Geregeltes Auslesekonzept für Lorentzkraftmagnetometer

Abstract:
In diesem Beitrag wird ein System vorgestellt, durch das ein 1D-Lorentzkraftmagnetometer in einem Regelkreis betrieben wird. Lorentzkraftmagnetometer sind neuartige Magnetfeldsensoren auf Basis von MEMS-Strukturen, die in den letzten Jahren zunehmend in das Interessensfeld von Industrie und Wissenschaft gerückt sind. Gegenüber Hall-Sensoren weisen sie einige Vorteile auf, wie eine höhere Auflösung und die Möglichkeit sie monolithisch mit Drehraten- und Beschleunigungssensoren zu integrieren. Lorentzkraftmagnetometer detektieren Magnetfelder anhand derWirkung der Lorentzkraft auf einen, auf einer MEMS-Struktur aufgebrachten, beweglichen Leiter. Durch die vorgestellte Regelung wird sowohl der Sensor mittels einer Phasenregelschleife in Resonanz, als auch die Amplitude der Schwingung mittels einer automatischen Verstärkungsregelung auf einer Referenzamplitude gehalten. Der Einfluss eines äußeren Magnetfelds auf die Schwingungsamplitude wird durch die Verstärkungsregelung ausgeregelt. Die Stellgröße dieser Regelung ist somit proportional zur Stärke des Magnetfeldes und dient als direktes Messsignal für das zu detektierende Magnetfeld. Ferner lässt sich das dynamische Verhalten des Systems über die Regelparameter unabhängig von der Güte des Sensors einstellen. Das System weist somit eine hohe Robustheit gegenüber Parameterschwankungen des Sensors auf. Das System wurde auf PCB realisiert und die MEMS-Struktur des Sensors wurde als Testvehikel verwendet, um das dynamische Verhalten des Systems zu demonstrieren.