[논문]코일형 자계측정기용 센서의 특성

박건호

코일형 자계측정기용 센서의 특성
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박건호 (청강문화산업대학교 모바일IT스쿨)

자계 검출 센서는 여러 가지 종류가 있으나 벽면에 흐르는 미소 자계 및 차폐 전선에서 검출이 가능한 구조는 초전도 양자 간섭 소자(SQUID)가 주로 사용되지만 가격 및 물성 재료 특성으로 인하여 특수 용도로 사용되고 있다. 이에 본 연구에서는 전선으로부터 발생되는 저주파 자장을 검출할 수 있고 휴대성 및 가격이 저렴한 구조인 코일형 자계측정기를 개발하기 위해 자기 코어 및 코일 Turn수 변화에 따른 자계 검출 감도를 조사하여 최적의 구조를 설정하였다.

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문제 정의

특히 현재 대도시를 중심으로 전체적인 송배전선로의 지중화 작업이 가속화되고 있으며 건물의 재건축 및 리모델링 수요의 증가에 따라 이러한 안전사고의 위험은 더욱더 증가될 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 비접촉 식으로 선로의 활선 유무를 검출하기 위한 기초 데이터를 습득하기 위해 전선의 종류를 차폐전선, 3심전선, 2심전선 등을 적용하여 전류 변화에 따른 주변 자장 분포를 조사하였다.[1]

제안 방법

그림 1은 코어 형태 및 개발 제품에 대한 이미지를 나타내고 있다. PC 코어는 외부와 내부에 페라이트로 둘러싸인 형태로 자속을 모아주는 것이 Drum 코어에 비해 좋고 코어 손실이 0.02이며, 센서의 임피던스는 LCR 미터의 주파수를 120[㎐] 및 1[㎑]에서 측정하였다.
그림 2와 같이 실험 환경을 구성하여 400[W] 및 750[W]의 부하에 따른 센서의 자속 감도를 측정하였고 동시에 밀리가우스메터를 이용하여 동일 위치에서 이격거리에 대한 센서의 반응을 측정하였다.

성능/효과

한편 표 2에서 턴수의 증가는 동일 조건에서 출력전압이 크게 나타났으며 PC 코어에 비해 Drum 코어에서 더 큰 값으로 나타남을 확인할 수 있었다. 제작된 모든 센서가 84[mG] 이상의 자장을 검출함을 확인할 수 있었다.
그림 4에서 Drum 코어의 출력값은 거리의 증가에 따라 자속의 감소를 나타내고 있고 최대 20[㎝]까지 검출이 가능하였으며 그 이상에서는 노이즈 성분과 섞여서 나타남을 확인할 수 있었다. 한편 표 2에서 턴수의 증가는 동일 조건에서 출력전압이 크게 나타났으며 PC 코어에 비해 Drum 코어에서 더 큰 값으로 나타남을 확인할 수 있었다. 제작된 모든 센서가 84[mG] 이상의 자장을 검출함을 확인할 수 있었다.

후속연구

코어 타입 변화에 따른 자계 센서 특성 조사 결과 미소자계 검출은 코어의 형태 보다는 코일 턴수에 의해 지배적인 것을 확인할 수 있었으며, PC 코어보다는 Drum 코어에서 더 좋은 값을 나타내고 있었지만 Drum 코어의 경우 Turn수의 제한을 가지고 있으므로 이러한 부분의 연구를 좀 더 수행해야 할 것으로 사료된다. 또한 이격거리에 대한 검출은 Drum 코어가 최대 20[㎝] 이격에서도 신호를 출력할 수 있음을 확인할 수 있었으며, 이를 통해 추후 개발하고자 하는 벽면에서의 활선을 검출할 수 있을 것으로 사료된다.
코어 타입 변화에 따른 자계 센서 특성 조사 결과 미소자계 검출은 코어의 형태 보다는 코일 턴수에 의해 지배적인 것을 확인할 수 있었으며, PC 코어보다는 Drum 코어에서 더 좋은 값을 나타내고 있었지만 Drum 코어의 경우 Turn수의 제한을 가지고 있으므로 이러한 부분의 연구를 좀 더 수행해야 할 것으로 사료된다. 또한 이격거리에 대한 검출은 Drum 코어가 최대 20[㎝] 이격에서도 신호를 출력할 수 있음을 확인할 수 있었으며, 이를 통해 추후 개발하고자 하는 벽면에서의 활선을 검출할 수 있을 것으로 사료된다.

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