[pt] Esta dissertação tem por objetivo o desenvolvimento de um transdutor magnético em configuração gradiométrica (gradiômetro), baseado nas características de fase da impedância de amostras sensoras de Magnetoimpedância Gigante (GMI), visando à medição de campos magnéticos de baixa intensidade em ambientes desprovidos de blindagem magnética. A metodologia empregada iniciou pela medição e análise das características de fase da impedância de duas amostras sensoras GMI, em função do campo magnético externo. Na sequencia, foi idealizado o circuito eletrônico do gradiômetro, o qual é responsável por excitar os elementos sensores e apresentar uma saída em tensão, proporcional ao gradiente de campo entre eles. As principais características do protótipo desenvolvido são detalhadas ao longo do texto e as previsões teóricocomputacionais são comparadas com os resultados experimentais obtidos. Por sua vez, as principais figuras de mérito do protótipo desenvolvido são detalhadamente analisadas, tais como: sensibilidade, linearidade, resposta em frequência, densidade espectral de ruído, resolução e distorção harmônica total. Também, avalia-se a distancia ótima de separação entre os elementos sensores empregados no gradiômetro, a fim de se otimizar a relação sinal-ruído. Os resultados indicam que o gradiômetro desenvolvido apresenta uma alta resolução, elevada sensibilidade, e linearidade, banda de passagem de até 1 kHz e baixa distorção harmônica. Por meio da comparação dos resultados obtidos pelo gradiômetro com os de um magnetômetro GMI, pode-se concluir que o gradiômetro propicia significativa atenuação da interferência magnética. Dessa forma, verifica-se que o dispositivo desenvolvido contribui para a medição de campos magnéticos de baixa intensidade, em ambientes ruidosos. / [en] This dissertation aims at developing a magnetic field transducer in gradiometric configuration (gradiometer), based on the impedance phase characteristics of Giant Magnetoimpedance (GMI) sensors, focusing on the measurement of low intensity magnetic fields in unshielded enviroments. The first step of the adopted methodology was measuring and analyzing the impedance phase characteristics of GMI sensors, as a function of the external magnetic field. After that, it was idealized the electronic circuit of the gradiometer, which is responsible by exciting the sensor elements and by presenting a voltage output, proportional to the magnetic field gradient between them. The main features of the developed prototype are detailed throughout the text and the theoreticalcomputational predictions are compared with the experimental results obtained. Furthermore, the most relevant figures of merit of the developed prototype are analyzed in detail, such as sensitivity, linearity, frequency response, spectral noise density, resolution and total harmonic distortion. Besides, the optimal separation between the two sensors used in the gradiometer is analyzed, aiming at improving the signal to noise ratio. The obtained results indicate that the developed gradiometer has a high resolution, high sensitivity and linearity, passband up to 1 kHz and low harmonic distortion. Comparing the gradiometer s performance results with the ones achieved with a GMI magnetometer leads to conclude that the gradiometer attenuates considerably the magnetic interference. In this way, it can be concluded that the developed device contributes to the measurement of low intensity magnetic fields in noisy environments.

[pt] Instrumentos de varredura magnética em estruturas, componentes e materiais têm sido objeto de pesquisa científica e são potenciais protótipos para uso na indústria, sobretudo em inspeção não destrutiva, para identificar defeitos em estruturas metálicas sujeitas a condições extremas como altas temperaturas, pressão e forte tensão. Essas condições podem levar à falhas dessas estruturas comprometendo sua operação, acarretando prejuízos e possíveis acidentes. Nesse sentido, construímos um instrumento para varredura da resposta magnética em placas de aço com defeitos utilizando dois sistemas de medição. No primeiro sistema utilizamos um equipamento comercial: Gaussímetro da marca F.W. BELL (modelo 9950), com três sensores de efeito Hall perpendiculares entre si. No segundo, um gradiômetro construído no Laboratório de Instrumentação do Departamento de Física da PUC-Rio composto de dois sensores de efeito Hall da marca Melexis (modelo 90215). Para a varredura de ambos os sistemas de medição foram utilizados dois atuadores lineares da marca Zaber (modelo T-LLS260C). Com o instrumento construído foi possível identificar defeitos manufaturados por eletroerosão em placas de aço SAE 1020. O segundo sistema de medição se mostrou mais eficiente em detectar defeitos com diâmetros da ordem de 0,90 mm e 10 μm de profundidade. Também construímos um sistema de filtros em uma placa de circuito impresso para atenuar o ruído presente. A partir da análise de sinal-ruído notou-se que o circuito foi eficaz e permitiu uma melhor identificação dos defeitos. Para reforçar a aplicação desse equipamento na pesquisa científica e na indústria, desenvolvemos uma rotina em MATLAB para estimar a profundidade dos defeitos e obtivemos resultados com erro de 3,54 por cento. / [en] Magnetic scanning instruments in structures, components, and materials have been the object of scientific research and are potential prototypes to be used in the industry, especially in non-destructive inspection to identify defects in metal structures subject to extreme conditions, such as high temperatures, pressure, and high tension. These conditions may lead to the failure of these structures, affecting their operation and resulting in losses and possible accidents. In this sense, we developed an instrument for scanning the magnetic response in defective steel plates using two measurement systems. In the first system, we used commercial equipment: Gaussmeter (F.W.BELL, model 9950), with three Hall-effect sensors perpendicular to each other, and in the second one, a gradiometer, composed of two Hall-effect sensors (Melexis, model 90215), developed at the Instrumentation Laboratory of the Physics Department of the PUC-Rio. For scanning both measurement systems, two linear actuators (Zaber, model T-LLS260C) were used. The instrument allows us to identify defects caused by electrical discharge machining on SAE 1020 steel plates. The second measurement system proved to be more efficient in detecting defects with diameters in the order of 0.90 mm and 10 μm in depth. A filter system was also built on a printed circuit board to attenuate noise. The signal-noise analysis showed that the circuit was effective and made possible a better identification of the defects. To reinforce the application of this instrument in scientific research and industry, a routine in MATLAB was developed to estimate the depth of the defects, resulting in an error of 3.54 per cent.