KR100524797B1 - 자기 및 전자기 간섭 필드를 능동적으로 보상하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

자기 및 전자기 간섭 필드를 능동적으로 보상하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소정 체적 영역을 둘러싸는 1개 또는 그 이상의 헬름홀쯔 코일, 및 센서 신호에 의존하여 상기 헬름홀쯔 코일을 활성화하는 디바이스를 이용하여, 상기 소정 체적 영역 내의 자기 그리고/또는 전자기 방해 필드를 능동적으로 보상하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 상기 디바이스의 적어도 1개의 제 2 센서(1)가 상기 제 2 센서(1)의 위치에서의 자기 또는 전자기 필드에 의해 결정되는 신호(1a)를 생성하기 위해 상기 소정 체적 영역을 벗어나 제공되고, 적어도 1개의 제 1 센서(2)가 이 센서(2)의 위치에서의 자기 그리고/또는 전자기 필드에 의해 결정되는 신호(2a)를 생성하기 위해 상기 소정 체적 영역 내에 제공된다. 제 1 및 제 2 센서로부터의 신호(2a, 1a)는 헬름홀쯔 코일에 속하는 조정 증폭기(3)를 제어하기 위한 입력 신호(3b, 3a)로서 이용된다. 실험적으로 결정된 전달 함수가 실행된 후, 제 1 센서(2a)로부터의 신호는 디지털 조정 증폭기(3)의 조정 입력부(3b)로 인가되고, 디지털 조정 증폭기(3)의 출력 신호(3c)는, 소정 체적 범위 내에서의 자기 그리고/또는 전자기 필드가 적어도 부분적으로 보상되는 방식으로 상기 헬름홀쯔 코일(4)을 통해 전류를 제어한다.

Description

자기 및 전자기 간섭 필드를 능동적으로 보상하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR ACTIVE COMPENSATION OF MAGNETIC AND ELECTROMAGNETIC DISTURBANCE FIELDS}
본 발명은 소정 체적 영역 내의 자기, 및 바람직하게는 전자기 간섭 필드를 또한 능동적으로 보상하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
오늘날의 측정 기술은 진폭이 극히 낮은 전자기 방사 및 자기 필드를 검출할 수 있다. 따라서, 예를 들어 의료 기술에서는, 핵 자기 공명(NMR), 및 특히 자기 공명 이미징(MRI)을 이용하여 미만 범위의 진폭을 검출할 수 있다. SQUID(초전도 양자 간섭 장치: Superconducting QUantum Interference Device) 센서는 약 범위 아래의 신호 레벨까지도 검출할 수 있다.
하지만, 유효 신호(wanted signal)의 이러한 작은 필드 진폭은 그 순간의 통상의 전자기 및 자기 간섭 필드와 가깝거나, 또는 어떤 경우에는 그 보다 작다.
이러한 간섭 필드는, 예를 들어 엘리베이터, 철도 및 자동차 등의 움직이는 금속 물체에 의해 야기될 수 있다. 이러한 간섭 필드의 주파수는 0 내지 약 10Hz의 범위 내에 있다. 또한, 비대칭적으로 로드되는 전력 공급 장치는 50Hz 영역에서 간섭 및 그 주파수에서의 고조파를 발생시킬 수 있다. 설명한 간섭 필드는 MRI 측정시 소위 "고스트상"을 발생시키고, NMR 측정시 공명 변위를 일으킨다.
소정 체적 영역 내의 전자기, 및 특히 자기 간섭 필드를 능동적으로 보상하기 위한 종래의 장치는, 예를 들어 MRI 장비에, 그리고 리소그래피 및 마이크로스코피를 위한 전자 빔 장비에 이용된다. 예를 들어, 샘플을 스캔하는 동안 전자 스캐닝 현미경의 음극으로부터 방출되는 전자들은, 예를 들어 코일에 의해 야기되는 전자기 필드에 의해 소정의 방식으로 편향된다. 현미경 내에 또한 존재하는 자기 및 전자기 간섭 필드는, 충돌점이 어느 정도의 선명하지 않은 상태로 나타나게 하는 식으로 샘플로 향하는 전자 경로에 영향을 준다. 이러한 이유로, 코일은 전자 현미경이 위치되는 공간(room)의 벽에 장착된다. 이 공간 내에서의 자기 간섭 필드는 플럭스 게이트 센서를 이용하여 측정되고, 이러한 방식으로 얻어지는 전기 신호는, 네거티브 피드백을 갖는 디지털 신호 처리에 의해, 벽에 위치하는 코일을 활성화시키는 데에 이용된다.
