Diseño y test de sistemas de acondicionamiento electrónico para sensores basados en magnetoimpedancia

Abstract

El propósito de este proyecto de fin carrera es diseñar un circuito capaz de medir la modulación en frecuencia de un oscilador en el que su frecuencia depende del campo magnético ejercido sobre un sensor de magneto-impedancia. Para ello ha sido necesario aplicar los conocimientos aprendidos durante la carrera en asignaturas como Electrónica Analógica, Electrónica Digital, Circuitos y Sistemas I y II, Sistemas Electrónicos Digitales y Física. Al finalizar este trabajo se pretende obtener los conocimientos y habilidades necesarias para desarrollar un circuito electrónico de principio a fin. Desde comenzar a diseñar la idea con un esquema eléctrico, a fabricar el circuito impreso, soldar los componentes en la placa final y finalmente realizar las medidas experimentales. Por este motivo, ha sido imprescindible el aprendizaje de un software de diseño electrónico capaz de realizar simulaciones precisas, gestionar proyectos, analizar el funcionamiento de componentes electrónicos y de tener todas las herramientas de diseño necesarias para fabricar el circuito impreso final. Debido a su extendido uso en el ámbito educacional y a sus posibilidades en el entorno industrial, se decidió utilizar el entorno de OrCAD como principal herramienta de trabajo. Así que en los primeros meses de trabajo se pretendió adquirir un nivel avanzado en el manejo de OrCAD Capture CIS y OrCAD Layout para el diseño, simulación y fabricación de circuitos electrónicos. También, he de mencionar que en el transcurso de este PFC se ha mejorado muchísimo en la destreza de la soldadura electrónica y en la manipulación de herramientas de trabajo, tales como osciloscopios, polímetros o generadores de funciones. Una vez aprendido a manejar OrCAD, utilizando el modelo de simulación eléctrica del sensor de MI, se buscará la mejor configuración de oscilador con el sensor de MI para que sea lo mas compatible con las puertas digitales y minimizar el número de componentes a emplear. Los posibles osciladores a utilizar se montarán en placas perforadas para comprobar su funcionamiento y forma de interaccionar. Para esto primero se harán las simulaciones usando ORCAD Capture CIS, para luego contrastar los resultados obtenidos de los circuitos montados y para elegir el oscilador Colpitts más adecuado para nuestro circuito final. A continuación, se desarrollará la idea inicial del diseño del circuito (ver Figura 4.1). Para ello, se estudiará el funcionamiento de los circuitos analógicos y de los circuitos integrados necesarios para poder construir la placa. También, será necesario desarrollar un sistema de control para seleccionar un solo pulso de la señal cuadrada de la salida del divisor de frecuencias cuando pulsemos el botón de un pulsador manual. El circuito impreso final servirá como herramienta para estudiar los sensores de magnetoimpedancia, ya que podremos saber la sensibilidad que tiene al ser utilizado como modulador de frecuencia. Finalmente, una vez se obtengan resultados satisfactorios, se propondrán propuestas de mejora del funcionamiento de la placa y se buscarán aplicaciones y alternativas para desarrollar nuevos sistemas para el estudio de sensores de magneto-impedancia.