KR100439306B1

KR100439306B1 - 핵사중극 공명과 핵자기 공명의 인덕턴스 가변 탐지코일을이용한 lcr 회로 자동 동조 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100439306B1
Application number: KR10-2001-0043930A
Authority: KR
Inventors: 전인
Original assignee: 전인
Priority date: 2001-07-20
Filing date: 2001-07-20
Publication date: 2004-07-07
Also published as: KR20010102863A

Abstract

본 발명은 핵사중극 공명과 핵자기 공명의 공명 신호를 관측하는 코일과 코일을 포함하고 있는 LCR 회로에서, 인덕턴스를 변화시킬 수 있는 코일을 대상물의 공명 신호 주파수에 적합한 상태로 자동 조정하여 한 개의 코일로 여러 종류의 대상물의 공명 신호를 관측할 수 있도록 하며, 또한 LCR 회로를 자동으로 동조시킴으로써 여러 대상물의 공명 신호를 순차적으로 관측할 수 있도록 하는 핵사중극 공명과 핵자기 공명의 인덕턴스 가변 탐지코일을 이용한 LCR 회로 자동 동조 장치 및 방법에 관한 것으로써, 탄성이 있는 재질의 코일(13), 상기 코일(13)이 삽입되는 코일 삽입부(14), 상기 코일(13)의 한쪽 끝에 연결된 코일 길이 조정 밀대(16), 상기 코일 길이 조정 밀대(16)를 이동시킴으로써 코일(13)의 전체 길이를 조정하는 코일 길이 조정 구동계(19), 상기 코일(13)의 한쪽 끝에 접속된 고정접점(17), 상기 코일(13)에 슬라이딩 식으로 접속되는 가변접점(18), 상기 가변접점(18)을 지지하는 가변접점 이송 덮개(15), 상기 가변접점 이송 덮개(15)에 연결되어 이를 이동시킴으로써 코일(13)의 실제 사용 길이를 조정하는 가변접점 조정 구동계(20)로 구성되는 인덕턴스 가변 탐지코일; 및 가변축전기(27)를 조정하는 축전기 조정 구동계(21), 교류전압을 발생시키는 발진기(23), 저항(28)에 연결된 전류계(22), 상기 전류계(22)의 전류 값을 기준으로 하여 세 개의 구동계(19, 20, 21)를 제어하는 제어회로(24), 상기 제어회로(24)에 연결된 기억장치(25)와 온도센서(26)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라서, 한 개의 탐지코일로 여러 대상물의 핵사중극 공명 및 핵자기 공명 신호를 관측할 수 있으며, 탐지코일을 포함한 LCR 회로를 자동으로 동조시킴으로써 공명 신호를 신속하게 관측할 수 있고, 또한, 여러 대상물의 핵사중극 공명 신호를 순차적으로 관측할 수 있다는 장점이 있다.

Description

핵사중극 공명과 핵자기 공명의 인덕턴스 가변 탐지코일을 이용한 LCR 회로 자동 동조 장치 및 방법{Auto tuning apparatus and method of LCR circuit using the variable inductance detection coil for Nuclear Quadrupole Resonance and Nuclear Magnetic Resonance}

본 발명은 핵사중극 공명(NQR: Nuclear Quadrupole Resonance)과 핵자기 공명(NMR: Nuclear Magnetic Resonance)의 인덕턴스(Inductance) 가변 탐지코일을 이용한 LCR 회로 자동 동조(tuning) 장치 및 방법에 관한 것으로써, 한 개의 코일로 여러 대상물의 핵사중극 공명과 핵자기 공명 신호를 탐지할 수 있도록 인덕턴스 가변 탐지코일을 이용하여, 여러 대상물의 핵사중극 공명 또는 핵자기 공명 신호를 순차적으로 탐지할 수 있도록 인덕턴스 가변 탐지코일을 포함한 LCR(Inductor-Capacitor-Resistor) 회로를 자동으로 동조시키는 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 핵사중극 공명은 핵사중극 모멘트를 가지고 있는 원자핵과 전기장기울기(EFG: Electric Field Gradient)와의 상호작용에 의해 분리된 핵사중극 모멘트의 에너지 준위들과 외부에서 입사시킨 전자기파 사이에 발생되는 공명 현상이다.

또한, 핵자기 공명은 외부에서 인가된 자기장에 의해서 분리된 원자핵자기모멘트의 에너지 준위들과 외부에서 입사시킨 전자기파 사이에 발생되는 공명현상이다.

이와 같이 핵사중극 공명과 핵자기 공명은 원자핵과 외부에서 가한 전자기파 사이에 발생하는 공명이라는 공통점 때문에 공명 신호를 관측하는 기기와 그 방법은 비슷하다. 단지, 핵자기 공명의 경우에는 강한 자기장을 가할 수 있는 자석이 더 필요할 뿐이다. 따라서 이후의 내용 기술에서는 핵자기 공명에 대해서는 설명을 생략한다.