자기 및 전자기 간섭 필드를 능동적으로 보상하기 위해 이러한 방식으로 제조되는 시스템은, 비록 간섭 필드를 정확하게 보상할 수 있기는 하지만, 이는 센서의 위치에서만 완전하게 보상된다는 단점을 갖는다. 따라서, 이러한 방법은 항상 시스템적인 에러를 갖는다.
하지만, 그 신호가 네거티브 피드백에 이용되는 센서를 현미경 내의 전자 경로 근처에 배치하는 것은 불가능한데, 이는 이러한 네거티브 피드백이 전자들의 규정된 편향에 이용되는 전자기 필드를 또한 보상하기 때문이다.
유사한 방법으로, MRI 시스템에서 간섭 필드를 능동적으로 보상하는 목적은 서로 수직하는 3개의 축에 있어서의 주위의 간섭 필드를 줄이는 것이다. 일반적으로, 이러한 경우의 간섭 레벨은 에서 까지 변하며, 약 까지 감소되어야 한다. 이러한 경우에서도, 네거티브 피드백을 제어하기 위한 센서는 측정 공간 내에 배치될 수 없는데, 이는 그렇지 않으면 측정 신호가 자기 필드 보상에 의해 적어도 변조되기 때문이다.
따라서, 측정 감도의 증가와 동시에, 존재하는 전자기 간섭 필드를 억제하여 측정 분석을 더욱 개선함으로써, 오늘날의 센서의 잠재력을 충분히 이용하고, 규정된 전자기 필드를 이용하여 전기적으로 충전된 입자를 보다 정확하게 제어할 수 있게 하고자 하는 요구가 대두되었다. 또한, 기대 신호 레벨보다 훨씬 더 작은 자기 및 전자기 잡음 레벨을 갖는 주위 조건을 제공하는 것이, 이러한 기술을 상업적으로 성공적으로 이용하기 위한 시작이다. EP 0 514 927 A2는 자기 간섭을 줄이기 위한 장치를 개시하는바, 이 장치는 SQUID 센서 및 자기 간섭을 없애는 코일쌍을 갖는바, 여기서 센서 신호는 코일에 피드백된다. 이 장치는 상기에서 이미 설명한 단점, 즉 간섭 필드가 센서의 위치에서만 완전하게 보상된다는 단점을 갖는다.
도 1은 제 2 센서(1)가 헬름홀쯔 케이지의 외부에 배치되고 제 1 센서(2)가 헬름홀쯔 케이지의 소정 체적의 내부에 배치되는, 소정 체적 내부의 자기 그리고/또는 전자기 간섭 필드를 능동적으로 보상하기 위한 본 발명에 따른 장치의 일 실시예의 개략적인 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 실시예에 대한 본 발명에 따른 능동적 보상의 유무에 따라, 자기 차폐형 공간의 수직 방향의 주파수에 의존하는 자기 간섭 필드의 감쇠 프로파일을 비교하여 나타낸다.
도 3은 제 2 센서(1)가 헬름홀쯔 케이지의 내부에 배치되고 제 1 센서(2)가 헬름홀쯔 케이지의 소정 체적의 내부에 배치되는, 본 발명에 따른 장치의 다른 실시예의 개략적인 블록도이다.
따라서, 본 발명의 목적은 존재하고 있는 유효 신호에 큰 영향을 주지 않으면서 실제 "발단점(point of origin)"에서 전자기, 및 특히 자기 간섭 필드를 보상하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 1에 기재된 장치 및 청구항 12에 기재된 방법에 의해 놀랄정도로 간단하게 달성된다.
이 경우, 소정 체적 영역을 본질적으로 둘러싸는 적어도 1개의 헬름홀쯔 코일(Helmholtz coil); 및 센서 신호의 함수로서 헬름홀쯔 코일을 활성화하는 디바이스에 의해, 소정 체적 영역 내의 자기 그리고/또는 전자기 간섭 필드를 능동적으로 보상하기 위한 장치가 제공되는바, 여기에서는 적어도 1개의 제 1 센서가 자신의 위치에서의 자기 그리고/또는 전자기 필드에 근거하는 신호를 생성하기 위해 소정 체적 영역의 내부에 배치된다. 또한, 적어도 1개의 제 2 센서가 자신의 위치에서의 자기 그리고/또는 전자기 필드에 근거하는 신호를 생성하기 위해 소정 체적 영역의 외부에 배치된다. 제 1 센서 및 제 2 센서로부터의 신호는 헬름홀쯔 코일에 결합되는 조정 증폭기를 활성화시키는 입력 신호로서 이용된다. 예를 들어, 대개 경험적으로 결정되는 전달 함수(transfer function)를 통과하게 되면, 제 1 센서로부터의 신호는 디지털 방식으로 설계된 조정 증폭기의 조정 입력에 인가되고, 디지털 조정 증폭기로부터의 출력 신호는 소정 체적 영역 내의 자기 그리고/또는 전자기 간섭 필드가 적어도 부분적으로 보상되는 방식으로 헬름홀쯔 코일을 통해 전류를 제어한다.
