Caracterización y automatización de un electroimán según Weiss para la medida de la magnetorresistencia en manganitas LSMO

Author(s):
Luis Carlos Torres Nupán - Estudiante Investigador - Ingeniería Electrónica - Universidad de Nariño
Germán D.. Obando Bravo - Estudiante Investigador - Ingeniería Electrónica - Universidad de Nariño

Industry:
Electromechanics/ Electrotechnics, University/Education, Research

Products:
PCI-GPIB, LabVIEW, GPIB, Instrument Connectivity

The Challenge:
Automatizar el proceso de medida de la magnetorresistencia en manganitas LSMO utilizando el método de las cuatro puntas y un electroimán según Weiss para generar un campo magnético de a cuerdo a las necesidades del usuario.

The Solution:
Implementar un software de control que permita controlar el campo magnético generado por el electroimán según Weiss regulando la corriente eléctrica que se suministra al equipo, utilizando LabVIEW y el puerto GPIB

Introducción
La magnetoelectrónica o electrónica del espín, ha suscitado en la actualidad un interés generalizado dentro de la comunidad científica a nivel mundial, entre otras cosas por sus múltiples aplicaciones tecnológicas.

Para introducir a la Universidad de Nariño, una de las instituciones más reconocidas en el sur de Colombia, dentro de la dinámica investigativa generada entorno a la magnetoelectrónica, es indispensable desarrollar un sistema que permita interactuar con campos magnéticos intensos (de alrededor de 1 Tesla) de manera controlada.

Además el sistema mencionado será implementado en forma tal que permita un manejo completamente amigable e intuitivo por parte de los investigadores que lo requieran.

Finalmente, aprovechando el sistema desarrollado se automatiza la medida de la magnetorresistencia, una característica que poseen ciertos materiales y que se encuentra dentro de la temática de la magnetoelectrónica.

Descripción de la Aplicación
Para la implementación del sistema se utilizó un electroimán según Weiss, que es un dispositivo capaz de generar un campo magnético uniforme cuya magnitud varía linealmente con respecto a la corriente con que se esté alimentando, dicha corriente es suministrada por una fuente de poder HP6675A la cual se controla mediante NI LabVIEW 6.1 a través de GPIB desde un computador equipado con la tarjeta NI PCI-GPIB.

En primer lugar es necesario realizar una caracterización experimental del electroimán utilizado, con el fin de determinar la constante de proporcionalidad que relaciona el campo magnético producido por este dispositivo con su corriente de alimentación, para tal fin se desarrolló en LabVIEW un instrumento virtual de medición de campo magnético, utilizando un sensor de efecto Hall y una DAQ de National Instruments. De ésta forma se obtuvieron las respectivas curvas de caracterización y se determinó la constante requerida.
Posteriormente se procede a diseñar el programa de control general del sistema, basado como se había mencionado, en LabVIEW 6.1. El objetivo central del programa desarrollado es coordinar la generación de campo magnético por parte del electroimán conforme a los requerimientos establecidos por el investigador (usuario final). Para lograrlo es necesario controlar la corriente suministrada al dispositivo por la fuente de poder HP6675A.

Como la fuente de poder utilizada permite su manejo remoto mediante GPIB, será necesario un programa que determine de acuerdo con la caracterización hecha, el valor de corriente correspondiente al campo magnético deseado, y que éste dato sea enviado hacia la fuente siguiendo la norma IEEE 488. Además es importante medir la corriente de salida de la fuente para garantizar que esta sea igual a la requerida y si no es así, el software deberá ser capaz de realizar los ajustes pertinentes al sistema, teniéndose de ésta forma un control en lazo cerrado.

Para atender a los requerimientos antes mencionados se utilizaron las funciones de instrumentos E/S GPIB que vienen incluidas en LabVIEW, así mismo se desarrollaron subVIs encargados de monitorear la salida de la fuente en intervalos de 1 segundo y determinar, de ser necesario, las correcciones apropiadas sin la intervención del usuario.

Otra parte importante dentro del programa es el sistema de alarmas y protección, que se encarga básicamente de verificar el correcto funcionamiento de los dispositivos. Este sistema es capaz de detectar si la fuente de poder está conectada y disponible, si la temperatura en el electroimán se encuentra dentro del rango dado por el fabricante para un funcionamiento seguro, si han ocurrido errores en la comunicación vía GPIB o si se ha presentado alguna anomalía eléctrica en el sistema durante la ejecución del programa tal como un cortocircuito o una pérdida de alimentación del electroimán. Las alarmas alertan oportunamente al usuario del programa y si se requiere activan la protección necesaria para los diferentes equipos involucrados.

La interfaz de usuario se diseñó a partir de los elementos con los que cuenta LabVIEW, tales como gráficas, medidores, botones y controles digitales, de tal forma que permita un manejo completo y fácil del sistema de generación de campo magnético. Esto incluye que el usuario puede desde el computador, establecer el campo magnético que requiere y el sistema sea capaz de generarlo y mantenerlo durante el tiempo necesario. Además por tratarse de un sistema desarrollado específicamente para la labor investigativa y considerando que ésta generalmente involucra evaluar el comportamiento de los objetos estudiados al someterlos a distintos valores de campo, se implementaron unas rutinas complementarias dentro del programa principal que se refieren a variaciones programables de campo magnético; de esta forma se consigue hacer más versátil la aplicación.

Finalmente y valiéndose del sistema desarrollado, se automatiza la medición de la magnetorresistencia (propiedad que tienen ciertos materiales de variar su resistencia eléctrica al ser sometidos a un campo magnético) basándose en la técnica de los cuatro puntos. La muestra de material estudiado se ubica en medio del electroimán y se determina su resistencia eléctrica haciendo fluir corriente por esta y midiendo la tensión producida por el flujo de corriente. Para integrar la inyección de corriente a la muestra de material y la medición de la tensión que se produce, se introducen en el sistema dos nuevos elementos: una fuente de poder Tektronix PS2520G y un multímetro FLUKE 45. Estos dispositivos se controlan mediante GPIB a través de subVIs que posteriormente son insertados dentro del sistema de generación de campo magnético antes descrito.

La automatización de la medida de la magnetorresistencia cuenta con su propia interfaz gráfica y permite al usuario efectuar caracterizaciones de materiales de manera eficiente y eficaz, facilitando la labor investigativa al reducir el tiempo que normalmente toma el realizar una medición de manera manual y considerando que una caracterización requiere de la obtención de al menos 100 datos. Además gracias a la utilización de funciones propias de LabVIEW, los resultados son almacenados convenientemente en archivos tipo texto y visualizados por medio de gráficas cuando el usuario así lo disponga.

La interfaz de usuario y una parte del diagrama de bloques de la aplicación desarrollada se muestran en las figuras 1 y 2 respectivamente. Así mismo en la figura 3 se presentan la totalidad de elementos que conforman el sistema implementado.

Conclusión
El sistema implementado ha presentado un óptimo rendimiento, arrojando medidas que se corroboran con la teoría existente acerca de la magnetorresistencia y presentando una interfaz de control amigable para el usuario. Actualmente se controlan tres equipos mediante el puerto GPIB, sin embargo la aplicación permite futuras modificación como la adición de nuevos equipos para realización de otras pruebas electromagnéticas cuando la labor investigativa así lo requiera.

Author Information:
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Luis Carlos Torres Nupán
Estudiante Investigador - Ingeniería Electrónica - Universidad de Nariño
CO
Tel: 7211996
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