KR0163822B1 - 도난 방지기용 자기 센서 및 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 독특한 전기 신호를 교류 자장에서 발생할 수 있도록 연자성 물질을 열처리하는 방법과 이러한 물질을 이용한 도난 방지 시스템의 알고리즘에 대한 것이다. 더 상세히 설명하자면, 본 발명은 영자왜 조성의 코발트계 비정질 자성 합금 리본 혹은 와이어를 무자장 열처리함으로써 외부 교류 자장이 한 주기만큼 변할 때 두 개의 주피크와 두 개의 부피크를 나타내는 센서로 만드는 것이며, 이러한 독특한 전기 신호를 감지하여 주어진 공간 내에 센서의 존재가 여부를 판정할 수 있는 전자 회로의 개념을 제공하는 것이다.

Description

도난 방지기용 자기 센서 및 시스템

제1도는 본 발명에 따른 자기 센서 소자로 만든 타겟을 부착시킨 물품과 도난 방지 시스템을 나타내는 개략도.

제2도는 제1도의 본 발명에 따른 자기 센서 소자로 만든 타겟과 도난 방지를 목적으로 타겟이 부착되어진 물품의 개략도.

제3도는 제2도의 단면 중 타겟 부위를 확대한 도면.

제4도는 제1도에서 제3도의 타겟에 있는 자기 센서 소자의 자기 이력 곡선.

제5도는 충분한 크기의 자기장이 교류적으로 변화할 때 제1도에서 제3도의 타겟에 있는 자기 센서 소자에 의해 교류 자장이 혼란 됨으로써 발생되는 펄스 신호.

제6도는 제1도에서 제3도의 타겟에 있으되 본 발명에 따라 독특한 특성을 갖는 자기 센서 소자의 자기 이력 곡선.

제7도는 충분한 크기의 자기장이 교류적으로 변화할 때 제1도에서 제3도의 타겟에 있으되 본 발명에 따라 독특한 특성을 갖는 자기 센서 소자에 의해 교류 자장이 혼란됨으로써 발생되는 펄스 신호.

제8도는 제6도와 같은 자기 특성과 제7도와 같은 전기 특성을 갖는 자기 센서 소자의 독특한 특성을 이용할 수 있도록 고안된 도난 방지 시스템의 블럭 다이아그램.

제9도는 제8도에서와 같이 고안된 도난 방지 시스템의 작동 원리를 설명할 수 있도록 그린 타이밍 차트.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 트랜스미터 안테나 12 : 물품

14 : 타겟 16 : 리시버 안테나

18 : 자기 센서 81 : 발진기

82 : 자기장 발생 회로 83 : 제어 신호 발생 회로

84 : 증폭 회로 85 : 수신기

86 : 증폭 및 신호 처리 회로 87 : 비교 회로

88 : 경보 장치

본 발명은 독특한 전기 신호를 교류 자장에서 발생할 수 있도록 연자성 물질을 열처리하는 방법과 이러한 물질을 이용한 도난 방지 시스템의 알고리즘에 대한 것이다. 더 상세히 설명하자면, 본 발명은 영자왜 조성의 코발트계 비정질 자성 합금 리본 혹은 와이어를 무자장 열처리함으로써 외부 교류 자장이 한 주기만큼 변할 때 두 개의 주피크와 두 개의 부피크를 나타내는 센서로 만드는 것이며, 이러한 독특한 전기 신호를 감지하여 주어진 공간 내에 센서의 존재 여부를 판정할 수 있는 전자 회로의 개념을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 자기 센서는 도난 방지 시스템용 타겟 제조에 사용될 수 있다. 도난 방지 시스템은 도서관, 서점, 백화점, 슈퍼마켓 등 제한된 보호 구역으로부터 책, 의류, 콤팩트 디스크 등의 물품이 도난 되어지는 것을 방지하고자 설치된다. 대개의 도난 방지 시스템은 각 물품에 독특한 신호를 제공할 수 있는 타겟을 부착시켜 보호 구역으로부터의 출구에서 이 타겟을 감지할 수 있도록 함으로써 그 목적을 이룬다. 본 발명에 따른 자기 센서가 사용될 수 있는 자기 방식 도난 방지 시스템을 개략적으로 제1도에 나타내었는데 교류 자장을 발생시키는 트랜스미터 안테나(10), 물품(12)에 부착시킨 타겟(14)이 교류 자장에 노출될 때 발생하는 고주파 펄스 신호를 감지하는 리시버 안테나(16) 그리고 고주파 전기 신호 처리 장치 등으로 구성되어 있다.