소정 체적 영역 외부의 제 2 센서로부터의 선 처리된 전기 신호는 유익하게는 증폭되어, 헬름홀쯔 코일에 대한 제 2 센서의 배치에 따라, 코일에 피드포워드 또는 피드백되고, 소정 체적 영역 내부의 제 1 센서로부터의 전기 신호는 간섭 신호로서 간섭 필드 보상의 "품질(quality)"을 나타내며, 피드포워드를 위한 파라미터를 설정하도록 이용된다.
이러한 방식으로, 간섭 필드는 실제 관련 위치에서, 예를 들어 전자 현미경의 전자 경로 상에서 보상될 수 있다.
이 장치가 3개의 모든 공간적인 방향에서의 자기 그리고/또는 전자기 필드를 검출하기 위한 다수의 센서들을 구비하고, 이들의 전기 신호들이 디지털 조정 증폭기를 활성화시키는 데에 이용되며, 그리고 소정 체적 내의 3개의 모든 공간 방향에 있어서의 전자기 간섭 필드가 본질적으로 보상되는 방식으로, 디지털 조정 증폭기 유닛으로부터의 출력 신호들이 3축의 헬름홀쯔 케이지의 코일을 통해 전류를 제어하는 데에 이용되는 경우, 이 장치는 또한 3차원의 소정 체적 영역에 있어서의 자기 그리고/또는 전자기 간섭 필드를 능동적으로 보상하는 데에 이용될 수 있다.
소정 체적 영역이 본질적으로 헬름홀쯔 케이지 내의 전체 체적을 포함하는 경우, 즉 제 2 센서가 헬름홀쯔 케이지의 외부에 위치되는 경우, 제 2 센서로부터의 선 처리된 전기 신호는 유익하게는 증폭되어 코일에 피드포워드되는바, 제 1 센서로부터의 전기 신호는 간섭 필드 보상의 품질을 나타내고, 피드포워드를 위한 파라미터를 설정하는 데에 이용된다.
한편, 소정 체적 영역이 헬름홀쯔 케이지 내부의 한정된 체적부 만을 포함하는 경우, 그리고 제 2 센서가 또한 헬름홀쯔 케이지 내부에 배치되는 경우, 제 2 센서로부터의 선 처리된 전기 신호는 유익하게는 증폭되어 네거티브 피드백을 갖는 코일에 공급되는바, 제 1 센서로부터의 전기 신호는 간섭 필드 보상의 품질을 나타내고, 피드백 파라미터를 설정하는 데에 이용된다. 이러한 배치는, 예를 들어 네거티브 피드백을 갖는 종래의 보상 장치에서 피드백 파라미터들을 설정하는 데에 이용될 수 있다. 이에 따라, 간섭 필드 보상을 위해 종래의 시스템에서 보통 지루하게 당업자에 의해 수동으로만 수행될 수 있었던, 네거티브 피드백에 대한 피드백 파라미터를 설정하는 과정이 자동으로 수행될 수 있다.
응용 및 요건에 따라, 본 발명의 원리는 코일, 플럭스 게이트 센서, ESR 센서, NMR 센서, SQUID 센서 및 홀 효과 센서 등의 소정 체적의 내부 및 외부의 다수의 필드 센서에 의해 수행될 수 있다. 또한, 예를 들어 소정 체적 외부의 플럭스 게이트 센서 및 헬름홀쯔 케이지 내의 SQUID 센서, 또는 케이지 외부의 (제 2 센서로서) 그리고/또는 케이지 내부의 (제 1 센서로서)의 다수의 다른 센서 등의 여러 센서들이 동시에 이용될 수 있다. 이러한 높은 유연성에 의해, 본 발명에 따른 방법은 각각의 전자기 간섭 필드 및 유효 필드(wanted field)에 항상 최적으로 적용될 수 있다.
