[논문]NiZn 페라이트코어를 이용하여 제작한 직교형 플럭스게이트 센서의 출력에 미치는 바이어스전류의 영향

신광호

doi:10.4283/jkms.2013.23.3.094

초록
AI-Helper

본 연구에서는 원통형 페라이트 코어와 페라이트코어를 관통하는 구리선, 그리고 검출 코일을 이용하여서 직교형 플럭스게이트 센서를 제작하고, 직류 바이어스 전류가 출력 감도에 미치는 영향에 대해서 조사하였다. 제작한 직교형 플럭스게이트 센서의 출력 및 감도는 구동주파수에 의존하였으며, 이는 검출코일 임피던스의 주파수특성이 나타내는 경향과 유사하였다. 직류 바이어스 전류가 교류 구동전류의 크기에 비해서 대략 50% 이상일 때 출력감도가 최대가 되었으며, 그 보다 큰 직류 바이어스 전류에 의해서는 출력감도가 포화되는 경향을 나타내었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Orthogonal fluxgate sensor was fabricated with cylinder-shaped NiZn ferrite core, Cu wire through the core and pickup coil wound on the core, and the bias current effect on the output sensitivity of it was investigated. The output ($$\sim_\sim$$ sensitivity) of the sensor was largely depe...

Orthogonal fluxgate sensor was fabricated with cylinder-shaped NiZn ferrite core, Cu wire through the core and pickup coil wound on the core, and the bias current effect on the output sensitivity of it was investigated. The output ($$\sim_\sim$$ sensitivity) of the sensor was largely dependent on the operation frequency, and the tendency of sensor output was similar to that of the impedance of pickup coil. The maximum output was obtained by adding the DC bias current of which value was over 50% of the excitation current. The output was saturated when the DC bias current was larger than 50% of the excitation current.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

NiZn 페라이트 코어를 이용하여 제작한 직교형 플럭스게이트 센서의 출력에 미치는 직류 바이어스전류의 효과에 대해서 조사한 결과 다음의 결과를 얻었다.
본 연구에서는 크기가 작으면서도 감도가 우수한 직교형 플럭스게이트 센서를 개발하는 것을 목적으로 하여, NiZn 페라이트 코어를 이용하여서 센서소자를 제작하고, 그 특성에 대해서 조사하였다. 특히, 본 논문에서는 제작한 직교형 플럭스게이트 센서의 감도를 높이기 위해서, 바이어스 전류가 감도에 미치는 영향에 대하여 검토하였다.
직류 바이어스 전류가 교류 구동전류의 크기에 비해서 대략 50 % 이상일 때 출력감도가 최대가 되었으며, 그보다 큰 직류 바이어스 전류에 의해서는 출력감도가 포화되어서 큰 변화를 나타내지 않았다. 이 결과에 의해서 직교형 플럭스게이트의 출력감도를 높이기 위한 직류 바이어스의 설정 방법을 제시할 수 있었다.
본 연구에서는 크기가 작으면서도 감도가 우수한 직교형 플럭스게이트 센서를 개발하는 것을 목적으로 하여, NiZn 페라이트 코어를 이용하여서 센서소자를 제작하고, 그 특성에 대해서 조사하였다. 특히, 본 논문에서는 제작한 직교형 플럭스게이트 센서의 감도를 높이기 위해서, 바이어스 전류가 감도에 미치는 영향에 대하여 검토하였다.

제안 방법

Fig. 1(a)에서 표현하고 있는 것과 같이, 센서구동을 위한 교류전류와 직류바이어스 전류를 인가하기 위하여 페라이트코어의 내부로 직경 0.8 mm의 구리선을 관통시켜서 설치하였다. 또한 직경이 50 µm인 절연이 된 구리선을 1200회 감아서 만든 검출코일을 보빈레스 권선기로 제작하여 설치하였다.
또한 직경이 50 µm인 절연이 된 구리선을 1200회 감아서 만든 검출코일을 보빈레스 권선기로 제작하여 설치하였다.
입력과 출력신호는 SMA(Sub-Miniature version A) 커넥터를 이용하여서 외부로 연결될 수 있도록 하였다. 센서의 구동주파수는 160~320 kHz 사이에서 변화시키면서 감도의 변화를 관찰하였다. 페라이트 코어를 여자하기 위한 교류 전류는 파고치(peak value)로 0.
1(b)는 측정 장치를 설명하기 위한 개략도를 나타낸다. 입력과 출력신호는 SMA(Sub-Miniature version A) 커넥터를 이용하여서 외부로 연결될 수 있도록 하였다. 센서의 구동주파수는 160~320 kHz 사이에서 변화시키면서 감도의 변화를 관찰하였다.
4 mm였다. 제작한 센서 소자는 신호의 입출이 용이하도록 하기 위해서 PCB상에 실장하였으며, 입력과 출력의 그라운드는 서로 분리되도록 하였다. Fig.

