Instrumentación

 

Diseño e implementación de un sistema de caracterización para microsensores de efecto Hall

 

F. López-Huerta^a, G. Rojas-Nava^b, B. S. Soto-Cruz^c, and A. L. Herrera-May^a

 

^a Centro de Investigaciones en Micro y Nanotecnología, Universidad Veracruzana, Boca del Río, Ver., México.

^b Facultad de Ciencias de la Electrónica, Universidad Autónoma de Puebla, Puebla, México.

^c Postgrado en Dispositivos Semiconductores, Universidad Autónoma de Puebla, Puebla, México.

 

Recibido el 25 de julio de 2012
Aaceptado el 25 de octubre de 2012

 

Resumen

En este trabajo se presenta el diseño e integración de un sistema de caracterización eléctrica para microsensores de efecto Hall, el cual permite la detección y medición del campo magnético perpendicular a la superficie de los microsensores de efecto Hall. El sistema propuesto puede controlar y mantener la comunicación de la posición de la fuente de excitación y de la magnitud del campo magnético. Este sistema incluye un mecanismo de movimientos en la superficie θ-Z (dos grados de libertad), sensores, instrumentos electrónicos, una computadora, tarjetas de interfaz y una interfaz gráfica de usuario (IGU) implementada en Lab-View®. El posicionamiento del sistema se realizó por medio de dos motores, un motor paso a paso y un servomotor, los cuales efectúan los movimientos en la superficie θ-Z. El eje Z tiene una resolución de 0.03 cm mediante un motor paso a paso y el eje θ tiene una resolución de 1 cm que se obtiene con un servomotor. Como fuente de excitación se utilizó un magneto de Neodimio-Hierro-Boro (NdFeB) que genera un campo magnético máximo de 100 mT. La detección del campo magnético se obtiene con los microsensores de efecto Hall, los cuales presentaron una respuesta lineal en el rango de 1 mT a 100 mT. Este sistema permite a través de una sola interfaz la detección del campo magnético perpendicular a la superficie del microsensor, así como el posicionamiento de la fuente de excitación en la superficie θ-Z. La interfaz gráfica de usuario tiene un ambiente de control de fácil acceso para el usuario final. Además, el sistema puede reconfigurarse para la caracterización de otro tipo de microsensores, al cambiar únicamente los módulos de excitación y detección. Esta versatilidad permitirá obtener un mayor tiempo de vida útil del sistema de caracterización.

 Descriptores: Campo magnético; superficie θ-Z; microsensores de efecto Hall; interfaz gráfica de usuario.

 

Abstract

This paper presents the design and integration of an electrical characterization system for Hall effect microsensors, which allows the detection and measurement of magnetic field perpendicular to the surface of the microsensors. The proposed system can control and maintain the communication of both the position of the excitation source and the magnitude of the magnetic field. This system includes a mechanism for surface movement θ-Z with two degrees of freedom, sensors, electronic instruments, a computer, interface cards and a graphical user interface (GUI) implemented in Lab- View®. The positioning of the system is made through two motors, a stepper motor, and a servomotor. Which perform the movements in the θ-Z surface. The Z axis has a resolution of 0.03 cm through a stepper motor and the θ axis has a resolution of 1 cm, which is obtained using a servomotor. As excitation source, we used neodymium iron boron (NdFeB) magnet, which has a magnetic field of 100 mT. The detection field is obtained with microsensors which had a response in the linear range of 1 mT to 100 mT. This system allows a single interface through the detection of magnetic field perpendicular to the surface of the microsensor, as well as the positioning of the excitation source in the θ-Z surface. The GUI has a control environment accessible to the end user. Furthermore, the system can be reconfigured for the characterization of other microsensors, changing only the excitation and detection modules. Its versatility will increment the life time ofour system characterization.

Keywords: Magnetic field; θ-Z surface; Hall effect microsensors; graphical user interface.