상기 방법의 이러한 높은 적응성으로 인해, 본 발명에 따른 장치는, 자기 그리고/또는 전자기 필드가, 예를 들어 유효 신호로서 검출되거나 또는 전기 입자를 제어하는 데에 이용되는 유효 필드의 역할을 하는 많은 측정 또는 절차에 대해 능동적인 자기 그리고/또는 전자기 차폐(shielding)에 이용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 제 1 센서 또는 센서들은 유익하게는 적어도 부분적으로 대체될 수 있으며, 이에 따라 간섭 신호를 검출하는 제 1 센서 또는 센서들과 동시에, 유효 신호를 검출하기 위해 소정의 체적 내에 존재하는 1개 또는 그 이상의 제 3 센서, 예를 들어 NMR 시스템 내의 NMR 센서 또는 SQUID 시스템 내의 SQUID 센서를 이용함으로써 절약된다. 본 발명의 다른 개량예에서, 이 장치는 자기 차폐형 공간(MSR)을 포함할 수 있다. 이 경우, 헬름홀쯔 코일은 자기 차폐형 공간의 외부에 설치되고, 적어도 1개의 제 2 센서가 소정 체적 영역 외부에 배치되며, 적어도 1개의 제 1 센서가 소정 체적 영역 내의 자기 차폐형 공간의 내부에 배치된다. 본 발명은 유익하게는, 이전에 달성하지 못했던 자기 그리고/또는 전자기 간섭 필드의 억제를 달성하기 위해, 상기에서 이미 설명한 자기 차폐형 공간(MSR) 등의 수동의 자기 차폐 방법에 용이하게 결합될 수 있다. 이러한 방식으로, 본 발명에 따른 능동 보상에 의하면, 능동 억제가 없는 MSR에서의 감쇠와 비교하여, MSR에 있어서의 감쇠를 0.1㎐에서 35㏈ 증가시킬 수 있다. 실제로, 종래의 MSR의 간섭 필드 억제가 설계에 의해 다른 주파수 대역보다 적은 0.1 내지 0.2㎐의 중간 주파수를 갖는 주파수 대역에서, 자기 그리고/또는 전자기 간섭에 대한 본 발명에 따른 부가적인 능동 보상은 종래 기술에 따른 장치에 비해 큰 개선을 제공한다.
어떠한 환경에서, 본 발명에 따른 간섭 필드 억제를 이용하게 되면, 자기 차폐형 공간을 이용해야 하는 필요성을 완전히 덜어주거나, 또는 간단한 수단으로 이를 실현할 수 있게 한다.
또한, 유익하게는, 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어 NMR 시스템, MRI 시스템, ESR 시스템, 전자 빔 시스템 및 가속기 시스템(예를 들어, 선형 가속기) 등의, 자기 그리고/또는 전자기 간섭 필드가 역할을 할 수 있는 다수의 시스템을 차폐하는 데에 이용될 수 있다.
첨부 도면을 참조하여 본 발명의 다수의 실시예에 대해 보다 상세히 설명한다.
도 1은 소정 체적 내부의 전자기 간섭 필드를 능동적으로 보상하기 위한 본 발명에 따른 장치의 일 실시예의 개략적인 블록도이다. 이 장치는, 소정 체적 영역을 본질적으로 둘러싸는 적어도 1개의 헬름홀쯔 코일을 포함한다. 이 경우, 본 발명을 위한 소정 체적 영역은 자기 그리고/또는 전기적인 간섭이 이미지 검출 또는 이미징 공정에 영향을 미치는 체적을 포함한다. 이러한 경우의 소정 체적은 상기 간섭이 보상되어야 하는 체적을 적어도 포함한다. 부분적인 보상을 위해, 전자 현미경 내의 이미징 렌즈 및 빔 경로, 또는 가속기 내의 목표 영역, 전자 빔 리소그래피 시스템 내의 빔 경로 및 광학계(optics) 등의, 규정된 체적 영역이 또한 선택될 수 있다.
또한, 적어도 1개의 제 2 센서(1)가 이 센서(1)의 위치에서의 전자기 필드에 의존하는 전기 신호(1a)를 생성하도록 헬름홀쯔 코일의 외부에 배치되고, 적어도 1개의 제 1 센서(2)가 이 센서(2)의 위치에서의 전자기 필드에 의존하는 전기 신호(2a)를 생성하도록 소정 체적 영역 내부에 배치된다. 제 1 센서로부터의 신호(2a) 및 제 2 센서로부터의 신호(1a)는 헬름홀쯔 코일에 결합된 조정 증폭기(3)를 활성화하기 위한 입력 신호(3b, 3a)로서 작용한다. 구체적으로, 전기 신호(1a)는 디지털 조정 증폭기 유닛(3)의 신호 입력부를 활성화하기 위한 입력 신호(3a)로서 이용되고, 전기 신호(2a)는 실험적으로 결정되는 전달 함수(Hs)(도 1의 필터(7)에 의해 설명됨)를 통과한 후, 디지털 조정 증폭기 유닛(3)의 조정 입력부에 대한 입력 신호(3b)로서 인가된다. 디지털 조정 증폭기 유닛(3)으로부터의 출력 신호(3c)는 헬름홀쯔 코일을 통해 전류를 제어한다. 이러한 헬름홀쯔 코일들은 이들이 1개 또는 2개의 공간적인 방향에서의 간섭 필드를 본질적으로 보상하도록 본 발명에 따라 배치될 수 있지만, 소정 체적 영역을 둘러싸는 헬름홀쯔 케이지(4)는 또한 이러한 방식으로 설계되고, 소정 체적 영역 내의 헬름홀쯔 케이지(4)를 통해 야기되는 전류 흐름이 3개의 모든 공간 방향에서의 전자기 그리고/또는 자기 간섭 필드를 본질적으로 보상하는 방식으로 디지털 증폭기 유닛(3)으로부터의 전류에 의해 활성화될 수 있다.
