ESTIMATIVA DO PERFIL DO CAMPO DE EXCITAÇÃO DE UM SENSOR FLUXGATE ORTOGONAL CILÍNDRICO OPERADO EM SATURAÇÃO CONSTANTE

Resumo

Fluxgate é um dispositivo que mede a direção e magnitude de campos magnéticos. A primeira patente registrada de um sensor foi feita por Thomas em 1931. Atualmente sensores fluxgate são magnetômetros usados em prospecção geofísica, mapeamento aéreo e aplicações espaciais entre outras aplicações. Pode-se compreender o funcionamento destes aparelhos por meio da Lei de Faraday que afirma que uma força eletromotriz é induzida quando o fluxo magnético varia no tempo. Não é possível fazer a medição de campos magnéticos estáticos com apenas uma bobina, por conseguinte, utiliza-se um núcleo ferromagnético posicionado no interior da bobina. Este núcleo possibilita a variação da permeabilidade magnética por meio de um campo excitatório, produzindo uma diferença de potencial nos terminais da bobina que fornece a informação sobre o campo externo. É possível que as bobinas excitatórias sejam posicionadas paralelamente ao campo que se quer medir – fluxgate paralelo, ou ortogonalmente – fluxgate ortogonal ou ainda em forma de anel quando o núcleo é circular. Semelhantemente há várias maneiras de fazer a excitação do núcleo, utilizando funções periódicas como senoidal, triangular, quadrada ou por pulsos em frequências que variam de 1kHz à 100 kHz. Para otimizar o desempenho de um determinado tipo de fluxgate é necessário modelá-lo obtendo uma equação que descreva o seu funcionamento da melhor forma possível. Neste caso, o campo gerado pela corrente de excitação que passa por um fio de cobre recoberto por um filme ferromagnético não é uniforme no perfil do fio. Esse comportamento ocorre em função do efeito peculiar que concentra a corrente em um filme fino próximo à superfície do condutor. Dessa forma, a equação do fluxgate básico, não é apropriada para descrever o funcionamento deste sensor, já que não leva em conta essa característica da corrente de excitação. Para resolver este problema primeiramente aplicamos as equações de Maxwell na determinação do campo elétrico dentro de um cilindro metálico, calculamos o perfil de corrente no fio condutor que passa pelo sensor e também o campo magnético na região do núcleo do sensor.