Circuit and Systems Architectures and Performance Evaluation of AMR Magnetometers

Χατζηγεωργίου, Νεοκλής Γ.; Χατζηγεωργίου, Νεοκλής; Hadjigeorgiou, Neoclis; Hadjigeorgiou, Neoklis

dc.contributor.author	Χατζηγεωργίου, Νεοκλής Γ.
dc.contributor.author	Χατζηγεωργίου, Νεοκλής
dc.contributor.author	Hadjigeorgiou, Neoclis
dc.contributor.author	Hadjigeorgiou, Neoklis
dc.date.accessioned	2025-01-17T07:37:42Z
dc.date.available	2025-01-17T07:37:42Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/60794
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.28490
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/gr/	*
dc.subject	Ανισοτροπική	el
dc.subject	Μαγνητοαντίσταση	el
dc.subject	Βαθμονόμηση	el
dc.subject	Αισθητήρες	el
dc.subject	Μαγνητικοί αισθητήρες	el
dc.subject	Magnetic Sensors	en
dc.subject	Calibration	en
dc.subject	AMR	en
dc.subject	Anisotropic Magnetoresistor	en
dc.title	Circuit and Systems Architectures and Performance Evaluation of AMR Magnetometers	en
dc.title	Αρχιτεκτονικές Κυκλωμάτων και Συστημάτων Μαγνητικών Αισθητήρων Ανισοτροπικής Μαγνητο-Αντίστασης και Μελέτη της Συμπεριφοράς τους	el
dc.contributor.department	ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ	el
heal.type	doctoralThesis
heal.classification	Ηλεκτρονική	el
heal.classification	Δυναμικά Συστήματα	el
heal.classification	Μαγνητικοί αισθητήρες	el
heal.classification	electronics	en
heal.classification	Dynamic Systems	el
heal.classification	Magnetic Sensors	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-07-09
heal.abstract	Magnetic fields and their measurement are an important part of human technological evolution. Navigation in the seas and oceans for many years was based on the magnetic compass. MRIs (Magnetic resonance imaging), an essential tool for soft tissue imaging in medicine, rely on the different properties of each material when exposed to a magnetic field. For the above reasons it was considered appropriate to examine the possibility of a contribution to the field of magnetic measurements and magnetic sensors. As a contribution to the field of magnetic sensors, AMR (Anisotropic Magneto-Resistor) magnetic sensor technology was chosen for a number of reasons. The two main reasons for the above selection are firstly that AMR sensors are compact and secondly their manufacturing method is compatible with integrated circuit (IC) manufacturing technology. In addition, the AMR sensor is commercially available in a discrete form and is widely used. Despite the widespread use of the AMR sensor, it seems that so far, its behavior has not been studied in depth. In order to arrive at the choice of the AMR sensor, an extensive literature search was first carried out as well as a study of other sensor technologies used to measure the magnetic field. A large part of the literature review was devoted to magnetic sensor technologies. The remaining part of it refers to the physical phenomena that govern the behavior of the magnetic materials used in magnetic sensors. This PhD thesis delves into the behavior of the AMR type sensor. The AMR sensor used is the Honeywell HMC100x (HMC1001 and HMC1002). Various circuits and experimental devices were developed to study the behavior of the above sensor. The behavior of the HMC100x sensor in continuous magnetic fields was investigated and characterized. A mathematical and circuit model was developed for its behavior at high frequencies, due to the problems of closed-loop instability at high frequencies. This instability is due to the flat construction of the AMR sensor under study. In addition, the response time of the sensor to high frequency current pulses was examined. These pulses were used to repolarize the sensor. Then, based on the previous results of the study, a new measurement architecture was developed which aims to improve the response of the sensor in question. Finally, three circuits based on this new architecture were developed. These circuits experimentally confirmed the correct and efficient operation of the new architecture in the response of the sensor.	en
