Desarrollo de sensores basados en el efecto magnetoinductivo empleando materiales magnéticos amorfos obtenidos mediante técnicas de enfriamiento ultrarrápido

Resumen

El presente trabajo tiene un claro carácter práctico y aplicado. El principal objetivo es el desarrollo de sensores basados en el efecto magnetoinductivo (o efecto GMI) empleando materiales magnéticos amorfos obtenidos mediante técnicas de enfriamiento ultrarrápido, para su aplicación en ámbitos tecnológicos de interés. La elección de este efecto como principio de operación de los sensores se fundamenta en la necesidad de desarrollar dispositivos que muestren una alta sensibilidad, rapidez en el tiempo de respuesta, bajo consumo y bajo coste. El efecto GMI se basa en las grandes variaciones de impedancia a alta frecuencia, tanto en su parte real como imaginaria, de un conductor ferromagnético blando tras la aplicación de un campo magnético externo. Dichos cambios son debidos a la modificación de la profundidad de penetración de la corriente eléctrica, como consecuencia de la variación de la permeabilidad magnética de la muestra. No obstante, el campo magnético no es el único parámetro capaz de modificar la impedancia de la muestra. Entre otros, las tensiones mecánicas aplicadas a la muestra son capaces de producir modificaciones cuantificables de la impedancia, fenómeno conocido como efecto Giant Stress Impedance, GSI. Los sensores diseñados se basarán en las variaciones de impedancia experimentadas bajo el efecto de un campo magnético o tras la aplicación de tensiones mecánicas. En este trabajo se han desarrollado tres sensores: - Sensor magnetoelástico (sensor DiaS-ME): el objetivo será la medición de variaciones micrométricas de diámetro de piezas cilíndricas. Para ello el sensor magnetoelástico (en forma de cinta) se adherirá a la superficie de la pieza cilíndrica a caracterizar. Al variar el diámetro, se inducirán tensiones en la cinta modificándose su impedancia y permitiendo caracterizar la variación producida. Tras el análisis de los parámetros que determinan la respuesta, el sensor se aplicará en el ámbito de la agronomía para monitorizar las variaciones micrométricas del diámetro de las plantas. Estas variaciones están relacionadas con el estado hídrico interno de la planta, por lo que su control permite una planificación eficiente del riego, disminuyendo los recursos hídricos destinados al riego a la vez que se mejora la calidad de la cosecha. - Sensor de posición no contacto (sensor DiaS-NC): el objetivo será la caracterización de la distancia relativa entre piezas móviles en el orden micrométrico, rango donde la aplicación práctica de este tipo de sensores no ha sido prácticamente abordada. La respuesta del elemento sensor, en forma de hilo, será analizada bajo el efecto de un campo magnético no uniforme para distintas configuraciones de sensor. Tras el análisis de la respuesta, el sensor se aplicará en el ámbito agronómico y para la caracterización de amplitudes en sistemas vibrantes de baja frecuencia (especialmente relevante en el ámbito del control de procesos industriales). - Sensor para la detección y cuantificación de nanopartículas magnéticas (Sensor NanoMagS): la detección de nanopartículas magnéticas ha sido ampliamente examinada en la literatura. Estos trabajos estudian las variaciones asociadas al primer armónico o fundamental para la detección. Con el objetivo de mejorar los niveles de detección publicados, analizaremos la respuesta de los términos no lineales del voltaje magnetoinductivo, basados en el segundo armónico. Finalmente analizaremos el papel de los stray fields magnéticos generados por las nanopartículas en la detección.