대상 데이터

1은 본 연구에서 제작한 직교형 플럭스게이트 센서의 개략도를 나타낸 것이다. 센서를 구성하기 위해서 사용한 자성코어는 TDK사의 NiZn 페라이트[11]이며, 내경과 외경이 각각 0.8 mm, 1.6 mm, 그리고 길이가 5 mm인 원통형구조를 가지고 있다. 센서 제작을 위해서 사용된 NiZn 페라이트의 상대 초기투자율은 1500이었다.
또한 직경이 50 µm인 절연이 된 구리선을 1200회 감아서 만든 검출코일을 보빈레스 권선기로 제작하여 설치하였다. 솔레노이드 형상을 가진 검출 코일의 길이는 3.4 mm였으며, 내경과 외경은 각각 2.5 mm와 3.4 mm였다. 제작한 센서 소자는 신호의 입출이 용이하도록 하기 위해서 PCB상에 실장하였으며, 입력과 출력의 그라운드는 서로 분리되도록 하였다.
입력과 출력신호는 각각 고주파 증폭기와 디지털 오실로스코프에 연결하였다. 제작한 센서에 외부자계를 인가하기 위해서 내경 15 cm, 외경 25 cm의 두개의 원형 코일을 이용하였고, 두 개의 원형 코일을 구성하는 두 코일의 외측면 간격은 15 cm였다. 코일의 형상을 이용한 FEM 해석 결과에 의해서 발생자계는 두 코일의 중심에서 코일축상으로 ± 25 mm의 영역에서 2 % 이내의 균일도를 나타내는 것을 확인하였다.

성능/효과

Fig. 3에서 나타낸 결과에서 알 수 있듯이, 출력전압의 차이 ∆V는 직류 바이어스전류의 크기에 상관없이 240 kHz에서 최대값을 나타내었으며, 이 때의 감도를 분석해 보면 직류 바이어스전류가 0.1, 0.5, 1 A일 때, 각각 90.1, 128.1, 129.6 mV/Oe였다. 감도와 비례한다고 할 수 있는 ∆V는 구동주파수에 크게 의존하는 것을 알 수 있다.
센서의 출력 및 감도는 구동주파수에 크게 의존하는 경향을 나타내었다. 또한 센서의 출력은 검출코일 임피던스의 주파수특성과 유사한 경향을 나타내었으며, 이를 통해서, 센서의 검출코일 임피던스를 분석함으로써 구동주파수를 설정할 수 있음을 알 수 있었다.
2는 본 연구에서 제작한 센서의 검출코일 임피던스를 100~400 kHz의 주파수대역에서 측정한 결과를 나타낸 것이다. 주파수의 증가에 따라 임피던스가 증가하다가 220 kHz에서 최대치를 나타내고 보다 높은 주파수에서는 감소하는 경향을 나타내었다.
센서의 출력은 직류 바이어스의 크기에 의존하는 경향을 나타내었다. 직류 바이어스 전류가 교류 구동전류의 크기에 비해서 대략 50 % 이상일 때 출력감도가 최대가 되었으며, 그보다 큰 직류 바이어스 전류에 의해서는 출력감도가 포화되어서 큰 변화를 나타내지 않았다. 이 결과에 의해서 직교형 플럭스게이트의 출력감도를 높이기 위한 직류 바이어스의 설정 방법을 제시할 수 있었다.
직류 바이어스가 0.1 A에서 0.5 A로 증가함에 따라서는 출력전압은, 구동주파수가 240 kHz일 때, 90.1 mV에서 128.1 mV로 증가하여 약 42 %의 증가율을 나타내었으나, 직류 바이어스전류가 0.5 A에서 1 A로 증가함에 따라서는 128.1 mV 에서 129.6 mV로 약 1.2 %의 증가율을 나타내었다. 이것은 직류 바이어스전류에 의해서 센서의 감도가 증가한다는 것과 동시에, 직류 바이어스전류의 크기가 일정 이상일 때에는 그 효과가 포화될 수 있다는 것을 의미하는 것이다.
코일의 형상을 이용한 FEM 해석 결과에 의해서 발생자계는 두 코일의 중심에서 코일축상으로 ± 25 mm의 영역에서 2 % 이내의 균일도를 나타내는 것을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	NiZn 페라이트 코어를 이용하여 제작한 직교형 플럭스게이트 센서의 출력에 미치는 직류 바이어스전류의 효과에 대한 결과는?	센서의 출력 및 감도는 구동주파수에 크게 의존하는 경향을 나타내었다. 또한 센서의 출력은 검출코일 임피던스의 주파수특성과 유사한 경향을 나타내었으며, 이를 통해서, 센서의 검출코일 임피던스를 분석함으로써 구동주파수를 설정할 수 있음을 알 수 있었다. 센서의 출력은 직류 바이어스의 크기에 의존하는 경향을 나타내었다. 직류 바이어스 전류가 교류 구동전류의 크기에 비해서 대략 50 % 이상일 때 출력감도가 최대가 되었으며, 그보다 큰 직류 바이어스 전류에 의해서는 출력감도가 포화되어서 큰 변화를 나타내지 않았다. 이 결과에 의해서 직교형 플럭스게이트의 출력감도를 높이기 위한 직류 바이어스의 설정 방법을 제시할 수 있었다.
	직교형 플럭스게이트(orthogonal fluxgate) 센서의 특징은?	직교형 플럭스게이트(orthogonal fluxgate) 센서는 기존의 플럭스게이트센서가 가지는 고감도특성을 나타냄과 동시에 단순한 구조로 소형화가 가능하다는 장점이 있기 때문에 최근 고감도 자기센서분야에서 주목을 받고 있다[1-7]. 평행형 플럭스게이트 센서는 여자 자계(excitation magnetic field)와 측정하고자 하는 외부 자계가 평행한 방향을 가지는 반면, 직교형 플럭스게이트센서는 여자 자계와 측정하고자 하는 외부 자계가 서로 직교하는 방향을 가지고 있다.
	평행형 플럭스게이트 센서의 특징은?	직교형 플럭스게이트(orthogonal fluxgate) 센서는 기존의 플럭스게이트센서가 가지는 고감도특성을 나타냄과 동시에 단순한 구조로 소형화가 가능하다는 장점이 있기 때문에 최근 고감도 자기센서분야에서 주목을 받고 있다[1-7]. 평행형 플럭스게이트 센서는 여자 자계(excitation magnetic field)와 측정하고자 하는 외부 자계가 평행한 방향을 가지는 반면, 직교형 플럭스게이트센서는 여자 자계와 측정하고자 하는 외부 자계가 서로 직교하는 방향을 가지고 있다. 오랫동안 주로 사용되어 왔던 평행형 플럭스게이트 센서를 구동하기 위해서 외부 자계에 대한 제2고조파 출력을 검출하는 방식이 사용되어 왔는데, 동기검파 방식을 이용하여 매우 정밀한 자계의 검출이 가능하게 되었다[8, 9].