제2도는 타겟(14)을 물품(12)에 부착한 모양을 예시한 것이며, 제3도는 제2도의 단면중 타겟 부위를 확대한 도면이다. 제2도와 제3도에 나타나 있는 바와 같이 타겟은 자기 센서 소자(18)와 양면 접착의 성질을 갖는 테이프 기지(20)로 구성되어 있다. 자기 센서 소자(18)는 외부 자장의 크기가 작더라도 자기적으로 포화가 잘될 수 있도록 투자율이 큰 연자성 물질로 만들어지며, 동시에 반자장의 크기가 작은 형상을 가져야 한다. 반자장의 크기가 일정 크기 보다 작기 위해서는 일정한 비율보다 길쪽한 형상을 가져야 한다. 예를 들어 포화 자화 값이 650 emu/㎤인 비정질 리본의 경우에 폭이 1㎜, 두께가 0.025㎜일 때 반자장의 크기가 0.5 Oe보다 작기 위해서는 리본의 길이가 약 4㎝보다 길어야 한다. 따라서 종래의 연자성 센서 소자가 아무리 큰 투자율을 갖는다고 하더라도 짧은 길이의 형태로서는 외부 자장에 의해 포화되기도 어렵고 외부 자장의 변화에 따른 자속 밀도의 변화가 느리면서도 작아서 센서의 감지에 필요한 크기의 신호를 발생할 수 없었다. 따라서 본 발명의 목적은 임계 자장의 크기에서 자화값이 급격히 변화함으로써 종래의 센서 소자에 비하여 현격히 짧은 길이의 형태로서도 감지에 필요한 크기의 신호를 발생할 수 있는 자기 센서 소자를 제공하는 것이다. 한편 반자장의 크기가 임계값(예를 들면 0.5 Oe)보다 작다면 센서의 형상에 근본적으로는 무관하게 일정값 이상의 감도를 유지할 수 있어서 본 발명에 따른 자기 센서 소자는 리본, 와이어 등의 형상을 가질 수 있다.

본 발명에 따르면, [Co_xFe_1-x]_1-n[B_ySi_1-y]_n(여기서, x=0~1, y=0.2~1, 및 n=0.1~0.3)의 원자 조성비를 갖는 비정질 자성 합금을 준비하는 단계; 및 상기 조성의 비정질 자성 합금을 200℃~460℃의 온도 구간에서 대기 중에서 1분 이상 열처리하여 상기 자기 센서 소자를 형성하는 단계를 포함하되, 상기 열처리 단계는 외부 자장을 영에 가깝게 하여 수행되며, 상기 자기 센서 소자는 외부 교류 자장이 한 주기만큼 변할 때 두개의 주피크와 두개의 부피크를 나타내는 것을 특징으로 하는 자기 센서 소자 제조 방법이 제공 된다. 본 발명에 따른 도난 방지 시스템은 주파수 발진 수단, 특정 주파수의 정현파를 생성하는 수단, 상기 정현파를 전류 증폭하여 자기장을 발생시키는 수단, 상기 자기장 주위에 있으며 이 자기장이 가해지는 제4항에 따른 특성을 가지는 자기 센서 소자, 상기 자기 센서 소자에 인접하여 있고, 상기 자기 센서 소자를 감지한 신호를 수신하는 수신기 수단, 상기 수신기 수단에 접속되어 상기 수신기 수단에서 나온 센서 신호의 파형을 기준으로 하여 구형파를 생성하는 수단, 상기 발진기 수단에 결합되어 상기 주파수 발진기 수단에서 나온 신호에 의해 제어 신호를 발생하는 제어 신호 발생 수단, 상기 제어 신호 발생 수단과 상기 구형파 생성 수단 사이에 결합되어, 상기 제어 신호의 주파수와 상기 구형파 생성 수단에서 나온 신호의 주파수와 펄스의 갯수를 비교하는 비교 수단, 및 상기 비교 수단에 결합되어, 상기 비교 수단에서 나온 센서 존재 유무 판정 신호를 받아 경보를 울리는 경보 수단을 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.

제2도와 제3도에 나타나 있는 본 발명에 따른 자기 센서 소자(18)는 1㎑ 내외의 교류 자장 내에서 작은 보자력(예컨데 0.1 Oe)을 갖는 자성 물질을 특수한 방법으로 처리하여 독특한 특성을 갖도록 한 것이다. 본 발명에서 채택한 자기 센서 소자는

의 원자 조성비를 갖는 비정질 자성 합금이며, 5 atomic%까지의 Cr, Ni, Mn등의 제3 혹은 제4의 금속 원소를 함유할 수 있다.