이 경우, 센서(1 및 2)는 3개의 공간 방향에서의 측정 변수를 검출하거나, 또는 각 공간 방향에 대해 적어도 1개의 센서를 소정 체적 영역의 내부 및 외부에 제공할 수 있고, 디지털 조정 증폭기 유닛(3)은 다차원 측정 변수를 처리하도록, 그리고 헬름홀쯔 케이지의 전류를 활성화하도록 설정된다.
도 1에 나타낸 실시예의 경우, 소정의 체적은 헬름홀쯔 케이지의 내부를 본질적으로 포함한다. 즉, 제 2 센서가 헬름홀쯔 케이지의 외부에 배치된다. 따라서, 본 발명에 따르면, 소정 체적 외부의 제 2 센서로부터의 선 처리된 전기 신호는 증폭되어 코일에 피드 포워드되고, 소정 체적 내부의 제 1 센서로부터의 전기 신호는 이러한 피드 포워드를 위한 파라미터들을 적응 설정하는 데에 이용된다. 이 경우, 이득 및 위상각 등의 관련 파라미터는 적응 방법에 의해, 예를 들어 자기 그리고/또는 전자기 간섭 필드에 의존하는 간섭 신호의 최소 평균 제곱 에러를 최소화함으로써 방향 의존 방식으로 결정된다. 다른 최소화 방법은 당업자에게 잘 알려져있기 때문에, 이에 대해서는 설명하지 않는다. 제어 파라미터는 변경되며, 소정 체적 영역 내에서의 간섭 신호의 측정 결과는, 상기 방법에 따라, 파라미터를 리셋하기 위한 기초로서 간주된다. 측정된 간섭 신호는, 시스템 Hs의 임펄스 응답 hs를 갖는 센서 타임 신호의 수학적인 합성(convolution)에 대응하는 실험적으로 결정된 전달 함수(Hs)를 갖는 필터(7)를 통과한다. 다음으로, 합성 신호에 의해 디지털 조정 증폭기 유닛의 조정 입력이 활성화되어, 조정 파라미터들을 설정한다. 최적의 조정 파라미터는 소정 체적 영역 내에서의 자기 그리고/또는 전자기 간섭 필드가 최소화되는 파라미터이다. Hs는 조정 출력으로부터 내부 센서(2)까지의 전송 경로의 모델에 대응한다. 즉, Hs는 물론 상업적으로 입수할 수 있는 FFT 분석기를 이용해서도 결정될 수 있다. 필터(7) 및 조정 증폭기에서 모델링되는 전송 경로가 시간에 따라 안정한 것을 전제로 하여, 센서(2)는 스위치 오프될 수 있고, 조정 증폭기(30)에 대해 결정된 전송 파라미터들은 유지될 수 있다. 다른 실시예에서, 센서(2)는 스위치 오프되지 않고, 제어 파라미터는 상기 설명한 적응 방법을 이용하여 가변적인 주위 조건에 계속적으로 적합하게 된다.
요건에 따라, 코일, 플럭스 게이트 센서, ESR 센서, NMR 센서, SQUID 센서 및 홀 효과 센서 등의 모든 자기 필드 센서가 제 2 센서(1) 및 제 1 센서(2)로서 이용될 수 있다. 예를 들어, NMR 센서는 NMR 시스템의 소정 체적 내부의 제 1 센서로서 이용된다. 본 발명에 따르면, 본 발명의 제 1 실시예에서, 소정 체적 영역 내의 전자기 간섭 필드에 대한 보상이 가능한한 위치에 의존하도록 하기 위해, 소정 체적 외부의 플럭스 게이트 센서 및 헬름홀쯔 케이지 내의 SQUID 센서, 또는 케이지의 외부 그리고/또는 내부의 다수의 다른 센서 등의 여러 센서가 동시에 이용된다.
