선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 논문에서는 극 저주파인 0.1[Hz]부터 60[Hz]를 차폐시킬 수 있는 경량의 자기차폐실을 제작하고 차폐율을 측정하였다. 제작된 차폐실은 극 저주파수 대역인 0.
제안 방법
- 환기구 및 관측구 역할을 위한 공기구멍은 직경 150[mm]로 제작하였다. 150[mm]의 직경은 자기장의 유입과 유출량이 상당이 크므로 이를 차단하기 위해 직경 15[mm]의 균일한 벌집모양의 Ni-alloy를 가지고 이중으로 차단하였다. HGO는 3[%]의 Si이 함유된 방향성 재료를 사용하였는데, HGO는 방향에 따라 투자율의 차이가 크기 때문에 재료를 포개는 경우 상하층의 롤링방향이 서로 수직이 되도록 하였다.
- 3축 자기센서의 출력은 자체의 오프셋전압, 지구자기장의 직류성분 및 1,000[Hz]이상의 주위 잡음 자기장도 감지되어, 오프셋전압 및 순수한 직류성분은 500[μF]의 커패시터로 차단하고 1,000[Hz]이상의 교류잡음을 제거하여 자기장 발생장치에서에서 발생되는 0.1∼60[Hz]을 측정하였다.
- 따라서 1∼10[Hz]의 자기장을 차폐하기 위해 자성체를 사용하고, 10[Hz] 이상의 차폐 효과를 위해 알루미늄을 자성체에 부착하여 설계한다.
- 이를 위해서 차폐실 외부에 자기장 발생장치를 제작하여 주파수별로 차폐율을 측정하고 차폐실의 성능을 평가하였다. 또한 자성체 재질을 퍼멀로이 80[%] Ni 합금을 1[mm] 두께로 설계하고 외부 자기장의 유입을 차단하기 위하여 HGO(High Grain-Oriented) Si-Fe를 1[mm] 두께로 동시에 부착하도록 설계하여 경량의 차폐실을 제작하였다.
- 본 논문에서 설계할 자기차폐실의 크기는 병원의 MRI나 전자현미경과 같은 산업용정밀측정기기가 차폐실 내부로 들어갈 수 있도록 3.0[m](W)×3.0[m](L)×3.0[m](H)의 직육면체의 구조로 하였다.
- 본 논문에서는 저주파 자기장의 효과적인 차폐를 위해, 투자율이 높은 자성체에 의한 직류차폐와 교류차폐특성, 도전성물질의 와전류에 의한 차폐율을 조사하고, 0.1[Hz]에서 5배, 60[Hz]에서 100배 정도의 차폐를 이룰 수 있는 자기차폐실을 설계하고 제작하였다. 이를 위해서 차폐실 외부에 자기장 발생장치를 제작하여 주파수별로 차폐율을 측정하고 차폐실의 성능을 평가하였다.
- 차폐실의 골조는 두께가 20[mm]인 Ga-패널을 사용하고, 연결 쇠는 자성체 특성을 갖는 재료로서 3[mm] 이상의 두께로 제작하였다. 알루미늄 외벽은 3[mm]의 두께를 사용하였으며, 알루미늄 판 사이에 이음매는 접촉저항을 작게 하고, 오염물질을 방지하기 위하여 산화막을 제거한 후 전도성 그리스로 표면을 보호하였다. 환기구 및 관측구 역할을 위한 공기구멍은 직경 150[mm]로 제작하였다.
- 1[Hz]에서 5배, 60[Hz]에서 100배 정도의 차폐를 이룰 수 있는 자기차폐실을 설계하고 제작하였다. 이를 위해서 차폐실 외부에 자기장 발생장치를 제작하여 주파수별로 차폐율을 측정하고 차폐실의 성능을 평가하였다. 또한 자성체 재질을 퍼멀로이 80[%] Ni 합금을 1[mm] 두께로 설계하고 외부 자기장의 유입을 차단하기 위하여 HGO(High Grain-Oriented) Si-Fe를 1[mm] 두께로 동시에 부착하도록 설계하여 경량의 차폐실을 제작하였다.