핵사중극 공명은 대상 화합물의 미세구조를 밝혀내는데 사용되어졌는데, 대상물에 전자기파를 가하는 방법은 코일을 사용하며, 대상물을 코일의 내부에 넣고 공명 신호를 관측하였다. 즉, 코일에 알에프(RF: Radio Frequency) 펄스에 해당되는 전자기파 신호를 인가하고, 인가된 전자기파에 의하여 반응되어서 대상물(12)로부터 출력되는 공명 신호를 관측하게 된다. 핵사중극 공명 신호를 관측하기 위해서는 대상물(12)의 핵사중극 공명진동수와 동일한 진동수의 전자기파를 코일을 통해 대상물(12)에 입사시켜야 하는데, 이러한 코일은 축전기와 저항이 연결되어 LCR 병렬회로 혹은 LCR 직렬회로를 이룬다. 이러한 회로적인 특성때문에 핵사중극 공명 신호를 관측하기 위해서는 먼저 LCR 회로의 공명주파수와 대상물(12)의 핵사중극 공명진동수가 거의 일치해야 한다.

도 1a는 일반적인 LCR 병렬회로를 나타낸 것이고, 도 1b는 도 1a의 교류전압 주파수에 대한 코일 양단에 걸리는 전압 특성을 나타낸 것이다. 도 1b의f ₀는 도 1a의 LCR 회로의 공명주파수를 나타낸 것으로 코일의 인덕턴스(L)와 축전기의 전기용량(C)에 의해 다음의 식으로 결정된다.

따라서, LCR 회로에서 코일의 인덕턴스와 축전기의 전기용량이 고정되어있는 경우에는 회로의 공명주파수가 하나만 존재하며, 이러한 LCR 회로를 이용하였을 때에 핵사중극 공명 신호를 측정할 수 있는 주파수 영역은 도 1b의 주파수에 대한 전압 특성의 반치폭(FWHM; Full Width at Half Maximum)을 나타낸Δf ₀에 해당된다. 즉, 이러한 LCR 회로를 사용하면 핵사중극 공명진동수가f ₀와 비슷한 대상물의 핵사중극 공명 신고만을 관측할 수 있다.

종래 사용되던 핵사중극 공명 측정기기의 LCR 회로는 도 2a와 같이 전기용량을 변화시킬 수 있는 가변축전기를 사용한 LCR 회로이며, 대상물(12)을 인덕턴스가고정된 코일의 내부에 넣고 공명 신호를 관측하였다. 이러한 경우에 교류전압의 주파수에 대한 코일 양단에 걸리는 전압 특성은 도 2b와 같다. 도 2b에서 보는 바와 같이 LCR 회로의 공명주파수는 축전기의 전기용량을 변화시킴에 따라f ₁에서f ₂사이의 값을 갖는다. 따라서 이러한 회로를 이용하여 핵사중극 공명 신호를 관측할 수 있는 대상물의 핵사중극 공명진동수의 범위는 도 2b의 △ f _1,2에 해당된다. 또한, 대상물(12)에 인가하는 전자기파의 주파수를 바꿀 때마다 LCR 회로를 공명 상태로 만들기 위해 가변축전기를 수동으로 조작하였다.

그러나, 상기의 종래 기술을 이용한 핵사중극 공명 신호의 측정은 여전히 측정 가능한 공명진동수의 범위( △ f _1,2)가 좁기 때문에 인덕턴스가 다른 여러 개의 코일을 준비하여 공명진동수에 맞게 교체해야 한다는 점, 전자기파의 주파수를 변화시킬 때마다 일일이 가변축전기를 수동으로 조작하여야 한다는 문제점을 갖고있다. 핵사중극 공명 신호의 관측은 대상물(12)을 코일의 내부에 넣어야만 하기 때문에 코일의 교체와 가변축전기의 수동 조작은 새로운 핵사중극 공명 신호를 관측하는 작업을 어렵게 할뿐만 아니라, 핵사중극 공명진동수의 차이가 많이 나는 두 개 이상의 대상물의 핵사중극 공명 신호를 순차적으로 관측하는 것을 불가능하게 한다.

일례로, 공항이나 항만에서 짐 속에 숨겨있는 폭발물이나 마약을 핵사중극 공명을 이용하여 탐지하는 점검사용 폭발물, 마약 탐지기의 경우에 인덕턴스가 고정된 코일을 사용하기 때문에 탐지할 수 있는 폭발물과 마약의 종류가 제한적이다.