참고문헌 (11)

F. Primdahl, IEEE Trans. Magn. 6, 276 (1970).
X. P. Li, J. Fan, J. Ding, H. Chiriac, X. B. Qian, and J. B. Yi, J. Appl. Physics 99, 08B313 (2006).

상세보기
Xinbo Qian, Xiaoping Li, Yong Ping Xu, and Jie Fan, IEEE Trans. Magn. 41, 3715 (2005).

상세보기
Ichiro Sasada, IEEE Trans. Magn. 38, 3377 (2002).

상세보기
I. Sasada, J. Appl. Phys. 91, 7789 (2002).

상세보기
K.-H. Shin, J. Kor. Mag. Soc. 19, 17 (2009).

원문보기 상세보기
S.-H. Choi, Y.-H. Kim, B. Yoon, C.-S. Yang, and K.-H. Shin, IEEE Trans. Magn. 47, 2573 (2011).

상세보기
Pavel Ripka, J. Magn. Magn. Mater. 320, 2466 (2008).

상세보기
Pavel Ripka and S. W. Billingsley, IEEE Trans. Magn. 34, 1303 (1998).

상세보기
K.-H. Shin, J. Kor. Mag. Soc. 22, 200 (2012).

원문보기 상세보기
http://www.tdk.co.jp/.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

NiZn 페라이트코어를 이용하여 제작한 직교형 플럭스게이트 센서의 출력에 미치는 바이어스전류의 영향
DC Bias Current Influence to the Sensitivity of Orthogonal Fluxgate Sensor Fabricated with NiZn Ferrite Core 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

질의응답

참고문헌 (11)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

NiZn 페라이트코어를 이용하여 제작한 직교형 플럭스게이트 센서의 출력에 미치는 바이어스전류의 영향 DC Bias Current Influence to the Sensitivity of Orthogonal Fluxgate Sensor Fabricated with NiZn Ferrite Core 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

질의응답

참고문헌 (11)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

신광호 (25)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

NiZn 페라이트코어를 이용하여 제작한 직교형 플럭스게이트 센서의 출력에 미치는 바이어스전류의 영향
DC Bias Current Influence to the Sensitivity of Orthogonal Fluxgate Sensor Fabricated with NiZn Ferrite Core 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper