FR2817622A1

FR2817622A1 - Flux-gate miniaturized magnetic field sensor, has improved signal to noise ratio because the elements of the magnetic circuits are subdivided into sections so that domain sizes are limited suppressing interference signals

Info

Publication number: FR2817622A1
Application number: FR0015624A
Authority: FR
Inventors: Jean Marc Fedeli
Original assignee: Memscap SA
Current assignee: Memscap SA
Priority date: 2000-12-01
Filing date: 2000-12-01
Publication date: 2002-06-07
Anticipated expiration: 2020-12-01
Also published as: FR2817622B1

Abstract

Miniaturized magnetic field sensor of the flux-gate type has a magnetic circuit (1) with two symmetrical branches (4, 5) with respect to a parallel plane in the detection direction (6), an excitation coil (2) surrounding the magnetic circuit for inducing opposing magnetic fields in the two branches, and detection coil (3) the voltage across whose coils is proportional to the total flux in the two branches. The branches are comprised of several sections (10) separated by breaks (11) perpendicular to the detection direction.

Description

MICROMAGNETOMETRE A PORTE DE FLUX

Domaine technique
L'invention concerne le domaine de la micro-électronique, et plus précisément la micro-électronique appliquée à la métrologie magnétique. Elle concerne plus précisément un capteur de champ magnétique du type micromagnétomètre, qui fonctionne en utilisant des couches magnétiques saturables comme capteurs de champ magnétique. La présente invention concerne plus spécifiquement une structure particulière du circuit magnétique de tels micromagnétomètres, qui améliore le rapport signal/bruit. FLOW GATE MICROMAGNETOMETER

Technical area
The invention relates to the field of microelectronics, and more specifically microelectronics applied to magnetic metrology. More specifically, it relates to a magnetic field sensor of the micromagnetometer type, which operates by using saturable magnetic layers as magnetic field sensors. The present invention relates more specifically to a particular structure of the magnetic circuit of such micromagnetometers, which improves the signal / noise ratio.

Techniques antérieures
De façon connue, les magnétomètres à portes de flux possèdent un circuit magnétique, une bobine d'excitation et une bobine de détection. Une induction variable est créée dans le circuit magnétique par le passage d'un courant alternatif dans la bobine d'excitation. Dès que le matériau ferromagnétique du circuit magnétique atteint sa saturation, sa perméabilité décroît fortement. Le circuit comporte donc deux états, à savoir un premier état à forte perméabilité, et un second état à faible perméabilité, d'où son appellation de magnétomètre"à porte de flux". Previous techniques
In known manner, magnetometers with flux gates have a magnetic circuit, an excitation coil and a detection coil. A variable induction is created in the magnetic circuit by the passage of an alternating current in the excitation coil. As soon as the ferromagnetic material of the magnetic circuit reaches its saturation, its permeability decreases sharply. The circuit therefore comprises two states, namely a first state with high permeability, and a second state with low permeability, hence its name as a "flux gate" magnetometer.

La présence d'un champ magnétique extérieur induit une induction supplémentaire dans le circuit magnétique et produit des distorsions sur la variation temporelle du signal aux bornes de la bobine de détection. Ce signal peut être alors exploité pour compenser le champ local par l'intermédiaire de cette bobine d'excitation, de manière à maintenir le circuit magnétique à champ nul. The presence of an external magnetic field induces an additional induction in the magnetic circuit and produces distortions on the temporal variation of the signal at the terminals of the detection coil. This signal can then be used to compensate for the local field by means of this excitation coil, so as to maintain the magnetic circuit at zero field.

On a déjà proposé de réaliser des micromagnétomètres en utilisant des technologies micro-électroniques. Un exemple d'un tel magnétomètre est décrit dans le document"A miniaturized magnetic-field sensor system consisting of a planar fluxgate sensor and a CMOS readout circuitry"de Sensor and Actuators A54 (1996), pages 443 à 447. Un tel micromagnétomètre comporte un circuit magnétique qui comprend deux branches parallèles, symétriques par rapport à un plan parallèle à la direction de détection. Une bobine d'excitation est enroulée autour des deux branches du circuit magnétique de telle sorte que le passage d'un It has already been proposed to produce micromagnetometers using micro-electronic technologies. An example of such a magnetometer is described in the document "A miniaturized magnetic-field sensor system consisting of a planar fluxgate sensor and a CMOS readout circuitry" from Sensor and Actuators A54 (1996), pages 443 to 447. Such a micromagnetometer comprises a magnetic circuit which comprises two parallel branches, symmetrical with respect to a plane parallel to the direction of detection. An excitation coil is wound around the two branches of the magnetic circuit so that the passage of a

courant dans cette bobine d'excitation génère un champ magnétique dans chacune des branches. current in this excitation coil generates a magnetic field in each of the branches.

Compte tenu du sens d'enroulement et de l'égalité du nombre des spires sur les deux branches, les deux champs magnétiques générés par cette bobine d'excitation sont de même amplitude, mais de sens opposés. Given the winding direction and the equality of the number of turns on the two branches, the two magnetic fields generated by this excitation coil are of the same amplitude, but in opposite directions.