따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 하나의 코일로 핵사중극 공명진동수가 다른 여러 대상물의 공명 신호를 관측할 수 있으며, 또한, 여러 대상물의 공명 신호를 순차적으로 관측할 수 있도록, 대상물에 전자기파를 가하는 인덕턴스 가변 탐지코일이 구비되며, 인덕턴스 가변 탐지코일을 포함한 LCR 회로를 자동으로 동조시키는 장치 및 그 방법을 제공하고자 하는데 있다.

제 1도 a는 일반적인 LCR 병렬회로도, b는 그 때의 교류전압 주파수에 따른 코일 양단에 걸리는 전압 특성.

제 2도 a는 종래의 핵사중극 공명과 핵자기 공명에서 사용하는 LCR 병렬회로도, b는 그 때의 교류전압 주파수에 따른 코일 양단에 걸리는 전압 특성.

제 3도는 일반적으로 사용하는 코일의 사시도.

제 4도는 본 발명의 인덕턴스 가변 탐지코일의 단면도.

제 5도는 본 발명의 인덕턴스 가변 탐지코일의 투시도와 반절개도.

제 6도는 본 발명의 인덕턴스 가변 탐지코일의 부분 절개도와 사시도.

제 7도 a는 본 발명의 핵사중극 공명과 핵자기 공명에서 사용하는 LCR 병렬회로도, b는 그 때의 교류전압 주파수에 따른 탐지코일 양단에 걸리는 전압 특성.

제 8도 a는 본 발명의 핵사중극 공명과 핵자기 공명에서 사용하는 LCR 직렬 회로도, b는 그 때의 교류전압 주파수에 따른 탐지코일 양단에 걸리는 전압 특성.

제 9도는 본 발명의 핵사중극 공명과 핵자기 공명의 인덕턴스 가변 탐지코일을 이용한 LCR 회로 자동 동조 장치의 개략도.

제 10도는 본 발명의 핵사중극 공명과 핵자기 공명의 인덕턴스 가변 탐지코일을 이용한 LCR 회로 자동 동조 방법의 흐름도

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

12 . . 대상물 13 . . 코일

14 . . 코일 삽입부 15 . . 가변접점 이송 덮개

16 . . 코일 길이 조정 밀대 17 . . 고정접점

18 . . 가변접점 19 . . 코일 길이 조정 구동계

20 . . 가변접점 조정 구동계 21 . . 축전기 조정 구동계

22 . . 전류계 23 . . 발진기

24 . . 제어회로 25 . . 기억장치

26 . . 온도센서 27 . . 가변축전기

28 . . 저항

핵사중극 공명과 핵자기 공명의 인덕턴스 가변 탐지코일을 이용한 LCR 회로 자동 동조 장치는 교류전압에 의해 발생된 전자기파를 조사받는 대상물(12)과, 전체 길이를 조절할 수 있는 탄성이 있는 재질로 되어 있고 상기 전자기파를 조사받은 후 이에 반응되어 상기 대상물(12)로부터 나오는 공명신호를 검출하는 코일(13)과, 상기 코일(13)을 중간측 공간에 삽입하며, 내측 공간에는 공명 신호 관측 대상물(12)을 삽입할 수 있도록 이 중의 원통형 구조로 된 코일 삽입부(14)와, 상기 코일(13)의 한쪽 끝에 연결된 코일 길이 조정 밀대(16)와, 상기 코일 길이 조정 밀대(16)에 연결되어 이를 마이크로프로세서의 제어에 따라 좌, 우 왕복운동을 가능하게 하는 모터에 의해서 이동시킴으로써 코일(13)의 실제 이동 길이를 조정하는 코일의 길이 조정 구동계(19)와, 상기 코일(13)의 한쪽 끝에 접속된 고정접점(17)과, 상기 코일(13)에 슬라이딩 식으로 접속되는 가변접점(18)과, 상기 가변접점(18)을 지지하는 가변접점 이송 덮개(15)와, 상기 가변접점 이송 덮개(15)에 연결되어 이를 마이크로프로세서의 제어에 따라 좌, 우 왕복운동을 가능하게 하는 모터에 의해서 이동시킴으로써 코일(13)의 실제 이동 길이를 조정하는 가변접점 조정 구동계(20)로 구성된 인덕턴스 가변 탐지코일; 및 상기 인덕턴스 가변 탐지코일에 포함된 코일(13)과 전기용량을 변화시키도록 축전기 조정 구동계(21)와 연결되어 있는 가변축전기(27)와 상기 가변축전기(27)의 일단과 전류계의 일단에 각각 연결되어 있는 저항(28)으로 구성된 LCR 병렬회로와; 상기 LCR 회로에 교류전압을 발생시키는 발진기(23)와; 상기 가변축전기의 전기용량을 변화시키는 축전기 조정 구동계(21)와; 저항(28)에 연결된 전류계(22)와; 상기 전류계(22)의 전류 값을 기준으로 하여 상기 코일 길이 조정 구동계(19)와 가변접점 조정 구동계(20) 및 축전기 조정 구동계(21)를 제어하는 제어회로(24)와; 상기 제어회로(24)에 연결된 기억장치(25)와 발진기(23) 및 온도센서(26)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

