Modelowanie przestrzennego rozkładu pola magnetycznego przetwornika elektromagnetycznego do pomiaru indukcji zewnętrznego pola magnetycznego

• Autorzy: Prohuń T. , Gołębiowski J.

Warianty tytułu

EN

Modeling 3D magnetic field of magnetic flux density sensor

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W referacie przedstawiono model czujnika do pomiaru indukcji pola magnetycznego w postaci belki krzemowej z naniesionym płaskim uzwojeniem. Prąd przepływający przez uzwojenie cewki wytwarza strumień oddziałujący z zewnętrznym polem magnetycznym. Koniec belki ulega odkształceniu w kierunku osi z. Kąt ugięcia belki jest miarą indukcji zewnętrznego pola magnetycznego. Model czujnika składa się z belki wykonanej z krzemu monokrystalicznego oraz płaskiego uzwojenia wykonanego z aluminium. Ze względu na wielowarstwową, anizotropową budowę przetwornika do budowy modelu zastosowano metodę elementów skończonych (metodą pól sprzężonych i oprogramowanie COMSOL). W referacie pokazano rozkład przestrzennego pola magnetycznego cewki płaskiej i jego wpływ na zewnętrzne (mierzone) pole magnetyczne. W pracy przedstawiono wyniki symulacji dla różnych wartości parametrów konstrukcyjnych przetwornika w celu uzyskania zakładanej czułości dla wybranego zakresu pomiarowego indukcji zewnętrznego pola magnetycznego.

EN

In the article a magnetic flux density sensor was described. The sensor consist of silicon cantilever and planar coil. Current flowing by the coil produce magnetic flux around the coil. Influence of magnetic flux with external magnetic field causes cantilever deform. The angle of cantilever deformation means external magnetic field induction. The influence of shape and dimensions of planar coil on magnetic energy density was described. In cause of magnetic anisotropy and heterogeneous of analyzed silicon structure the FEM method and couple field method was applied in simulation.

Słowa kluczowe

PL

MEMS; MOEMS; struktury krzemowe; pomiary indukcji magnetycznej

EN

MEMS; MOEMS; silicon microstructures; magnetic flux density measurements

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2007
• Tom: R. 53, nr 9 bis
• Strony: 265--268
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab., wykr., wzory

Twórcy

autor

Prohuń T.

• Wydział Elektrotechniki Elektroniki Informatyki I Automatyki Politechniki Łódzkiej (Instytut Elektrotechniki Teoretycznej Metrologii I Materiałoznawstwa)

autor

Gołębiowski J.

• Wydział Elektrotechniki Elektroniki Informatyki I Automatyki Politechniki Łódzkiej (Instytut Elektrotechniki Teoretycznej Metrologii I Materiałoznawstwa)

Bibliografia

• [1] Ciudad D., Aroca C., Sanchez M. C., Lopez E., Sanchez P.: Modelling and fabrication of a MEMS magnetostatic magnetic sensor. Elsevier Sensors and Actuators, A 115, pp. 408-416, 2004.
• [2] Gołębiowski J.: Microactuators systems of torsional silicon cantilever, Proc. of WSES/IEEE Int. Conf. ICRODIC, Skiathos, Greece, pp. 3281-3284, 2002.
• [3] Prohuń T., Gołębiowski J.: Microsilicon luminous flux switch controlled by means of magnetic field, ICINCO 2005, str. 301-306, Barcelona, Spain 2005
• [4] Fan L. S., Tai Y. C., Muller R. S.: Integrated moved micromechanical structures for sensors and actuators. IEEE Trans. Electron Devices, Vol.ED-14, No. 6, pp. 724-730, 1988.
• [5] Fukuda T., Menz W.: Micro Mechanical Systems, t. 6, Wyd. Elsevier, seria Handbook of Sensors and Actuators, 1998.
• [6] Judy J. W., Muller R. S.: Magnetically Actuated, Addressable Microstructures. Journal of Microelectromechanical Systems, vol. 6, no. 3, pp. 249-256, 1997.
• [7] Lam T., Darling R. B.: Psychical Modelling of MEMS Cantilever Beams and the Measurement of Stiction Force, Modelling and Simulation of Microsystems. ISBN 0-9708275-0-4, pp. 418-421, 2001.
• [8] Martin S. J., Butler M. A., Spates J. J., Mitchell M. A., Schubert W. K.: Flexural plate wave resonator excited with Lorentz forces, J. Appl.Phys., vol. 83, no. 9, ss. 4589-4601, 1998.
• [9] Muller R. S.: Microdynamics. Sensors and Actuators, A21-23, pp. 1-8, 1990.
• [10] Peiner E., Doering L., Force calibration of stylus instruments using silicon microcantilevers. Sensors and Actuators A, v. A123-124, pp. 137-145, 2005.
• [11] Ripka P.: Magnetic Sensors and Magnetometers. Artech House Inc., pp. 381-382, 2001.
• [12] Saya D., Belaubre P., Mathieu F., Lagrange D., Pourciel J., Bergaud C.: Si-piezoresistive microcantilevers for highly integrated paralel force detection aplications. Sensors and Actuators A, v. A123-124, pp. 23-29, 2005.
• [13] Wagner B., Benecke W., Engelmann G., Simon I.: Microactuators with moving magnets for linear, torsial, or multiaxial motion. Sensors and Actuators A (Physical), v. A32, no. 1-3, pp. 598-603, 1992.