그러나 본 발명의 활용에 가장 적합한 조성은 포화자왜가 영(제로)인 조성으로 예컨데 Co_70.5Fe_4.5B₂₅가 그것이다. 그 이유는 포화자왜가 영인 조성의 비정질 자성 합금은 교류 자장에서 보자력이 작을 뿐 아니라 타겟을 만드는 공정 중에 혹은 물품에 부착시킬 때 불가피하게 외부 응력이 가해지는 경우 이에 따른 본래 특성의 열화가 가장 덜하기 때문이다.

제3도의 산화막층(22)은 본 발명에 따른 특성을 얻기 위하여 꼭 필요한 것은 아니지만 센서 소자의 내부층(24)과의 사이에 준강자성체를 형성하여 특성을 안정화하는 과정에서 생긴 것이다.

제4도는 도난 방지 시스템에 사용되어 오던 퍼멀로이 스트립이나 비정질 자성 합금 리본 혹은 와이어 등 기존의 자기 센서 소자의 자기 이력 곡선을 나타낸다. 도면의 X축은 자기 센서 소자의 길이 방향으로 가해지는 외부 자장의 크기(단위 : Oe)와 방향(양 혹은 음)을 나타내며, Y축은 외부 자장의 세기에 따라 변화하는 센서 소자 내부의 자화값(단위 : Gauss)을 나타낸다. 외부 자장 H가 음의 방향으로 세게 가해지면 (A점), 자화값 M도 음의 방향으로 포화가 된다. 센서 소자는 A점에서 자기적으로 포화가 되어 음의 방향으로 외부 자장 H를 증가시키더라도 자화값은 더 이상 증가하지 않는다. 한편, 점 A에서부터 양의 방향으로 외부 자장을 증가시키더라도 당분간은 음의 방향으로 포화된 자화값은 변화하지 않다가 외부 자장이 양의 방향으로 상당히 가해진 B점을 지나면서 비로소 자화값이 외부 자장의 방향과 같은 양의 방향으로 포화되는 점이 C점이며, C점보다 양의 방향으로 더 세게 외부 자장을 가하더라도 더 이상 자화값의 변화는 없다. 이제 다시 C점에서 음의 방향으로 외부 자장을 가하여 보면, 음의 방향의 외부 자장에 위치한 D점까지 양으로 포화된 자화값이 변화하지 않다가 D점보다 음의 방향으로 외부 자장이 가해지면서 자화값이 음의 방향으로 감소하다가 결국 음의 방향으로 포화된다(A점).

한마디로 말하면, 외부 자장이 충분히 큰 세기를 가지고 양의 방향과 음의 방향으로 순차적인 변화를 할 때, 즉 충분히 센 교류 자장을 가해 줄 때 센서 소자는 A, B, C, D, A, … 등의 경로를 따라 자기적으로 반응을 보인다.

제4도에서 보는 바와 같이 자화값 M에서의 큰 변화는 외부 자장의 변화하는 폭 중에서 매우 제한된 범위, 즉, 점B와 점C 사이에서만 존재한다. 센서 소자가 외부 자장을 혼란시켜서 감지할 만큼 큰 효과를 얻게 하는 것이 바로 이 구간에서의 변화이다. 엄밀히 말해서 외부 자장이 변화할 때 자화값이 좀더 갑작스럽게 변화할 때 자기 이력 곡선에서의 기울기 dM/dH가 클수록, 큰 값의 고주파 성분을 얻을 수 있어서 보다 쉽게 감지할 수 있게 된다.

제5도는 제4도에서 보여준 자기 이력 곡선에서의 기울기 dM/dH 값을 X축을 시간으로 하여 얻은 것이다. 제5도에서 보는 바와 같이 외부 자장이 한 사이클만큼(A점에서 다음 A점으로) 변화할 때 두개의 펄스를 얻게 된다. 외부 자장을 혼란시키는 정도가 이 펄스의 고주파 성분이 얼마나 큰가에 달려 있으며, 고주파 성분의 크기는 이 펄스가 얼마나 좁고 높은가에 달려 있다.

