KR100608110B1 - Apparatus for compensation of Earth's magnetic field - Google Patents

Apparatus for compensation of Earth's magnetic field Download PDF

Info

Publication number
KR100608110B1
KR100608110B1 KR1020040083603A KR20040083603A KR100608110B1 KR 100608110 B1 KR100608110 B1 KR 100608110B1 KR 1020040083603 A KR1020040083603 A KR 1020040083603A KR 20040083603 A KR20040083603 A KR 20040083603A KR 100608110 B1 KR100608110 B1 KR 100608110B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
magnetic field
earth
change
coil
current
Prior art date
Application number
KR1020040083603A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20060034474A (en
Inventor
박포규
김영균
김완섭
김문석
김규태
Original Assignee
한국표준과학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국표준과학연구원 filed Critical 한국표준과학연구원
Priority to KR1020040083603A priority Critical patent/KR100608110B1/en
Publication of KR20060034474A publication Critical patent/KR20060034474A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100608110B1 publication Critical patent/KR100608110B1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/38—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field
    • G01R33/387—Compensation of inhomogeneities
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/32—Excitation or detection systems, e.g. using radio frequency signals
    • G01R33/36—Electrical details, e.g. matching or coupling of the coil to the receiver
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/38—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field
    • G01R33/389—Field stabilisation, e.g. by field measurements and control means or indirectly by current stabilisation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/18—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging
    • G01V3/26—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging operating with magnetic or electric fields produced or modified either by the surrounding earth formation or by the detecting device
    • G01V3/28—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging operating with magnetic or electric fields produced or modified either by the surrounding earth formation or by the detecting device using induction coils

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 지구자기장 상쇄 장치는 직류 및 시간에 따른 지구자기장의 변화량을 상쇄시켜 정밀한 저자기장을 발생시키고 자기장 변화에 비례하는 주파수의 차이를 이용하여 변화량을 상쇄시킴으로써 응답속도가 빠르고, 안정적으로 동작하는 효과가 있다.The earth magnetic field offsetting device according to the present invention operates quickly and stably by canceling the amount of change by using the difference in frequency proportional to the change of the magnetic field by canceling the amount of change of the earth magnetic field with DC and time. It is effective.

지구자기장, 헬름홀쯔 코일, 위상비교부Earth magnetic field, Helmholtz coil, phase comparison part

Description

지구자기장 상쇄 장치{Apparatus for compensation of Earth's magnetic field}Apparatus for compensation of Earth's magnetic field

도 1은 본 발명에 따른 지구자기장 상쇄 장치에서 직류 자기장 상쇄부의 구조를 나타낸 도면,1 is a view showing a structure of a DC magnetic field canceling unit in the earth magnetic field canceling device according to the present invention;

도 2는 본 발명에 따른 지구자기장 상쇄 장치에서 시간 변화에 따른 지구자기장 상쇄부의 구조를 설명하기 위한 도면,2 is a view for explaining the structure of the earth magnetic field offset unit with the time change in the earth magnetic field offset device according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 지구자기장 상쇄 장치를 이용한 지구자기장 상쇄의 측정 결과를 나타낸 도면,3 is a view showing a measurement result of the earth magnetic field offset using the earth magnetic field offset device according to the present invention,

도 4는 본 발명에 따른 지구자기장 상쇄 장치를 응용한 것으로 정밀자기장 측정기의 교정을 위해 솔레노이드, 세슘-헬륨 자기장 측정기 및 주전류원 등으로 구성된 정밀 저자기장 발생 및 측정 장치의 일예를 나타낸 도면.4 is a view showing an example of a precision low magnetic field generation and measuring device composed of a solenoid, cesium-helium magnetic field meter and a main current source for calibrating a precision magnetic field meter by applying an earth magnetic field canceling device according to the present invention.

본 발명은 지구자기장 상쇄 장치에 관한 것으로, 특히 지구자기장의 변화량에 대하여 크기가 동일한 자기장을 역으로 인가하여 자기장의 변화량이 없는 무자기장 공간을 형성하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for canceling a global magnetic field, and more particularly, to an apparatus for forming a magnetic field space without a change amount of a magnetic field by applying a magnetic field having the same magnitude to a change amount of the earth magnetic field.

