Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Cet article vise à présenter l’état de l’art des dispositifs à magnétorésistances ainsi que les principes de mise en œuvre comme capteur ou magnétomètre. Les performances et les principales applications industrielles de ces capteurs sont décrites. Au cours de ces vingt dernières années, les technologies ont continûment évolué au regard notamment de la découverte de la magnétorésistance à effet géant. Ces dispositifs apparaissent maintenant incontournables dans le cadre du développement d’un bon nombre d’applications industrielles.
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This article describes the state of the art in magnetoresistance, sensor and magnetometer conditioning methods, their performance, and their main industrial applications. The technology has continuously progressed during the last twenty years, with the discovery of the giant magnetoresistance effect, and has now become compulsory in the development of numerous industrial applications.
Auteur(s)
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Christophe DOLABDJIAN : Professeur des universités - GREYC (Groupe de recherche en informatique, image, automatique et instrumentation de Caen) UMR6072 – UCN – CNRS – ENSICAEN, Caen, France
-
Christophe CORDIER : Maître de conférences - GREYC (Groupe de recherche en informatique, image, automatique et instrumentation de Caen) UMR6072 – UCN – CNRS – ENSICAEN, Caen, France
INTRODUCTION
L’effet magnétorésistif a été observé pour la première fois en 1857. Cependant, il n’a acquis ses lettres de noblesse que depuis le début des années 2000 faisant suite à la découverte de la magnétorésistance géante en 1988, menant les principaux contributeurs de cette découverte au prix Nobel de physique en 2007. À la fin des années 1990, le développement de ces dispositifs s’est accéléré et a conduit à leur déploiement dans de nombreux secteurs industriels. Depuis, l’engouement pour ces capteurs ne s’est pas démenti. Il a été porté par différents paramètres : l’excellence des propriétés magnétiques de ces dispositifs, leur facilité de fabrication et d’intégration aux technologies existantes et un progrès constant de leurs performances au regard des attentes industrielles.
Cet article vise à présenter, dans une certaine mesure, les diverses technologies existantes, leur implémentation, leurs performances, les applications visées et les enjeux actuels et futurs. Les principaux phénomènes physiques seront rappelés. Ils exploitent majoritairement les propriétés quantiques du spin de l’électron. Sur la base de ces descriptions, un formalisme s’appuyant sur l’expression de la variation de résistance en fonction du champ magnétique décrira en des termes académiques leurs modes de mise en œuvre. Un focus sur les niveaux de bruit équivalent en champ sera présenté afin d’en donner au mieux les performances en termes de rapport signal à bruit. Les contraintes associées à la réalisation des magnétomètres, seuls réels outils permettant la mesure magnétique fine dans quelques exemples d’applications, seront également discutées. L’ensemble de ces éléments permettra de présenter des applications majeures mettant en œuvre ces dispositifs et ce, dans des domaines industriels variés. De nos jours, ces applications dépassent bien largement le cadre de leur utilisation historique comme têtes de lecture des « disques durs » d’ordinateur, amorce de leur développement industriel.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
magnetoresistance | Magnetic Sensor | Magnetometer
VERSIONS
- Version archivée 1 de sept. 2000 par Bernard DIENY, Jean-Marc FEDELI
DOI (Digital Object Identifier)
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Revue d’applications
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2. Mise en œuvre et performances des MR
Dans le paragraphe précédent, les magnétorésistances ont été considérées comme des capteurs passifs de type résistif. Les éléments descriptifs utilisés ci-après s’appuient sur ce formalisme. Ils permettent d’appréhender, dans une certaine mesure, la mise en œuvre de magnétorésistances comme capteurs magnétiques ou magnétomètres, dans le cadre d’applications notamment industrielles.
2.1 Conditionnement des capteurs
2.1.1 Expression de la sensibilité
Pour les différentes technologies présentées, l’expression de la variation de leur impédance en fonction du champ appliqué peut se décomposer, au point de fonctionnement en champ B 0, à l’aide de la série de Taylor. Soit :
( 15 )
où R 0 et ∂R/∂B sont respectivement la valeur nominale de la résistance (Ω) et la sensibilité du capteur en (Ω/T) au point de fonctionnement en champ. b(t) est l’induction magnétique relative au champ magnétique, h(t), à détecter. Soit b(t) = µ 0 h(t). Ici et par la suite, nous préfèrerons l’expression de l’induction magnétique, car elle est usuellement employée, certainement de façon abusive, dans le milieu de la mesure et de la caractérisation des capteurs magnétiques, mais elle en facilite la comparaison.
La figure 11 présente un exemple de réponse type d’un capteur magnétorésistif autour du point de fonctionnement en champ, B 0. Idéalement, le champ fixant le point de fonctionnement est nul.
Ces éléments résistifs ont usuellement un terme de bruit intrinsèque qui peut être considéré comme un bruit équivalent en impédance et donc en champ, comme nous le verrons par la suite. L’équation ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - RIPKA (P.) - Magnetic sensors and magnetometers. - Artech House (2001).
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(2) - JOGSCHIES (L.) et al - * - . – Sensors, 15 (2015).
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-
(6) - WAN (C.) et al - * - . – Nature, 477 (2011).
-
(7) - LIAO (Z.M.) et al - * - . – Nano...
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