Le circuit magnétique reçoit également un deuxième enroulement formant la bobine de détection. Cette bobine est enroulée sur les deux branches du circuit magnétique de manière à être sensible à la somme des flux des inductions présentes dans les deux branches symétriques du circuit magnétique. The magnetic circuit also receives a second winding forming the detection coil. This coil is wound on the two branches of the magnetic circuit so as to be sensitive to the sum of the fluxes of the inductions present in the two symmetrical branches of the magnetic circuit.

L'utilisation du montage différentiel de la bobine d'excitation permet d'augmenter fortement la précision et la sensibilité du micromagnétomètre. En revanche, un tel montage est sensible aux comportements différentiels des deux branches du circuit magnétique. En effet, le signal mesuré est proportionnel à la section des branches de matériau ferromagnétique, à sa perméabilité et à sa fréquence d'excitation. Il est donc nécessaire que la section du matériau soit parfaitement identique d'une branche à l'autre. Il en va de même pour l'homogénéité du matériau ferromagnétique. The use of the differential assembly of the excitation coil makes it possible to greatly increase the precision and the sensitivity of the micromagnetometer. On the other hand, such an arrangement is sensitive to the differential behaviors of the two branches of the magnetic circuit. Indeed, the measured signal is proportional to the section of the branches of ferromagnetic material, to its permeability and to its excitation frequency. It is therefore necessary that the section of the material is perfectly identical from one branch to another. The same goes for the homogeneity of the ferromagnetic material.

En outre, une autre source de bruits provient des phénomènes magnétiques à une échelle microscopique dans chacune des branches du circuit magnétique. En effet, le champ magnétique d'excitation provoque le ré-arrangement de la structure en domaines magnétiques. Le fait que le matériau soit excité jusqu'à saturation se traduit par le déplacement important des parois des domaines magnétiques. Or, du fait des micro-irrégularités ou impuretés présentes dans le matériau ferromagnétique, les déplacements des parois des domaines magnétiques ne sont pas exactement symétriques d'une branche à l'autre. Il s'agit là d'une source d'asymétrie, d'autant plus importante que l'épaisseur des couches magnétiques utilisées est faible. Cela induit des asymétries de signal détecté et donc du bruit dans la détermination du champ magnétique mesuré. In addition, another source of noise comes from magnetic phenomena on a microscopic scale in each of the branches of the magnetic circuit. In fact, the magnetic excitation field causes the structure to be rearranged into magnetic domains. The fact that the material is excited until saturation results in the significant displacement of the walls of the magnetic domains. However, due to the micro-irregularities or impurities present in the ferromagnetic material, the displacements of the walls of the magnetic domains are not exactly symmetrical from one branch to another. This is a source of asymmetry, all the more important as the thickness of the magnetic layers used is low. This induces asymmetries of the detected signal and therefore of noise in the determination of the magnetic field measured.

Un problème que se propose de résoudre l'invention est celui de l'augmentation du rapport signal sur bruit compatible avec la conservation d'un montage différentiel. A problem which the invention proposes to solve is that of increasing the signal to noise ratio compatible with the conservation of a differential circuit.

Exposé de l'invention
L'invention concerne donc un micromagnétomètre à porte de flux comportant : * un circuit magnétique comprenant deux branches symétriques par rapport à un plan parallèle à la direction de détection ;

. au moins un bobinage d'excitation, enroulé autour du circuit magnétique, et apte à induire dans les deux branches du circuit magnétique des champs magnétiques de même amplitude, et de sens inverse ; * un bobinage de détection, enroulé autour du circuit magnétique de manière à ce que la tension à ses bornes est fonction de la somme des flux des inductions présentes dans les deux branches du circuit magnétique. Statement of the invention
The invention therefore relates to a flow gate micromagnetometer comprising: * a magnetic circuit comprising two branches symmetrical with respect to a plane parallel to the direction of detection;

. at least one excitation winding, wound around the magnetic circuit, and capable of inducing in the two branches of the magnetic circuit magnetic fields of the same amplitude, and in the opposite direction; * a detection winding, wound around the magnetic circuit so that the voltage across its terminals is a function of the sum of the fluxes of the inductions present in the two branches of the magnetic circuit.

Conformément à l'invention, ce micromagnétomètre se caractérise en ce qu'au niveau des deux branches symétriques, le circuit magnétique est constitué de plusieurs tronçons séparés par des découpes perpendiculaires à la direction de détection. According to the invention, this micromagnetometer is characterized in that at the level of the two symmetrical branches, the magnetic circuit consists of several sections separated by cuts perpendicular to the direction of detection.

Autrement dit, au niveau des branches qui assurent la détection du champ magnétique extérieur, le noyau magnétique ne forme pas une pièce monolithique, mais est au contraire segmenté selon la direction de détection. Le fractionnement du noyau magnétique forme des tronçons qui définissent une géométrie et un arrangement particulier des domaines magnétiques. In other words, at the branches which ensure the detection of the external magnetic field, the magnetic core does not form a monolithic part, but is on the contrary segmented according to the direction of detection. The fractionation of the magnetic core forms sections which define a geometry and a particular arrangement of the magnetic domains.