산업이 고도화됨에 따라 정밀 자기장 분야에 대한 관심이 증대되고 있다. 특히 균일하고 정밀한 자기장을 발생시킬 수 있는 기술이 지속적으로 연구되고 있는데, 이를 실현하기 위해서는 지구자기장의 변화량을 상쇄시킬 수 있는 기술이 필수적이다. 예를 들어, 지하광물 및 매설물 탐사, 지진 및 전파방해 예측, 생체자기(뇌파, 심전도 등) 측정이나, 지구 및 우주자기장 분포 측정, 항법장치, 국방 및 우주항공분야 등에 정밀 저자기장 발생 및 측정, 정밀 자기장 제어 등의 기술이 필요하다.As the industry advances, interest in the field of precision magnetic fields is increasing. In particular, technologies that can generate a uniform and precise magnetic field have been continuously studied. To realize this, a technology capable of offsetting the amount of change in the global magnetic field is essential. For example, exploration of underground minerals and burials, prediction of earthquakes and jamming, measurement of biomagnetism (such as brain waves and electrocardiogram), measurement of distribution of earth and space magnetic fields, navigation and defense, aerospace and aerospace, There is a need for techniques such as precision magnetic field control.

정밀한 자기장을 발생시키기 위해서는 다양한 크기의 코일들, 예를들어, 헬름홀쯔 코일이나 솔레노이드 등이 사용되며, 그 코일의 내부 중심공간에서 안정된 자기장을 발생시킬 수 있는 방법으로는 첫 번째로 지구자기장을 포함한 외부 자기장의 변화량을 줄여야 하며, 이를 위해서 건물이나 자동차가 다니는 도로 및 고전압 전선 등으로부터 멀리 떨어진 곳과 지구자기장의 변화량을 상쇄시킬 수 있는 장치 등이 필요하다. 두 번째로는 코일의 치수의 크기, 특수 설계기법 등을 이용하여 코일자체에서 발생되는 균일 자기장 발생 공간을 확대시키는 방법이 있다.In order to generate a precise magnetic field, coils of various sizes, for example, Helmholtz coils or solenoids, are used. The first method of generating a stable magnetic field in the inner central space of the coil is to include the earth magnetic field. It is necessary to reduce the amount of change in the external magnetic field, and to this end, a device that can offset the amount of change in the earth's magnetic field and a place far from buildings, cars, roads, and high-voltage wires is required. Second, there is a method of expanding the uniform magnetic field generating space generated in the coil itself by using the size of the coil, the special design technique.

