Optimisation d'un magnétomètre à haute sensibilité à base de magnéto-impédance géante (MIG)

The Giant MagnetoImpedance (GMI) effect reflects the strong dependence of the electrical impedance of a ferromagnetic conductor submitted to an external applied magnetic field. The main objective of this thesis consists in increasing the noise performance of GMI-based magnetometers, since it ultimately limits the lower magnetic field which can be detected. We thus present a study of the material's physical properties, which allows us to evaluate the proper sensitivity of a sensing element, using a simplified model. The originality of this study lies in the consideration of the sensitivity in units of V/T, which is linked to the optimum excitation current amplitude and frequency, as a criterion of performance. In order to further increase the sensitivity, GMI devices are associated to a detection coil. The field response of the two-port network thus obtained is modeled. The parasitic capacitance, identified as a limiting factor, thus implies an optimum excitation frequency associated to each devices. Finally, a complete model of the noise performances, including the electronic conditioning, is developed. It allows us to predict and analyze the performances associated to different electronic conditioning, particularly in relation to the demodulation approach. Those results validate the usefulness of the two-port network structure and shed a new light on the choice of the optimal static field operating point of the sensor. This work thus leads to the design of an optimized magnetometer, exhibiting excellent performances, notably an equivalent

Résumé

L'effet magnéto-impédant géant (MIG) traduit la forte variation de l'impédance d'un conducteur ferromagnétique soumis à une variation de champ magnétique externe. L'objectif de ce travail de thèse est l'optimisation des performances en bruit d'un magnétomètre à MIG. Ces dernières limitent ultimement le plus petit champ magnétique mesurable. Ainsi, nous présentons l'étude des propriétés physiques du matériau permettant d'évaluer la sensibilité propre de l'élément sensible à l'aide d'un modèle simplifié. L'originalité de cette étude réside dans la prise en compte de la sensibilité exprimée en V/T, liée à l'amplitude d'excitation optimale, comme critère de performance. Afin d'accroître encore cette sensibilité, les dispositifs MIG sont associés à une bobine de capture. La réponse en champ du quadripôle ainsi constitué est modélisée. La capacité parasite de la bobine, identifiée comme un facteur limitant, implique alors une fréquence d'excitation optimale propre à chaque élément sensible. Finalement, une modélisation globale des performances en bruit, intégrant de plus le conditionnement électronique, est développée. Celle-ci permet de prédire et d'analyser les performances en fonction des conditions de mise en oeuvre, notamment vis-à-vis du type de démodulation. Ces résultats valident l'intérêt de la structure quadripôle et apportent un éclairage important sur le choix du point de fonctionnement en champ statique du capteur. Ce travail permet alors de réaliser un magnétomètre optimisé. Il affiche des performances très honorables avec un niveau de bruit équivalent