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Nueva técnica que estudia magnetismo del hierro permitiría elaborar sensores más eficientes
Las bobinas de Helmholtz pueden producir un campo magnético externo sin necesidad de cableado o contacto. Fotos: Óscar Laverde Robayo, Unimedios Manizales.
La laminilla de hierro se introduce en una bobina de cobre más pequeña para crear un campo magnético sobre ella. Foto: Óscar Laverde Robayo, Unimedios Manizales.
Sistema de técnica de magneto impedancia, como modelo de una resonancia magnética a escala.
Software y equipos del Laboratorio de Magnetismo y Materiales Avanzados (LMMA) de la UNAL Sede Manizales.
Cinta de láminas de hierro y con cortes de muestras inferiores a 1 mm, con propiedades óptimas para la creación de sensores. Foto: Manuel Alejandro Clavijo Ceballos, Magíster en Ciencias – Física de la UNAL Sede Manizales.
El hierro genera una respuesta ante la influencia de un campo magnético externo, una “bobina de cobre” que influye sobre las cargas de conducción del material, lo que permite que haya un mayor o menor tránsito de la cantidad de corriente para generar una acción en el sensor, lo cual se puede medir a través de sistemas computacionales o microscópicos.
En el Laboratorio de Magnetismo y Materiales Avanzados (LMMA) de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Manizales, Manuel Alejandro Clavijo Ceballos, magíster en Ciencias – Física, estudió el comportamiento de dos láminas o tiras de hierro que expuso a un campo magnético externo. El resultado de su trabajo es la propuesta de un método de ajuste para la respuesta de impedancia y posibles desarrollos de sensores de campo magnético con menos escalas milimétricas.
Para su trabajo, el investigador introdujo cada una de las dos láminas de hierro en el interior de una bobina pequeña. Este método tipo resonancia magnética tiene a los costados un par de bobinas de Helmholtz o rollos de cobre más grandes, capaces de producir un campo magnético externo que incita propiedades eléctricas.
El sistema de medición se controla por un software elaborado por estudiantes del LMMA que consta del acoplamiento de un equipo Wayne Kerr que genera las señales corriente alterna y una fuente de corriente continua con la que se controla la intensidad del campo magnético externo.
Para la prueba se aplicó un rango de frecuencia de 0 a 30 MHz, con una amplitud de señal de 0,5 voltios y un campo externo de corriente continua, con el objetivo de medir las propiedades de conducción eléctrica de la cinta. El campo constante se mantuvo en todo el barrido de frecuencia y su valor se estableció en entre -74 Oe y 74 Oe (Oersterd, unidad de medida de campo magnético).
“Podemos pensar que, a pequeña escala, los momentos magnéticos identificados tienen una tendencia a alinearse con el campo magnético externo”, menciona el investigador.
De otra parte, mediante espectroscopia de impedancia, técnica utilizada para analizar los materiales en sistemas eléctricos y electroquímicos ante un flujo de corriente, consiguió un circuito equivalente para la muestra, que la simplificó ajustando la medida de impedancia en las láminas de hierro creadas.
En una última fase, a través de una red neural o algoritmo de inteligencia artificial (IA) se modeló la respuesta de impedancia en función de la frecuencia identificada, a través de unos polinomios de Euler cómo funciones de activación.
Así, evidenció que en efecto existe un cambio de impedancia eléctrica del material que se puede atribuir al campo magnético externo, lo cual se analiza mediante la comparación de los sistemas constituidos por: (i) bobina, (ii) bobina + portamuestras, y (iii) bobina + portamuestras + cinta.
Lo anterior quiere decir que sí es posible valerse de las propiedades físicas del hierro para elaborar sensores pequeños capaces de detectar variaciones en el campo magnético exterior, el cual se podría aplicar en brújulas, acelerómetros o giroscopios de dispositivos móviles, detectores de metales en los suelos, control de motores en las industrias y monitores de campos magnéticos como en las empresas de energía.