On sait que pour minimiser l'énergie totale, l'aimantation d'un matériau ferromagnétique se répartit en régions appelées"domaines magnétiques"dans chacune desquelles l'aimantation reste uniforme. Deux domaines adjacents sont séparés par une région de transition, appelée"paroi magnétique"dans laquelle les moments changent rapidement de direction. Lorsque le matériau ferromagnétique est soumis à un champ magnétique, l'orientation de l'aimantation des domaines magnétiques varie, et la position des parois magnétiques évolue. It is known that to minimize the total energy, the magnetization of a ferromagnetic material is divided into regions called "magnetic domains" in each of which the magnetization remains uniform. Two adjacent domains are separated by a transition region, called a "magnetic wall" in which the moments change direction quickly. When the ferromagnetic material is subjected to a magnetic field, the orientation of the magnetization of the magnetic domains varies, and the position of the magnetic walls changes.

Grâce au découpage en tronçons de dimensions moindres, on réduit le nombre de domaines magnétiques adjacents. Ce nombre est en effet limité par les dimensions réduites de chaque tronçon. Il s'ensuit que les déplacements des parois magnétiques sont bornés à l'intérieur de chaque tronçon. By cutting into smaller dimensions, the number of adjacent magnetic domains is reduced. This number is in fact limited by the reduced dimensions of each section. It follows that the displacements of the magnetic walls are bounded inside each section.

A l'inverse, dans un noyau monolithique, chaque paroi magnétique peut se déplacer d'une distance relativement importante, le risque est élevé de rencontrer une impureté qui perturbe la modification de la géométrie du domaine magnétique, et provoque donc une brusque variation d'aimantation. Or, comme ces phénomènes parasites ne produisent pas de façon symétrique dans les deux branches du circuit magnétique, il s'ensuit l'apparition d'un signal parasite qui augmente le niveau de bruit. Conversely, in a monolithic core, each magnetic wall can move a relatively large distance, the risk is high of encountering an impurity which disturbs the modification of the geometry of the magnetic domain, and therefore causes a sudden variation of magnetization. However, as these parasitic phenomena do not produce symmetrically in the two branches of the magnetic circuit, it follows the appearance of a parasitic signal which increases the noise level.

Le découpage des branches caractéristiques du circuit magnétique permet donc de limiter les déplacements des parois magnétiques à l'intérieur de chaque tronçon, ce qui assure un meilleur retour en position initial des parois magnétiques lorsque la cause du déplacement, c'est-à-dire le champ magnétique, disparaît. The cutting of the characteristic branches of the magnetic circuit therefore makes it possible to limit the displacements of the magnetic walls inside each section, which ensures better return to the initial position of the magnetic walls when the cause of the displacement, that is to say the magnetic field disappears.

En d'autres termes, en créant les tronçons caractéristiques, on limite le nombre de domaines magnétiques adjacents et donc les déplacements des parois magnétiques correspondantes, et par conséquence les risques de voir ces parois subir les influences néfastes d'impuretés. On obtient ainsi un comportement plus symétrique entre les deux branches du circuit magnétique du micromagnétomètre, et donc une diminution du bruit parasite observé dans les circuits magnétiques monolithiques. In other words, by creating the characteristic sections, the number of adjacent magnetic domains and therefore the displacements of the corresponding magnetic walls is limited, and consequently the risks of seeing these walls undergo the harmful influences of impurities. A more symmetrical behavior is thus obtained between the two branches of the magnetic circuit of the micromagnetometer, and therefore a reduction in the parasitic noise observed in the monolithic magnetic circuits.

En pratique, au moins dans les deux branches symétriques, le circuit magnétique est avantageusement formé d'au moins un ruban en un matériau ferromagnétique. In practice, at least in the two symmetrical branches, the magnetic circuit is advantageously formed of at least one strip of ferromagnetic material.

Avantageusement en pratique, la largeur des découpes séparant chaque tronçon du circuit magnétique, mesurée selon la direction de détection, est la plus faible possible et par exemple inférieure à quatre fois l'épaisseur du ruban. De la sorte, on conserve un couplage magnétique entre les différents tronçons, et donc une valeur suffisante de perméabilité magnétique globale, tout en conservant l'avantage de limiter les déplacements des parois magnétiques à l'intérieur d'un même tronçon. Advantageously in practice, the width of the cutouts separating each section of the magnetic circuit, measured along the detection direction, is as small as possible and for example less than four times the thickness of the strip. In this way, a magnetic coupling is maintained between the different sections, and therefore a sufficient value of overall magnetic permeability, while retaining the advantage of limiting the displacements of the magnetic walls inside the same section.

Dans une variante particulière, au moins dans ses branches symétriques, le circuit magnétique peut être formé de deux rubans en matériau ferromagnétique, In a particular variant, at least in its symmetrical branches, the magnetic circuit can be formed of two ribbons of ferromagnetic material,

séparés par une couche en un matériau amagnétique, les deux rubans étant couplés magnétostatiquement. separated by a layer of non-magnetic material, the two tapes being magnetostatically coupled.

