[논문]인공위성의 자세제어용 3-축 Flux-gate 마그네토미터 제작

손대락

doi:10.4283/jkms.2006.16.3.182

초록
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본 연구에서는 인공위성의 자세제어용으로 사용될 3-축 flux-gate 마그네토 미터를 개발 제작하였다. 제작된 3-축의 flux-gate 마그네토 미터는 소비전력이 1W 미만에서 정확도는 ${\pm}1%$ 이내였으며 noise는 1Hz에서 $0.2nT/\sqrt{Hz}$이였다. 또한 제작된 마그네토미터를 인공위성에 적용하기 위한 환경시험을 수행하였다. 환경시험으로 가속도시험은 진동주파수의 범위가 $10Hz{\sim}1000Hz$에서 15g(g : 지구의 중력가속도)의 가속도에서 수행하였고, themal cycle 시험은 $1x10^{-6}$ Torr의 진공에서 $-55^{\circ}C{\sim}80^{\circ}C$의 온도 사이에서 24시간 동안 4회의 thermal cycle 시험을 한 결과 모두 정상 작동 되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this work, we have constructed 3-axis flux-gate magnetometer for the attitude control of satellite. The constructed magnetometer shows uncertainty of ${\pm}1%$, noise level of $0.2nT/\sqrt{Hz}$ at 1 Hz under 1W power consumption. Environment test for satellite component, acc...

In this work, we have constructed 3-axis flux-gate magnetometer for the attitude control of satellite. The constructed magnetometer shows uncertainty of ${\pm}1%$, noise level of $0.2nT/\sqrt{Hz}$ at 1 Hz under 1W power consumption. Environment test for satellite component, acceleration test and thermal cycle test were carried out. For the acceleration test, magnetometer was vibrated frequency ranging from 10 Hz to 1 kHz at 15 g (g : gravitational acceleration at earth), and for thermal cycle test, 4 times of thermal cycle were carried out temperature ranging from $-55^{\circ}C\;to\;+80^{\circ}C$ under vacuum of $1x10^{-6}Torr$.

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문제 정의

본 연구에서는 국내 과학위성 등의 자세 제어용으로 사용하기 위한 3축의 flux-gate 마그네토미터를 개발하고 인공위성에 적용하기 위한 환경시험에 따른 마그네토미터의 특성 변화에 대하여도 측정을 하였다.

제안 방법

센서의 신호처리는 자화주파수 网 CMOS 스위치 작동을 위한 孕의 신호의 발생은 micro-controller Atmel AT89C₄₀51을사용하여 주파수가 10 kHz와 20 kHz인 사각형파를 발생시켰으며 CMOS S/W는 Analog device의 ADG333A를 사용한 후 저주파대역 필터 (low pass filter)를 사용하였고 아날로그 신호의 디지털 변환은 24 bit ADC인 ADS 1253을 사용하였으며 A*] DC 조절을 위하여 micro-controller Atmele AT89C₄₀51 을 사용하여 데이터의 수집, 측정 데이 터의 평균 값 계산 및 RS 422 데이터 통신을 할 수 있는 프로그램을 assemblere 작성하여 micro-controller의 메모리에 기록을 하였다.
열처리를 한 시편은 직경이 13 mm인 epoxy로 만든 보빈에 비정질 리본을 6회 권선을 취한 후 직경이 0.5 mm인 에나멜 동선을 160회 권선하였다. 피 측정 자기장 측정을 위한 탐지 코일의 권선은 직경이 0.
제작된 flux-gate 마그네토미터의 선형도 특성을 조사하기 위하여 비자성 실험실에서 지구 자기장을 직경이 im인 3축 Helmholtz 코일을 사용하여 보상한 후 피 측정 자기장을 인가하면서 센서의 출력을 측정하였다. Fig.
5 V 이고 소비전력은 1 W 미만이였다. 제작된 마그네토 미터를 인공위성에 적용하기 위한 환경시험을 수행하였다. 환경시험으로 가속도시험은 진동주파수의 범위가 10 Hz~1000 Hz 에서 15g(g : 지구의 중력가속도)의 가속도에서 수행하였고, thermal cycle 시험은 IX1(厂6 Torr 의 진공에서 -55℃~ 80。(2의 온도 사이에서 24시간 동안 4회의 thermal cycle 시험을 한결과 모두 정상 작동되었다.
5 mm인 에나멜 동선을 160회 권선하였다. 피 측정 자기장 측정을 위한 탐지 코일의 권선은 직경이 0.1 mm인 에나멜 동선을 400회 직각으로 권선하여 2축 방향의 자기장을 측정할 수 있게 하였다. 권선이 된 센서 코어는 5X 1(厂3 Ton.

대상 데이터

본 연구에서는 인공위성의 자세제어용 3축 flux-gate 마그네토 미터를 제작하였으며, 마그네토미터의 구동 전압은 士 5 V 이고 소비전력은 1 W 미만이였다. 제작된 마그네토 미터를 인공위성에 적용하기 위한 환경시험을 수행하였다.

이론/모형

본 연구에서는 ring 코어 형 flux-gate 센서를 사용하였다. 그 원리는 Fig.

참고문헌 (4)

Von Hans Aschenbrenner and Georg Goubau, Hochfrequenztechnik und Elektroakustik, 176 (1936)
M. H. Acuna and C. J. Pellerin, IEEE Trans on Geo. Elect., 7(4), 252 (1969)

상세보기
F. Primdahl, J. of Physics E Sci. Instrum., 12, 241 (1979)

상세보기
손대락, 자기감시부 성능 최적화 기법 연구, 국방과학연구소 NSDC-409-020472 (2002)

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