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Magnétomètre hybride fluxmètre/effet Hall (MADMAG)

Ce capteur (MADMAG for Measurement of AcDc MAGnetic field) combine un fluxmètre (mesure AC du champ magnétique) et un capteur à effet Hall à puits quantique (collaboration avec V. Mosser de la société Itron) pour la mesure du champ magnétique DC ou quasi-statique.

 Le capteur à effet Hall du MADMAG

Les capteurs à effet Hall ( figure 1) reposent sur les effets de la force de Lorentz sur les porteurs de charge quasi-libres. Celle-ci tend à dévier les porteurs de charge et entraîne l’apparition d’une tension aux bornes du capteur. Celle-ci est directement proportionnelle à l’intensité du courant qui traverse le capteur et au champ magnétique

Ce capteur magnétique de grande sensibilité couvre une large gamme de fréquences depuis le continu jusqu’au MHz.

 Le dispositif électronique d’amplification faible bruit du capteur à effet Hall

Le principal inconvénient des capteurs à effet Hall est la présence d’un offset ainsi qu’un bruit basse fréquence dont il est nécessaire de s’affranchir pour rendre le capteur sensible. Le synoptique de la Figure 2 présente le dispositif électronique par rotation de contact qui permet de supprimer l’offset dans la mesure et transposer en fréquence le signal à mesure afin de s’affranchir du bruit basse fréquence. La conception de ce dispositif électronique a été réalisée en partenariat avec la société ITRON. Un premier étage permet de mesurer la tension de Hall tantôt entre 2 bornes, tantôt entre deux bornes orthogonales. Ainsi, la composante qui correspond à l’offset restera inchangée tandis que la composante qui correspond au signal est inversée à chaque commutation, le signal utile est donc transposé en fréquence (i.e. modulé). Les signal est ensuite amplifié, puis démodulé et finalement filtré.

 Le capteur hybride search coil/effet Hall du MADMAG

Le noyau ferromagnétique du capteur à induction, de type search coil, est mis à profit pour produire une amplification magnétique au niveau du capteur à effet Hall. Une amplification magnétique obtenue sur le prototype dépasse 500 et les simulations montrent qu’une amplification magnétique supérieure à la perméabilité relative du matériau peut être atteinte.
Le bobinage du capteur inductif est réalisé autour des noyaux magnétiques et l’induction est utilisée pour mesurer les composantes alternatives du champ magnétique.

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Prototype de capteur magnétique AC/DC combinant un capteur à effet Hall d’épaisseur 70µm positionné entre deux concentrateurs magnétiques pour la mesure "continue" et deux bobinages de 20000 spires pour la mesure des champs magnétiques alternatifs.

 Performances du MADMAG

La performance du MADMAG en terme de NEMI (Noise Equivalent Magnetic Induction) est présentée à la figure3.

Pour en savoir plus, le principe de l’instrument, sa modélisation et ses performances sont décrits dans la thèse de Paul Leroy.

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En savoir plus sur les capteurs magnétiques à effet Hall.

Contacts : Paul Leroy et Christophe Coillot


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