Dans ce cas, on observe une configuration particulière des domaines magnétiques, notamment en bord de motif. En effet, dans le cas d'un ruban unique, on observe la présence de domaines magnétiques particuliers, appelés"domaines de fermeture", qui présentent une aimantation perpendiculaire à ceux des domaines principaux situés au centre du tronçon. Le couplage magnétostatique entre deux rubans, situés l'un au dessus de l'autre, permet d'éliminer ses domaines de fermeture grâce à la rotation progressive de l'aimantation en frontière de tronçon. In this case, a particular configuration of the magnetic domains is observed, in particular at the edge of the pattern. Indeed, in the case of a single ribbon, we observe the presence of particular magnetic domains, called "closing domains", which have a magnetization perpendicular to those of the main domains located in the center of the section. The magnetostatic coupling between two tapes, located one above the other, eliminates its areas of closure thanks to the gradual rotation of the magnetization at the section border.

Les domaines principaux, situés au centre du tronçon, possèdent donc une aimantation qui, en l'absence d'excitation, est orientée perpendiculairement à la direction de détection. Ainsi, chaque tronçon possède un axe difficile d'aimantation parallèle à la direction de détection. Dans le cas d'un circuit magnétique à deux rubans superposés, l'application du champ magnétique d'excitation, qui est perpendiculaire à la direction d'aimantation des domaines principaux, entraîne un mécanisme de rotation de l'aimantation sans aucun déplacement des parois magnétiques. On conçoit donc dans ce cas, que le micromagnétomètre conforme à l'invention est relativement insensible aux phénomènes parasites dus à la présence d'impuretés dans le matériau magnétique. The main areas, located in the center of the section, therefore have a magnetization which, in the absence of excitation, is oriented perpendicular to the detection direction. Thus, each section has a difficult magnetization axis parallel to the detection direction. In the case of a magnetic circuit with two superimposed strips, the application of the magnetic field of excitation, which is perpendicular to the direction of magnetization of the principal fields, involves a mechanism of rotation of the magnetization without any displacement of the walls magnetic. It is therefore understandable in this case, that the micromagnetometer according to the invention is relatively insensitive to parasitic phenomena due to the presence of impurities in the magnetic material.

En pratique, la structure du circuit magnétique conforme à l'invention peut être déclinée dans de nombreuses géométries de micromagnétomètres, dès lors que le circuit magnétique conserve une symétrie par rapport à un plan parallèle avec direction de détection. Ainsi, le circuit magnétique peut adopter une forme générale rectangulaire avec la présence de portions de circuits magnétiques assurant la fermeture du circuit entre les deux branches principales. Le circuit magnétique peut également être limité aux deux branches caractéristiques, la fermeture du circuit magnétique se réalisant dans l'air, ou dans le substrat accueillant le circuit magnétique. Le circuit magnétique peut également adopter une forme circulaire
Le circuit magnétique peut également être constitué d'un enroulement plan à plusieurs tours, du type spirale. Dans ce cas, les zones de cet enroulement situées de part et d'autre du plan de symétrie forment les branches caractéristiques du circuit magnétique. In practice, the structure of the magnetic circuit according to the invention can be declined in many geometries of micromagnetometers, since the magnetic circuit retains symmetry with respect to a parallel plane with detection direction. Thus, the magnetic circuit can adopt a generally rectangular shape with the presence of portions of magnetic circuits ensuring the closing of the circuit between the two main branches. The magnetic circuit can also be limited to the two characteristic branches, the magnetic circuit being closed in the air, or in the substrate hosting the magnetic circuit. The magnetic circuit can also take a circular shape
The magnetic circuit can also consist of a flat winding with several turns, of the spiral type. In this case, the zones of this winding situated on either side of the plane of symmetry form the characteristic branches of the magnetic circuit.

En pratique, plusieurs géométries de bobinage de détection peuvent être envisagées. Ainsi, le bobinage de détection peut comporter deux enroulements individuels, enroulés chacun sur une branche caractéristique, ces deux enroulements individuels étant montés en série de manière à assurer la somme des tensions correspondants chacune à la variation du flux de chaque branche. In practice, several detection winding geometries can be envisaged. Thus, the detection winding can comprise two individual windings, each wound on a characteristic branch, these two individual windings being mounted in series so as to ensure the sum of the voltages each corresponding to the variation in the flux of each branch.

Dans une variante, il peut s'agir d'un seul enroulement qui est disposé autour des deux branches caractéristiques, de manière à être sensible au flux de la somme des inductions parcourant ces branches. In a variant, it may be a single winding which is arranged around the two characteristic branches, so as to be sensitive to the flow of the sum of the inductions traversing these branches.

Description sommaire des figures
La manière de réaliser l'invention ainsi que les avantages qui en découlent ressortiront bien de la description du mode de réalisation qui suit, à l'appui des figures annexées dans lesquelles :
La figure 1 est une vue de dessus d'un micromagnétomètre conforme à l'invention. Brief description of the figures
The manner of carrying out the invention as well as the advantages which result therefrom will emerge clearly from the description of the embodiment which follows, with the support of the appended figures in which:
Figure 1 is a top view of a micromagnetometer according to the invention.

La figure 2 est une vue en coupe selon le plan II-II'de la figure 1. Figure 2 is a sectional view along the plane II-II 'of Figure 1.

Les figures 3 et 4 sont des schémas explicatifs illustrant l'arrangement des domaines magnétiques dans le cas d'utilisation d'un circuit magnétique à ruban unique. Figures 3 and 4 are explanatory diagrams illustrating the arrangement of the magnetic domains in the case of using a single strip magnetic circuit.