- 자기차폐실의 제작은 자성체가 노출되는 자기장의 세기에 따라 보자력이 다른 재료를 사용하여 설계하였다. 차폐실의 외부는 보자력이 지자장의 세기와 유사한 HGO Si-Fe 재료를 사용하였고, 그 내부에 Ni 78[%] Alloy를 사용하였다.
- 제작된 차폐실의 차폐율 측정값은 자기장 발생장치의 설치 전과 후의 3방향의 자기장의 크기를 측정하여 벡터합의 절대 값의 크기를 구하였다. 제작된 차폐실의 측정치는 0.
- 표피깊이는 알루미늄의 전기전도도 σ = 3.6 × 107[S/m]을 이용하여 주파수에 따라 계산하였다.
- 제작된 자기차폐실의 차폐율을 조사하기 위해서는 자기장을 발생시키는 장치(Helmholtz coil)와 차폐 후 자기장 측정을 위해 자기센서가 필요하다[6]. 현재 수[m] 크기를 가지면서 다양한 주파수를 발생시키는 자기장 발생장치는 상용화 되어 있지 않아 제작하여 측정하였다. 자기장 발생장치의 중심에서의 자기장 B[μT] 값은 다음과 같이 계산된다.
대상 데이터
- 56[dB]가 된다. 본 논문에서는 PC계열의 78[%] Ni 합금을 1[mm] 두께로 설치하고 외부에 보자력이 지자장과 유사한 HGO(High Grain Oriented) Si-Fe를 1[mm] 두께로 동시에 부착하여 제작한다.
- 여기서 W[mm]과 L[mm]는 각각 헬름홀츠 코일의 치수이고, D[mm]는 코일간 거리이며 N은 한쪽 코일의 권선수이고, I[A]는 전류이다. 본 측정에서는 코일의 권선수가 20회인 헬름홀츠 코일을 제작하였다. 자기장 발생을 위해 W와 L, 코일 간 치수 D는 2,000으로 하였고, 전류는 1[A]로 하여 설계한 자기장의 세기는 9.
- 따라서 1∼10[Hz]의 자기장을 차폐하기 위해 자성체를 사용하고, 10[Hz] 이상의 차폐 효과를 위해 알루미늄을 자성체에 부착하여 설계한다. 알루미늄은 최소한 두께 1[cm] 이상을 사용하여야 하지만, 차폐실의 제작 용이성 및 경량화를 우선하여 두께 3[mm]로 사용하였다. 3[mm]의 알루미늄으로 차폐율을 계산하면 0.
- 자기센서는 백색잡음이 10[pT]인 fluxgate 자력계(Bartington, Mag-03MS)를 사용하였다. 3축 자기센서의 출력은 자체의 오프셋전압, 지구자기장의 직류성분 및 1,000[Hz]이상의 주위 잡음 자기장도 감지되어, 오프셋전압 및 순수한 직류성분은 500[μF]의 커패시터로 차단하고 1,000[Hz]이상의 교류잡음을 제거하여 자기장 발생장치에서에서 발생되는 0.
- 차폐실의 골조는 두께가 20[mm]인 Ga-패널을 사용하고, 연결 쇠는 자성체 특성을 갖는 재료로서 3[mm] 이상의 두께로 제작하였다. 알루미늄 외벽은 3[mm]의 두께를 사용하였으며, 알루미늄 판 사이에 이음매는 접촉저항을 작게 하고, 오염물질을 방지하기 위하여 산화막을 제거한 후 전도성 그리스로 표면을 보호하였다.
- 자기차폐실의 제작은 자성체가 노출되는 자기장의 세기에 따라 보자력이 다른 재료를 사용하여 설계하였다. 차폐실의 외부는 보자력이 지자장의 세기와 유사한 HGO Si-Fe 재료를 사용하였고, 그 내부에 Ni 78[%] Alloy를 사용하였다. 니켈 합금은 금속 재료 중에서도 기계 가공성이 우수하면서도 최대의 투자율을 갖고 있으며, 자력선 차폐에 우수한 효과를 갖고 있다.
