Cots based magneto-resistive magnetometer for 3U cubsat platform and magnetospheric in situ measurements

Abstract

Los sensores magnéticos son ampliamente utilizados siendo de gran ayuda en la navegación al ser usados como como una brújula, memorias magnéticas para ordenadores, sistemas automáticos, control de automóviles y detección. Incluso han sido determinantes en medicina mediante la medición del campo magnético del corazón, cerebro o pulmones, revelando información importante acerca de las corrientes dentro del cuerpo. Estas aplicaciones son ampliamente revisadas en la literatura actual, pero la importancia radica en que tienen el mismo centro: el magnetómetro. En el presente trabajo, un magnetómetro es parte de una misión de investigación que se desplegarán en la misión CubeSat SUCHAI 2 y 3 para mediciones in-situ de campo magnético en la magnetosfera bajo el nombre de MAG-SPEL (Magnetometer of Space and Planetary Exploration Laboratory). Este tipo de medición se realiza principalmente por medio de los magnetómetros de gama alta, tales como Search Coil o Flux Gate, que son grandes y robustos. La presente tesis tendrá un enfoque diferente: pequeña escala y sensores de poco valor para los satélites pequeños (CubeSat) solamente usando COTS (componentes comprables de manera fácil y rápida), siguiendo el trabajo realizado por Imperial College y su sensor MAGIC. En este caso los sensores son: pequeños, baratos, replicables, medianamente sensibles y de consumo moderado. Para esto se diseñó todo el sistema mediante el uso de un sensor comercial (HMC1001) y un front-end electrónico acorde para procesar la señal, utilizando las guías del magnetómetro MAGIC con la perspectiva de lograr mejoras tales como: diseño modular, cambio de rieles de voltaje, mejoras sobre el espectro de ruido y tratamiento de la señal differencial, culminando en una mejora de la sensitividad. Se realizaron pruebas para cuantificar las variables de interés, tales como corriente de polarización y consumo, para luego pasar a realizar una calibración utilizando una Helmholzt Cage y un magnetómetro de referencia para una calibración cruzada. Esta calibración se realizó en Boston University utilizando equipo especializado para tal calibración. Todo esto con el fin de demostrar que se puede lograr generar un sensor magnético competitivo basado en MAGIC. Finalmente se logró obtener un magnetómetro levemente superior en comparación al realizado por Imperial College, logrando una sensitividad de 10 50 nT cumpliendo todas las mejoras prometidas alcanzando rangos dinámicos de 45.000 nT y consumos alrededor de 1 W en funcionamiento tri axial además de cumplir con las restricciones impuestas por una misión CubeSat