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Search Coil

Le ’search-coil’ ou barre-fluxmètre est un magnétomètre de type inductif dédié à la mesure de champs magnétiques alternatifs dont l’intensité peut aller de quelques dizaines de femto teslas au tesla et ce dans une gamme de fréquence allant de quelques Hz au MHz. Dans le contexte scientifique spatial les ’search-coils’ sont utilisés pour mesurer des champs magnétiques de très faible intensité. Les mesures ainsi effectuées contribuent à la caractérisation des phénomènes physiques électromagnétiques observés dans les plasmas spatiaux autour de la Terre et dans le milieu interplanétaire.

PRINCIPE / REALISATION / PERFORMANCES

Le principe de base d’un ’search-coil’ repose sur la loi de Lenz : la variation du flux magnétique dans une bobine induit une force électromotrice proportionnelle à l’intensité du champ magnétique appliqué, ce qui se traduit par :

Un noyau ferromagnétique est inséré dans le bobinage pour accroître la sensibilité au champ magnétique. On a B(t)=μappB0(t) avec µapp la perméabilité apparente qui dépend de la nature et de la géométrie du noyau. La réponse en fréquence est déduite par :

Un bobinage secondaire de contre-réaction est ajouté pour supprimer la résonance de la bobine principale, stabiliser la réponse temporelle et s’affranchir des variations de perméabilité du noyau sans dégrader notablement la sensibilité.

La réponse en fréquence du capteur est donnée par :

HISTORIQUE / UTILISATION

La qualité des search-coils trois axes du LPC2E est reconnue internationalement. Ces dernières années, ils ont été embarqués sur les missions spatiales Interball, Cusp et DEMETER. Ils feront partie de la charge utile des missions TARANIS (2017), Solar Orbiter (2018) et Solar Probe+ (2018) en cours de préparation.

En couleur : courbe de sensibilité (nT/Hz1/2) en fonction de la fréquence pour les search-coils du LPC2E. En noir : les niveaux des principaux phénomènes observés dans les plasmas spatiaux du proche environnement terrestre.

EVOLUTION

Depuis une vingtaine d’années, les search-coils développés au LPC2E sont en continuelle évolution. Cette évolution concerne tant les performances que les dimensions, la masse, l’électronique de préamplification ou l’adaptation aux contraintes environnementales.

DEMETER (2004) : 730g
Câble+noix+antennes : 430g
Préamplificateur : 300g, 150 mW
L=180mm Ø=20mm
INTERBALL (1996) : 2100g
Câble+noix+antennes : 1360g
Préamplificateur : 740g, 140 mW
L=270mm Ø=20mm

SOLAR ORBITER (2018)
SOLAR PROBE PLUS (2018)
515g (VLF+MF)
Pied+antennes : 490g
Préamplificateur : 25g, 200 mW
Antennes L=100mm Ø=20mm
TARANIS (2018) : 415g (VLF+MF)
Pied+antennes : 390g
Préamplificateur : 25g, 270 mW
Antennes L=100mm Ø=20mm
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