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[pt] DESENVOLVIMENTO DE TRANSDUTORES MAGNÉTICOS EM MALHA FECHADA BASEADOS NO EFEITO DA MAGNETOIMPEDÂNCIA GIGANTE / [en] DEVELOPMENT OF CLOSED LOOP MAGNETIC TRANSDUCERS BASED ON GIANT MAGNETOIMPEDANCE EFFECTSALVADOR PACHECO 20 September 2021 (has links)
[pt] Esta Tese tem por objetivo o desenvolvimento de um sistema destinado à medição de campo magnético com alta sensibilidade e resolução, baseado nas características de fase da impedância em sensores que apresentam o efeito GMI, e a otimização das características de desempenho por meio do uso de configurações em malha fechada. A metodologia empregada inicia com a avaliação experimental das características de fase da impedância de amostras de diferente estrutura e composição química, em função do campo magnético externo, a fim de selecionar aquelas com alta sensibilidade, baixa histerese e maior homogeneidade. Na sequência, são realizadas avaliações teórico-computacionais dos transdutores magnéticos em malha aberta e fechada (magnetômetro e gradiômetro). Da mesma forma, as principais características dos circuitos e controladores software dos transdutores desenvolvidos são detalhadas ao longo do texto. Por sua vez, as principais figuras de mérito dos protótipos desenvolvidos são detalhadamente analisadas, tais como: sensibilidade, linearidade, resposta em frequência, densidade espectral de ruído e resolução. As caracterizações e ensaios experimentais realizados evidenciaram o grande potencial dos transdutores GMI em malha fechada para a atenuação da interferência 1/f, aprimoramento da linearidade e ampliação da faixa de operação. O magnetômetro GMI em malha fechada apresentou sensibilidade em torno de 75,8 mV/microteslas, fundo de escala maior que mais ou menos 40 microteslas, banda de passagem de 45 Hz e resolução na banda de passagem de 27,74 nT. Por outro lado, o gradiômetro GMI em malha fechada desenvolvido apresentou sensibilidade em torno de 102 mV/microteslas, fundo de escala maior que mais ou menos 40 microteslas, banda de passagem de 30 Hz e resolução na banda de passagem de 28,41 nT. / [en] This Thesis aims to develop a system for magnetic field measurement with high sensitivity and resolution, based on the impedance phase characteristics of sensors that have the GMI effect and the performance characteristics optimization through closed-loop configurations. The methodology starts with the experimental evaluation of the phase characteristics of the impedance in samples of different chemical composition and structure as a function of the external magnetic field in order to select those with high sensitivity, low hysteresis, and higher homogeneity. Subsequently, theoretical-computational assessments of magnetic transducers in open and closed-loop (magnetometer and gradiometer) are carried out. Likewise, the main characteristics of the circuits and software controllers of the developed transducers are detailed throughout the text. In turn, the main figures of merit of the developed prototypes are analyzed in detail, such as sensitivity, linearity, frequency response, noise spectral density, and resolution. The characterizations and experimental tests carried out showed the great potential of GMI transducers in a closed-loop configuration for attenuation of interference 1/f, improving linearity and expanding the operating range. The closed-loop GMI magnetometer showed a sensitivity of around 75.8 mV/microteslas, a full-scale range greater than plus or minus 40 microteslas, a pass band of 45 Hz and a resolution in the pass band of 27.74 nT. On the other hand, the GMI closed-loop gradiometer developed had a sensitivity of around 102 mV/microteslas, a full scale greater than plus or minus 40 microteslas, a passband of 30 Hz and a resolution in the pass band of 28.41 nT.
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[pt] DETECÇÃO DE CORPOS ESTRANHOS METÁLICOS NÃO-FERROMAGNÉTICOS POR CORRENTES PARASITAS / [en] NON-FERROMAGNETIC METALLIC FOREIGN BODY DETECTION BY EDDY CURRENTSLEONARDO GOUVEA E SILVA FORTALEZA 07 December 2016 (has links)
[pt] Projéteis de chumbo (não-ferromagnéticos) são corpos estranhos comuns na prática
médica. Métodos convencionais de localização utilizam radiações ionizantes, impondo
riscos à saúde e procedimentos que duram várias horas e tipicamente terminam
malsucedidos. Mapas de campos magnéticos obtidos não-invasivamente e inocuamente
com SQUIDs beneficiam a localização de agulhas metálicas ferromagnéticas, reduzindo o
tempo de remoção bem-sucedida de 6 horas para 10 minutos. SQUIDs são os
magnetômetros mais sensíveis, entretanto requerem temperaturas criogênicas, levando a
altos custos e baixa portabilidade que impedem a difusão do uso clínico. O objetivo é
desenvolver um dispositivo para localizar corpos estranhos metálicos não-ferromagnéticos
visando remoção cirúrgica, respeitando requerimentos de projeto: alta sensibilidade,
inocuidade, não-invasividade, baixo custo, segurança, portabilidade, facilidade de uso e
operação em temperatura ambiente. Sensores GMR e GMI são considerados alternativas
mais adequadas. Modelos teóricos de eletrodinâmica clássica aplicados às correntes
parasitas servem como base. Dois sistemas eletrônicos são desenvolvidos em configuração
gradiométrica para remover interferência ambiente, usando elementos sensores GMR e
GMI disponíveis comercialmente. O desempenho é obtido com resultados de simulações,
provando a capacidade de detecção de níveis esperados de densidade de fluxo magnético
para certos raios de projéteis e distâncias. O Sistema GMI é mais qualificado, sua mais alta
sensibilidade e melhor resolução favorecem maiores faixas de medição, inocuidade,
segurança e facilidade de uso. Os resultados demonstram a viabilidade dos elementos
sensores GMI nessa aplicação. Os benefícios de baixo custo, maior portabilidade e
segurança facilitam a utilização clínica de técnicas de localização para corpos estranhos
metálicos não-ferromagnéticos mais inócuas e efetivas. / [en] Lead projectiles (non-ferromagnetic) are common foreign bodies in the medical
practice. Conventional means of location use ionizing radiation, pose health risks and lead
to procedures that last several hours, typically ending unsuccessfully. Magnetic field maps
obtained non-invasively and innocuously with SQUIDs benefit the location of
ferromagnetic metallic needles, reducing the time of successful removal from 6 hours to
10 minutes. SQUIDs are currently the most sensitive magnetometers, however require
cryogenic temperatures, leading to high cost and low portability which prevent widespread
clinical use. The objective is to design a device for locating non-ferromagnetic metallic
foreign bodies for surgical removal, respecting project requirements of: high sensitivity,
innocuousness, non-invasiveness, low cost, safety, portability, ease of use and room
temperature operation. GMR and GMI sensors are considered as more suitable alternatives.
Classical electrodynamics theoretical models applied to eddy currents induction serve as
framework. Two electronic location systems are developed in gradiometric configuration
to remove environmental interference, using commercially available GMR and GMI sensor
elements. System performance is obtained from simulation results, demonstrating the
capability of detecting the magnetic flux density levels expected under certain projectile
radii and distances. The GMI system is more qualified, as its higher sensitivity and
improved resolution favors larger measurement ranges, innocuousness, safety and ease of
use. The results prove the viability of using GMI sensor elements in this application. The
benefits of lower cost, higher portability and safety facilitate the clinical use of more
innocuous and effective location techniques for non-ferromagnetic metallic foreign bodies.
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