Fluxgate Impedance Analyzer for Sensitivity and Noise Properties

Setiadi, Rahmondia Nanda

The fluxgate sensor is known as a precision, low noise, reliable magnetic field sensor, and has been developed for decades. The sensor has been used in measurement systems, which need high precision in magnetic field measurements such as in satellite systems, navigation, and geological exploration. Although there are lots of competitors to the fluxgate such as Hall, GMR, and AMR sensors, the development of fluxgate sensors is still continuing to get better performance. There are still many potential developments of fluxgate sensors, to make it better than what is nowadays commercially available. The main big potential is the development of sensitivity and noise properties. Many efforts have been done to obtain this such as treatment of the core material, tuning the coils, making a new model of output voltage involving the core permeability or coil inductance, and the electronics signal processing optimization. The new model is intended to obtain the good permeability, inductance, or any other parameters for the best sensitivity and noise performance by designing the geometry. This thesis describes the development of a novel fluxgate analyzer for fluxgate sensor characterization, which is used for modeling the fluxgate sensor output to study the parameters that affect fluxgate sensor output. The characterization is based on the impedance of fluxgate sensor coils, which contain high permeability material as fluxgate sensor core. The non-linearity of the core permeability becomes the crucial and important topic in designing the impedance analyzer. The instrument has been designed to comply with the fluxgate sensor characteristics, which has low impedance and high core permeability. For that reason, the fluxgate analyzer has been designed with low output impedance and to be able to provide a very low current for fluxgate impedance measurement. A model from the impedance measurement is used to calculate and predict the fluxgate output sensitivity. Together with other physical parameters such as winding number and length, the model is utilized to set-up an equation to calculate the fluxgate output voltage and sensitivity.

Der Fluxgate-Sensor ist als präziser, rauscharmer, zuverlässiger Magnetfeldsensor bekannt, und wird seit Jahrzehnten entwickelt. Der Sensor wurde in Messsystemen verwendet, die eine hohe Präzision bei Magnetfeldmessungen erfordern, beispielsweise bei Satellitensystemen, bei der Navigation und bei der geologischen Erkundung. Obwohl für das Fluxgate viele Konkurrenten wie Hall-, GMR- und AMR-Sensoren vorhanden sind, wird die Entwicklung an Fluxgates für eine bessere Performance weiter geführt. Es gibt noch viele mögliche Entwicklungen an Fluxgate-Sensoren, um sie besser zu machen als die, die heutzutage kommerziell erhältlich sind. Das wichtigste und größte Potenzial ist die Verbesserung der Empfindlichkeits- und Rauscheigenschaften. Viele Anstrengungen wurden unternommen, um dies zu erreichen, wie eine Bearbeitung des Kernmaterials, ein Abstimmen der Spulen, ein neues Modell der Ausgangsspannung, die die Kernpermeabilität oder Spuleninduktivität beinhaltet, und die Optimierung der Elektroniksignalverarbeitung.Das neue Modell soll die gute Permeabilität, Induktivität oder andere Parameter für die beste Empfindlichkeit und Rauschleistung durch die Gestaltung der Geometrie enthalten. Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung eines neuartigen Fluxgate-Analysators zur Fluxgate-Sensorcharakterisierung. Dieser wird zur Modellierung des Fluxgate-Sensorausgangs verwendet, um die Parameter zu untersuchen, die den Fluxgate-Sensorausgang beeinflussen. Die Charakterisierung basiert auf der Impedanz von Fluxgate-Sensorspulen, die als Fluxgate-Sensorkern hochpermeables Material enthalten. Die Nichtlinearität der Kernpermeabilität wird zum entscheidenden und wichtigen Thema beim Entwurf des Impedanzanalysators. Das Gerät wurde so entwickelt, dass es den Eigenschaften des Fluxgate-Sensors entspricht, der eine niedrige Impedanz und eine hohe Kernpermeabilität aufweist. Aus diesem Grund wurde der Fluxgate-Analysator mit einer niedrigen Ausgangsimpedanz entworfen und kann einen sehr niedrigen Strom für die Fluxgate-Impedanzmessung bereitstellen. Ein Modell aus der Impedanzmessung wird verwendet, um die Fluxgate-Ausgangsempfindlichkeit zu berechnen und vorherzusagen. Zusammen mit anderen physikalischen Parametern wie Wicklungszahlen und -länge wird das Modell verwendet, um eine Gleichung zur Berechnung der Fluxgate-Ausgangsspannung und -empfindlichkeit zu erstellen.

Cite

Citation style:

Setiadi, Rahmondia: Fluxgate Impedance Analyzer for Sensitivity and Noise Properties. 2019.

Access Statistic

Total:
Downloads:
Abtractviews:
Last 12 Month:
Downloads:
Abtractviews:

show details

Rights

Use and reproduction:
All rights reserved

Export