Apa itu Magnetometer?

Pelajari dasar-dasar magnetometer, termasuk hubungannya dengan kurva histeresis dan aplikasinya.

Magnetometer adalah alat yang dapat mengukur besar atau arah medan magnet. Mereka hadir hampir di mana-mana dalam elektronik. Mereka mungkin sesederhana yang digunakan ponsel cerdas Anda untuk mendeteksi apakah itu tegak atau serumit yang digunakan NASA untuk mengukur medan magnet Mars.

Di sini, kita akan melihat dasar-dasar magnetometer dan aplikasinya. Dalam artikel selanjutnya, kita akan melihat lebih dekat jenis magnetometer tertentu.

Bagaimana Magnetometer Bekerja?

Magnetometer, biasanya melalui metode tidak langsung, mengukur apa yang disebut momen magnetik. Momen magnet suatu loop tertutup dengan luas, A, dan arus, I, adalah vektor yang besarnya sama dengan I kali A. Torsi yang dialami loop ini sama dengan momen magnet dikalikan dengan medan magnet.

Secara matematis, momen magnet dinyatakan sebagai berikut:

$$\overrightarrow{\tau} =\overrightarrow{m} \times \overrightarrow{B}$$

Dimana

• τ =torsi
• m =momen magnet
• B =medan magnet luar

Sebagai besaran vektor, arah medan magnet sama pentingnya dengan amplitudonya. Beberapa magnetometer dapat mengukur arah dan besarnya medan magnet (magnetometer vektor), sementara magnetometer lainnya hanya dapat mengukur amplitudonya (magnetometer skalar).

Mengenai satuan, satuan Sistem Internasional (SI) adalah Am ² . Namun, umum untuk melihatnya dinyatakan dalam banyak satuan lain, seperti $$\frac{erg}{G}$$, di mana erg adalah satuan energi yang setara dengan 10 ^-7 joule dan G adalah satu gauss.

Magnetometer dan Kurva Histeresis

Sifat bahan magnetik bervariasi ketika mereka direndam dalam medan magnet. Bergantung pada bagaimana bahan-bahan ini bereaksi terhadap medan sebelum dan sesudah menerapkannya, mereka termasuk dalam kelompok bahan paramagnetik, diamagnetik, atau feromagnetik. Selain itu, ada bahan non-magnetik, yang memiliki sifat magnetik yang lemah.

Alat terbaik untuk merepresentasikan sifat magnetik adalah kurva histeresis. Ini mewakili kerapatan fluks magnet, B, melawan gaya kekuatan medan magnet, H.

Gambar 1. Contoh kurva histeresis. Gambar digunakan atas izin NDT Resource Center

Aspek yang paling menonjol dari bahan magnetik adalah bahwa, bahkan ketika kita menghilangkan gaya yang diberikan, mereka tetap termagnetisasi (yaitu, mereka menunjukkan retentivitas). Kemudian, untuk mengembalikan material ke titik awalnya, perlu diterapkan kekuatan medan magnet negatif (H) untuk mendemagnetisasinya (koersivitas).

Karena aspek khusus material magnetik dan aplikasinya yang banyak, kemampuan mengukur propertinya dengan resolusi yang baik membawa revolusi di bidang fisika dan material.

Pengukuran Elektronik sensitivitas tinggi

Sensor magnetik, seperti banyak sensor lainnya, disertai dengan seperangkat sistem elektronik untuk memproses sinyal listrik kecil dan menghasilkan input yang dapat dibaca oleh mikrokontroler, prosesor, atau manusia. Desain dan pembuatan sistem ini merupakan tantangan karena, sebagian besar waktu, sinyal cukup kecil dan sangat sensitif terhadap kebisingan. Oleh karena itu, desainer perlu mencapai trade-off antara kompleksitas sirkuit, kapasitas sensor, dan biaya.

Ada komponen yang sering digunakan dan relatif sederhana seperti filter atau amplifier, tetapi ada juga komponen lain yang lebih kompleks, seperti rantai modulasi-demodulasi atau amplifier lock-In.

Dengan kemajuan miniaturisasi, sering ditemukan bahwa bagian dari sirkuit pengkondisian analog diimplementasikan di dalam sirkuit terpadu (IC) dalam rantai sinyal, karena kurang rawan kesalahan dan lebih kompak dibandingkan dengan solusi diskrit.

Gambar 2. Bagian internal dari IC sensor Hall. Gambar digunakan atas izin Allegro

Di sisi lain, solusi terintegrasi bisa jadi kurang fleksibel. Saat bekerja dalam aplikasi tertentu atau baru, desainer mungkin lebih memilih opsi terpisah karena mereka mungkin perlu mengembangkan rantai pengkondisian baru.

Aplikasi Magnetometer

Magnetometer banyak digunakan dalam aplikasi sehari-hari. Biasanya, sensor yang paling kompleks disediakan untuk laboratorium yang sangat khusus seperti Fisika dan Kimia Bahan di Strasbourg. Magnetometer tersebut dapat mencakup magnetometer sampel getar, magnetometer SQUID, dan AGFM (magnetometer medan gradien alternatif).

Sensor efek hall banyak digunakan dalam aplikasi di mana medan magnetnya kuat. Aplikasi terbesar mereka adalah deteksi dan kontrol gerakan dalam aplikasi penggerak motor.

Gambar 3. IC sensor Hall. Gambar yang digunakan atas izin Microchip

Adalah umum untuk menempatkan beberapa sensor, biasanya dua atau tiga, didistribusikan secara spasial di sekitar sumbu motor, dan komponen logam yang memicu sensor di depannya. Setiap kali bagian logam lewat di depan sensor, mereka menghasilkan sinyal persegi atau sinusoidal yang memungkinkan penghitungan kecepatan atau posisi.

Magnetometer MEMS juga mudah ditemukan di pasaran. Mereka biasanya bagian dari unit gerak inersia (IMU), yang mengukur percepatan, kecepatan sudut, dan medan magnet. Model seperti eCompass STMicroelectronics dapat diintegrasikan dalam PCB dan kemudian dihubungkan ke bagian lain seperti filter atau mikrokontroler. Anda mungkin menemukan magnetometer ini digunakan untuk aplikasi seperti deteksi gerakan di layar ponsel cerdas yang secara otomatis menyesuaikan informasi tampilan tergantung pada orientasi horizontal atau vertikalnya.