다른 실시예에서는, 유효 신호를 검출하기 위해 소정 체적 영역 내부에 다른 센서(6), 예를 들어 각각 NMR 또는 ESR 시스템 내의 NMR 센서 또는 ESR 센서가 배치된다. 다른 실시예에서, 이 센서(6)는 자기 그리고/또는 전자기 간섭 신호에 의존하는 간섭 신호를 검출하도록, 그리고 자기 그리고/또는 전자기 유효 필드에 의존하는 유효 신호를 검출하도록 셋업된다. 예로서, SQUID 시스템에서 인간 두뇌 전류에 의해 생성되는 전자기 필드, 또는 가속 장치에서 전기적으로 충전된 부분을 가속시키는 데에 이용되는 전자기 필드가 유효 필드로서 간주될 수 있다. 유효 신호 및 간섭 신호는, 예를 들어 일반적으로 신호들의 스펙트럼 반응이 서로 다르다는 사실에 의해 분리될 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 장치는 다수의 시스템, 예를 들어 NMR 시스템, MRI 시스템, ESR 시스템, 전자 빔 시스템 및 가속기 시스템(예를 들어 선형 가속기)을 차폐시키는 데에 이용될 수 있다.
또한, 능동 차폐를 위한 본 발명은 자기적으로 차폐된 공간에 대한 수동 자기 차폐 방법에 결합되었다. 본 발명의 구현되는 실시예에서, 헬름홀쯔 코일은 MSR의 외부에 장착되었다. 플럭스 게이트 센서가 센서(1)로서 이용되었고, 소정 체적 내부, 즉 자기적으로 차폐된 공간의 내부에는, SQUID 센서가 유효 신호 및 간섭 신호를 검출하기 위한 센서(6)로서 이용되었다. 헬름홀쯔 코일은 DC-2㎑ 조정 증폭기를 이용하여 활성화되었다.
도 2는 도 1에 대응하는 일 실시예에 대해, MSR에 있어서의 수동 자기 차폐와 본 발명에 따른 능동 보상의 결합 결과를 나타낸다. 이 도면은 전자기 간섭 필드에 대해 본 발명에 따라 능동 보상되는 것의 유무에 따라, 수직 방향의 주파수에 의존하는 감쇠 프로파일을 나타낸다. 약 35㏈의 감쇠의 증가는 0.1 내지 0.2㎐ 사이의 임계 대역에서 달성된다.
도 3에 도시된 본 발명의 다른 실시예에서, 본 발명에 따른 장치는 전자기 및 자기 간섭 필드를 능동 보상하기 위해 네거티브 피드백을 갖는 시스템으로서 이용된다.
이 경우, 실질적으로 보상이 이루어지는 소정 체적은 헬름홀쯔 케이지(4)의 내부에 단지 하나의 체적부(8) 만을 포함하고, 제 2 센서(1)는 헬름홀쯔 케이지의 내부에, 하지만 소정 체적 영역의 외부에 배치되고, 이 소정 체적 영역에는 제 1 센서(2)가 배치된다.
따라서, 제 2 센서(1)로부터의 선 처리된 전기 신호는 본 발명에 따라 증폭되어, 네거티브 피드백을 갖는 코일에 피드백되고, 소정 체적 내의 제 1 센서(2)로부터의 전기 신호는 이러한 피드백에 대한 파라미터들의 적응성 세팅에 이용된다. 피드백에 관련된 파라미터들의 세팅은, 도 1에 도시되어 상기에서 상세히 설명한 실시예에 대한 것과 유사한 방식으로 수행된다.
여기에서는 또한, 소정 체적 영역 내의 자기 그리고/또는 전자기 간섭 필드가 최소화될 때, 최적의 제어 파라미터가 설정된다. 필터(7) 및 조정 증폭기에서 모델링되는 전송 경로가 시간에 따라 안정하다는 것을 전제로 하여, 실시예에 따라, 센서(2)를 스위치 오프시키고 조정 증폭기(3)의 결정된 전송 파라미터들을 유지하는 것이 가능하다. 일단 센서(2) 및 필터(7)가 제거되면, 시스템은 종래의 피드백 배치에 의해 동작한다. 하지만, 조정기(3)는 피드백 시스템이 소정 체적(이 경우에서는 체적 영역(8)이며, 통상적으로 센서(1)의 위치는 아니다) 내의 전자기 간섭을 최소화하도록 동작한다. 따라서, 이 장치는 "준(quasi) 피드포워드" 시스템으로서 동작한다.