heal.abstract	Τα μαγνητικά πεδία και η μέτρησή τους είναι ένα σημαντικό κομμάτι της ανθρώπινης εξέλιξης. Η πλοήγηση στις θάλασσες και στους ωκεανούς βασίστηκε για πολλά χρόνια στη μαγνητική πυξίδα. Από την άλλη οι μαγνητικοί τομογράφοι, ένα απαραίτητο εργαλείο για απεικόνιση των μαλακών ιστών στην ιατρική, βασίζονται στις διαφορετικές ιδιότητες του κάθε υλικού όταν αυτό εκτίθεται σε μαγνητικό πεδίο. Για τους πιο πάνω λόγους κρίθηκε σκόπιμο να εξεταστεί η δυνατότητα συνεισφοράς στον τομέα των μαγνητικών μετρήσεων και των μαγνητικών αισθητήρων. Στα πλαίσια συνεισφοράς στον τομέα μαγνητικών αισθητήρων επελέγη η τεχνολογία μαγνητικού αισθητήρα τύπου ανισοτροπικής μαγνητικής-αντίστασης AMR (Anisotropic Magneto-Resistor) για μια πληθώρα λόγων. Όμως οι δύο κύριοι λόγοι της πιο πάνω επιλογής είναι πρώτον το ότι οι αισθητήρες τύπου AMR έχουν συμπαγές μέγεθος και κατά δεύτερον ο τρόπος κατασκευής τους είναι συμβατός με την τεχνολογία κατασκευής ολοκληρωμένων κυκλωμάτων (IC). Επιπλέον, ο αισθητήρας τύπου AMR είναι διαθέσιμος σε διακριτή μορφή στο εμπόριο και χρησιμοποιείται ευρέως. Παρά την ευρεία χρήση του αισθητήρα τύπου AMR, φαίνεται ότι μέχρι στιγμής η συμπεριφορά του δεν είχε μελετηθεί εις βάθος. Για να καταλήξουμε στην επιλογή του αισθητήρα τύπου AMR έγινε πρώτα μια εκτενή βιβλιογραφική έρευνα καθώς και μελέτη άλλων τεχνολογιών αισθητήρων που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση του μαγνητικού πεδίου. Για τις τεχνολογίες μαγνητικών αισθητήρων αφιερώθηκε ένα μεγάλο μέρος της βιβλιογραφικής ανασκόπησης. Το υπόλοιπο μέρος της αναφέρεται στα φυσικά φαινόμενα που διέπουν τη συμπεριφορά των μαγνητικών υλικών που χρησιμοποιούνται στους μαγνητικούς αισθητήρες. Η διδακτορική αυτή διατριβή εντρυφεί στη συμπεριφορά του αισθητήρα τύπου AMR. Ο αισθητήρας τύπου AMR που χρησιμοποιήθηκε είναι ο HMC100x (HMC1001 και HMC1002) της Honeywell. Για τη μελέτη της συμπεριφοράς του πιο πάνω αισθητήρα αναπτύχθηκαν διάφορα κυκλώματα και πειραματικές διατάξεις. Εξετάστηκε και χαρακτηρίστηκε η συμπεριφορά του αισθητήρα HMC100x σε συνεχόμενα μαγνητικά πεδία. Αναπτύχθηκε μαθηματικό και κυκλωματικό μοντέλο για τη συμπεριφορά του σε υψηλές συχνότητες, λόγω των προβλημάτων αστάθειας του κλειστού βρόχου σε υψηλές συχνότητες. Η αστάθεια αυτή οφείλεται στον τρόπο της επίπεδης κατασκευής του υπό μελέτη αισθητήρα AMR. Επιπλέον, εξετάσθηκε ο χρόνος απόκρισης του αισθητήρα σε παλμούς ρεύματος υψηλής συχνότητας. Οι παλμοί αυτοί χρησιμοποιούνταν για την επαναπόλωση του αισθητήρα. Στη συνέχεια, βασιζόμενοι στα προηγούμενα αποτελέσματα της μελέτης, αναπτύχθηκε μία νέα αρχιτεκτονική μέτρησης, η οποία έχει ως σκοπό τη βελτίωση της απόκρισης του εν λόγω αισθητήρα. Τέλος, αναπτύχθηκαν τρία κυκλώματα βασιζόμενα σε αυτήν τη νέα αρχιτεκτονική. Τα κυκλώματα αυτά επιβεβαίωσαν και πειραματικά τη σωστή και αποτελεσματική λειτουργία της νέας αρχιτεκτονικής στην απόκριση του αισθητήρα.	el
heal.sponsor	Υποτροφία ΕΚΛΕ (Ειδικός Λογαριασμός Κονδυλίων Έρευνας)	el
heal.sponsor	Scholarship EKLE (Research Committee of N.T.U.A.) https://www.elke.ntua.gr/	en
heal.advisorName	Σωτηριάδης, Παύλος - Πέτρος
heal.advisorName	Sotiriadis, Paul - Peter
heal.committeeMemberName	Σωτηριάδης, Παύλος - Πέτρος
heal.committeeMemberName	Sotiriadis, Paul - Peter
heal.committeeMemberName	Hristoforou, Evangelos
heal.committeeMemberName	Tsamakis, Dimitrios
heal.committeeMemberName	Georgiou, Julius
heal.committeeMemberName	Demosthenous, Andreas
heal.committeeMemberName	Antonopoulos, Antonios
heal.committeeMemberName	Glytsis, Elias
heal.committeeMemberName	Χριστοφόρου, Ευάγγελος
heal.committeeMemberName	Τσαμάκης, Δημήτριος
heal.committeeMemberName	Γλύτσης, Ηλίας
heal.committeeMemberName	Αντωνόπουλος, Αντώνιος
heal.committeeMemberName	Δημοσθένους, Ανδρέας
heal.committeeMemberName	Γεωργίου, Ιούλιος
heal.academicPublisher	Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	334
heal.fullTextAvailability	false