제6도는 본 발명에 따른 자기 센서 소자의 자기 이력 곡선을 나타낸 것이다. 그림의 X축은 자기 센서 소자의 길이 방향으로 가해지는 외부 자장의 크기(단위 : Oe)와 방향(양 혹은 음)을 나타내며, Y축은 외부 자장의 세기에 따라 변화하는 센서 소자 내부의 자화값(단위 : Gauss)을 나타낸다. 외부 자장 H가 음의 방향으로 세게 가해지면[(a)점], 자화값 M도 음의 방향으로 포화되어, 음의 방향으로 외부 자장 H를 증가시키더라도 자화값은 더 이상 증가하지 않는다. 한편 (a)점에서부터 양의 방향으로 외부 자장을 증가시키더라도 당분간은 음의 방향으로 포화된 자화값은 별다른 변화가 거의 없다가 외부 자장이 양의 방향으로 더욱 가해진 (b)점을 지나면서 비로소 자화값이 양의 방향으로 증가하기 시작한다. 외부 자장을 양의 방향으로 더욱 증가시켜 자화값이 '0'근방에 이르면 [(d)점] 양의 방향으로 외부 자장을 증가 시키더라도 더 이상 자화값의 변화가 없다. 양의 방향으로 더 세게 외부 자장을 증가시켜 (e)점에 이르면 자화값이 급격히 변화하여 [(f)과정] 자화값이 양의 방향으로 거의 포화되는 (h)점에 이르게 되어 양의 방향으로 외부 자장 H를 증가시키더라도 자화값은 더 이상 증가하지 않는다.

이제 다시 음의 방향으로 외부 자장을 가하면, 음의 방향의 외부 자장에 위치한 (i)점까지 양으로 포화된 자화값은 거의 변화하지 않으며, (i)점보다 음의 방향으로 외부 자장이 가해지면서 자화값이 음의 방향으로 감소하다가 0근방에 이르면 [(k)점] 음의 방향으로 더 세게 외부 자장을 가하더라도 당분간 더 이상 자화값의 변화가 없다. 음의 방향으로 더 세게 외부 자장을 증가시켜 (1)점에 이르면 자화값이 급격히 변화하여 [(m)과정] 음의 방향으로 거의 포화되는 (a)점에 이르게 되어 음의 방향으로 외부 자장을 증가시키더라도 자화값은 더 이상 감소하지 않는다.

한 마디로 말하면, 외부 자장이 충분히 큰 세기를 가지고 양의 방향과 음의 방향으로 순차적인 변화를 할 때, 즉 충분히 센 교류 자장을 가해 줄 때 센서 소자는 (a), (b), (d), (e), (f), (h), (i), (k), (l), (m), (a) … 등의 경로를 따라 자기적으로 반응을 보인다.

제7도는 제6도에서 보여준 자기 이력 곡선에서의 기울기 dM/dH 값을 X축을 시간으로 하여 얻은 것이다. 제7도에서 보는 바와 같이 외부 자장이 한 사이클만큼 [(a)점에서 다음 (a)점으로] 변화할 때 네 개의 펄스를 얻게 된다. 그런데 기존의 자기 센서 소자는 외부 자장이 한 사이클만큼 변화할 때 두 개의 펄스를 나타내는데 비하여 본 발명에 의한 자기 센서 소자는 외부 자장이 한 사이클만큼 변화할 때 네개의 펄스를 나타내어 한 사이클당 펄스의 갯수를 셈함으로써 용이하고도 오작동됨이 없이 본 발명에 의한 자기 센서 소자를 감지할 수 있다. 한편, 전술한 바와 같이 외부 자장을 혼란시키는 정도가 이 펄스의 고주파 성분이 얼마나 크냐에 달려 있으며, 고주파 성분의 크기는 이 펄스가 얼마나 좁고 높은 가에 달려 있으므로 제7도의 주피크 (g), (n)의 고주파 성분의 크기는 대단히 크다는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 의한 자기 센서 소자는 고주파 성분의 크기로 센서의 유무를 판정하는 기존의 도난 방지 시스템에도 잘 적용될 수 있다.

제6도의 독특한 자기 이력 곡선과 제7도의 독특한 펄스를 갖는 본 발명에 따른 자기 센서 소자는 전술한 범위의 원자 조성비를 갖는 비정질 자성 합금 특히 Co_70.5Fe_4.5B₂₅와 같이 포화자왜가 영(제로)인 조성의 비정질 자성 합금을 특수한 방법으로 열처리하여 제조한 것이다. 여기서 특수한 열처리란 200℃ ~ 460℃의 온도 구간, 대기중 혹은 그 외의 분위기중, 1분 이상의 시간 동안 등의 조건에서 열처리하되 열처리시 외부 자장을 제로(영)에 가깝게 한 것을 말한다.

