Qu’est-ce qu’un capteur géomagnétique ?
Un capteur géomagnétique est un capteur permettant de détecter le magnétisme terrestre (géomagnétisme).
Parfois appelé boussole électronique, il en existe deux types : un type à 2 axes qui peut détecter l’axe XY et un type à 3 axes qui peut détecter l’axe XYZ. Le type à 2 axes ne pose aucun problème lorsqu’il est utilisé sur un terrain plat.
En revanche, lorsqu’il est utilisé sur un terrain en pente, une détection géomagnétique précise n’est possible qu’avec le type à 3 axes.
Utilisations des capteurs géomagnétiques
Les capteurs géomagnétiques sont généralement utilisés pour détecter la direction. Ils sont installés comme boussoles électroniques dans les appareils GPS pour l’alpinisme, par exemple, et dans les smartphones et les systèmes de navigation des voitures pour mesurer l’orientation de l’appareil sur une carte.
Le type à 2 axes installé dans les voitures et autres véhicules détecte l’axe XY, mais un type à 3 axes capable de détecter l’axe XYZ est nécessaire pour les avions et autres véhicules capables de mouvements tridimensionnels tels que le tangage et le lacet.
Principe des capteurs géomagnétiques
Les capteurs géomagnétiques mesurent les forces magnétiques dans les axes X, Y et, dans le cas des capteurs à 3 axes, dans la direction de l’axe Z, et calculent l’azimut. Il existe trois types de capteurs géomagnétiques Les capteurs à effet Hall, les capteurs MR (Magnéto-Résistance) et les capteurs MI (Magnéto-Impédance) sont les plus courants.
1. Capteurs à effet Hall
Le flux magnétique, qui est la composante perpendiculaire du champ magnétique, donne une force électromotrice à l’élément Hall, qui est alors détecté comme le champ géomagnétique. L’effet Hall est utilisé pour mesurer la densité du flux magnétique qui, après avoir traversé un circuit d’amplification, délivre une tension proportionnelle à la densité du flux magnétique. Il se caractérise par sa facilité d’utilisation.
2. Capteurs MR
Dans les capteurs MR, le flux magnétique, qui est la composante horizontale du champ magnétique, donne des ohms à l’élément MR, qui est alors détecté en tant que géomagnétisme. Ils diffèrent des capteurs à effet Hall en ce sens que l’ampleur du champ géomagnétique est mesurée à l’aide de la variation de la résistance électrique de l’élément MR causée par le champ magnétique.
En raison de leur sensibilité plus élevée et de leur consommation d’énergie plus faible que les capteurs à effet Hall, ils sont utilisés plus fréquemment et sont souvent utilisés pour des utilisations de détection géomagnétique telles que les boussoles électroniques, la rotation des moteurs et les utilisations de détection de position.
3. Capteurs MI
Les capteurs MI utilisent des fils fabriqués dans un matériau spécial qui n’a pas d’état cristallin, appelé fil amorphe. Lorsqu’un courant pulsé est appliqué au fil amorphe en présence d’un champ géomagnétique, l’effet MI se produit et le champ géomagnétique est détecté en utilisant le changement d’impédance magnétique. L’effet MI est plus de 10 000 fois plus sensible qu’un capteur à effet Hall, de sorte que même des variations infimes du champ géomagnétique peuvent être mesurées avec une grande précision.
L’effet MI est un phénomène dans lequel l’impédance change avec une grande sensibilité dans un champ magnétique externe lorsqu’un courant à haute fréquence produisant un effet de peau est appliqué à un matériau magnétique.
L’effet de peau est un effet par lequel, lorsqu’un courant à haute fréquence circule dans un conducteur, la densité du courant augmente près de la surface du conducteur et diminue vers l’intérieur.
Autres informations sur les détecteurs géomagnétiques
1. Élément Hall
Les éléments Hall sont des capteurs magnétiques qui utilisent l’effet Hall. L’effet Hall fait référence au phénomène suivant : lorsqu’un champ magnétique est appliqué perpendiculairement aux électrons qui circulent dans un matériau, une force électromotrice est générée dans la direction perpendiculaire au courant et au champ magnétique.
Les particules chargées qui forment le courant sont soumises à des forces de Lorentz sous l’influence du champ magnétique, ce qui provoque une polarisation de la charge à l’intérieur de la substance. Une différence de potentiel est alors générée dans la substance, ce qui entraîne une force électromotrice.
2 Élément capteur MR
Les capteurs MR sont des capteurs magnétiques qui utilisent l’effet magnétorésistif (effet MR), un phénomène dans lequel la valeur de la résistance change lorsque le champ magnétique est modifié, et que l’on trouve dans les matériaux magnétiques.
Les électrons ont deux états de spin, appelés spin ascendant et spin descendant. Lorsque les électrons se déplacent dans un matériau ferromagnétique, la probabilité de diffusion dans le matériau magnétisé fluctue si l’état de spin de l’électron change vers le haut ou vers le bas. C’est ce qui provoque l’effet RM.