Les figures 5 et 6 sont des schémas explicatifs de l'arrangement des domaines magnétiques dans les différents tronçons, lorsque le circuit magnétique est constitué de deux rubans magnétiques superposés. Figures 5 and 6 are explanatory diagrams of the arrangement of the magnetic domains in the different sections, when the magnetic circuit consists of two superimposed magnetic tapes.

Manière de réaliser l'invention
Comme déjà évoqué, l'invention concerne un micromagnétomètre à portes de flux qui peut adopter la géométrie illustrée à titre d'exemple dans la figure 1, et comprenant essentiellement un circuit magnétique (1), un bobinage d'excitation (2), et un bobinage de détection (3). Way of realizing the invention
As already mentioned, the invention relates to a micromagnetometer with flow gates which can adopt the geometry illustrated by way of example in FIG. 1, and essentially comprising a magnetic circuit (1), an excitation winding (2), and a detection winding (3).

Plus précisément dans la forme illustrée, le circuit magnétique (1) comporte deux branches (4,5) symétriques par rapport à un plan (6) correspondant à la direction de détection. Ces deux branches (4,5) sont rectilignes et parallèles, elles sont reliées par leurs extrémités via deux portions de liaison (7,8) qui assurent la fermeture du circuit magnétique entre les deux branches (4,5). More precisely in the illustrated form, the magnetic circuit (1) comprises two branches (4,5) symmetrical with respect to a plane (6) corresponding to the direction of detection. These two branches (4,5) are rectilinear and parallel, they are connected by their ends via two connecting portions (7,8) which ensure the closing of the magnetic circuit between the two branches (4,5).

En pratique, le circuit magnétique peut être réalisé à partir d'un ruban en un matériau ferromagnétique tel que du permalloy (FeNi). Ce ruban en matériau ferromagnétique est obtenu par exemple par dépôt électrolytique ou par pulvérisation cathodique. De telles technologies permettent d'obtenir des rubans magnétiques d'une grande gamme d'épaisseur de quelques nanomètres à quelques dizaines de microns. Une largeur de l'ordre de la centaine de microns est obtenue soit par procédé soustractif (gravure chimique par exemple) soit par procédé additif. In practice, the magnetic circuit can be produced from a ribbon made of a ferromagnetic material such as permalloy (FeNi). This strip of ferromagnetic material is obtained for example by electrolytic deposition or by sputtering. Such technologies make it possible to obtain magnetic tapes of a wide range of thickness from a few nanometers to a few tens of microns. A width of the order of a hundred microns is obtained either by the subtractive process (chemical etching for example) or by the additive process.

Conformément à une caractéristique de l'invention, les deux branches (4,5) du circuit magnétique (1) sont fractionnées en plusieurs tronçons (10). Les découpes (11) séparant ces tronçons (la) sont orientés perpendiculairement à la direction de détection (6). Pour des raisons de symétrie, les découpes (11) sont réalisées de façon identique sur les deux branches (4,5) et sont situées à des mêmes niveaux longitudinaux par rapport à la direction de détection (6). According to a characteristic of the invention, the two branches (4,5) of the magnetic circuit (1) are divided into several sections (10). The cutouts (11) separating these sections (la) are oriented perpendicular to the detection direction (6). For reasons of symmetry, the cutouts (11) are made identically on the two branches (4,5) and are located at the same longitudinal levels relative to the detection direction (6).

A titre d'exemple, dans la forme illustrée à la figure 1, les branches (4,5) du circuit magnétique (1) possèdent une longueur de l'ordre de la centaine de microns,

et sont décomposées en huit secteurs indépendants (10). By way of example, in the form illustrated in FIG. 1, the branches (4,5) of the magnetic circuit (1) have a length of the order of a hundred microns,

and are broken down into eight independent sectors (10).

Les découpes (Il) séparant chacun des secteurs sont préférentiellement de dimension la plus faible possible, pour limiter les entrefers, et donc assurer un couplage suffisant entre les différents tronçons (la), et conserver ainsi une perméabilité globale du circuit magnétique suffisante. The cutouts (II) separating each of the sectors are preferably of the smallest possible dimension, to limit the air gaps, and therefore ensure sufficient coupling between the different sections (la), and thus maintain sufficient overall permeability of the magnetic circuit.

En pratique, dans l'exemple illustré, les découpes (11) ont une dimension nettement inférieure à quatre fois l'épaisseur du ruban qui est dans la gamme du micron. In practice, in the example illustrated, the cutouts (11) have a dimension clearly less than four times the thickness of the ribbon which is in the micron range.