한편, 지구자기장은 사람이 직접 느낄 수 없기 때문에 일반인의 관심을 별로 끌지 못한다. 그러나 지구자기장은 지구의 중요한 특성의 하나로써, 태양으로부터 지구 내부에 이르는 넓은 범위의 환경에 관계되어 있고, 여러 가지 분야에 이용될 수 있으므로 국내에서도 연속적으로 지구자기장의 변화량을 측정하여 공개하고 있다. 지구자기장(Earth Magnetic Field, EMF)의 크기는 우리나라의 경우, 시간에 따라 변하지 않는 직류성분이 수직(Vertical) 방향으로 40T (0.4 gauss), 남북(N-S) 30T(0.3 gauss), 동서(E-W) 3T(0.03 gauss) 정도이며, 태양풍 등이 없는 정상적인 날의 시간에 따라 변화는 성분은 약 100 nT/day 이다. 지구자기장의 변화원인으로는 여러 가지가 추측되고 있으며, 그 중에서 중요한 것은 다음과 같다. 일 변화의 원인으로는 지구 내, 외적 변화에 의해 발생함을 추측할 수 있으며, 내적으로는 지구의 자전운동과 관련하여 맨틀과 외핵의 운동에 의한 것 등이 있고, 외적으로는 태양과 달에 의한 영향이 가장 크다. 수십 년에서 수백년 동안 오랜 주기로 변하는 원인으로는 지구내부의 핵이나 맨틀의 이동으로 추정된다. 지구자기장의 세기가 급속하게 감소하는 현상인 자기폭풍은 태양의 흑점활동에 기인하며, 수 시간동안 또는 2, 3일간 지속되며 적도보다 극지방에 자주 일어나는 현상이고, 태양에서 오는 자기폭풍의 세기는 1000 nT 정도이다. Earth magnetic fields, on the other hand, do not attract the public's attention because people cannot feel it directly. However, the earth's magnetic field is one of the important characteristics of the earth, and it is related to a wide range of environments from the sun to the inside of the earth, and can be used in various fields, and thus, the amount of change of the earth's magnetic field is continuously measured and released in Korea. In Korea, the magnitude of the Earth Magnetic Field (EMF) is 40T (0.4 gauss) in the vertical direction, 30T (0.3 gauss) in the vertical direction, and 0.3W (EW) in the vertical direction. It is about 3T (0.03 gauss), and the change with time of normal day without solar wind is about 100 nT / day. There are many reasons for the change of the earth's magnetic field, the most important of which are as follows. It can be assumed that the cause of work change is caused by internal and external changes, and internally by the movement of the mantle and the outer core in relation to the rotation of the earth, and externally by the sun and the moon. The impact is greatest. The long cycles of decades to hundreds of years are thought to be the movement of the core or mantle within the Earth. Magnetic storms, a phenomenon in which the strength of the earth's magnetic field decreases rapidly, are caused by sunspot activity, which lasts for several hours or two or three days and is more common in the polar regions than the equator. nT or so.

지구자기장과 같은 외부자기장의 변화량을 감소시켜 무자기장 공간을 형성하는 방법으로는 고투자율 자성재료를 이용하여 자기차폐(magnetic shielding) 시키는 방법과 외부자기장의 변화량을 측정하여 크기가 같고, 방향이 반대인 자기장을 인가하여 자기장을 상쇄(magnetic field compensation)시키는 방법 등이 있다. 자기차폐 방법은 내부공간에 정밀자기장을 발생시키는 경우에는 발생자기장과 고투자율 자성재료간의 상호작용에 의해 발생자기장이 교란되므로 적합하지 않다. 따라서 무자기장 공간에서 정밀 자기장을 발생시키기 위해서는 자기장 상쇄 방법을 사용하여야 한다.In order to reduce the amount of change in the external magnetic field such as the earth's magnetic field to form a non-magnetic space, magnetic shielding using high permeability magnetic material and measuring the amount of change in the external magnetic field have the same size and reverse direction. Magnetic field compensation is applied by applying a phosphorus magnetic field. The magnetic shielding method is not suitable for generating a precision magnetic field in the internal space because the generated magnetic field is disturbed by the interaction between the generated magnetic field and the high permeability magnetic material. Therefore, in order to generate the precision magnetic field in the magnetic field space, the magnetic field offset method should be used.

지구자기장을 상쇄시키는 종래 기술은 Hall effect, Fluxgate(TM) 등의 자기장 측정기를 사용하여 지구자기장에 크기에 비례하는 직류 출력전압을 헬름홀쯔 코 일 등에 인가하여 상쇄시키는데, 이 방법은 자기장 변화에 따른 출력전압이 안정적이지 못하고, 직류전압을 수십미터 떨어진 곳으로 보내 궤환시키므로 자체 발진 등이 발생하여 동작이 불안정하다는 문제점이 있었다.Conventional technology that cancels the earth's magnetic field by using a magnetic field meter such as Hall effect, Fluxgate (TM) to apply a DC output voltage proportional to the magnitude of the earth's magnetic field by applying a Helmholtz coil, etc. Since the output voltage is not stable and the DC voltage is sent back several tens of meters, the oscillation occurs and the operation is unstable.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 여러 가지 정밀실험이 요구되는 실험 및 산업체(CRT 모니터 생산업체, 일반적으로 TV는 수출국의 지구자기장의 크기에 따라 편향요크기 조절되어 있으며, 자기장 크기가 변화하였을 경우 화면 찌그러짐 등이 발생할 수 있음)에서 정밀 저자기장 발생 및 제어용으로 사용될 수 있음. An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, the experiment and industry (CRT monitor producer, generally TV is required to be precisely biased according to the size of the earth's magnetic field of the exporting country) Yoke size is adjusted and screen distortion may occur when the magnetic field size is changed.)

