Farklı uygulama alanları için fluxgate sensör tasarımı ve optimizasyonu

Abstract

Bu tez çalışmasında soft manyetik amorf yapıda ferromanyetik nüvelerin kullanıldığı, dünya manyetik alanı (0.6x10-4 T) ile 1x10-12 T arası bölgedeki DC manyetik alan büyüklüklerini doğrudan ölçebilme yeteneğine sahip Fluxgate sensörlerin geliştirilmesine yönelik araştırmalar yapıldı ve sensör performansına etki eden faktörler belirlendi. Tez çalışmasının bir parçası olduğu TÜBİTAK 113F192 nolu projenin ortağı olan SAS (Slovakya Bilimler Akademisi) grubu laboratuarlarında üretilen bir dizi sensör algılama nüvesi üzerinde yapılan çalışmalar neticesinde manyetik geçirgenlik, doyum mıknatıslanması, manyetik büzülme katsayısı gibi manyetik parametrelerin sensör performansı üzerindeki olası etkileri ayrıntılı bir şekilde incelendi. Çubuk tipi ve halka tipi fluxgate sensör geometrileri üzerinde çalışmalar yapıldı. Geliştirilen çubuk tipi sensörler ile kredi kartı üzerindeki manyetik kayıt bilgisi LabVIEW programlama diliyle geliştirilen bir yazılımla ölçülüp görüntülendi. Ayrıca halka tipi sensörlerde önemli tasarımlar yapıldı ve ?1 pT/?Hz@1Hz gibi oldukça düşük gürültü seviyelerine ve ?3 MV/T'ya varan oldukça yüksek hassasiyet (ya da ölçek faktörü) değerlerine ulaşıldı. Halka tipi sensörlerin uzun dönem kararlılığının ve sıcaklık bağımsızlığının sağlanması için tasarımlar yapıldı ve -50oC ile +85oC arasında ölçümler yapıldı. Bu ölçümler ile sensörlerin karakteristik parametrelerinin sadece ?% 6 değişim gösterdiği gözlendi.

In this study, studies were made to develop Fluxgate sensors capable of measuring the DC magnetic fields in the region between the magnetic field of the earth (0.6x10-4 T) and 1x10-12 T using the soft magnetic amorphous ferromagnetic cores and the factors affecting the sensor performance were determined. As a result of studies on a series of magnetic cores produced in the laboratories of SAS group, which is partner of the TÜBİTAK 113F192 project, the possible effects of magnetic parameters such as magnetic permeability, saturation magnetization and magnetostriction coefficient on sensor performance have been examined in detail. Rod and ring core type fluxgate sensor geometries have been investigated. With the developed rod-type sensors, the magnetic recording data on the credit card could be measured and imaged (with homemade software) successfully. On the other hand, ring-shaped sensors have also been designed with considerable noise levels as low as ?1 pT / ?Hz @ 1Hz. Besides, the sensitivity (or scale factor) has reached very high values up to ?3 MV/T. Our designs to ensure the long-term stability and temperature independence of the ring-type sensors has also shown that the characteristic parameters of the sensor (like the sensitivity) between -50oC and +85oC changed only ?% 6.