Le circuit magnétique (1) est équipé d'un bobinage d'excitation (2). Ce bobinage d'excitation (2) comprend un certain nombre de spires essentiellement présentes au niveau des branches symétriques (4,5). Plus précisément, chacune de ces spires comportent une partie basse (14) qui est insérée à l'intérieur d'un canal (15) prévu à cet effet dans le substrat (16). Dans la forme illustrée, les parties basses (14) des spires du bobinage d'excitation (2) sont inclinées par rapport à la direction (6) de détection, dans les branches (4,5) caractéristiques. Les parties The magnetic circuit (1) is equipped with an excitation winding (2). This excitation winding (2) comprises a number of turns essentially present at the level of the symmetrical branches (4,5). More precisely, each of these turns has a bottom part (14) which is inserted inside a channel (15) provided for this purpose in the substrate (16). In the illustrated form, the lower parts (14) of the turns of the excitation winding (2) are inclined relative to the direction (6) of detection, in the branches (4,5) characteristic. The parts

hautes (17) de chaque spire enjambent le circuit magnétique (1) et relient deux parties basses (14) de spires adjacentes, en étant perpendiculaires à la direction de détection (6). high (17) of each turn spans the magnetic circuit (1) and connect two low parts (14) of adjacent turns, being perpendicular to the direction of detection (6).

Le sens de bobinage de l'enroulement d'excitation (2) est le même le long du circuit magnétique (1) de sorte que le champ magnétique induit par la circulation du courant dans l'enroulement d'excitation (2) est de sens opposé entre les branches caractéristiques (4,5). Le nombre de spires et leur géométrie sont identiques pour ces deux branches, de sorte que le champ magnétique induit est de même intensité dans les deux branches. The winding direction of the excitation winding (2) is the same along the magnetic circuit (1) so that the magnetic field induced by the flow of current in the excitation winding (2) is direction opposite between the characteristic branches (4,5). The number of turns and their geometry are identical for these two branches, so that the induced magnetic field is of the same intensity in the two branches.

Le bobinage d'excitation (2) est alimentée par deux plots (21,22). The excitation winding (2) is supplied by two studs (21,22).

Par ailleurs, le circuit magnétique (1) reçoit également un bobinage de détection (3). Tout comme le bobinage d'excitation (2), le bobinage de détection (3) est réalisé par l'association de spires (25) constituées de parties basses (26) et de parties (26) enjambant le circuit magnétique. Les parties basses et hautes des spires du bobinage d'excitation sont respectivement parallèles aux parties basses et hautes du bobinage de détection (3). Furthermore, the magnetic circuit (1) also receives a detection winding (3). Like the excitation winding (2), the detection winding (3) is produced by the association of turns (25) made up of lower parts (26) and parts (26) spanning the magnetic circuit. The lower and upper parts of the turns of the excitation winding are respectively parallel to the lower and upper parts of the detection winding (3).

Le bobinage de détection (3) est formé de deux bobinages individuels (28,29) enroulés chacun sur une branche (4,5) du circuit magnétique (1). Ces deux bobinages individuels (28,29) sont reliés en série par l'intermédiaire d'une piste centrale (30). The detection winding (3) is formed by two individual windings (28,29) each wound on a branch (4,5) of the magnetic circuit (1). These two individual windings (28,29) are connected in series via a central track (30).

De la sorte, la tension aux bornes du bobinage de détection mesurée entre les plots (31, 32), correspond à la somme des tensions présentes sur chaque bobinage individuel (28,29). In this way, the voltage across the detection winding measured between the pads (31, 32), corresponds to the sum of the voltages present on each individual winding (28,29).

En l'absence de champ magnétique extérieur, le champ magnétique induit par le courant circulant dans le bobinage d'excitation (2) est de même amplitude, mais de sens opposé dans les deux branches caractéristiques (4,5). Les tensions induites par la variation du flux de l'induction présente dans chacune des branches (3,4) sont donc opposées aux bornes des deux bobinages individuels. La tension du bobinage de détection (3) est donc nulle. In the absence of an external magnetic field, the magnetic field induced by the current flowing in the excitation winding (2) is of the same amplitude, but in opposite directions in the two characteristic branches (4,5). The voltages induced by the variation in the flux of the induction present in each of the branches (3,4) are therefore opposite the terminals of the two individual windings. The voltage of the detection winding (3) is therefore zero.

En pratique, les spires du bobinage de détection et d'excitation peuvent être réalisées par dépôt électrolytique ou de tout autre métal fortement conducteur à l'intérieur de canaux (33) prévus à cet effet dans le substrat (16). Les parties supérieures (17, 27) des spires peuvent être réalisées également par dépôt électrolytique au-dessus du circuit magnétique (1) et d'une éventuelle couche d'isolant ou d'un matériau de couche sacrificielle ensuite éliminé. In practice, the turns of the detection and excitation winding can be produced by electrolytic deposition or any other highly conductive metal inside channels (33) provided for this purpose in the substrate (16). The upper parts (17, 27) of the turns can also be produced by electrolytic deposition above the magnetic circuit (1) and of an optional insulating layer or of a sacrificial layer material then eliminated.

Le fractionnement du circuit magnétique (1) conforme à l'invention permet d'obtenir un arrangement des domaines magnétiques comme schématiquement illustré à la figure 3. Le nombre de domaines magnétiques (40,41) présents à l'intérieur de chaque tronçon (10), est réduit, et en pratique limité à quelques unités, par exemple comme illustré à la figure 3. Dans les domaines magnétiques principaux, c'est-à-dire les domaines (40,41) qui sont au centre des tronçons (10), les aimantations sont orientées perpendiculairement à la direction de détection (6), comme figuré par les flèches. The fractionation of the magnetic circuit (1) according to the invention makes it possible to obtain an arrangement of the magnetic domains as schematically illustrated in FIG. 3. The number of magnetic domains (40,41) present inside each section (10 ), is reduced, and in practice limited to a few units, for example as illustrated in FIG. 3. In the main magnetic domains, that is to say the domains (40,41) which are at the center of the sections (10 ), the magnetizations are oriented perpendicular to the detection direction (6), as shown by the arrows.