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 지구자기장 상쇄 장치는,Earth magnetic field offset device according to the present invention for achieving the above technical problem,

자성물질이 거의 포함되지 않은 재료로 지어진 비자성동에 수직, 남북, 동서 방향을 조정하여 설치되어 지구자기장과 크기가 같고, 방향이 반대인 자기장을 발생시켜 직류 지구자기장이 상쇄된 공간을 만드는 대형 3-축 헬름홀쯔 코일;It is installed in a non-magnetic dong, made of a material that contains almost no magnetic material. It is installed in the vertical, north-south and east-west directions to create a space where the DC magnetic field is offset by generating magnetic fields of the same size as the earth's magnetic field and having opposite directions. Axial Helmholtz Coil;

비자성동과 북쪽으로 소정 거리 이격된 측정실에 설치되어 직류 지구자기장을 상쇄시키기 위한 직류 전류를 상기 대형 3-축 헬름홀쯔 코일에 공급하는 3 개의 전류원;Three current sources installed in the measurement chamber spaced north of the non-magnetic copper and supplied to the large three-axis Helmholtz coil to offset the DC geomagnetic field;

비자성동에서 남쪽으로 소정 거리 이격된 지점의 관측실에 설치된 소형 헬름홀쯔 코일;A small Helmholtz coil installed in the observation chamber at a distance a distance south of the non-magnetic east;

수직성분을 상쇄시키는 두 헬름홀쯔 코일간의 코일상수를 일치시키기 위한 분류저항( Rv); 남북 방향(N-S)에 연결된 분류저항( RN);Classification resistance (R v ) for matching the coil constant between two Helmholtz coils to cancel the vertical component; A classification resistance R N connected to the north-south direction NS;

동서 방향(E-W)에 접속된 분류저항( RE); 및 동서방향The classifying resistor R E connected in the east-west direction EW; And east-west direction

헬름홀쯔 코일 중심부 공간에서 균일도를 향상시키고, 대형 3-축 헬름홀쯔 코일간의 코일상수를 일치시키기 위한 분류저항( RE1, RE2);을 포함하는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that it comprises a; classifying resistor (R E1 , R E2 ) to improve the uniformity in the space of the central Helmholtz coil, and to match the coil constant between the large three-axis Helmholtz coil.

또한, 상기 지구자기장 상쇄 장치는,In addition, the earth magnetic field offset device,

기준주파수 신호를 생성하는 발진부;An oscillator for generating a reference frequency signal;

코일의 내부 중심에 설치되어 미세 지구자기장의 변화량에 비례하는 공명주파수 신호를 측정하는 세슘원자 자기공명부;Cesium atomic magnetic resonance unit is installed in the inner center of the coil for measuring the resonance frequency signal proportional to the amount of change in the fine earth magnetic field;

공명주파수 신호와 기준주파수 신호의 위상 차이를 비교하여 미세 지구자기장 변화에 비례하는 전류를 발생시키는 위상비교부;A phase comparison unit for comparing a phase difference between the resonance frequency signal and the reference frequency signal to generate a current proportional to the change of the fine earth magnetic field;

상기 위상비교부에서 발생된 전류를 증폭하는 전류 증폭부; 및A current amplifier for amplifying the current generated by the phase comparator; And

코일상수가 동일하고 직렬로 연결되며 상기 전류 증폭부에서 증폭된 전류를 사용하여 자기장을 발생시켜 지구자기장과 반대방향으로 인가하여 지구자기장의 변화량을 상쇄시키는 복수 개의 헬름홀쯔 코일;을 더 포함하는 것이 바람직하다.And a plurality of Helmholtz coils having the same coil constant and connected in series to generate a magnetic field using the current amplified by the current amplifying unit to be applied in the opposite direction to the earth's magnetic field to offset the amount of change in the earth's magnetic field. desirable.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 지구자기장 상쇄 장치에서 직류 자기장 상쇄부의 구조를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 지구자기장 상쇄 장치에서 시간 변 화에 따른 지구자기장 상쇄부의 구조를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view showing the structure of the DC magnetic field canceling unit in the earth magnetic field canceling device according to the present invention, Figure 2 is a view for explaining the structure of the earth magnetic field canceling unit according to the time change in the earth magnetic field canceling device according to the present invention. .

