This paper describes an electronic compass using micromachined X- and Y-axis micro fluxgate sensors which were perpendicularly aligned each other to measure X- and Y-axis magnetic fields respectively. The fluxgate sensor was composed of rectangular-ring shaped magnetic core and solenoid excitation(49 turns) and pick-up(46 turns) coils. Excitation and pick-up coil patterns which were formed opposite to each other wound the magnetic core alternatively to improve the sensitivity and to excite the magnetic core in an optimal condition with reduced excitation current. The magnetic core has DC effective permeability of ~1000 and coercive field of ~0.1 Oe. The magnetic core is easily saturated due to the low coercive field and closed magnetic path for the excitation field. To decrease the difference of induced second harmonic voltages from X- and Y-axis, excitation condition of 2.8 $V_{P-P}$ and 1.2 MHz square wave was selected. Excellent linear response over the range of -100 $\mu$T to +100 $\mu$T was obtained with 210 V/T sensitivity. The size of each micro fluxgate sensor excluding pad region was about 2.6${\times}$1.7 $mm^2$ and the power consumption was estimated to be 14 mW.W.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제6권3호
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pp.110-114
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2005
We present a micro fluxgate magnetic sensor having solenoid coils and racetrack shaped magnetic core, which was designed to decrease the .operating power and magnetic flux leakage. Electroplated copper coils of $6\;{\mu}m$ thickness and the core of $3\;{\mu}m$ thickness were separated by benzocyclobutane (BCB) having a high insulation and good planarization characters. Permalloy $(Ni_{0.8}Fe_{0.2})$ as a magnetic core was also electroplated under 2000 gauss to induce the magnetic anisotropy. The core had the high DC effective permeability of $\~1,300$ and coercive field of $\~0.1$ Oe. The fabricated fluxgate sensor had the very small actual size of $3.0\times1.7\;mm^2$. The fluxgate sensor with a racetrack shaped core had the high sensitivity .of $\~350$ V/T at excitation condition of 3 $V_{P-P}$ and 2 MHz square wave. When two fluxgates were perpendicularly aligned in terrestrial field, their two-axis output signals were very useful to commercialize an electronic azimuth compass for the portable navigation system.
A fluxgate magnetic sensor consists of a solenoid excitation coil, pick-up coil, and magnetic core. We presents the effect of magnetic core shape in a micromachined fluxgate sensor. To observe the performance of fluxgate sensor with magnetic core side width and gap, side width of 125 ${\mu}{\textrm}{m}$, 250 ${\mu}{\textrm}{m}$, and 500 ${\mu}{\textrm}{m}$ were designed in a rectangular-ring shaped core and the gaps of 0 ${\mu}{\textrm}{m}$, 50 ${\mu}{\textrm}{m}$, and 100 ${\mu}{\textrm}{m}$ were also fabricated in a racetrack shaped core. The solenoid coils and magnetic core were separated by benzocyclobutane(BCB) which had high insulation and good planarization characters. Copper coil patterns of 10 ${\mu}{\textrm}{m}$ width and 6${\mu}{\textrm}{m}$ thickness were electroplated on Ti(300 $\AA$) / Cu(1500 $\AA$) seed layers. 3 ${\mu}{\textrm}{m}$ thick N $i_{0.8}$F $e_{0.2.}$(permalloy) film for the magnetic core was also electroplated under 2000 gauss to induce the magnetic anisotropy. The magnetic core had the high DC effective permeability of ∼1,300 and coercive field of ∼0.1 Oe. Because the magnetic cores of 500 ${\mu}{\textrm}{m}$ side width and 0 gap had a low magnetic flux leakage, high sensitivity of ∼350 V/T were measured at excitation condition of 3 $V_{P-P}$ and 2 MHz square wave. The power consumption of ∼14 ㎽ was measured. The fabricated fluxgate sensor had the very small actual size of 3.0${\times}$1.7 $\textrm{mm}^2$. When two fluxgates were perpendicularly aligned in terrestrial field, their two-axis output signals were very useful to commercialize an electronic azimuth compass for the portable navigation system.m.m.m.
본 논문은 페라이트 코어, 여자코일과 픽업코일로 구성된 1축 fluxgate 마그네틱 센서를 제안하였다. 본 마그네토미터는 검출소자, 여자코일을 위한 드라이브 회로, 픽업코일 출력으로부터 DC 자장에 비례한 제 2고조파 성분검출을 위한 신호처리 회로로 구성하여 회로를 설계하고 제작하였다. 코어는 82회의 여자코일을 통해 구형파전압으로 여자하였다. 픽업 코일(150 회)의 제 2고조파 출력은 FFT 스펙트럼 분석기로 측정하였으며, 그 결과를 제 2 고조파 성분 검출을 위한 PSD(phase sensitive detector)단의 출력과 비교하였다. 감도는 구동주파수 2 (kHz)에서 약 50 [V/T]의 결과를 얻었으며, fluxgate 마그네틱 센서의 비선형계수는 약 2.0% 정도였다.
