Análisis de la sensibilidad, respuesta de pequeña señal y respuesta dinámica de un sensor GMR

Autores/as

DOI:

https://doi.org/10.46842/ipn.cien.v25n2a01

Palabras clave:

respuesta a pequeña señal, sensores GMR, sensores magnéticos, sensibilidad dinámica del sensor GMR

Resumen

En este trabajo se lleva a cabo el análisis de la sensibilidad de un sensor magnético, basado en el fenómeno de magnetorresistencia gigante (GMR), cuando se utiliza en la medición de campos magnéticos variantes en el tiempo en superposición con componentes estáticas. La característica de transferencia del sensor GMR se obtuvo experimentalmente midiendo el campo magnético generado por una bobina de Helmholtz. A partir de la característica de transferencia experimental se obtuvo computacionalmente la respuesta de sensibilidad del sensor GMR y posteriormente se validó experimentalmente. Se determinó una nueva región de operación del sensor GMR en la respuesta de sensibilidad del sensor GMR, la cual tiene un comportamiento lineal. Los resultados demuestran que, es indispensable utilizar un campo de polarización para garantizar un mejor desempeño del sensor GMR en las mediciones de campos magnéticos pequeños. El valor del campo de polarización utilizado depende del tipo de campo magnético en función del tiempo que se vaya a medir (AC o DC). Finalmente, en este artículo se presentan y proponen los correspondientes rangos de valores de los campos magnéticos de polarización.

Referencias

N. Novkovsky, “Progress and limitations in magnetic field measurements,” in Geomagnetics for Aeronautical Safety, First ed., J. Rasson and T. Delipetrov (Eds.). pp. 201-212, 2006.

M. Evans, Friedrich Heller, Environmental Magnetism: Principles and Applications of Enviromagnetics, San Diego, USA, 2003.

C. Zhu, L. Zhang, X. Shi, H. Qian, “Calibration strategy based on reference sensor for GMR biosensing and biodetection system,” 2016 13th IEEE Int. Conf. Solid-State Integr. Circuit Technol. ICSICT 2016 - Proc., pp. 1161–1163, 2017, doi: https://doi.org/10.1109/ICSICT.2016.7998681

P. Gao, X. Wang, D. Han, Q. Zhang, “Eddy Current Testing for Weld Defects with Different Directions of Excitation Field of Rectangular Coil,” 2018 4th Int. Conf. Control. Autom. Robot., pp. 486-491, 2018.

P. Gao, C. Wang, Y. Li, F. Li, Y. Yan, Y. Hu, “Defect evaluation using the phase information of an EC-GMR sensor,” Conf. Rec. - IEEE Instrum. Meas. Technol. Conf., pp. 25-29, 2014, doi: https://doi.org/10.1109/I2MTC.2014.6860516

W. H. Hayt, Teoría electromagnética, Mc Graw-Hill, USA, 2012, pp. 198-199.

J. García-Martín, J. Gómez-Gil, E. Vázquez-Sánchez, “Non-destructive techniques based on eddy current testing,” Sensors, vol. 11, no. 3, pp. 2525–2565, 2011, doi: https://doi.org/10.3390/s110302525

J. Garcia-Martin, J. Gomez-Gil, “Comparative evaluation of coil and hall probes in hole detection and thickness measurement on aluminum plates using eddy current testing,” Russ. J. Nondestruct. Test., vol. 49, no. 8, pp. 482-491, 2013, doi: https://doi.org/10.1134/S1061830913080044

C. Reig, S. Cardoso, S. C. Mukhopadhyay, Giant Magnetoresistance (GMR) Sensors, Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2013.

T. Dogaru, S. T. Smith, “Giant Magnetoresistance-Based Eddy-Current Sensor,” IEEE Trans. Magn., vol. 37, no. 5, pp. 3831-3838, 2001.

N. G. Tawfik, Y. Hussein, E. Azab, “Analysis of magnetoresistive sensors for nondestructive evaluation,” 2018 IEEE Sensors Appl. Symp. SAS 2018 - Proc., vol. 2018, Jan., pp. 1-4, 2018, doi: https://doi.org/10.1109/SAS.2018.8336718

W. Wang, Y. Wang, L. Tu, T. Klein, Y. Feng, J.-P. Wang, “Surface Modification for Protein and DNA Immobilization onto GMR Biosensor,” IEEE Trans. Magn., vol. 49, no. 1, pp. 296–299, Jan. 2013, doi: https://doi.org/10.1109/TMAG.2012.2224327