도 1을 참조하여 본 발명에 따른 지구자기장 상쇄 장치에서 직류 자기장 상쇄부의 구조와 동작 효과를 설명한다. 직류 지구자기장 성분은 도 1에 나타낸 바와 같이 직류 전류원을 사용하여 각방향의 헬름홀쯔 코일에 지구자기장과 크기가 같고, 방향이 반대인 자기장을 발생시켜 직류 지구자기장이 상쇄된 공간을 만든다.Referring to Figure 1 will be described the structure and operation effects of the DC magnetic field canceller in the geomagnetic field canceller according to the present invention. As shown in FIG. 1, the DC earth magnetic field component uses the DC current source to generate a space in which the DC earth magnetic field is canceled by generating a magnetic field having the same size as the earth magnetic field and having opposite directions in the Helmholtz coil in each direction.

먼저, 비자성동(10)에는 대형 3-축 헬름홀쯔 코일 장치(102, 104, 106)를 각각 수직, 남북, 동서 방향을 조정하여 설치하고, 이 건물에서 남쪽으로 50 m 떨어진 지점에 있는 관측실(12)에는 소형 헬름홀쯔 코일(122, 124, 126)을 각각의 방향이 일치되게 조정하고, 직렬로 연결한다. 비자성동(10)과 북쪽으로 50 m 떨어진 측정실(14)에는 직류 지구자기장을 상쇄시키기 위한 3개의 전류원(142, 144, 146)이 설치되어 있다.First, in the nonmagnetic copper 10, the large three-axis Helmholtz coil devices 102, 104, and 106 are installed in the vertical, north-south, and east-west directions, respectively, and the observation room is located 50 m south of the building. In (12), small Helmholtz coils 122, 124, and 126 are adjusted so that their respective directions coincide with each other, and connected in series. Three current sources 142, 144, and 146 are provided in the measuring room 14, which is 50 m north of the non-magnetic copper 10, to offset the DC geomagnetic field.

또한, 수직성분을 상쇄시키는 두 헬름홀쯔 코일간의 코일상수를 일치시키기 위해 분류저항(RV), 남북 방향(N-S)에 연결된 분류저항(RN), 동서방향(E-W)에는 분류저항( RE)을 사용하였다. 또한 동서 방향은 정밀 자기장 발생기인 솔레노이드와 같은 방향이므로 헬름홀쯔 코일 중심부 공간에서 균일도를 향상시키고, 대형 헬름홀쯔 두 코일간의 코일상수를 일치시키기 위하여 분류저항( RE1, RE2))를 사용하였다.In addition, in order to match the coil constant between two Helmholtz coils canceling the vertical component, the classification resistance (R V ), the classification resistance (RN) connected to the north-south direction (NS), and the classification resistance (R E ) in the east-west direction (EW). Was used. In addition, the east-west direction is the same direction as the solenoid which is a precision magnetic field generator. Therefore, in order to improve the uniformity in the center space of the Helmholtz coil and to classify the coil constant between the two large Helmholtz coils, the classification resistor (R E1 , R E2 ) is used.