Kim, Su-Jeoung;Moon, Byoung-Young;Chang, Young-Keun;Oh, Hwa-Suk
Journal of Astronomy and Space Sciences
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제22권1호
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pp.35-46
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2005
This paper addresses the design and analysis results of a 2-axes magnetometer for attitude determination of small satellite. A low-cost and efficient 2-axes fluxgate magnetometer was selected as the most suitable attitude sensor for LEO microsatellites which require a low-to-medium level pointing accuracy. An optimization trade-off study has been performed for the development of 2-axes fluxgate magnetometer. All the relevant parameters such as permeability, demagnetization factor, coil diameter, core thickness, and number of coil turns were considered for the sizing of a small satellite magnetometer. The magnetometer which is designed, manufactured, and tested in-house as described in this paper satisfies linearity requirement for determining attitude position of small satellites. On the basis of magnetometer which is designed in Space System Research Lab. (SSRL), commercial magnetometer will be developed.
This paper describes a MEMS-based micro-fluxgate magnetic sensing element using Ni$\_$0.8/Fe$\_$0.2/ film formed by electroplating. The micro-fluxgate magnetic sensor composed of a thin film magnetic core and micro-structured solenoids for the pick-up and the excitation coils, is developed by using MEMS technologies in order to take advantage of low-cost, small size and lower power consumption in the fabrication. A copper with 20um width and 3um thickness is electroplated on Cr(300${\AA}$)/Au(1500${\AA}$) films for the pick-up(42turn) and the excitation(24turn) coils. In order to improve the sensitivity of the sensing element, we designed the magnetic core into a rectangular-ring shape to reduce the magnetic flux leakage. An electroplated permalloy film with the thickness of 3 $\mu\textrm{m}$ is obtained under 2000Gauss to induce magnetic anisotropy. The magnetic core has the high DC effective permeability of ∼1,100 and coercive field of -0.1Oe. The fabricated sensing element using rectangular-ring shaped magnetic film has the sensitivity of about 150V/T at the excitation frequency of 2MHz and the excitation voltage of 4.4Vp-p. The power consumption is estimated to be 50mW.
This paper presents a micro fluxgate magnetic sensor in printed circuit board (PCB). The fluxgate sensor consists of five PCB stack layers including one layer magnetic core and four layers of excitation and pick-up coils. The center layer as a magnetic core is made of a micro patterned amorphous magnetic ribbon with extremely high DC permeability of ∼100,000 and the core has a rectangular-ring shape. The amorphous magnetic core is easily saturated due to the low coercive field and closed magnetic path for the excitation field. Four outer layers as an excitation and pick-up coils have a planar solenoid structure. The chip size of the fabricated sensing element is 7.3${\times}$5.7m㎡. Excellent linear response over the range of -100${\mu}$T to +100${\mu}$T is obtained with 540V/T sensitivity at excitation square wave of 3V$\_$P-P/ and 360kHz. The very low power consumption of ∼8mW was measured. This magnetic sensing element which measures the lower fields than 50${\mu}$T, is very useful for various applications such as: portable navigation systems, military research, medical research, and space research.
This paper presents a micro fluxgate sensor in printed circuit board (PCB). The fluxgate sensor consists of five PCB stack layers including one layer magnetic core and four layers of excitation and pick-up coils. The center layer as a magnetic core is made of a micro patterned amorphous magnetic ribbon and the core has a rectangular-ring shape. The amorphous magnetic core is easily saturated due to the low coercive field and closed magnetic path for the excitation field. Four outer layers as an excitation and pick-up coils have a planar solenoid structure. The chip size of the fabricated sensing element is 7.3$\times$5.7$\textrm{mm}^2$. Excellent linear response over the range of -100$\mu$T to +100$\mu$T is obtained with 540V/T sensitivity at excitation square wave of 3 $V_{p-p}$ and 360kHz. The very low power consumption of ~8mW was measured. This magnetic sensing element, which measures the lower fields than 50$\mu$T, is very useful for various applications such as: portable navigation systems, military research, medical research, and space research.h.
Kim, Young-Hak;Kim, Yongmin;Yang, Chang-Seob;Shin, Kwang-Ho
Journal of Magnetics
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제18권2호
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pp.159-162
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2013
We present how to optimize the operation condition including frequency of the orthogonal fluxgate sensor in this paper. The orthogonal fluxgate sensor was fabricated with a Co-based amorphous wire with 10 mm long and 100 ${\mu}m$ in the diameter and a 270-turn pickup coil wound on the amorphous wire. In order to investigate the frequency dependence of the sensitivity, output spectra of the sensor which was connected by using a coaxial cable with various lengths of 0.5-5 m were measured with a RF lock-in amplifier. The maximum sensitivities were obtained at different frequencies according to coaxial cable lengths. It was found that the optimal operation frequencies, at which maximum sensitivities were appeared, were almost identical to the frequencies of impedance resonance. The maximum sensitivity and optimal operation frequency were 1.1 V/Oe (${\approx}$ 11000 V/T) and 1.25 MHz respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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