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4 pages à l'impression
version initiale 2002
dernière mise à jour
22 mars 2013

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Mesure des Champs Magnétiques

quatrième partie (4/5) : magnétomètres fluxgates

généralités sur les magnétomètres
un courant dans une spire
fluxgates
de 0.1nT à 1mT
magnétomètre à fluxgate
le montage typique
une collection d'icônes pour visiter tout le site

généralités sur les magnétomètres

......

On sait qu'un courant électrique dans une spire génère un champ magnétique et réciproquement. On a donc très tôt cherché à détecter les champs magnétiques à l'aide de bobines d'induction, soit simple bobine à air ou bobinage entourant un noyau de matériau magnétique (ferrite). Ainsi dans une bobine à air de surface A et comportant n spires la différence de potentiel générée e(t) en fonction du champ H(t) sera : Si on introduit un noyau magnétique de µe très supérieur à 1 la relation est inchangée mais la tension recueillie est supérieure et donc la sensibilité accrue. On a donc cherché à optimiser ce principe. Le schéma équivalent d'une telle "antenne" peut-être représenté par la figure suivante montrant comment le signal généré sera dépendant de la fréquence du champ générateur symbolisé par le générateur Vi.


Précisons que, selon que l'amplificateur associé sera un amplificateur de tension ou de courant, le résultat sera différent :

fluxgates

Les magnétomètres de type fluxgate sont des instruments très versatiles utilisés aussi bien sur terre que dans l'espace pour mesurer les composantes vectorielles d'un champ magnétique. Leur plage typique de mesure s'étend de 0.1 nT à environ 1 mT du continu à quelques kHz. Ils sont particulièrement appréciés des géologues pour la mesure des champ géomagnétiques (entre 20 et 75 µT), par les militaires pour la détection des mines antipersonnelles, ainsi que dans le domaine spatial pour contrôler le positionnement d'un satellite.


Fig. exemple de configuration de type fluxgate

Dans un fluxgate le noyau torique est constitué en fait d'un fin rubban de matériau ferromagnétique aisément saturable (permalloy). Un enroulement d'excitation, alimenté en alternatif, est enroulé autour de ce tore, ce qui crée un champ magnétique circulant autour du tore. Ce champ provoque une saturation périodique, alternativement dans le sens horaire et dans le sens inverse, du matériau magnétique. On maintient ainsi une perméabilité moyenne supérieure à ce qu'on a dans l'air. Quand le noyau est saturé sa perméabilité devient identique à l'air. S'il n'y a pas de composante magnétique dans l'axe de l'enroulement de mesure la variation de flux vue par celui-ci est nulle. Par contre, si une composante de champ magnétique est présente dans cet axe, alors, à chaque fois que le matériau ferreux passe d'un état de saturation à l'autre, le flux à travers le noyau va changer d'un niveau bas à un niveau élevé.


La loi de Faraday nous indique alors que cette variation de flux va produire une variation de tension aux bornes du circuit de mesure proportionnelle à celui-ci. Pour les champs continus ou à basse fréquence la tension de mesure est


où H est la composante du champ mesuré, n le nombre de spires de l'enroulement de mesure, A sa surface et µe la perméabilité relative du noyau.

magnétomètre à fluxgate


La figure ci-dessus présente un synoptique de montage typique exploité dans un magnétomètre à fluxgate. Le rôle de la résistance Rf en feedback est de ramener à zéro le champ dans le capteur (en créant à l'intérieur un champ en opposition au champ extérieur), permettant ainsi au magnétomètre de travailler dans la plage de linéarité de la courbe de magnétisation du noyau. La fréquence de l'oscillateur est divisée par deux grâce à la bascule ainsi le signal de mesure dont on a vu qu'il a une fréquence double de celui d'excitation (fig ci-dessus) pourra être démodulé en exploitant l'oscillateur comme référence. Notons que pour obtenir de meilleures performances, tant en terme de linéarité que de stabilité en température (jusqu'à -80,+80°C), on peut remplacer la résistance de feedback par un convertisseur tension-courant.