지구자기장의 성분은 시간에 따라 변하지 않는 직류분과 시간에 따라 변하는 자기장성분으로 나눌 수 있다. 따라서 지구자기장을 상쇄하기 위해서는 직류성분의 상쇄와 동시에 시간에 따라 변화는 성분(10 Hz 이하)도 상쇄되어야 한다. 각각의 헬름홀쯔 코일은 직류 성분과 시간에 따라 변하는 성분을 동시에 상쇄시킬 수 있도록 하기 위하여, 직류코일과 시간에 따른 변화분을 상쇄시키는 코일이 동일한 코일 틀에 권취되어 있다. 아래의 표 1에는 대, 소형 헬름홀쯔 코일의 특성을 나타내었다. The components of the earth's magnetic field can be divided into DC components which do not change with time and magnetic field components that change with time. Therefore, in order to offset the earth's magnetic field, the change in time and the change in time (with less than 10 Hz) must be canceled. In order to allow each Helmholtz coil to simultaneously cancel a DC component and a component that changes with time, a coil for canceling a DC coil and a change with time is wound in the same coil frame. Table 1 below shows the characteristics of the large and small Helmholtz coils.

DC 헬름홀쯔 코일 (dc Helmholtz coil)DC Helmholtz Coil AC 헬름홀쯔 코일 (ac Helmholtz coil)AC Helmholtz Coil 종류 Kinds direction direction effective diameter (cm)effective diameter (cm) coil turns (turn)coil turns (turn) coil constant (nT/mA)coil constant (nT / mA) coil turns (turn)coil turns (turn) coil constant (nT/mA)coil constant (nT / mA) 라지 (Large)  Large Vertical E-W N-S  Vertical E-W N-S 196 174 150 196 174 150 180 184 180 180 184 180 161.3 184.2 217.4 161.3 184.2 217.4 - 36 - -36- - 36.53 - -36.53- 스몰 (Small)  Small Vertical E-W N-S  Vertical E-W N-S 98 86 74 98 86 74 94 90 92 94 90 92 161.3 184.2 217.4 161.3 184.2 217.4 - 18 - -18- - 36.53 - -36.53-

서로간의 상호 간섭을 배제하기 위해 두 개의 헬름홀쯔 코일은 30 m 이상 떨어져 설치되어야 하며, 두 코일의 크기는 다르지만 코일상수(전류에 따른 자기장의 크기)는 동일하고 서로 직렬로 연결되어 동시에 두 곳의 지구자기장을 상쇄시키게 된다.The two Helmholtz coils should be installed at least 30 m apart to exclude mutual interference from each other.The two coils are different in size, but the coil constants (magnitude of magnetic field according to the current) are the same and are connected in series to each other. Offset the Earth's magnetic field.

다음으로, 시간에 따라 변하는 성분은 도 2에 나타낸 바와 같이 자기공명측정기를 사용하여 지구자기장 변화량에 비례하는 자기공명주파수를 측정하고, 처음 설정한 기준주파수와 비교하여 그 주파수 차이(자기장차이)에 해당하는 전류(전압) 를 위상비교부(phase comparator)를 이용하여 발생시키고, 이것을 헬름홀쯔 코일에 인가하여 지구자기장에 크기에 비례하는 자기장을 반대로 발생시켜 지구자기장을 상쇄시킨다.Next, as shown in FIG. 2, the components varying with time are measured by using a magnetic resonance measuring device to measure the magnetic resonance frequency proportional to the amount of change in the earth's magnetic field, and compared to the reference frequency initially set to the frequency difference (magnetic field difference). A corresponding current (voltage) is generated using a phase comparator and applied to the Helmholtz coil to reverse the magnetic field by generating a magnetic field proportional to the magnitude of the earth magnetic field.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 지구자기장 상쇄 장치에서 시간 변화에 따른 지구자기장 상쇄부는 기준주파수 신호를 생성하는 발진부(202), 코일의 내부 중심에 설치되어 미세 지구자기장의 변화량에 비례하는 공명주파수 신호를 측정하는 세슘원자 자기공명부(204, 204a), 공명주파수 신호와 기준주파수 신호의 위상 차이를 비교하여 미세 지구자기장 변화에 비례하는 전류를 발생시키는 위상비교부(206), 상기 위상비교부에서 발생된 전류를 증폭하는 전류 증폭부(208), 및 코일상수가 동일하고 직렬로 연결되며 상기 전류 증폭부에서 증폭된 전류를 사용하여 자기장을 발생시켜 반대로 인가하여 지구자기장의 변화량을 상쇄시키는 복수 개의 헬름홀쯔 코일(210)을 구비한다.2, in the earth magnetic field canceling apparatus according to the present invention, the earth magnetic field canceling unit according to the time change is oscillating unit 202 for generating a reference frequency signal, a resonance installed in the inner center of the coil and proportional to the amount of change in the fine earth magnetic field Cesium atomic magnetic resonance unit (204, 204a) for measuring the frequency signal, phase comparison unit 206 for generating a current proportional to the change in the fine earth magnetic field by comparing the phase difference between the resonance frequency signal and the reference frequency signal, the phase comparison Current amplification unit 208 for amplifying the current generated in the negative portion, and the coil constants are the same and connected in series, generating a magnetic field using the current amplified in the current amplifying unit to apply a reverse to offset the amount of change in the earth's magnetic field A plurality of Helmholtz coils 210 are provided.

