JUICE/RPWI Search Coil Magnetometer (SCM) Point CNES JUICE LPP/CNES

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1 JUICE/RPWI Search Coil Magnetometer (SCM) Point CNES JUICE LPP/CNES
Laboratoire de Physique des Plasmas Ecole Polytechnique, France 23 & 24 Mars 2016

2 Programme 23 Mars : Presentation de l'état du projet et des développements techniques (généralités). Matériaux / Composants Mécanique 24 Mars : Electronique (ASIC) AP/QA Budget (Bridging phase et cout à achèvement)

3 Généralités Laboratoire de Physique des Plasmas

4 La Mission JUICE Mission de l’agence spatiale européenne (ESA).
Le LPP fournit l’instrument SCM du consortium RPWI SCM : Antenne permettant la caractérisation des composantes magnétiques des ondes dans la bande 0.1Hz – 20 kHz. Magnétomètre à induction (Fluxmètre) Pré-amplificateur faible bruit Support mécanique Objectif scientifique de SCM : Etude de la microphysique de l’électrodynamiques du système Jovien. Reconnexion magnétique Accélération et chauffage de particule Transfert d’energie dans un milieu non collisionnels (interactions ondes-particules) Emission aurorale

5 Le magnetometre à induction
Repose sur la loi de Lenz. Le capteur se compose d’un noyau ferromagnétique bobiné muni d’un blindage électrostatique. Permet la mesure des composantes magnetiques des ondes de 100mHz à plusieur kHz. Une contre-réaction de flux permet de s’affranchir de la résonance et d’avoir un gain constant sur 2-3 decades. THEMIS SCM

6 Noyau magnétique Nanocristallin VP800 remplace le Ferrite habituellement utilisé Faible perte de permeabilité (18%) à basse Temperature Testé [-190°C / +20°C] Necessité d’un test à haute temperature : 100°C

7 Electronique de conditionnement
Signaux analogiques amplifiés Plateforme ASIC Alimantation regulée 8.7m Pour atteindre la performance requise (4fT/sqrt(Hz)) le preampli doit etre integré au plus près du senseur (i.e dans le support mécanique). Mais les perturbations ressenties sur la ligne de regulation degrade la performance! Necessité d ‘integrer la regulation elle aussi au plus près du préamplificateur. Necessité de dimensioner une nouvelle version de l’ASIC OhmicMagicJUICEMAGIC

8 Caractéristiques techniques
Fréquences 0.1 Hz to 20 kHz NEMI 8 pT/√Hz (at 1 Hz) 0.6 pT/√Hz (at 10 Hz) 0.06 pT/√Hz (at 100 Hz) 7-8 fT/√Hz (at 1 kHz & 20 kHz) 4 fT/√Hz (at 4 kHz) Masse nominale < 685 g Consommation <250 mW Dimensions Longueur= 200mm, Diametre= 20mm Emplacement JMAG 8.7m Amplitude thermique -190°C / +90°C Interface electrique 3 analog signals + 1 CAL signal from LF Analyzer + power supply line

9 SCM : Emplacement de l’instrument

10 Ressources Humaines Laboratoire de Physique des Plasmas

11 Organisation de l’équipe 2014/2015
Project manager J. Schrives Lead Co-I T. Chust Co-I A. Retino P. Canu T.M Lead Sensor design M. Mansour Electronic GSE, Test D. Alison Lead ASIC design G. Sou ASIC design ingeneer A. Rhouni Lead mechanical design N. Geyskens Lead thermal design L. Bylander CNES LPP DT-INSU IRFU L2E TBD

12 Organisation de l’équipe 2016
Project manager C. Larigauderie AP/QA Lead Co-I A. Retino Co-I T. Chust P. Canu T.M Lead Sensor design M. Mansour Electronic GSE, Test D. Alison Lead ASIC design G. Sou ASIC design ingeneer (0.2 ETP) J-D Techer Lead mechanical design N. Geyskens Lead thermal design L.Bylander CNES LPP DT-INSU IRFU L2E TBD

13 Mécaniques Laboratoire de Physique des Plasmas

14 SCM : Interface mécanique
SCM sera monté sur le bras du fluxgate (JMAG) à une distance de 8,7m Les capteurs sont montés dans une structure realisé entierement en PEEK GF 30 qui garantit l’orthogonalité entre les capteurs et assure l’ interface mécanique avec le bras. La position angulaire de SCM doit être connue à mieux que 1° sur la gamme de température. Une étude préliminaire du manteau thermique a été menée (Lars Bylander-IRFU). Gamme de température estimée : -140°C (Environment de Jupiter) à +90°C (Venus Fly-by) Budget Masse Totale 685 g Optimisation de la masse du support mécanique : 338 g -> 152g

15 Electronique (ASIC) Laboratoire de Physique des Plasmas

16 ASIC ASIC V Fb V In V Out LFR V Cal V sat Objectif : Faible bruit :
4 10 Hz / 80 dB gain Faible consommation Pw< 300 mW Forte tenue aux radiations 300 krads TID Stable en temperature 77 k K Heritage: DeepMagIC , OhmicMagic Techno : Bulk CMOS 0.35µm. Consommation : 16 mW Radiations : 305 kRad Temperature : 77° K 10 Hz : 4nV/sqrt(Hz) ASIC V In LFR V Out V Cal V sat

17 ASIC ASIC V Fb G1 V In G2 V Out Vdd Vref Vbias LFR V Out V Cal VBg
AMPLIS G1 V In G2 V Out AC Coupling Buffer de Calibration REGUS Vdd Vref Vbias Régulation Vsat -> Vdd Régulation Vdd -> Vref Circuit de Polarisation LFR V Out V Cal VBg TEMP V sat Référence de tension V(T)=Cte

18 ASIC ASIC V Fb G1 V In G2 V Out Vdd Vref Vbias LFR V Out V Cal VBg
AMPLIS G1 V In G2 V Out AC Coupling Buffer de Calibration REGUS Vdd Vref Vbias Régulation Vsat -> Vdd Régulation Vdd -> Vref Circuit de Polarisation LFR V Out V Cal VBg TEMP V sat Référence de tension V(T)=Cte

19 Projet Laboratoire de Physique des Plasmas

20 Budget Fonctionnement 2016 Fonctionnement 2017
Sur reliquats BdC Bridging phase. Demande d’un CDD pour 6 mois : ,00 € Fonctionnement 2017 Sur convention à venir: Demande CDD 12 mois +Travaux cout à achèvement : ,00 €