제8도는 본 발명에 따른 자기 센서 소자의 독특한 특성을 이용할 수 있도록 고안된 도난 방지 시스템의 하나의 실시예의 블럭 다이아그램이다. 주파수 발진기(81)와 자기장 발생 회로(82)에 의해 특정 주파수의 정현파(제9도: ⓐ)를 만들어 주면 이를 전류 증폭 회로(84)로 전류 증폭하여 자기장을 발생시킨다. 이 자기장은 수신기로 받아져서 증폭 및 신호 처리 회로(86)로 보내진다. 이 회로에서 센서 소자가 감지되었을 때 제9도에 나타난 바와 같은 타이밍 차트의 제9도에 도시된 (c)모양의 파형이 나오며, Eref-h와 Eref-l의 전압을 기준으로 하여 구형파 제9도에 도시된 (d)를 만들어 준다. 비교 회로(87)는 제어 신호(제9도: ⓑ)의 주파수 대비 증폭 및 신호 처리 회로(86)에서 발생된 신호의 주파수와 펄스의 갯수를 비교하여 센서 소자의 유무를 판정한 후, 경보기(88)로 보내져 경보를 울림으로써 도난 방지의 목적을 달성한다. 제4도 및 제5도와 제6도 및 제7도를 비교할 때, 제9도의 (a)정현파의 한 사이클당 제5도에서는 두 개의 피크가 존재하는데 비하여, 제7도에서는 (n), (c), (l) 및 (g)의 4개의 피크가 나타난다. 즉, 본 발명에서의 자기 센서 소자의 특징은 발진된 파형의 피크수의 두배 즉 사이클당 4개의 피크를 나타낸다는 것이다.

본 발명은 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었지만, 이러한 설명들은 제한적 의미로 해석되어서는 아니 될 것이다. 본 발명이 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 상세한 설명을 참고로 하여 예시적인 실시예를 다양하게 변경 또는 조합하거나 달리 실시할 수도 있음은 명백하다. 따라서, 다음의 특허 청구의 범위는 이러한 변경과 실시예들을 모두 포함하는 것으로 이해하여야 할 것이다.

Claims (4)

1. 자기 센서 소자를 제조하는 방법에 있어서, [CO_xFe_1-x]_1-n[B_ySi_1-y]_n(여기서, x=0~1, y=0.2~1, 및 n=0.1~0.3)의 원자 조성비를 갖는 비정질 자성 합금을 준비하는 단계; 및 상기 조성의 비정질 자성 합금을 200℃~460℃의 온도 구간에서 대기 중에서 1분 이상 열처리하여 상기 자기 센서 소자를 형성하는 단계를 포함하되, 상기 열처리 단계는 외부 자장을 영에 가깝게 하여 수행되며, 상기 자기 센서 소자는 외부 교류 자장이 한 주기만큼 변할 때 두개의 주피크와 두개의 부피크를 나타내는 것을 특징으로 하는 자기 센서 소자 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 비정질 자성 합금은 5 atomic%까지의 Cr, Ni, Mn 등의 제3혹은 제4의 금속 원소를 함유한 비정질 자기 합금인 것을 특징으로 하는 자기 센서 제조 방법.
3. 제1항에 따른 방법에 의해 제조된 자기 센서 소자.
4. 주파수 발진 수단(81), 특정 주파수의 정현파를 생성하는 수단(82), 상기 정현파를 전류 증폭하여 자기장을 발생시키는 수단(84), 상기 자기장 주위에 있으며 이 자기장이 가해지는 제4항에 따른 특성을 가지는 자기 센서 소자(18), 상기 자기 센서 소자(18)에 인접하여 있고, 상기 자기 센서 소자(18)를 감지한 신호를 수신하는 수신기 수단(85), 상기 수신기 수단(85)에 접속되어 상기 수신기 수단(85)에서 나온 센서 신호의 파형을 기준으로 하여 구형파를 생성하는 수단(86), 상기 주파수 발진기 수단(81)에 결합되어 상기 주파수 발진기 수단(81)에서 나온 신호에 의해 제어 신호를 발생하는 제어 신호 발생 수단(83), 상기 제어 신호 발생 수단(83)과 상기 구형파 생성 수단(87) 사이에 결합되어, 상기 제어 신호의 주파수와 상기 구형파 생성 수단(87)에서 나온 신호의 주파수와 펄스의 갯수를 비교하는 비교 수단(87), 및 상기 비교 수단(87)에 결합되어, 상기 비교 수단(87)에서 나온 센서 존재 유무 판정 신호를 받아 경보를 울리는 경보 수단(88)을 포함하는 것을 특징으로 하는 도난 방지 시스템.