지구자기장의 일 변화를 측정하여 상쇄시키기 위해서는 지구자기장의 변화량을 정밀하게 측정하고, 동시에 되먹임하여 상쇄시켜야 한다. 도 3은 자기공명 측정 및 지구자기장 상쇄 장치를 사용하여 약 40시간동안 지구자기장의 변화량 및 상쇄량을 측정한 결과를 나타낸 것이다. 공명주파수와 기준주파수의 차이를 위상비교부를 사용하여 미세자기장 변화에 비례하는 전류로 변환하고, 시간에 따른 지구자기장 상쇄용 헬름홀쯔 코일에 역방향으로 되먹임시켜 미세 지구자기장 변화를 상쇄시킨다. In order to measure and offset the change in the earth's magnetic field, the amount of change in the earth's magnetic field must be precisely measured and simultaneously feedbacked and offset. Figure 3 shows the results of measuring the amount of change and offset of the earth magnetic field for about 40 hours using a magnetic resonance measurement and earth magnetic field offset device. The difference between the resonance frequency and the reference frequency is converted into a current proportional to the change of the micro magnetic field by using a phase comparator, and the micro earth magnetic field change is canceled by feeding back the reverse Helmholtz coil for offsetting the earth magnetic field over time.

도 3을 참조하면, (a)는 지구자기장 상쇄 장치를 사용하지 않았을 때의 측정 결과이고, (b)는 지구자기장 상쇄 장치를 사용하였을 때의 지구자기장의 변화량을 측정한 결과이다. 지구자기장의 자연적인 변화량(a)과 본 발명에 따른 장치를 이용하여 상쇄시킨 자기장의 변화량(b)을 보면 상쇄가 정확히 이루어짐을 알 수 있다. 측정 시간은 약 40 시간이며, 지구자기장은 24 시간을 주기로 변화함을 알 수 있다. 측정한 일 변화량은 약 70 nT/day 이었고, 지구자기장 상쇄장치를 사용하여 0.1 nT으로 정도로 상쇄시킨다. 이는 지구 내적으로는 지구의 자전운동과 관련하여 맨틀과 외핵의 운동, 외적으로는 태양과 달에 의한 영향으로 추측되는 일반적인 일 변화량은 100 nT 정도이고 측정한 일 변화량은 약 70 nT/day인데 비하여 매우 적은 수치임을 알 수 있다.Referring to FIG. 3, (a) is a measurement result when the earth magnetic field canceller is not used, and (b) is a result of measuring the amount of change in the earth magnetic field when the earth magnetic field canceller is used. The natural amount of change (a) of the earth's magnetic field and the amount of change (b) of the magnetic field canceled using the apparatus according to the present invention show that the offset is accurately made. The measurement time is about 40 hours, and the Earth's magnetic field changes every 24 hours. The measured daily variation was about 70 nT / day, and offset by 0.1 nT using a global magnetic field offset device. This is due to the internal movement of the earth, which is estimated to be due to the movement of the mantle and the outer core, externally from the sun and the moon, is about 100 nT, and the measured daily change is about 70 nT / day. It is small.