핵사중극 공명과 핵자기 공명의 인덕턴스 가변 탐지코일을 이용한 LCR 회로 자동 동조 방법은 인덕턴스를 변화시킬 수 있는 인덕턴스 가변 탐지코일을 구비하는 단계와; 핵사중극 공명 신호를 관측하고자 하는 대상물(12)의 온도에 따른 핵사중극 공명진동수 데이터와 온도센서(26)의 온도를 비교하여 결정된 발진기(23)의 주파수를 발진하는 단계와; 제어회로(24)에서 기억장치(25)에 기억된 발진기(23)의 주파수에 따른 길이 조정 구동계(19)와 가변접점 조정 구동계(20) 및 축전기 조정 구동계(21)의 최적 상태로 상기 길이 조정 구동계(19)와 가변접점 조정 구동계(20) 및 축전기 조정 구동계(21)를 조정하는 단계와; 축전기를 조정하면서 전류를 측정하여 축전기 조정 구동계(21)의 구동 상태와 전류 값들을 기억장치(25)에 저장하고, 상기 축전기 전기용량의 가변 범위에 대한 조사가 모두 끝나면 가변축전기(27)의 전기용량을 초기의 최적 상태로 조정하는 단계와; 인덕턴스 가변 탐지코일의 코일(13) 길이를 길이 조정 구동계(19)로 조정하면서 전류를 측정하여 길이 조정 구동계(19)의 구동 상태와 전류 값들을 기억장치(25)에 저장하고, 상기 코일(13) 전체 길이의 가변 범위에 대한 조사가 모두 끝나면 코일(13)의 전체 길이를 초기의 최적 상태로 조정하는 단계와; 가변접점(18)의 위치를 가변접점 조정 구동계(20)로 조정하면서 전류를 측정하여 가변접점 조정 구동계(20)의 구동 상태와 전류 값들을 기억장치(25)에 저장하는 단계와; 가변접점(18)의 이동 범위에 대한 조사가 모두 끝나면 가변축전기(27)의 전기용량과 코일(13) 전체 길이 그리고 가변접점(18)의 위치를 각각 최소의 전류가 측정되었던 상태로 조정하는 단계와; 전류를 측정하여 저장하고 상기 저장된 전류 값들과 비교하는 단계와; 상기 측정된 전류가 최소 값 인가를 판단하는 단계와; 만일 상기 전류가 최소 값인 경우에는 종료하고, 최소 값이 아닌 경우에는 축전기 조정 단계인 33단계로 피드백 되고 이후의 각 단계를 반복하여 실행하고 최소 값인 경우에 종료하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부 도면에 의거 더욱 상세히 설명한다.

도 3은 일반적으로 사용되는 코일을 나타낸 도면으로, 전체 길이가l이고, 권선 수가N, 단면적이A인 코일을 나타낸 것이다. 이러한 코일의 인덕턴스L은 다음 식과 같다.

여기서μ ₀는 상수이며, 그 값은 4π×10^-7H/m이다.n은 단위 길이당 권선수로N/l해당된다. 즉, 코일의 인덕턴스는n ²,A, 그리고l에 비례하므로, 이들을 변화시킴으로써 코일의 인덕턴스를 변화시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 인덕턴스 가변 탐지코일의 단면도이다.

도시된 바와 같이, 인덕턴스 가변 탐지코일에서 사용되는 코일은 전체 길이를 조절할 수 있는 탄성이 있는 재질의 코일(13)을 사용하는데, 상기 코일(13)은 이 중의 원통형 구조로 되어있어서 내측 공간에 대상물(12)을 삽입할 수 있는 이중의 원통형 구조로 되어있는 코일 삽입부(14)의 중간측 공간에 삽입한다. 상기 코일 삽입부(14)의 중간측 공간에는 원통형의 코일 길이 조정 밀대(16)가 삽입되어 움직일 수 있도록 하며, 상기 코일 길이 조정 밀대(16)는 상기 코일(13)의 한쪽 끝에 연결된다. 코일 길이 조정 구동계(19)는 상기 코일 길이 조정 밀대(16)에 연결되어 이를 마이크로프로세서의 제어에 따라 좌, 우 왕복운동을 가능하게 하는 모터에 의해서 이동시킴으로써 상기 코일(13)의 전체 길이l을 조정한다. 상기 코일(13)의 실제 사용 길이l1은 코일(13)에 접속된 고정접점(17)과 가변접점(18) 사이의 거리로써, 상기 고정접점(17)은 상기 코일(13)의 한쪽 끝에 접속되며 상기 가변접점(18)은 상기 코일(13)에 슬라이딩 식으로 접속된다. 상기 가변접점(18)은 상기 코일 삽입부(14)의 외측을 둘러싸면서 이동이 가능한 가변접점 이송 덮개(15)에 지지된다. 가변접점 조정 구동계(20)는 상기 가변접점 이송 덮개(15)에 연결되어 이를 마이크로프로세서의 제어에 따라 좌, 우 왕복운동을 가능하게 하는 모터에 의해서 이동시킴으로써 상기 코일(13)의 실제 사용 길이l1 을 조정한다.

