Czasopismo | PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY | Rocznik 2024 - zeszyt 10

Improved accuracy of FEM fluxgate models based on adaptive meshing

Poprawiona dokładność modeli FEM fluxgate opartych na adaptacyjnym siatkowaniu

10.15199/48.2024.10.27

nr katalogowy: 150753
10.15199/48.2024.10.27

Streszczenie

FEM modelling tools enable testing the sensors’ properties under different conditions before they are actually produced. The paper proposed a method of adaptive meshing, which is adjusted to the specific case of fluxgate magnetic field sensors. In this algorithm, the mesh is densified in such a way that skin effect, caused by eddy currents present in those sensors, can be accurately modelled with the use of FEM tools. The paper presents an example of implementation for the fluxgate sensor of Vacquier configuration

Abstract

Narzędzia do modelowania MES umożliwiają testowanie właściwości czujników w różnych warunkach zanim zostaną one wyprodukowane. W artykule zaproponowano metodę adaptacyjnego tworzenia siatki, która jest dostosowana do konkretnego przypadku transduktorowych czujników pola magnetycznego. W tym algorytmie siatka jest zagęszczana w taki sposób, by można było dokładnie zamodelować w narzędziach MES efekt naskórkowości, powstały pod wpływem prądów wirowych występujących w tych czujnikach. W artykule przedstawiono przykład implementacji dla czujnika transduktorowego w układzie Vacquier’a.

