Magnétomètres - Gradiomètres à capteurs supraconducteurs à haute température critique; Mise en oeuvre dans un cryogénérateur portable à tube pulsé - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2000

High Tc Superconducting Devices Magnetometer and Gradiometer, used in a hand portable Pulse-Tube Refrigerator

Magnétomètres - Gradiomètres à capteurs supraconducteurs à haute température critique; Mise en oeuvre dans un cryogénérateur portable à tube pulsé

Résumé

High Tc SQUIDs (Superconducting Quantum Interference Device) are high sensitivity directional magnetometers operating from dc to a few hundred kHz. Their sensitivity is high enough to perform fine bio-magnetism characterization in shielded rooms. The objective of the thesis was the fabrication of a hand portable magnetometer able to measure cardiac signal in unshielded environments. (\footnotesize The magnetic field of the heart was modellised by a variable magnetic dipole. We then demonstrated that the optimal magnetic field measurement is obtained when the magnetometer direction is perpendicular to the study plane. A sensitivity of $100\,\mathrm(fT)/\sqrt(\mathrm(Hz))$ in 100 Hz bandwidth is required for bio-magnetic characterization. However, this value cannot be achieved directly because of many magnetic disturbances. Distinguished by their various spatial evolution, these perturbations can be partly cancelled using a gradiometer, which acts as spatial filter. Such a system was worked out using 2 high sensitivity flux-gates, and associated with a Digital Signal Processor (DSP), it enabled the measurement of peak of the heart magnetic signal. It shows that reel time signal processing is very concvenient and useful way in our application and open environment. Experiments were carried out using a Pulse-Tube Cryocooler to cool a SQUID dc magnetometer. It appeared that this cryocooler produced excess noise in the useful bandwidth and is not well suited to magneto-cardiography. Liquid nitrogen cooled SQUID gradiometers were then used to measure the heart magnetic field in unshielded environments. In order to improve the magneto-cardiogram signal to noise ratio, the low frequency noise cancellation techniques have to be further introduced.
Les SQUID (Superconducting QUantum Interference Device), à haute température critique, permettent la réalisation de magnétomètres directionnels à haute sensibilité, pour des fréquences allant du continu à plusieurs centaines de kHz. Les seuils de détection atteints en chambre blindée autorisent la caractérisation fine du biomagnétisme, dont celui du muscle cardiaque. L'objectif de cette thèse était de réaliser un magnétomètre portable, opérant la détection des signaux cardiaques en milieu magnétiquement non-blindé. La modélisation du signal magnétique cardiaque par un moment magnétique variable permet de montrer qu'une mesure optimale de ce champ peut être réduite à celle de sa composante normale au plan d'étude. Nous montrons également qu'une résolution de $100\,\mathrm(fT)/\sqrt(\mathrm(Hz))$ dans une bande passante de 100 Hz est nécessaire à sa caractérisation. Cependant, de nombreuses sources magnétiques contrarient toutes mesures sans blindage. Ces sources parasites, que nous avons analysées, peuvent être discriminées par leur évolution spatiale. Un sytème gradiométrique permet alors d'extraire le signal magnétique cardiaque en réalisant un filtrage spatial. Un tel dispositif, mis en oeuvre avec deux flux-gates et associé à un processeur de signal numérique (DSP), permet la mise en évidence des pics magnétiques du signal cardiaque et montre l'utilité et la souplesse du traitement numérique en temps réel pour notre application, y compris en milieu ouvert. Un magnétomètre à SQUID dc refroidi par un système cryogénique portable, du type tube à gaz pulsé, s'est révélé inadapté à la magnéto-cardiographie, le bruit lié à ce cryogénérateur pertubant trop largement les mesures dans la bande passante utile. Plusieurs systèmes gradiométriques à SQUID, refroidis par azote liquide, ont été mis en oeuvre. Le signal magnétique cardiaque a été mesuré sans blindage. Des techniques de réductions du bruit à basse fréquence du capteur permettront une meilleure caractérisation du signal cardiaque.
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Dates et versions

tel-00011006 , version 1 (16-11-2005)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00011006 , version 1

Citer

Sébastien Saez. Magnétomètres - Gradiomètres à capteurs supraconducteurs à haute température critique; Mise en oeuvre dans un cryogénérateur portable à tube pulsé. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Université de Caen, 2000. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00011006⟩
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