상기 코일 삽입부(14)와 코일 길이 조정 밀대(16) 그리고 가변접점 이송 덮개(15)는 코일(13)에 인가된 전자기파에 영향을 주지 않는 테프론(Teflon)이나 유리 혹은 플라스틱과 같은 재질로 구성된다.

도 4에서, 코일(13)의 전체 길이l은 코일 길이 조정 구동계(19)에 의해서 조정되며, 코일(13)의 실제 사용 길이l ₁는 가변접점 조정 구동계(20)에 의해서 조정된다. 코일의 권선 수가N이라고 했을 때에 코일의 인덕턴스는

이다. 위의 식에서 코일의 인덕턴스를 결정하는 요인 중 단면적A와 권선수N은 핵사중극 공명 신호를 관측하고자 하는 대상물(12)을 코일의 내부에 넣어야 한다는 제한점 때문에 그 값을 변화시키는 것이 곤란하다. 따라서 코일의 인덕턴스를 변화시키기 위해서 코일 길이 조정 구동계(19)로l을 변화시킴으로써 단위 길이당 권선 수인n을 변화시키고, 가변접점 조정 구동계(20)로 코일의 실제사용 길이l ₁을 변화시킴으로써 코일(13)의 인덕턴스를 조정한다.

도 5는 본 발명의 인덕턴스 가변 탐지코일의 투시도와 반절개도이다.

도 6은 본 발명의 인덕턴스 가변 탐지코일의 부분 절개도와 사시도이다.

도 7의 a는 인덕턴스 가변 코일을 사용한 LCR 병렬회로도, b는 그 때의 교류전압 주파수에 따른 코일 양단에 걸리는 전압 특성을 나타낸 것이다. 축전기의 전기용량과 코일의 인덕턴스를 변화시킬 때에 LCR 회로의 공명주파수는f ₃에서f ₄사이의 값을 가질 수 있다. 따라서 이러한 회로를 이용하면 핵사중극 공명 신호를 관측할 수 있는 대상물의 핵사중극 공명진동수의 범위는 도 7b의 △ f _3,4에 해당된다.

도 8은 인덕턴스 가변 코일을 사용한 LCR 직렬회로도와 그 때의 교류전압 주파수에 따른 전압 특성을 나타낸 것이다. 일반적으로 핵사중극 공명 측정기기의 탐지코일과 축전기 그리고 저항은 병렬로 연결되어있지만, 때로는 직렬로 연결하기도 한다. 그런 경우에도 인덕턴스 가변 코일을 사용할 경우에는 인덕턴스가 고정된 코일을 사용하는 경우보다 관측할 수 있는 핵사중극 공명진동수의 범위( △ f _5,6)가 더 넓어진다.

도 9는 본 발명의 핵사중극 공명과 핵자기 공명의 인덕턴스 가변 탐지코일을 이용한 LCR 회로 자동 동조 장치의 개략도이다.

도시된 바와 같이 인덕턴스 가변 탐지코일에 포함된 코일(13)과 가변축전기(27) 그리고 저항(28)은 LCR 병렬회로를 형성하고 있다. 상기 가변축전기(27)는 전기용량을 변화시키도록 축전기 조정 구동계(21)가 연결된다. 코일(13)의 인덕턴스를 조정하는 길이 조정 구동계(19)와 접점 조정 구동계(20) 그리고 축전기 조정 구동계(21)는 제어회로(24)에 연결되어 각각의 구동량을 제어 받는다. 상기 저항(28)에는 전류계(22)가 직렬로 연결되며, 상기 전류계(22)는 제어회로(24)에 연결된다. 상기 제어회로(24)는 세 구동계(19, 20, 21)의 구동 상태, 구동 상태에 따른 전류값, 발진기(23)의 주파수에 따른 세 구동계(19, 20, 21)의 최적 상태 등을 기억시키는 기억장치(25)가 연결된다. 또한, 상기 제어회로(24)에는 발진기(23)와 온도센서(26)가 연결된다.