Dans la forme illustrée aux figures 3 et 4, dans lesquelles le circuit magnétique comprend un seul ruban, chaque tronçon (10) comporte également deux domaines de fermeture (42,43), situés en bordure de tronçon (10), et dont l'aimantation est sensiblement parallèle à la direction de détection (6). Lorsque chaque tronçon est soumis à un champ d'excitation, et éventuellement d'un champ extérieur orienté parallèlement à la direction de détection (6), les aimantations de chaque domaine (40,41) s'orientent différemment, en se rapprochant de la direction de détection (6). In the form illustrated in FIGS. 3 and 4, in which the magnetic circuit comprises a single strip, each section (10) also has two closure areas (42,43), located at the edge of the section (10), the length of which magnetization is substantially parallel to the detection direction (6). When each section is subjected to an excitation field, and possibly to an external field oriented parallel to the detection direction (6), the magnetizations of each domain (40,41) are oriented differently, approaching the detection direction (6).

Il s'ensuit que les parois magnétiques (45) séparant les domaines magnétiques (40,41) se déplacent, comme illustré à la figure 4. Les déplacements des parois magnétiques (45) sont bornés à l'intérieur d'un même tronçon (10). Ces déplacements sont donc limités, et symétriques d'une branche à l'autre du circuit magnétique. Comme les déplacements des parois magnétiques (45) sont limités à la longueur d'un tronçon (10), les risques de rencontrer des impuretés sont limités et la reproductibilité du déplacement des domaines est améliorée. Lorsque la source du déplacement disparaît, c'est-à-dire lorsque le champ magnétique est nul, les parois (45) ont tendance plus facilement à regagner leur position d'origine. Il en irait autrement si les branches symétriques étaient réalisées conformément à l'art antérieur, c'est-à-dire d'une façon monolithique. Dans ce cas, les parois peuvent se It follows that the magnetic walls (45) separating the magnetic domains (40,41) move, as illustrated in FIG. 4. The displacements of the magnetic walls (45) are bounded inside the same section ( 10). These displacements are therefore limited, and symmetrical from one branch to another of the magnetic circuit. As the displacements of the magnetic walls (45) are limited to the length of a section (10), the risks of encountering impurities are limited and the reproducibility of the displacement of the domains is improved. When the source of the displacement disappears, that is to say when the magnetic field is zero, the walls (45) tend more easily to return to their original position. It would be different if the symmetrical branches were made in accordance with the prior art, that is to say in a monolithic manner. In this case, the walls can be

déplacer sur une distance largement supérieure à la longueur d'un tronçon, avec des risques importants de rencontrer des impuretés qui provoquent des sauts d'aimantation ainsi qu'une non reproductibilité de configuration d'aimantation. move over a distance much greater than the length of a section, with significant risks of encountering impurities which cause jumps in magnetization as well as non-reproducibility of the magnetization configuration.

Ces risques sont encore diminués en utilisant une structure préférée dans laquelle le circuit magnétique est constitué par deux rubans en un matériau ferromagnétique, superposés de telle manière que les deux rubans sont couplés magnétostatiquement. These risks are further reduced by using a preferred structure in which the magnetic circuit consists of two strips of ferromagnetic material, superimposed in such a way that the two strips are magnetostatically coupled.

Dans ce cas, par effet de rotation progressive de l'aimantation en bord du tronçon, phénomène généralement appelé"curling", on observe une suppression des domaines de fermeture. La répartition des domaines magnétiques correspond donc à celle illustrée à la figure 5 dans laquelle chaque tronçon (10) possède uniquement des domaines (50,51) dont l'aimantation est perpendiculaire à la direction de détection (6). Pour illustrer la superposition des rubans, les tronçons 10-10'des deux rubans ont été représentés décalés. In this case, by the effect of progressive rotation of the magnetization at the edge of the section, a phenomenon generally called "curling", a suppression of the closure domains is observed. The distribution of the magnetic domains therefore corresponds to that illustrated in FIG. 5 in which each section (10) has only domains (50,51) whose magnetization is perpendicular to the direction of detection (6). To illustrate the superposition of the ribbons, the sections 10-10 ′ of the two ribbons have been shown offset.

Lorsque ces tronçons (10-10') sont soumis à un champ magnétique, l'aimantation de chaque domaine (50, 51) s'oriente dans la direction de détection (6), par rotation sans déplacement des parois magnétiques, comme illustré à la figure 6. When these sections (10-10 ') are subjected to a magnetic field, the magnetization of each domain (50, 51) is oriented in the detection direction (6), by rotation without displacement of the magnetic walls, as illustrated in Figure 6.