 

PACS: 07.05. Hd; 07.10. Cm; 07.07. Hj

 

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Agradecimientos

Los autores desean agradecer el apoyo económico a través del Programa de Fortalecimiento al Posgrado Nacional de CONACYT.

 

Referencias

1. C. Quijano, K. Peraza, and O. Quiñones, in Proceedings of the International Congress on Instrumentation and Applied Sciences (Universidad Nacional Autónoma de México, 2010) RQI69.         [ Links ]

2. R. Uribe, R. Gómez, G. Herrera, A. Muñoz, in Proceedings of the International Congress on Instrumentation and Applied Sciences (Universidad Nacional Autónoma de México 2010) RUI294.         [ Links ]

3. C. Castro, G. Mata, in Proceedings of the International Congress on Instrumentation and Applied Sciences, 2010, (Universidad Nacional Autónoma de México) GMI770.         [ Links ]

4. S. Domínguez, R. Juárez, P. García, and A. Herrera, IEEE Sensors J. 12(2012)935.         [ Links ]

5. J. Robles, Memoria de actividades. (Escuela Politécnica superior de Algeciras, Cádiz, 2002).         [ Links ]

6. R. Borjas,N. Quispe,Rev. Fac. Ing. 6 (1999) 45.         [ Links ]

7. I. Lemus, J. Bargas, F. Tecuapetla, E. Galárraga, and L. Carrillo, Rev. Mex. Ing. Bioméd. 6 (2006) 82.         [ Links ]

8. A. Sarría, El acceso a la información espacial y las nuevas tecnologías geográficas (2006) 567.         [ Links ]

9. T. Montañez, C. González, M. García, M. Escalente, Conferencia conjunta iberoamericana sobre tecnologías para el aprendizaje (2009).         [ Links ]

10. Manual de usuario LabVTEW®, (2003): http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/stmicroelectronics/1330.pdf Acceso Noviembre (2011).         [ Links ]

11. J. Axelson, USB complete everything you need to develop custom USB peripherals. (United States of America: Lakeview Research LLC, 2005).         [ Links ]

12. C. Aguilar, Control Implícito para una cadena cinemática cerrada de dos grados de libertad. (Tesis de Doctorado, Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional, DF, 1999).         [ Links ]

13. Fabricante de Circuitos Integrados. On Semiconductor: http://www.onsemi.com Acceso Abril (2011).         [ Links ]

14. Fabricante de microcontroladores y memorias: http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/35007b.pdf. Acceso Marzo (2012).         [ Links ]

15. Controlador de motor paso a paso: http://www.st.com/internet/com/technicaLresources/techmcaLliterature/datasheet/CD00000063.pdf. Acceso Abril (2012).         [ Links ]

16. Fabricante de sensores: http://www.sensirion.com/en/home/ Acceso Abril (2012).         [ Links ]

17. D. Rómulo, Diseño y construcción de un sistema de iluminación para el laboratorio de instrumentación y control por el pórtico USB. (Tesis de Ingeniería, Escuela Politécnica Nacional, Quito, 2006).         [ Links ]

18. A. Bernal, Desarrollo de un software de medición del estrés para un dispositivo foto-pletismógrafo basado en el protocolo USB 2.0. (Tesis de Maestría, Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional, DF, 2010).         [ Links ]

19. S. Sze, K. Ng, Physics of semiconductor devices. (New Jersey: John Wiley & Sons, 2004).         [ Links ]

20. R. Popovic, Halll effect devices. (Bristol, IOP, 2004).         [ Links ]

21. H. P. Baltes, R. Popovic, Proc. IEEE. 74 (1986) 1107.         [ Links ]

22. J. B. Kammerer, L. Hébrard, V. Frick, P. Poure, F. Braun, IEEE Sensors J. 3 (2003)700.         [ Links ]

23. G. Rojas, Diseño y Construcción de un Sistema de Caracterización de Circuitos Integrados de Aplicación Específica y Microsensores. (Tesis de Licenciatura, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, Puebla, 2011).         [ Links ]