R. Hamia, C. Cordier, C. Dolabdjian, “Eddy-current non-destructive testing system for the determination of crack orientation,” NDT E Int., vol. 61, pp. 24–28, 2014, doi: https://doi.org/10.1016/j.ndteint.2013.09.005

O. Postolache, A. L. Ribeiro, H. G. Ramos, “Uniform eddy current probe based on GMR sensor array and image processing for NDT,” 2012 IEEE I2MTC - Int. Instrum. Meas. Technol. Conf. Proc., pp. 458-463, 2012, doi: https://doi.org/10.1109/I2MTC.2012.6229366

A. Bernieri, G. Betta, L. Ferrigno, M. Laracca, “Improving performance of gmr sensors,” IEEE Sens. J., vol. 13, no. 11, pp. 4513–4521, 2013, doi: https://doi.org/10.1109/JSEN.2013.2271275

T. Sen, C. S. Anoop, S. Sen, “Simple linearising front-end-circuit for giant magneto-resistance sensors,” Electron. Lett., vol. 54, no. 2, pp. 81-83, 2018, doi: https://doi.org/10.1049/el.2017.3860

T. Sen, C. S. Anoop, S. Sen, “Design and performance evaluation of two novel linearisation circuits for giant magneto-resistance based sensors,” IET Circuits, Devices Syst., vol. 11, no. 5, pp. 496-503, 2017, doi: https://doi.org/10.1049/iet-cds.2017.0047

S. Dutta, T. Sen, C. S. Anoop, “Study and Noise Analysis of a Linearizing Front-End Circuit for GMR Sensors,” IEEE Reg. 10 Annu. Int. Conf. Proceedings/TENCON, vol. 2019, Oct., pp. 2275-2279, 2019, doi: https://doi.org/10.1109/TENCON.2019.8929701

P. Ripka, M. Tondra, J. Stokes, R. Beech, “AC-driven AMR and GMR magnetoresistors,” Sensors Actuators, A Phys., vol. 76, no. 1-3, pp. 225-230, 1999, doi: https://doi.org/10.1016/S0924-4247(99)00034-5

Z. Li, S. Dixon, “A Closed-Loop Operation to Improve GMR Sensor Accuracy,” IEEE Sens. J., vol. 16, no. 15, pp. 6003–6007, 2016, doi: https://doi.org/10.1109/JSEN.2016.2580742

J. Han, J. Hu, Y. Ouyang, S. X. Wang, J. He, “Hysteretic modeling of output characteristics of giant magnetoresistive current sensors,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 62, no. 1, pp. 516-524, 2015, doi: https://doi.org/10.1109/TIE.2014.2326989

I. Jedlicska, R. Weiss, R. Weigel, “Linearizing the output characteristic of GMR current sensors through hysteresis modeling,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 57, no. 5, pp. 1728-1734, 2010, doi: https://doi.org/10.1109/TIE.2009.2033090

F. Xie, R. Weiss, R. Weigel, “Hysteresis Compensation Based on Controlled Current Pulses for Magnetoresistive Sensors,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 62, no. 12, pp. 7804-7809, 2015, doi: https://doi.org/10.1109/TIE.2015.2458958

N. O. Romero-Arismendi, J. A. Pérez-Benitez, E. Ramírez-Pacheco, J. H. Espina-Hernández, “Sensors and Actuators A : Physical Design method for a GMR-based eddy current sensor with optimal sensitivity,” Sensors Actuator A Phys., vol. 314, 2020, doi: https://doi.org/10.1016/j.sna.2020.112348

E. Ramírez-Pacheco, J. H. Espina-Hernández, F. Caleyo, J. M. Hallen, “Defect detection in aluminium with an eddy currents sensor,” Proc. - 2010 IEEE Electron. Robot. Automot. Mech. Conf. CERMA 2010, pp. 765-770, 2010, doi: https://doi.org/10.1109/CERMA.2010.91

N. O. R. Arismendi, E. R. Pacheco, J. H. Espina-Hernandez, J. A. P. Benítez, “Estudio de la influencia de las características físicas de la bobina y el descentrado bobina-sensor GMR en el sistema de detección de defectos por corrientes de remolino,” Congr. Nac. Ing. Electr. y Sistemas, no. XVI, 2017.

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Publicado

10-09-2024

Número

Sección

Investigación

Cómo citar

Análisis de la sensibilidad, respuesta de pequeña señal y respuesta dinámica de un sensor GMR. (2024). Científica, 25(2), 1-14. https://doi.org/10.46842/ipn.cien.v25n2a01