Medición de ciclos de histéresis y FORC mediante un magnetómetro de inducción

Abstract

En este trabajo se presenta el diseño y construcción de un magnetómetro de inducción para realizar mediciones de ciclos de histéresis y FORC para cintas e hilos ferromagnéticos. El instrumento es diseñado tomando en cuenta una cinta ferromagnética de 20[mm]*0.5[mm]*0.075[mm] con una permeabilidad relativa de 500. Junto a ello se desarrolla una serie de cinco simulaciones mediante el software COMSOL para demostrar el principio de funcionamiento del magnetómetro. El desarrollo de estas simulaciones están presentadas paso a paso a modo de guía para poder usar como documento de referencia al momento de simular con el módulo de AC/DC de COMSOL. La primera simulación muestra el campo generado por la bobina generadora de campo, con un máximo de 44[G] para una entrada sinusoidal de 1[A] a 32[Hz]. La segunda simulación muestra el voltaje de inducción producido por un solenoide ubicado dentro de la bobina de campo. La tercera simulación muestra el voltaje generado por el mismo solenoide de la simulación anterior, pero agregando un elemento ferromagnético (hierro cilíndrico de 1.5[mm] de radio, 15[mm] de largo) dentro de este, entregando como resultado un voltaje mayor debido a una mayor concentración de campo magnético. La cuarta simulación, corresponde a la simulación de la bobina generadora de campo junto con unas bobinas pick-up. Estas bobinas corresponden a dos solenoides iguales unidos y están encargadas de tomar el voltaje inducido producido por la presencia de la muestra. En caso de no haber muestra presente, el voltaje inducido es nulo. En caso contrario, se producirá un voltaje. En la quinta simulación se agrega la muestra de hierro y se observa un voltaje producido por las bobinas pick-up. Tras realizar las simulaciones del sistema, se monta el equipo de forma física y se procede al desarrollo del programa de adquisición y manejo de datos del instrumento. Este programa es desarrollado en LabView y se plantea estructuralmente en dos bloques: ciclos de histéresis y FORC. Cada bloque presenta un panel con entradas de usuario para controlar la magnitud del campo magnético, la frecuencia de muestreo y el número de mediciones, para finalmente entregar el gráfico final con los datos. Tras completar el programa, se corrobora el funcionamiento realizando mediciones de prueba a una muestra de hierro (1.5[mm] de radio, 3[cm] de largo) y se observan las formas esperadas de los ciclos de histéresis y FORC de la muestra.