بهینه سازی طراحی و ساخت حسگر میدان مغناطیسی سیم پیچ القایی

سیم پیچ های القایی از ساده ترین و قدیمی¬ترین نوع حسگرها برای اندازه گیری دقیق میدان های مغناطیسی متناوب می باشند که البته برای محدوده بسیار گسترده ای از بسامد های زیرهرتز تا مگاهرتز طراحی، تولید و استفاده می شوند. با توجه به حساسیت بالا، این حسگرها در سال های گذشته کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف به ویژه صنایع دقیق نظامی یافته اند. هم چنین به دلیل مصرف پایین انرژی، در ماهواره ها و فضاپیماها برای ردیابی تغییرات محیطی بسیار کوچک میدان مغناطیسی زمین و سیارات، مورد استفاده قرار گرفته اند. بنابراین لازم است طراحی این نوع حسگرها به گونه¬ای انجام شود که علاوه بر بالا بودن حساسیت حسگر به میزان مطلوب، شدت نوفه دریافتی کم و نسبت نشانک به نوفه آن زیاد باشد، در عین حال وزن آن تا حد امکان کم و ابعاد آن کوچک باشد. محاسبات نشان دادند که می¬توان هندسه¬ی حسگر را به گونه¬ای طراحی نمود که شدت نوفه گرمایی که سهم عمده¬ای در دامنه نوفه نهایی دارد، کمینه شود. هم¬چنین راه¬کاری برای افزایش نسبت نشانک به نوفه نیز معرفی شده است. علاوه بر این، بررسی نتایج به دست آمده نشان داد که وجود یک هسته¬ی فرومغناطیس در یک میدان مغناطیسی یکنواخت، بزرگی میدان را به شدت تقویت می¬کند اما یکنواختی آن را از بین می¬برد به طوری که شدت میدان در مرکز هسته مقدار بیشینه خود را دارد اما با نزدیک شدن به لبه¬ها بزرگی میدان افت می¬کند. با اضافه کردن دو دیسک فرومغناطیس (که متمرکزکننده مغناطیسی نامیده می¬شود) به دو طرف هسته، دیده شد که این متمرکز کننده¬ها، علاوه بر این که یکنواختی میدان مغناطیسی را تصحیح می¬کند، مقدار میدان بیشینه را نیز تا 150 درصد افزایش می¬دهد. سپس جنس¬های مختلف متمرکز کننده¬ها نیز مورد بررسی قرار گرفت. این راهکار باعث افزایش چگالی شار عبوری از هسته حسگر و در نتیجه افزایش حساسیت حسگر شد. برای آشکارسازی خروجی حسگر که همان ولتاژ القا شده در حسگر است از تقویت کننده عملیاتی نوفه پایین ad620 استفاده شد و مدارهای الکترونیکی مناسب جهت استفاده از این تقویت کننده طراحی و ساخته شد.