Słowa kluczowe

Keywords

Bibliografia

[1] Liu Q., Roberts A. P., Larrasoaña J. C., Banerjee S. K., Guyodo Y., Tauxe L., Oldfield F., Environmental magnetism: Principles and applications, Reviews of Geophysics, Vol. 50, Issue 4, 2012, RG4002. DOI: 10.1029/2012RG000393
[2] Thompson R., Bloemendal J., Dearing J. A., Oldfield F., Rummery T. A., Stober J. C., Turner G. M., Environmental Applications of Magnetic Measurements, Science, Vol. 207, No. 4430, 1980, pp. 481-486. DOI: 10.1126/science.207.4430.481
[3] Dunlop D. J., Özdemir, Ö., Rock Magnetism: Fundamentals and Frontiers, Cambridge University Press, 1997, DOI: 10.1017/CBO9780511612794
[4] Brock A., Magnetic Dating Methods in Prehistory, The South African Archeological Bulletin, Vol. 32, No. 125, 1977, pp. 5-13. DOI: 10.2307/3887842
[5] Hu B., Yu R., Zou H., Magnetic non-destructive testing method for thin-plate aluminium alloys, NDT & E International, Vol. 47, 2012, pp. 66-69. DOI: 10.1016/j.ndteint.2011.12.007
[6] Cardelli E., Faba A., Marsili R., Rossi G., Tomassini R., Magnetic nondestructive testing of robot blade tips, Journal of Applied Physics, Vol. 117, No. 17, 2015, pp. 17A705. DOI: 10.1063/1.4907180
[7] Jannet, G., Dudok de Wit, T., Krasnoselskikh, V., Kretzschmar, M., Fergeau, P., Bergerard-Timofeeva, M., et al., Measurement of magnetic field fluctuations in the Parker Solar Probe and Solar Orbiter missions, Journal of Geophysical Research: Space Physics, Vol. 126, No. 2, 2021, pp. e2020JA028543. DOI: 10.1029/2020JA028543
[8] Gazda P., Szewczyk R., Novel Giant Magnetoimpedance Magnetic Field Sensor, Sensors, Vol. 20, No. 3, 2020. DOI: 0.3390/s20030691
[9] Morten B., De Cicco G., Prudenziati M., Masoero A., Mihai G., Magnetoresistive thick film sensor for linear displacements, Sensors and Actuators A: Physical, Vol. 46, No. 1, 1995, pp. 261-265. DOI: 10.1016/0924-4247(94)00902-T
[10] Ripka P., Review of fluxgate sensors, Sensors and Actuators A: Physical, Vol. 33, Issue 3, 1992, pp. 129-141. DOI: 10.1016/0924-4247(92)80159-Z
[11] Kaluza, F., Grüger, A., Grüger, H., New and future applications of fluxgate sensors, Sens. Actuators A Phys., Vol. 106, 2003, pp. 48–51. DOI: 10.1016/S0924-4247(03)00131-6
[12] Primdahl F., The fluxgate magnetometer, J. Phys. E Sci. Instrum, Vol. 12, 1979, pp. 241-253. DOI: 10.1088/0022- 3735/12/4/001
[13] Baschirotto, A., Dallago, E., Malcovati, P., Marchesi, M., Venchi, G. Precise vector-2D magnetic field sensor system for electronic compass. SENSORS, 2004 IEEE, Vienna, Austria, 24–27 October 2004, Vol. 2, pp. 1028–1031. DOI: 10.1109/ICSENS.2004.1426349
[14] Tomek, J., Platil, A., Ripka, P., Kašpar, P., Application of fluxgate gradiometer in magnetopneumography. Sens. Actuators A Phys., Vol. 132, 2006, pp. 214–217. DOI: 10.1016/j.sna.2006.02.033
[15] Neosha N., Roshanghias A., Lenzhofer M., and Ortner M., Analysis of Single- and Double Core Planar Fluxgate Structures, Proceedings, Vol. 2, No. 13, 2018, pp. 831. DOI: 10.3390/proceedings2130831
[16] Primdahl, F., Brauer, P., Merayo, J.M.G., Nielsen, O.V., The fluxgate ring-core internal field, Meas. Sci. Technol., Vol. 13, No. 8, 2002, pp. 1248. DOI: 10.1088/0957-0233/13/8/312
[17] Gaffney, C., Gaffney, V., Cuttler, R., Yorston, R., Initial results using GPS navigation with the Foerster magnetometer system at the World Heritage site of Cyrene, Libya. Archaeol. Prospect., Vol. 15, 2008, pp. 151-156. DOI: 10.1002/arp.330
[18] Gavazzi B., Le Maire P., de Lepinay J. M., Calou P., Munschy M., Fluxgate three-component magnetometers for costeffective ground UAv and airborne magnetic surveys for industrial and academic geoscience applications and comparison with current industrial standards through case studies, Geomechanics for Energy and the Environment, Vol. 20, 2019, pp. 100117. DOI: 10.1016/j.gete.2019.03.002
[19] Ripka P., Advances in fluxgate sensors, Sensors and Actuators A, Vol. 106, 2003, pp. 8-14. DOI: 10.1016/S0924- 4247(03)00094-3
[20] Ripka P., Janosek M., Butta M., Billingsley S. W., Wakefield E., Crossfield effect in magnetic sensors, Sensors, 2009 IEEE, pp. 1860-1963. DOI: 10.1109/ICSENS.2009.5398405
[21] Mandava S., and Ramachandrula S., Yarramareddy A., Effect of Thermal Treatment of a Ferro Magnetic Core on Induced EMF, Procedia Materials Science, Vol. 6, 2014, pp. 436-443. DOI: 10.1016/j.mspro.2014.07.056
[22] Birss R.R., Faunce C.A., Isaac E.D., Magnetomechanical effects in iron and iron-carbon alloys, Journal of Physics D: Applied Physics, Vol. 4, No. 7, 1971, pp. 1040-1048. DOI: 10.1088/0022-3727/4/7/322
[23] Kriezis E.E., Tsiboukis T.D., Panas S.M., Tegopoulos, J.A., Eddy currents: theory and applications, Proceedings of the IEEE, Vol. 80, No. 10, 1992, pp. 1559-1589. DOI: 10.1109/5.168666
[24] Pisarciuc C., Dan I., Cioară, R., The Influence of Mesh Density on the Results Obtained by Finite Element Analysis of Complex Bodies, Materials, Vol. 16, No. 7, 2023, pp. 2555. DOI: 10.3390/ma16072555
[25] Lindgren L. E., 7 - Numerical methods and modelling for efficient simulations, Computational Welding Mechanics, Woodhead Publishing, 2007, pp. 80-98. DOI: 10.1533/9781845693558.80
[26] Netgen/NGSolve: https://ngsolve.org/ (accessed May 30, 2023)
[27] Ansys Blog: How to Accelerate Ansys Fluent Simulations with Adaptive Meshing: https://www.ansys.com/blog/how-toaccelerate- ansys-fluent-simulations-with-adaptive-meshing (accessed May 30, 2023)
[28] Cheng SW., Poon SH., Three-Dimensional Delaunay Mesh Generation, Discrete Comput. Geom., Vol. 36, Issue 3, 2006, pp. 419-456. DOI: 10.1007/s00454-006-1252-5
[29] Aurenhammer F., Voronoi Diagrams – a Survey of a Fundamental Geometric Data Structure, ACM Comput. Surv., Vol. 23, No. 3, 1991, pp. 345-405. DOI: 10.1145/116873.116880
[30] Temme N. M., Special Functions: An Introduction to the Classical Functions of Mathematical Physics, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1996
[31] Ostaszewska-Liżewska A., Kopala D., Szewczyk R., Improved Control of Mesh Density in Adaptive Tetrahedral Meshes for Finite Element Modeling, Pomiary Automatyka Robotyka, Vol. 26, No. 2, 2022, pp. 23-28. DOI: 10.14313/PAR_244/23
[32] GNU Octave: https://octave.org (accessed May 30, 2023)

Jeśli masz wykupiony/przyznany dostęp - zaloguj się. Skorzystaj z naszych propozycji zakupu!

Publikacja


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-publikacja (pdf) z zeszytu 2024-10 , nr katalogowy 150753 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	10.00 zł

Zeszyt


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-zeszyt (pdf) 2024-10 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	85.00 zł

Prenumerata

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

762.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS (Prenumerata papierowa + dostęp do portalu sigma-not.pl + e-prenumerata)	1002.00 zł brutto 927.78 zł netto 74.22 zł VAT (stawka VAT 8%)

1002.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna	960.00 zł brutto 888.89 zł netto 71.11 zł VAT (stawka VAT 8%)
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - pakowanie i wysyłka	42.00 zł brutto 34.15 zł netto 7.85 zł VAT (stawka VAT 23%)

1002.00 zł

Zeszyt

2024-10

Twój Koszyk

Publikacja

Zeszyt

Prenumerata

Zeszyt

Czasopisma