- 알루미늄 외벽은 3[mm]의 두께를 사용하였으며, 알루미늄 판 사이에 이음매는 접촉저항을 작게 하고, 오염물질을 방지하기 위하여 산화막을 제거한 후 전도성 그리스로 표면을 보호하였다. 환기구 및 관측구 역할을 위한 공기구멍은 직경 150[mm]로 제작하였다. 150[mm]의 직경은 자기장의 유입과 유출량이 상당이 크므로 이를 차단하기 위해 직경 15[mm]의 균일한 벌집모양의 Ni-alloy를 가지고 이중으로 차단하였다.
성능/효과
- 주된 자기잡음은 첫째, 약 50[μT] 크기의 지자장이며 이는 건물 주위의 자성체가 지자장의 공간적 분포를 변형시켜 불균일한 자기장을 생성시키며, 건물 또는 장비가 지자장 하에서 진동을 하게 되면 교류자기 잡음이 발생된다. 둘째, 대부분의 건물 또는 그 주변에 존재하는 송배전선, 공조시스템, 모터, 엘리베이터, 자동차, 전차, 건물의 진동 등에 의한 교류자기 잡음이 발생한다. 특히 최근에는 대전력기기와 60[Hz]의 고압전력선으로부터 발생되는 교류자기장이 강력한 자기잡음의 원인이 되고 있다.
- 1[Hz]부터 60[Hz]를 차폐시킬 수 있는 경량의 자기차폐실을 제작하고 차폐율을 측정하였다. 제작된 차폐실은 극 저주파수 대역인 0.1[Hz] 이하의 자기장에 대한 차폐율이 약 5배로 나타났고, 60[Hz]에서 77배 이상의 차폐율이 측정되어 극 저주파 자기장에 대한 차폐를 구현할 수 있었으며 6[Hz]이하를 제외하고는 계산치보다 향상된 차폐목적을 달성할 수 있었다. 이는 3[mm]의 알루미늄에 의한 차폐효과가 계산치보다 우수한 성능을 발휘하였고 자성체에 부착한 HGO를 계산에서 고려하지 않은 원인도 있다고 판단된다.
후속연구
- 설계된 자기차폐실은 경량의 자성체와 알루미늄을 사용하여 차폐실의 단가와 제작기간을 줄일 수 있고, 설치 또한 단시간에 이루어질 수 있을 것으로 판단되며, 측정결과를 보면 MRI 차폐실과 같은 의료분야와 전자현미경 또는 전자선 리소그래피와 같은 정밀 산업측정분야에서도 활용될 수 있을 것이라 생각한다.
- 53[cm]의 알루미늄 판을 3[mm]를 사용한 것에 원인이 있다. 즉 차폐실의 외벽을 구성하는 알루미늄의 두께를 표피깊이로 계산한 값으로 사용하였다면 차폐율의 개선효과를 가져올 수 있을 것이다. 6[Hz]부터 전원주파수인 60[Hz]의 경우에는 계산값보다 7∼12[dB] 정도 개선된 21∼38[dB]로 나타났다.
- 53[cm]의 알루미늄 판을 3[mm]를 사용한 것에 원인이 있다. 즉 차폐실의 외벽을 구성하는 알루미늄의 두께를 표피깊이로 계산한 값으로 사용하였다면 차폐율의 개선효과를 가져올 수 있을 것이다. 6[Hz]부터 전원주파수인 60[Hz]의 경우에는 계산값보다 7∼12[dB] 정도 개선된 21∼38[dB]로 나타났다.
- 향후 차폐율이 더 우수한 차폐특성을 가지는 차폐율의 설계를 위해서는 차폐살의 외벽에 자성체를 다단으로 접합시키고, 표피효과를 고려한 도체의 적절한 선택 및 각 재료의 이음매 부분의 정밀제작 등이 필요할 것이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.