일반적으로 핵사중극 공명진동수는 온도에 따라 달라지며, 온도에 따른 공명진동수의 변화량은 대상물의 종류에 따라 다르다. 그러므로 특정 대상물의 핵사중극 공명진동수를 관측하고자 할 때에 온도의 측정은 필수적이다. 따라서, 핵사중극 공명 신호를 관측하고자 하는 대상물의 종류가 결정되면, 온도에 따른 대상물의 핵사중극 공명진동수 데이터와 온도센서(26)에서 읽어들인 온도 값을 기준으로 발진기(23)의 주파수를 결정한다.

저항(28)에 직렬로 연결된 전류계(22)는 저항(28)에 흐르는 전류를 측정하는데, 이 전류 값은 LCR 회로를 발진 주파수에 맞는 최적의 상태로 동조시키는 기준이 된다. 일반적인 LCR 병렬회로의 임피던스(Impedance) Z 는

이다. 여기서,R은 저항,X _L은 2πfL로 코일의 유도리액턴스(inductive reactance),Xc는 2πfC로 축전기의 용량리액턴스(capacitive reactance)이다. 또한,f는 발진기의 주파수,L은 코일의 인덕턴스,C는 축전기의 전기용량이다.

이 때, LCR 병렬회로가 공명주파수f ₀로 공명 상태가 되면,X _L=X _C가 되어 윗 식은

이 된다. 즉, LCR 병렬회로의 임피던스Z는 공명 상태일 때에 최대가 된다. LCR 회로의 임피던스는 일반적인 회로의 저항에 해당하므로, 공명 상태에서 총전류는 최소가 된다. LCR 직렬회로에서는 병렬회로와는 반대로 공명 상태에서 총전류는 최대가 된다.

따라서, 발진 주파수에 따른 LCR 회로의 동조 상태를 파악하기 위하여 저항(28)에 흐르는 전류를 비교의 기준으로 사용한다.

본 발명의 핵사중극 공명과 핵자기 공명의 인덕턴스 가변 탐지코일을 이용한 LCR 회로 자동 동조 방법을 도 10의 흐름도를 참조하여 설명한다.먼저, 30단계에서 인덕턴스를 변화시킬 수 있는 인덕턴스 가변 탐지코일을 구비한다. 이후 다음 단계인 31단계에서 핵사중극 공명 신호를 관측하고자 하는 대상물의 온도에 따른 핵사중극 공명진동수 데이터와 온도센서(26)의 온도를 비교하여 결정된 발진기(23)의 주파수를 발진하고, 이어서 32단계에서는 이 때, 제어회로(24)에서 기억장치(25)에 기억된 발진기(23)의 주파수에 따른 세 구동계(19, 20, 21)의 최적 상태로 세 구동계(19, 20, 21)를 조정한다. 상기 32단계는 대상물의 공명 신호를 최초로 관측하는 경우에는 생략된다. 그 다음 33, 34 및 35단계에서는 축전기를 조정하면서 전류를 측정하여 축전기 조정 구동계(21)의 구동 상태와 전류 값들을 기억장치(25)에 저장한다. 이때 축전기 전기용량의 가변범위에 대한 조사가 모두 끝나면 가변축전기(27)의 전기용량을 초기의 최적 상태로 조정하게 된다. 그 다음 36, 37 및 38단계에서는 인덕턴스 가변 탐지코일의 코일(13) 길이를 길이 조정 구동계(19)로 조정하면서 전류를 측정하여 길이 조정 구동계(19)의 구동 상태와 전류 값들을 기억장치(25)에 저장한다. 이때 코일(13) 전체 길이의 가변 범위에 대한 조사가 모두 끝나면 코일(13)의 전체 길이를 초기의 최적 상태로 조정하게 된다. 이후 단계들인 39, 40 및 41단계에서는 가변접점(18)의 위치를 가변접점 조정 구동계(20)로 조정하면서 전류를 측정하여 가변접점 조정 구동계(20)의 구동 상태와 전류 값들을 기억장치(25)에 저장한다. 이어서 42단계에서는 가변접점(18)의 이동 범위에 대한 조사가 모두 끝나면 가변축전기(27)의 전기용량과 코일(13) 전체 길이 그리고 가변접점(18)의 위치를 각각 최소의 전류가 측정되었던 상태로 조정한다. 그 후에 43단계에서는 전류를 측정하고, 이어서 44단계에서는 43단계에서 저장된 전류 값들과 비교하여 최소 값이 나타나는지를 판단한다. 만일 전류가 최소 값인 경우에는 종료하고, 최소 값이 아닌 경우에는 축전기 조정 단계인 33단계로 피드백 되고 이후의 각 단계를 반복하여 실행하고 최소 값인 경우에 종료한다.

