A low noise induction coil sensor for picotesla level magnetic field measurement

Abstract

Induction coil magnetometers are commonly used for the measurement of low amplitude magnetic fields over a wide range of frequencies (0.0001-1 GHz). They offer efficient and reliable operation, but their sensitivity is directly related to their physical size, making the construction of miniature devices rather difficult, especially if the sensor is intended for use in low frequency applications. As size is a limiting factor, the use of induction coil magnetometers is mainly restricted to the measurement of geomagnetic variations, where spatial resolution is not an issue.- This thesis describes the design and optimisation of a miniature, very low noise induction coil magnetometer for the measurement of ambient noise magnetic fields in a typical biomagnetic laboratory environment. Particular importance has been given to the design of a small, portable device which will provide optimum (minimum) noise performance for a given sensor size. Comprehensive frequency and noise circuit analysis helps to identify the significant design parameters and optimise them.

AB3:Induktiokelamagnetometrejä käytetään yleisesti pieniamplitudisten magneettikenttien mittaukseen suurella taajuusalueella (0.0001-1GHz). Ne toimivat tehokkaasti ja luotettavasti, mutta niiden herkkyys on suoraan verrannollinen niiden fyysiseen kokoon. Tämän vuoksi miniatyyrikokoisten laitteiden rakentaminen on vaikeaa, erityisesti jos anturi on tarkoitettu matalataajuisiin sovelluksiin. Koska koko on rajoittava tekijä, induktiokelamagnetometrien käyttö on lähinnä rajoittunut geomagneettisten muutosten mittaukseen, missä paikkaresoluutio ei ole tärkeää.- Tässä työssä kuvataan miniatyyrisen, hyvin pienikohinaisen induktiokelamagnetometrin toteutus ja optimointi. Tämä magnetometri on tarkoitettu käytettäväksi tyypillisessä biomagneettisten mittausten laboratoriossa esiintyvien kohinamagneettikenttien mittaukseen. Erityisen tärkeänä suunnittelussa on pidetty laitteen pientä kokoa, kannettavuutta ja optimaalista kohinasuorituskykyä. Kattava taajuus- ja piirianalyysi auttavat merkittävien suunnitteluparametrien tunnistamisessa ja optimoinnissa.