응용에 따라, 도 3에 도시된 실시예는, 코일, 플럭스 게이트 센서, ESR 센서, NMR 센서, SQUID 센서 및 홀 효과 센서 등의 많은 수의 필드 센서를 갖는 도 1에 도시된 실시예와 동일한 방식으로 이용된다. 도 3에 도시된 실시예는 다수의 시스템, 예를 들어 NMR 시스템, MRI 시스템, ESR 시스템, 전자 빔 시스템, 가속기 시스템(예를 들어, 선형 가속기)를 차폐하는데 이용될 수 있을 뿐만 아니라, MSR 시스템에도 유사한 방식으로 이용된다.

Claims (20)

  1. 소정 체적 영역을 둘러싸는 1개 또는 그 이상의 헬름홀쯔 코일, 및 센서 신호의 함수로서 상기 헬름홀쯔 코일을 활성화하는 디바이스에 의해, 상기 소정 체적 영역 내의 자기 또는 전자기 간섭 필드를 능동적으로 보상하는 장치-여기서, 1개 또는 그 이상의 제 1 센서(2)가 자신의 위치에서의 자기 또는 전자기 필드에 근거하는 신호(2a)를 생성하기 위해 상기 소정 체적 영역의 내부에 배치되고, 상기 제 1 센서로부터의 신호는 상기 헬름홀쯔 코일에 결합된 조정 증폭기(3)를 활성화하기 위한 입력 신호(3b)로서 이용된다-에 있어서,
    1개 또는 그 이상의 제 2 센서(1)가 자신의 위치에서의 자기 또는 전자기 필드에 근거하는 신호(1a)를 생성하기 위해 상기 소정 체적 영역의 외부에 배치되고, 상기 제 2 센서로부터의 신호(1a)는 상기 헬름홀쯔 코일에 결합된 상기 조정 증폭기(3)를 활성화하기 위한 입력 신호(3a)로서 이용되는 것을 특징으로 하는 소정 체적 영역 내의 자기 또는 전자기 간섭 필드를 능동적으로 보상하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 센서로부터의 신호(2a)가 실험적으로 결정된 전달 함수(Hs)를 통과하면, 상기 신호(2a)는 디지털 방식으로 설계된 조정 증폭기(3)의 조정 입력부(3b)에 인가되고, 상기 디지털 조정 증폭기(3)로부터의 출력 신호(3c)는 상기 헬름홀쯔 코일을 통해 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 소정 체적 영역 내의 자기 또는 전자기 간섭 필드를 능동적으로 보상하는 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    복수의 센서들(1, 2)이 3개의 모든 공간적인 방향에서의 자기 또는 전자기 필드를 검출하고, 이들의 신호는 상기 디지털 조정 증폭기를 활성화하는 데에 이용되고, 상기 디지털 조정 증폭기로부터의 출력 신호들은, 상기 소정 체적 내의 3개의 모든 공간 방향에서의 자기 또는 전자기 간섭 필드가 보상되는 방식으로, 3축의 헬름홀쯔 케이지의 코일을 통해 전류를 제어하는 데에 이용되는 것을 특징으로 하는 소정 체적 영역 내의 자기 또는 전자기 간섭 필드를 능동적으로 보상하는 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 소정 체적 영역은 상기 헬름홀쯔 케이지 내부의 전체 체적을 포함하고, 이에 따라 상기 제 2 센서는 상기 헬름홀쯔 케이지의 외부에 배치되는 것을 특징으로 하는 소정 체적 영역 내의 자기 또는 전자기 간섭 필드를 능동적으로 보상하는 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 소정 체적 영역은 상기 헬름홀쯔 케이지 내부의 한정된 체적부(8)를 포함하고, 상기 제 2 센서는 상기 헬르호르쯔 케이지의 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 소정 체적 영역 내의 자기 또는 전자기 간섭 필드를 능동적으로 보상하는 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 센서(2) 또는 제 2 센서(1)중 하나 또는 이들 모두의 센서는 ESR 센서, NMR 센서, MRI 센서, 플럭스 게이트 센서, 코일, SQUID 센서 또는 홀 효과 센서인 것을 특징으로 하는 소정 체적 영역 내의 자기 또는 전자기 간섭 필드를 능동적으로 보상하는 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    1개 또는 그 이상의 센서(6)가 유효 신호(6a)를 생성하기 위해 상기 소정 체적 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 소정 체적 영역 내의 자기 또는 전자기 간섭 필드를 능동적으로 보상하는 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 1개 또는 그 이상의 센서(6)는 유효 신호(6a) 및 간섭 신호(2a)를 생성하도록 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 소정 체적 영역 내의 자기 또는 전자기 간섭 필드를 능동적으로 보상하는 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는 자기 차폐형 공간(MSR)을 포함하고, 상기 헬름홀쯔 코일(4) 및 1개 또는 그 이상의 제 2 센서(1)는 상기 자기 차폐형 공간의 외부에 위치되며, 상기 소정 체적 영역 및 1개 또는 그 이상의 제 1 센서(2)는 상기 자기 차폐형 공간의 내부에 위치되는 것을 특징으로 하는 소정 체적 영역 내의 자기 또는 전자기 간섭 필드를 능동적으로 보상하는 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는 자기 차폐형 공간(MSR)을 포함하고, 상기 헬름홀쯔 코일(4)은 상기 자기 차폐형 공간의 외부에 위치되고, 상기 소정 체적 영역, 상기 제 1 센서(2) 및 상기 제 2 센서(1)는 상기 자기 차폐형 공간의 내부에 위치되는 것을 특징으로 하는 소정 체적 영역 내의 자기 또는 전자기 간섭 필드를 능동적으로 보상하는 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는 MRI 시스템을 포함하고, 상기 MRI 시스템을 위한 유효 신호 센서 뿐 아니라 1개 또는 그 이상의 제 1 센서(2) 및 1개의 제 2 센서(1)가 상기 헬름홀쯔 코일에 의해 형성되는 헬름홀쯔 케이지(4)의 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 소정 체적 영역 내의 자기 또는 전자기 간섭 필드를 능동적으로 보상하는 장치.