먼저, 인덕턴스를 변화시킬 수 있는 인덕턴스 가변 탐지코일을 구비한다.(30)

그런 다음, 핵사중극 공명 신호를 관측하고자 하는 대상물의 온도에 따른 핵사중극 공명진동수 데이터와 온도센서(26)의 온도를 비교하여 결정된 발진기(23)의 주파수를 발진한다.(31)

이 때, 제어회로(24)는 기억장치(25)에 기억된 발진기(23)의 주파수에 따른 세 구동계(19, 20, 21)의 최적 상태로 세 구동계(19, 20, 21)를 조정한다.(32) 이 단계는 대상물의 공명 신호를 최초로 관측하는 경우에는 생략된다.

그런 다음, 축전기를 조정(33)하면서 전류를 측정(34)하여 축전기 조정 구동계(21)의 구동 상태와 전류 값들을 기억장치(25)에 저장한다.(35) 축전기 전기용량의 가변 범위에 대한 조사가 모두 끝나면 가변축전기(27)의 전기용량을 초기의 최적 상태로 조정한다.

그런 다음, 인덕턴스 가변 탐지코일의 코일(13) 길이를 길이 조정 구동계(19)로 조정(36)하면서 전류를 측정(37)하여 길이 조정 구동계(19)의 구동 상태와 전류 값들을 기억장치(25)에 저장한다.(38) 코일(13) 전체 길이의 가변 범위에 대한 조사가 모두 끝나면 코일(13)의 전체 길이를 초기의 최적 상태로 조정한다.

그런 다음, 가변접점(18)의 위치를 가변접점 조정 구동계(20)로 조정(39)하면서 전류를 측정(40)하여 가변접점 조정 구동계(20)의 구동 상태와 전류 값들을 기억장치(25)에 저장한다.(41)

가변접점(18)의 이동 범위에 대한 조사가 모두 끝나면 가변축전기(27)의 전기용량과 코일(13) 전체 길이 그리고 가변접점(18)의 위치를 각각 최소의 전류가측정되었던 상태로 조정한다.(42)

그런 후에, 전류를 측정(43)하여 이전 단계에서 저장된 전류 값들과 비교하여 최소 값을 나타내는가 판단한다.(44)

전류가 최소 값이 아닌 경우에는 앞의 축전기 조정 단계로 돌아가 각 단계를 반복하며, 최소 값인 경우에는 종료한다.

본 발명에 따르면, 종래 방법의 핵사중극 공명 신호를 관측하기 위해서 인덕턴스가 고정된 여러 개의 코일을 준비하여 대상물(12)의 공명진동수에 맞도록 코일을 교체하면서 공명 신호를 관측하고, 코일을 포함한 LCR 회로를 동조시키기 위해서 가변축전기를 수동으로 조작하는 번거로움이 따르는 문제점이 방지되도록 인덕턴스 가변 탐지코일을 사용하여 핵사중극 공명진동수의 관측 가능 범위를 넓힘으로써 하나의 탐지코일로 여러 대상물의 핵사중극 공명 신호를 관측할 수 있으며, 탐지코일을 포함한 LCR 회로를 자동으로 동조시킴으로써 핵사중극 공명 신호를 신속하게 관측할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 종래 방법에서는 여러 대상물들의 핵사중극 공명 신호를 관측할 때에 각 대상물의 공명진동수에 맞는 코일로 교체를 해야 하기 때문에 핵사중극 공명진동수의 차이가 많이 나는 대상물들을 순차적으로 관측할 수 없는 문제점이 발생하였는데, 본 발명에 따르면, 하나의 탐지코일로 관측할 수 있는 대상물의 종류가 많고, 또한 LCR 회로의 자동 동조를 통해서 여러 대상물의 핵사중극 공명 신호를 순차적으로 관측할 수 있다는 장점이 있다.

또, 종래 기술에서 공항이나 항만 등지에서 사용되는 핵사중극 공명 기술을 이용한 짐검사용 폭발물, 마약 검출기는 검출하는 폭약과 마약의 종류가 제한적이라는 문제점이 있지만, 본 발명에 따르면, 다양한 종류의 폭발물 및 마약을 탐지할 수 있다는 장점이 있다.

Claims

핵사중극 공명과 핵자기 공명의 인덕턴스 가변 탐지코일을 이용한 LCR 회로 자동 동조 장치에 있어서,

교류전압에 의해 발생된 전자기파를 조사받는 대상물(12)과,

전체 길이를 조절할 수 있는 탄성이 있는 재질로 되어 있고 상기 전자기파를 조사받은 후 이에 반응되어 상기 대상물(12)로부터 나오는 공명신호를 검출하는 코일(13)과,

상기 코일(13)을 중간측 공간에 삽입하며, 내측 공간에는 공명 신호 관측 대상물(12)을 삽입할 수 있도록 이 중의 원통형 구조로 된 코일 삽입부(14)와,