Le mode de fonctionnement du magnétomètre conforme à l'invention est classique. Ainsi, lorsque la bobine d'excitation (2) est alimentée par courant du type triangulaire, un champ magnétique d'excitation est présent dans le circuit magnétique (1). The operating mode of the magnetometer according to the invention is conventional. Thus, when the excitation coil (2) is supplied with current of the triangular type, a magnetic excitation field is present in the magnetic circuit (1).

En l'absence de champ magnétique extérieur à mesurer, il s'agit du seul champ magnétique présent à l'intérieur du circuit magnétique (1). Compte tenu du sens de bobinage de l'enroulement d'excitation (2), les champs magnétiques présents dans les deux branches (4,5) sont de sens opposé, mais d'amplitude identique. In the absence of an external magnetic field to be measured, it is the only magnetic field present inside the magnetic circuit (1). Given the direction of winding of the excitation winding (2), the magnetic fields present in the two branches (4,5) are in opposite directions, but of identical amplitude.

Il s'ensuit que l'induction présente dans chacune des branches (4,5) est également de même amplitude, mais de sens opposé. Ceci est valable même lorsque le matériau magnétique est saturé. It follows that the induction present in each of the branches (4,5) is also of the same amplitude, but of opposite direction. This is valid even when the magnetic material is saturated.

La variation du flux de cette induction induit une tension aux bornes de chaque enroulement individuel de détection (28,29) qui est de même amplitude, mais de sens opposé. Il s'ensuit que la tension mesurée aux bornes (31,32) de l'enroulement de détection est nulle. The variation in the flux of this induction induces a voltage across each individual detection winding (28,29) which is of the same amplitude, but in the opposite direction. It follows that the voltage measured across the terminals (31,32) of the detection winding is zero.

Dès qu'un champ extérieur est appliqué selon la direction de détection (6), celui-ci s'ajoute au champ magnétique d'excitation. Selon la branche caractéristique, ce champ extérieur vient s'ajouter ou se retrancher au champ d'excitation. Il s'ensuit que le matériau atteint un niveau de saturation différent selon la branche caractéristique. La tension induite aux bornes de chaque enroulement individuel de détection (28,29) est donc différente. La tension mesurée aux bornes de l'enroulement global de détection reflète donc ce décalage, et donc la valeur du champ magnétique extérieur. Cette valeur peut être utilisée dans une boucle de rétroaction pour modifier la valeur du courant alimentant l'enroulement d'excitation, de manière à maintenir une tension nulle aux bornes de l'enroulement de détection. As soon as an external field is applied in the detection direction (6), it is added to the magnetic excitation field. Depending on the characteristic branch, this external field is added to or subtracted from the excitation field. It follows that the material reaches a different level of saturation depending on the characteristic branch. The voltage induced at the terminals of each individual detection winding (28, 29) is therefore different. The voltage measured across the overall detection winding therefore reflects this offset, and therefore the value of the external magnetic field. This value can be used in a feedback loop to modify the value of the current supplying the excitation winding, so as to maintain a zero voltage across the detection winding.

Il ressort de ce qui précède que le micromagnétomètre conforme à l'invention présente l'avantage essentiel de limiter les phénomènes parasites de bruits consécutifs aux déplacements non symétriques des parois des domaines magnétiques dans les deux branches. Le rapport signal/bruit d'un tel micromagnétomètre est donc nettement supérieur à celui des micromagnétomètres existants. It appears from the above that the micromagnetometer according to the invention has the essential advantage of limiting the parasitic phenomena of noise consecutive to the non-symmetrical displacements of the walls of the magnetic domains in the two branches. The signal / noise ratio of such a micromagnetometer is therefore significantly higher than that of existing micromagnetometers.

Claims

1 / Flow gate micromagnetometer, comprising: a magnetic circuit (1) comprising two symmetrical branches (4,5) with respect to a plane parallel to the detection direction (6); at least one excitation winding (2), wound around the magnetic circuit (1), and capable of inducing in the two branches (4,5) of the magnetic circuit magnetic fields of the same amplitude, and in the opposite direction; a detection coil (3), wound around the magnetic circuit (1) so that the voltage across its terminals is a function of the sum of the fluxes of inductions present in the two branches (4,5) of the magnetic circuit (1 ), characterized in that at the level of the two symmetrical branches (4,5), the magnetic circuit consists of several sections (10) separated by cutouts (11) perpendicular to the direction of detection (6).

2 / Micromagnetometer according to claim 1, characterized in that at least at the level of the two symmetrical branches (4,5), the magnetic circuit (1) is formed of at least one strip of ferromagnetic material.

3 / Micromagnetometer according to claim 2, characterized in that the width of the cutouts (11) separating each section (10) of the magnetic circuit, measured according to the detection direction (6) is less than four times the thickness of the ribbon.

4 / Micromagnetometer according to claim 1, characterized in that at least in the two symmetrical branches, the magnetic circuit is formed of two ribbons of ferromagnetic material, separated by a layer of non-magnetic material and the ribbon being magnetostatically coupled.

5 / Micromagnetometer according to claim 1, characterized in that the magnetic circuit is formed of two parallel bars, forming the symmetrical branches.

6 / Micromagnetometer according to claim 1, characterized in that the magnetic circuit (1) follows a rectangular shape.

7 / Micromagnetometer according to claim 1, characterized in that the magnetic circuit follows a circular shape.