составляют 40×20×5 мм и технически возможно его уменьшение. Разработанный датчик продемонстрировал линейность характеристик в диапазоне от 0,1 нТл до 50 мкТл при среднеквадратическом токе возбуждения 1,25 мА на частоте 30 кГц. Усреднённый коэффициент преобразования по второй гармонике составляет 54 мкВ/нТл.

Об авторах

А. А. Коломейцев
Томский политехнический университет
Россия

пр-т Ленина, 30а, г. Томск 634050



И. А. Затонов
Томский политехнический университет
Россия

пр-т Ленина, 30а, г. Томск 634050



М. И. Пищанская
Томский политехнический университет
Россия

пр-т Ленина, 30а, г. Томск 634050



П. Ф. Баранов
Томский политехнический университет
Россия

пр-т Ленина, 30а, г. Томск 634050



Д. П. Ильященко
Юргинский технологический институт (филиал) Национального исследовательского Томского политехнического университета; Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук, пр-т Академический, 2/4, г. Томск 634055, Россия
Россия

Адрес для переписки: Ильященко Д.П. – Юргинский технологический институт (филиал) Национального исследовательского Томского политехнического университета, ул. Ленинградская, 26, г. Юрга 652055, Россия

e-mail: mita8@rambler.ru



Е. В. Верхотурова
Иркутский национальный исследовательский технический университет
Россия

ул. Лермонтова, 83, г. Иркутск 664074



Список литературы

1. Ripka P. Magnetic Sensors and Magnetometers. Boston, Artech house, 2000, 494 p.

2. Carr C. The Double Star magnetic fi investigation. Ann. Geophys, 2005, no. 23, pp. 2713− 2732. DOI: 10.5194/angeo-23-2713-2005

3. Can H., Topal U. Design of Ring Core Fluxgate Magnetometer as Attitude Control Sensor for Low and High Orbit Satellites. Journal of Superconductivity and Novel Magnetism March, 2015, vol. 28, no. 3, pp. 1093−1096. DOI: 10.1007/s10948-014-2788-5

4. Johnson M.W., Amin M.H., Gildert S., Lanting T., Hamze F., Dickson N., Harris R., Berkley A.J., Johansson J., Bunyk P., Chapple E.M., Enderud C., Hilton J.P., Karimi K., Ladizinsky E., Ladizinsky N., Oh T., Perminov I., Rich C., Thom M.C., Tolkacheva E., Truncik C.J., Uchaikin S., Wang J., Wilson B., Rose G. Quantum annealing with manufactured spins. Nature, 2011, vol. 473, no. 7346. pp. 194−198. DOI: 10.1038/nature10012

5. Uchaikin S., Likhachev A., Cioata F., Perminov I., Sanghera H., Singh I., Spear P., Chavez P., Han X., Petroff C., Rich C. Sample 3D magnetometer for a dilution refrigerator. Journal of Physics Conference Series, 2012, vol. 400, pp. 052037. DOI: 10.1088/1742-6596/400/5/052037

6. Uchaikin S.V. Fluxgate Magnetometer for Cryogenics. In Proc. of the 21st International Conference on Low Temperature Physics (LT21), Czechoslovak Journal of Physics, 1996, pp. 2809.

7. Sukhanov D.Y. [Magnetic introscopy with a magnetic sensor array]. Izvestiya vishih uchebnih zavedeniy. Phizika [Izvestiya vyshin educational institutions. Physics], 2013, vol. 56, no. 8/2, pp. 23−26 (in Russian).

8. Fagaly R.L. Superconducting quantum interference device instruments and applications. Rev. Sci. Instrum., 2006, vol. 77, no. 10, pp. 101101-101101-45. DOI: 10.1063/1.2354545

9. Shirai Y. Hirao K., Shibuya T., Okawa S., Hasegawa Y., Adachi Y., Sekihara K., Kawabata S. Magnetocardiography using a magnetoresistive sensor array. Int Heart J., 2019, vol. 60, no. 1, pp. 50−54. DOI: 10.1536/ihj.18-002.

10. Karo H., Sasada I., Magnetocardiogram measured by fundamental mode orthogonal fl array. J. Appl. Phys., 2015, vol. 117, no. 17, pp. 17B322. DOI: 10.1063/1.4918958

11. Adachi Y., Higuchi M., Oyama D., Haruta Y., Kawabata S., Uehara G. Calibration for a multichannel magnetic sensor array of a magnetospinography system. IEEE Trans. Magn., 2014, vol. 50, no. 11, pp. 1−4. DOI: 10.1109/TMAG.2014.2326869

12. Harada S., Sasada I., Hang F. Development of a One Dimensional Fluxgate Array and Its Application to Magnetocardiogram Measurements. Electronics and Communications in Japan, Translated from Denki Gakkai Ronbunshi, 2015, vol. 98, no. 4. DOI: 10.1002/ecj.11645

13. Vetoshko P.M., Gusev N.A., Chepurnova D.A., Samoilova E., Zvezdin A., Korotaeva A., Belotelov V. Rat Magnetocardiography Using a Flux-Gate Sensor Based on Iron Garnet Films. Biomed Eng., 2016, vol. 50, pp. 237–240. DOI: 10.1007/s10527-016-9628-9

14. Gusev N.A., Vetoshko P.M., Kuzmichev A.N., Chepurnova D., Samoilova E., Zvezdin A., Korotaeva A., Belotelov V. Ultra-Sensitive Vector Magnetometer for Magnetocardiographic Mapping. Biomed Eng., 2017, vol. 51, pp. 157–161. DOI: 10.1007/s10527-017-9705-8

15. Baranova V.E., Baranov P.F., Muravyov S.V., Uchaikin S. The Production of a Uniform Magnetic Field Using a System of Axial Coils for Calibrating Magnetometers. Meas Tech., 2015, vol. 58, pp. 550–555. DOI: 10.1007/s11018-015-0752-9

16. Baranov P., Borikov V., Ivanova V., Duc B.B., Uchaikin S., Liu C.-Y. Lock-in amplifi with a high common-mode rejection ratio in the range of 0.02 to 100 kHz. ACTA IMEKO, 2019, vol. 8, no. 1. DOI: 10.21014/acta_imeko.v8i1.672


Для цитирования:


Коломейцев А.А., Затонов И.А., Пищанская М.И., Баранов П.Ф., Ильященко Д.П., Верхотурова Е.В. Проектирование планарного феррозондового датчика по технологии печатных плат. Приборы и методы измерений. 2021;12(2):117-123. https://doi.org/10.21122/2220-9506-2021-12-2-117-123

For citation:


Kolomeitsev A.A., Zatonov I.A., Pischanskaya M.I., Baranov P.F., Ilyaschenko D.P., Verkhoturova E.V. Designing a Planar Fluxgate Using the PCB Technology. Devices and Methods of Measurements. 2021;12(2):117-123. https://doi.org/10.21122/2220-9506-2021-12-2-117-123

Просмотров: 64


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2220-9506 (Print)
ISSN 2414-0473 (Online)