상기 코일(13)의 한쪽 끝에 연결된 코일 길이 조정 밀대(16)와,

상기 코일 길이 조정 밀대(16)에 연결되어 이를 마이크로프로세서의 제어에 따라 좌, 우 왕복운동을 가능하게 하는 모터에 의해서 이동시킴으로써 코일(13)의 실제 이동 길이를 조정하는 코일의 길이 조정 구동계(19)와,

상기 코일(13)의 한쪽 끝에 접속된 고정접점(17)과,

상기 코일(13)에 슬라이딩 식으로 접속되는 가변접점(18)과,

상기 가변접점(18)을 지지하는 가변접점 이송 덮개(15)와,

상기 가변접점 이송 덮개(15)에 연결되어 이를 마이크로프로세서의 제어에 따라 좌, 우 왕복운동을 가능하게 하는 모터에 의해서 이동시킴으로써 코일(13)의 실제 이동 길이를 조정하는 가변접점 조정 구동계(20)로 구성된 인덕턴스 가변 탐지코일; 및

상기 인덕턴스 가변 탐지코일에 포함된 코일(13)과 전기용량을 변화시키도록 축전기 조정 구동계(21)와 연결되어 있는 가변축전기(27)와 상기 가변축전기(27)의 일단과 전류계의 일단에 각각 연결되어 있는 저항(28)으로 구성된 LCR 병렬회로와;

상기 LCR 회로에 교류전압을 발생시키는 발진기(23)와;

상기 가변축전기의 전기용량을 변화시키는 축전기 조정 구동계(21)와;

저항(28)에 연결된 전류계(22)와;

상기 전류계(22)의 전류 값을 기준으로 하여 상기 코일 길이 조정 구동계(19)와 가변접점 조정 구동계(20) 및 축전기 조정 구동계(21)를 제어하는 제어회로(24)와;

상기 제어회로(24)에 연결된 기억장치(25)와 발진기(23) 및 온도센서(26)를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵사중극 공명과 핵자기 공명의 인덕턴스 가변 탐지코일을 이용한 LCR 회로 자동 동조 장치
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핵사중극 공명과 핵자기 공명의 인덕턴스 가변 탐지코일을 이용한 LCR 회로 자동 동조 방법에 있어서,

인덕턴스를 변화시킬 수 있는 인덕턴스 가변 탐지코일을 구비하는 단계와;

핵사중극 공명 신호를 관측하고자 하는 대상물(12)의 온도에 따른 핵사중극 공명진동수 데이터와 온도센서(26)의 온도를 비교하여 결정된 발진기(23)의 주파수를 발진하는 단계와;

제어회로(24)에서 기억장치(25)에 기억된 발진기(23)의 주파수에 따른 길이 조정 구동계(19)와 가변접점 조정 구동계(20) 및 축전기 조정 구동계(21)의 최적 상태로 상기 길이 조정 구동계(19)와 가변접점 조정 구동계(20) 및 축전기 조정 구동계(21)를 조정하는 단계와;

축전기를 조정하면서 전류를 측정하여 축전기 조정 구동계(21)의 구동 상태와 전류 값들을 기억장치(25)에 저장하고, 상기 축전기 전기용량의 가변 범위에 대한 조사가 모두 끝나면 가변축전기(27)의 전기용량을 초기의 최적 상태로 조정하는 단계와;

인덕턴스 가변 탐지코일의 코일(13) 길이를 길이 조정 구동계(19)로 조정하면서 전류를 측정하여 길이 조정 구동계(19)의 구동 상태와 전류 값들을 기억장치(25)에 저장하고, 상기 코일(13) 전체 길이의 가변 범위에 대한 조사가 모두 끝나면 코일(13)의 전체 길이를 초기의 최적 상태로 조정하는 단계와;

가변접점(18)의 위치를 가변접점 조정 구동계(20)로 조정하면서 전류를 측정하여 가변접점 조정 구동계(20)의 구동 상태와 전류 값들을 기억장치(25)에 저장하는 단계와;

가변접점(18)의 이동 범위에 대한 조사가 모두 끝나면 가변축전기(27)의 전기용량과 코일(13) 전체 길이 그리고 가변접점(18)의 위치를 각각 최소의 전류가 측정되었던 상태로 조정하는 단계와;

전류를 측정하여 저장하고 상기 저장된 전류 값들과 비교하는 단계와;

상기 측정된 전류가 최소 값인가를 판단하는 단계와;

만일 상기 전류가 최소 값인 경우에는 종료하고, 최소 값이 아닌 경우에는 축전기 조정 단계인 33단계로 피드백 되고 이후의 각 단계를 반복하여 실행하고 최소 값인 경우에 종료하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵사중극 공명과 핵자기 공명의 인덕턴스 가변 탐지코일을 이용한 LCR 회로 자동 동조 방법
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