[논문]펄스 유도 방식의 금속탐지기 코일 설계

정병민; 장유신; 한승훈

doi:10.5515/kjkiees.2015.26.4.389

초록
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펄스 유도(Pulse Induction) 방식의 금속 탐지기 코일 설계에 대하여 살펴보았다. 0.3 mm, 0.5 mm, 1.0 mm의 직경을 갖는 도선과 $30cm{\times}30cm$ 및 $35cm{\times}35cm$ 크기의 유전체 탐지판을 이용하여 탐지 코일을 제작하였고, 코일 크기와 코일 감은 수 등의 파라미터 변화에 따른 코일 시정수 및 코일 전류 등의 특성을 살펴보았다. 도선의 직경, 코일 크기 및 코일 감은 수 변화에 따른 코일의 인덕턴스, 저항 및 시정수 값에 대하여 계산 결과와 측정 결과를 비교 분석하였다. 또한, 입력 펄스폭 변화에 따른 탐지 코일의 전류 변화에 대하여 계산 결과와 측정 결과를 비교 분석함으로써 펄스 유도 방식의 금속탐지기 코일 설계에 대하여 논하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

A coil design of pulse induction metal detectors has been described. The search coil was demonstrated by using the wire with the diameter of 0.3 mm, 0.5 mm and 1.0 mm and the dielectric plate with the $30cm{\times}30cm$ and $35cm{\times}35cm$, the time constant and the currents...

A coil design of pulse induction metal detectors has been described. The search coil was demonstrated by using the wire with the diameter of 0.3 mm, 0.5 mm and 1.0 mm and the dielectric plate with the $30cm{\times}30cm$ and $35cm{\times}35cm$, the time constant and the currents of the coil as the variation of the coil size and the number of coil turns was characterized. The coil parameters like the resistance, the inductance and the time constants as the variation of the diameter of the wire, the coil size and the number of coil turns were compared and analysed through the calculation and the measurement. In addition, investigating the coil currents as the variation of the input pulse width, the coil design of pulse induction metal detectors has been discussed.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 펄스 유도 방식의 금속탐지기 코일 설계에 관하여 논하였다. 코일 크기 및 코일 감은 수 등의 파라미터 변화에 따른 코일의 인덕턴스, 코일 저항 및 코일 전류 등의 특성을 살펴보았다.

제안 방법

본 논문의 실험에서는 정사각 코일을 이용하여 도선의 단면적, 코일 크기, 코일 감은 수의 변화에 따른 탐지 코일의 특성을 살펴보았다. ;
그림 3은 금속탐지기 연구 개발을 위해 제작한 탐지 코일 구성도이고, 정사각 탐지코일의 앞면과 옆면을 보이는 그림이다. 유전체로 이루어진 정사각 탐지 판을 제작하고 도선을 감음으로써 탐지코일을 구현하였다. 탐지코일 한변의 길이는 2a이고, 탐지코일 길이는 b이며, 코일 두께는 c이다.

대상 데이터

입력 펄스의 경우, 펄스 반복 주기(Pulse Repetition Interval: PRI)는 1,000 μs인 펄스를 사용하였고, 펄스폭이 각각 300 μs, 500 μs, 700 μs일 때, 코일에 충전되는 코일 전류에 대하여 계산 결과와 측정 결과를 비교하였다. 코일은 한 변의 길이가 30 cm인 정사각코일에 대하여 직경이 0.5 mm인 도선을 이용하여 20회 감은 코일을 사용하였다. 이 때, 코일 저항과 시정수의 측정값은 각각 2.

데이터처리

펄스 유도 방식의 금속탐지기로부터 송수신되는 신호는 탐지 코일의 코일 전류, 코일 크기 및 코일 감은 수 등의 파라미터와 관계되는 것을 알수 있었고, 이와 같은 파라미터는 코일 저항, 코일 인덕턴스, 코일 시정수 및 입력 펄스폭 등을 고려하여야 함을 알수 있었다. 도선의 단면적, 도선 길이 및 코일 감은 수 등의 변화에 따른 코일 저항, 코일 인덕턴스, 코일 시정수 등의 파라미터에 대하여 실험을 통하여 특성을 비교 분석하였다. 또한, 입력 펄스폭 변화에 따른 코일 전류 변화에 대해서도 계산 결과와 측정 결과를 비교 분석하였다.
의 계산 결과와 측정 결과이다. 입력 펄스의 경우, 펄스 반복 주기(Pulse Repetition Interval: PRI)는 1,000 μs인 펄스를 사용하였고, 펄스폭이 각각 300 μs, 500 μs, 700 μs일 때, 코일에 충전되는 코일 전류에 대하여 계산 결과와 측정 결과를 비교하였다. 코일은 한 변의 길이가 30 cm인 정사각코일에 대하여 직경이 0.

