Foram desenvolvidos sensores magnéticos tipo \\ita miniaturizados, paralelos planos e ortogonais, com os núcleos compostos por ligas ferromagnéticas eletrodepositadas. O foco no desenvolvimento dos sensores paralelos planos foi a redução da complexidade do processo de microfabricação, utilizando apenas uma camada de bobinas. Para isto foram propostos dois leiautes em que as bobinas de excitação e as coletoras foram posicionadas no mesmo plano. Foram então construídos sensores miniaturizados utilizando um processo de microfabricação simplificado com apenas quatro máscaras fotolitográficas e núcleos de NiFe eletrodepositando. Os dispositivos resultantes apresentaram boa linearidade para campos de até 200 ?T, com responsividades máximas de 16 V/T e 8 V/T quando operados com a excitação senoidal e frequência de 100 kHz. O ruído\\ita contidos na faixa de 0,1 a 10 Hz foi estimado em 40 nT e 59 nT. Também foram desenvolvidos sensores tipo \\ita ortogonais. Foi proposto e validado um modelo matemático para o sinal de saída quando este tipo de sensor é operado em constante saturação. Desta maneira a permeabilidade magnética é modulada pela rotação da magnetização, reduzindo os saltos de Barkhausen. Os sensores foram construídos a partir de fios de cobre com diâmetros de 45 e 120 ?m eletrodepositados com ligas de NiFe e NiFeP, e envoltos por um solenoide. Os melhores dispositivos, com núcleo de NiFe, operados no modo de rotação da magnetização apresentaram considerável redução do ruído em relação ao modo convencional. A amostra menos ruidosa foi de 8 nT para 0,55 nT \\ita contidos na faixa de 0,1 Hz a 10 Hz. O preço pago foi uma diminuição na responsividade, de 796 para 211 V/T e o aumento no efeito \\ita, de 2 para 4,5 ?T. / Two kinds of miniaturized fluxgate magnetic sensor have been developed, a planar parallel and an orthogonal one, with electroplated ferromagnetic alloy cores. The development of the parallel one had focus on the overall manufacture complexity reduction. Two planar layouts making use of only one layer of coils were proposed and constructed with a simplified micromachinig process that used only four photolithographic masks. The cores were obtained by electroplating NiFe thought molds. The sensors presented a maximum sensitivity of 16 V/T and 8 V/T, depending on the layout, for a 100 kHz sine excitation. Also the rms noise levels contained in the 0.1-10 Hz range were measured, resulting in 40 nT and 59 nT. It has been also developed some orthogonal fluxgate sensors. The output signal generated by this kind of sensor operated in constant saturation mode was mathematical modeled and experimentally validated. In this case, the core magnetic permeability is no longer modulated by the domain walls movement but rather by the magnetization rotation. The advantage being the suppression of Barkhausen jumps, one of the main sources of noise. The sensors were build using cooper wires with two diameter, 45 and 120 ?m, electroplated with NiFe and NiFeP alloys. The best devices, with NiFe cores, operated in the magnetization rotation mode had their noise levels reduced by a factor of about 10 when compared to the conventional mode. The less noisy sample went from 8 nT to 0.55 nT \\ita contained in the 0,1-10 Hz range. The drawback was a decrease in the sensitivity, from 796 to 211 V/T and an increase in the perming error, from 2 to 4,5 ?T.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-07102014-114939 |
| Date | 05 May 2014 |
| Creators | Heimfarth, Tobias |
| Contributors | Mulato, Marcelo |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | Tese de Doutorado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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