  12. 소정 체적 영역을 둘러싸는 1개 또는 그 이상의 헬름홀쯔 코일, 및 센서 신호의 함수로서 상기 헬름홀쯔 코일을 활성화하는 디바이스에 의해, 상기 소정 체적 영역 내의 자기 또는 전자기 간섭 필드를 능동적으로 보상하는 방법-여기서, 1개 또는 그 이상의 제 1 센서(2)가 자신의 위치에서의 자기 또는 전자기 필드에 근거하는 신호(2a)를 생성하기 위해 상기 소정 체적 영역의 내부에 배치되고, 상기 제 1 센서로부터의 신호는 상기 헬름홀쯔 코일에 결합된 조정 증폭기(3)를 활성화하기 위한 입력 신호(3b)로서 이용된다-에 있어서,
    1개 또는 그 이상의 제 2 센서(1)가 자신의 위치에서의 자기 또는 전자기 필드에 근거하는 신호(1a)를 생성하기 위해 상기 소정 체적 영역의 외부에 배치되고, 상기 제 2 센서로부터의 신호(1a)는 상기 헬름홀쯔 코일에 결합된 상기 조정 증폭기(3)를 활성화하기 위한 입력 신호(3a)로서 이용되는 것을 특징으로 하는 소정 체적 영역 내의 자기 또는 전자기 간섭 필드를 능동적으로 보상하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 센서로부터의 신호(2a)가 실험적으로 결정된 전달 함수(Hs)를 통과하면, 이 신호(2a)는 디지털 방식으로 설계된 조정 증폭기(3)의 조정 입력부(3b)에 인가되고, 상기 디지털 조정 증폭기(3)로부터의 출력 신호(3c)는, 상기 소정 체적 영역 내의 전자기 간섭 필드가 적어도 부분적으로 보상되는 방식으로, 상기 헬름홀쯔 코일(4)을 통해 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 소정 체적 영역 내의 자기 또는 전자기 간섭 필드를 능동적으로 보상하는 방법.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    일단 상기 디지털 조정 증폭기(3)에 대한 제어 파라미터들이 설정되었으면, 이 제어 파라미터들이 유지되고, 상기 디바이스는 상기 제 1 센서(2) 및 상기 필터(7)에 의존함이 없이 동작하는 것을 특징으로 하는 소정 체적 영역 내의 자기 또는 전자기 간섭 필드를 능동적으로 보상하는 방법.
  15. SQUID 시스템에서의 전자기 간섭 필드를 능동적으로 보상하기 위한, 제 1 항에서 청구된 장치의 이용.
  16. MRI(자기 공명 이미징) 시스템에서의 전자기 간섭 필드를 능동적으로 보상하기 위한, 제 1 항에서 청구된 장치의 이용.
  17. ESR(전자 스핀 공명) 시스템에서의 전자기 간섭 필드를 능동적으로 보상하기 위한, 제 1 항에서 청구된 장치의 이용.
  18. NMR(핵 자기 공명) 시스템에서의 전자기 간섭 필드를 능동적으로 보상하기 위한, 제 1 항에서 청구된 장치의 이용.
  19. 전자 빔 시스템에서의 전자기 간섭 필드를 능동적으로 보상하기 위한, 제 1 항에서 청구된 장치의 이용.
  20. 가속기 시스템에서의 전자기 간섭 필드를 능동적으로 보상하기 위한, 제 1 항에서 청구된 장치의 이용.
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