성능/효과

펄스 유도 방식의 금속탐지기로부터 송수신되는 신호는 탐지 코일의 코일 전류와 코일 감은 수 등의 파라미터와 관계되는 것을 알 수 있었고, 이와 같은 파라미터는 도선의 길이에 비례하고, 단면적에 반비례하는 코일 저항, 코일 감은 수와 구조 파라미터와 관계되는 코일 인덕턴스, 코일 인덕턴스와 저항의 비로 계산되는 코일 시정수 및 코일 시정수에 따른 펄스폭 등과 같은 파라미터를 고려함으로써 얻을 수 있음을 알 수 있었다. 향후에는 이와 같은 금속탐지기 코일 설계 방법을 바탕으로 금속의 종류를 구분할 수 있는 연구를 진행할 예정이다.

후속연구

펄스 유도 방식의 금속탐지기로부터 송수신되는 신호는 탐지 코일의 코일 전류와 코일 감은 수 등의 파라미터와 관계되는 것을 알 수 있었고, 이와 같은 파라미터는 도선의 길이에 비례하고, 단면적에 반비례하는 코일 저항, 코일 감은 수와 구조 파라미터와 관계되는 코일 인덕턴스, 코일 인덕턴스와 저항의 비로 계산되는 코일 시정수 및 코일 시정수에 따른 펄스폭 등과 같은 파라미터를 고려함으로써 얻을 수 있음을 알 수 있었다. 향후에는 이와 같은 금속탐지기 코일 설계 방법을 바탕으로 금속의 종류를 구분할 수 있는 연구를 진행할 예정이다. ;

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	비트 주파수 발진기 방식은 주로 어디에 사용되는가?	현재까지 널리 알려진 금속탐지 방식에는 비트 주파수발진기(Beat Frequency Oscillation: BFO) 방식, 인덕션 벨런스(Induction Balance: IB) 방식[4], 펄스 유도(Pulse Induction: PI) 방식[5] 등이 있다. 비트 주파수 발진기 방식은 주로 작은 휴대용 금속탐지기에 사용된다. 코일로부터 금속을 탐지하면, 수신 신호에 의해 발생된 주파수와 내부 발진기에서 발생한 주파수 차이를 이용하여 금속을 탐지하는 방식이다.
	현재까지 널리 알려진 금속탐지 방식은?	현재까지 널리 알려진 금속탐지 방식에는 비트 주파수발진기(Beat Frequency Oscillation: BFO) 방식, 인덕션 벨런스(Induction Balance: IB) 방식[4], 펄스 유도(Pulse Induction: PI) 방식[5] 등이 있다. 비트 주파수 발진기 방식은 주로 작은 휴대용 금속탐지기에 사용된다.
	비트 주파수 발진기 방식의 원리는?	비트 주파수 발진기 방식은 주로 작은 휴대용 금속탐지기에 사용된다. 코일로부터 금속을 탐지하면, 수신 신호에 의해 발생된 주파수와 내부 발진기에서 발생한 주파수 차이를 이용하여 금속을 탐지하는 방식이다. 인덕션 벨런스 방식은 송신코일에 교류전압을 인가하여 자기장을 발생시킨 후, 금속 표적으로부터 생성되는 자기장을 수신코일이 수신하여 표적을 탐지하는 방식이다.

참고문헌 (7)

Y. Das, J. E. McFee, J. Toews, and G. C. Stuart, "Analysis of an electromagnetic induction detector for realtime location of buried objects", IEEE Trans. on Geoscience and Remote Sensing, vol. 28, no. 3, pp. 278-288, May 1990.

상세보기
Claudio Bruschini, "A multidisciplinary analysis of frequency domain metal detectors for humanitarian demining", Thesis of Ph.D Degree, Brussel University, 2002.
Waymond R. Scott, "Broadband array of electromagnetic induction sensors for detecting buried landmines", IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium, vol. 2, 2008.
Waymond R. Scott, Michael Malluck, "New cancellation technique for electromagnetic induction sensors", Proc. of SPIE, vol. 5794, 2005.
Carl V. Nelson et al., "Wide bandwidth time-domain electromagnetic sensor for metal target classification", IEEE Transaction on Geoscience and Remote Sensing, vol. 39, no. 6, pp. 1129-1138, Jun. 2001.

상세보기
Martin Misakian, "Equations for the magnetic field produced by one or more rectangular loops of wire in the same plane", Journal of Research of the National Institute of Standards and Technoloty, vol. 105, no. 4, pp. 557-564, Jul. 2000.

상세보기
Harold A. Wheeler, "Simple inductance formulas for radio coils", Proc. of the Institute of Radio Engineers, vol. 16, pp. 1398-1400, 1928.

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