An integrated micro fluxgate magnetic sensor

Choi, Sang-On; Kawahito, Shoji; Matsumoto, Yoshiyasu; Ishida, M.; Tadokoro, Yoshiaki

doi:10.1016/s0924-4247(97)80066-0

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“…8(a) V/T) intrinsically can be a factor of 50 higher than the results of [4] and [6] and a factor 4/3 higher than the result of [8]. The fluxgate sensors presented here show that they are suitable for high performance applications.…”

Section: E Dependence On the Frequency Of The Excitation Currentmentioning

confidence: 66%

“…The excitation coil was not integrated on the Si chip. Choi et al [6] demonstrated later a permalloy based micro-fluxgate magnetic sensor using both integrated planar excitation and detection coils combined with on-chip sensor interface circuits and electronics. The fabricated planar sensing element had a magnetic sensitivity of 73 V/T at 1 MHz excitation frequency and with a 150 mA -excitation current.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

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New hybrid technology for planar fluxgate sensor fabrication

et al. 1999

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Abstract-We have adapted a new printed circuit board (PCB) technology to the fabrication of ultraflat and sensitive fluxgate magnetic field sensors. The two outer layers of the PCB stack compose the electrical windings of fluxgates, while the inner layer is made of a micro-patterned amorphous magnetic ribbon with extremely high relative magnetic permeability ( r 100 000).Two basic configurations were considered: one based on a toroidal magnetic core and the other on a rectangular core with and without an air gap. The field response and sensitivity of the fluxgate devices have been studied as a function of the gap length, the excitation current, and excitation frequency. Compared to fluxgate sensors of similar size, a relatively high sensitivity of 60 V/T was found at 30 kHz for a five-winding detection coil wound around a rectangular E-shaped magnetic core. This high performance is primarily attributable to the high-permeability magnetic core. The results clearly show the potential of this fluxgate device for application as a magnetic sensor.

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Section: E Dependence On the Frequency Of The Excitation Currentmentioning

confidence: 66%

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

New hybrid technology for planar fluxgate sensor fabrication

et al. 1999

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“…Substrato com as bobinas coletoras Núcleos (direção de excitação antiparalela) Figura 1.7.2 -Esquema explodido (componentes separados) de um fluxgate plano [15]. Uma bobina satura periodicamente os núcleos ferromagnéticos, um em cada direção.…”

Section: Bobina Excitadoraunclassified

“…A superfície neste segundo caso é em geral irregular e com uma densidade de defeitos muito superior. Na literatura são encontrados sensores planos que utilizam duas ou mais (até quatro [27]) camadas de bobinas [28,15,21,9,29,30]. Já os que fazem uso de solenoides [31,32,33,25,34,14,26] necessitam de duas camadas de trilhas com o núcleo ferromagnético entre estas (como mostra a figura 1.7.1).…”

Section: Fluxgate Plano E O Número De Camadasunclassified

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Desenvolvimento de sensores magnéticos tipo fluxgate miniaturizados utilizando ligas ferromagnéticas eletrodepositadas.

Heimfarth¹

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AgradecimentosAos meus pais por todo apoio dado. Ao meu professor orientador Marcelo Mulato pela amizade. Aos meus colegas e ex-colegas de laboratório por tornar o trabalho mais agradável: Guilherme, Hugo, Jessica, Júlio, Marina, Rafael e Shirlei. Ao professor Marcelo Carreño e seu ex-aluno Murilo pelo suporte prestado. Ao professor Oswaldo Baffa Filho pelo empréstimo de equipamentos fundamentais. Aos técnicos Natalia, Élcio e Aziani pela ajuda no desenvolvimento experimental da minha pesquisa e a secretária Nilza. A CAPES, CNPq e Fapesp pelo apoio financeiro. ResumoForam desenvolvidos sensores magnéticos tipo fluxgate 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 foi proposto um leiaute em que a bobina de excitação e as coletoras estão posicionadas no mesmo plano. Mas os testes com protótipos em escala mostraram que a falta de excitação direta em uma das extremidades dos núcleos era fonte de ruído. Foi então proposto um segundo leiaute para mitigar este problema adicionando bobinas excitadoras em paralelo com as coletoras. Levando em conta as outras consequências que esta mudança trouxe, o leiaute mais simples apresentou melhores caraterísticas para baixas amplitudes de excitação. Foram então construídos sensores miniaturizados com ambos leiautes, utilizando um processo de microfabricação simplificado com apenas quatro máscaras fotolitográficas. Obteve-se os núcleos dos sensores eletrodepositando NiFe em condições previamente estudadas, de maneira a formar filmes com alta permeabilidade magnética. Os dispositivos resultantes apresentaram boa linearidade para campos de até 200 µT, com responsividades máximas de 16 e 8 V/T dependendo do leiaute, quando operados com a excitação senoidal e frequência de 100 kHz. Também foi medido o ruído rms contidos na faixa de 0,1 a 10 Hz. O sensor mais simples, sem as bobinas extras, obteve os melhores resultados com 40 nT para a faixa de amplitudes de excitação estudada, contra 59 nT do segundo leiaute. Entretanto o primeiro leiaute atinge o mínimo de ruído para amplitudes de excitação baixas de modo que não é possível reduzi-lo com um simples aumento de corrente. As bobinas extras do segundo contornam este problema e seus resultados sugerem que, com o aumento da resolução espacial utilizada na confecção das bobina, pode-se atingir os níveis de ruído de sensores muito mais complexos.Também foram desenvolvidos sensores tipo fluxgate ortogonais com núcleos eletrodepositados sobre fios de cobre. Foi proposto e testado um modelo matemático para o sinal de saída quando este tipo de sensor é operado em constante saturação, de maneira que a permeabilidade magnética é modulada pela rotação da magnetização. Isto é obtido adicionando-se uma componente constante ao campo de excitação.A vantagem deste método é a redução dos saltos de Barkhausen, uma das p...

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A miniature, low‐power scientific fluxgate magnetometer: A stepping‐stone to cube‐satellite constellation missions

et al. 2016

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Difficulty in making low noise magnetic measurements is a significant challenge to the use of cube‐satellite (CubeSat) platforms for scientific constellation class missions to study the magnetosphere. Sufficient resolution is required to resolve three‐dimensional spatiotemporal structures of the magnetic field variations accompanying both waves and current systems of the nonuniform plasmas controlling dynamic magnetosphere‐ionosphere coupling. This paper describes the design, validation, and test of a flight‐ready, miniature, low‐mass, low‐power, and low‐magnetic noise boom‐mounted fluxgate magnetometer for CubeSat applications. The miniature instrument achieves a magnetic noise floor of 150–200 pT/√Hz at 1 Hz, consumes 400 mW of power, has a mass of 121 g (sensor and boom), stows on the hull, and deploys on a 60 cm boom from a three‐unit CubeSat reducing the noise from the onboard reaction wheel to less than 1.5 nT at the sensor. The instrument's capabilities will be demonstrated and validated in space in late 2016 following the launch of the University of Alberta Ex‐Alta 1 CubeSat, part of the QB50 constellation mission. We illustrate the potential scientific returns and utility of using a CubeSats carrying such fluxgate magnetometers to constitute a magnetospheric constellation using example data from the low‐Earth orbit European Space Agency Swarm mission. Swarm data reveal significant changes in the spatiotemporal characteristics of the magnetic fields in the coupled magnetosphere‐ionosphere system, even when the spacecraft are separated by only approximately 10 s along track and approximately 1.4° in longitude.

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An integrated micro fluxgate magnetic sensor

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New hybrid technology for planar fluxgate sensor fabrication

New hybrid technology for planar fluxgate sensor fabrication

Desenvolvimento de sensores magnéticos tipo fluxgate miniaturizados utilizando ligas ferromagnéticas eletrodepositadas.

A miniature, low‐power scientific fluxgate magnetometer: A stepping‐stone to cube‐satellite constellation missions

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