상기와 같은 본 발명에 따른 지구자기장 상쇄 장치는 지구자기장의 변화를 상쇄시키며, 특히 지구자기장의 변화량에 대하여 크기가 동일한 자기장을 반대로 인가하여 자기장의 변화량이 없는 공간을 형성한다. 이와 같은 지구자기장 상쇄 장치는 자기장의 변화량을 관측하는 자기장 측정기와, 자기장 발생시켜 반대로 인가하는 헬름홀쯔 코일 및 자기장의 변화량에 비례하는 공명주파수를 출력 전압(전류)으로 변화시키는 위상비교부(phase comparator) 등으로 구성된다.The earth magnetic field canceling device according to the present invention cancels the change of the earth magnetic field, and in particular, applies a magnetic field having the same magnitude with respect to the amount of change in the earth magnetic field to form a space without a change amount of the magnetic field. Such an earth magnetic field canceling device includes a magnetic field measuring device for observing the amount of change in the magnetic field, a phase comparator for changing the resonance frequency proportional to the amount of change in the Helmholtz coil and magnetic field generated by applying the magnetic field to the output voltage (current). ) And the like.

동작 방법은 코일상수가 동일한 2 개의 헬름홀쯔 코일을 직렬로 연결하고, 한 코일의 내부 중심에 설치된 자기공명 자기장 측정기에 의해 자기장 변화량에 비례하는 주파수를 측정하고, 기존에 고정적으로 설정된 주파수와의 위상차에 해당하는 전압을 위상비교부를 이용하여 발생시켜 지구자기장의 변화량에 해당하는 자기 장을 헬름홀쯔 코일을 이용하여 역방향으로 인가하여 항상 지구자기장의 변화량을 상쇄시킨다.The method of operation is to connect two Helmholtz coils with the same coil constant in series, measure the frequency proportional to the amount of change in the magnetic field by using a magnetic resonance magnetic field meter installed in the inner center of one coil, and phase difference from the fixed frequency. The voltage corresponding to is generated by using the phase comparator and the magnetic field corresponding to the amount of change in the earth's magnetic field is applied in the opposite direction using the Helmholtz coil to always cancel the amount of change in the earth's magnetic field.

본 발명에 따르면 세슘원자 자기공명, 위상비교부(phase comparator), 두 쌍의 3-축 헬름홀쯔 코일 및 비자성동을 활용한 자기장 상쇄방법을 사용하여 지구자기장을 상쇄시킨다. 비자성실에 설치된 3-축 헬름홀쯔 코일과 관측실의 3-축 헬름홀쯔 코일의 크기는 다르지만 코일상수는 동일하고 서로 직렬로 연결되어 있으므로, 동시에 두 곳의 지구자기장을 상쇄시킬 수 있다. 측정실에 설치된 3개의 직류 전류원을 사용하여 각방향의 헬름홀쯔 코일에 지구자기장과 크기가 같고, 방향이 반대인 자기장을 발생시키면 헬름홀쯔 코일의 내부 중심부에는 직류 지구자기장이 상쇄된 공간을 만들 수 있다. 시간에 따라 변하는 성분은 세슘 자기공명을 사용하여 지구자기장 변화량에 비례하는 주파수로 측정하고, 처음 설정한 기준주파수와 비교하여 그 주파수 차이(자기장차이)에 해당하는 전류를 위상비교부(phase comparator)를 이용하여 발생시키고, 이것을 동서(E-W) 방향의 헬름홀쯔 코일에 반대로 인가함으로써 상쇄시킨다. According to the present invention, the earth magnetic field is canceled using a cesium atom magnetic resonance, a phase comparator, two pairs of three-axis Helmholtz coils, and a magnetic field offset method using nonmagnetic copper. The three-axis Helmholtz coils installed in the nonmagnetic chamber and the three-axis Helmholtz coils in the observation chamber are different in size, but the coil constants are the same and are connected in series to each other. Using three DC current sources installed in the measuring room, if the Helmholtz coil in each direction is the same size as the earth's magnetic field and generates a magnetic field in the opposite direction, the DC earth magnetic field can be offset in the inner center of the Helmholtz coil. . The component that changes with time is measured using a cesium magnetic resonance at a frequency proportional to the amount of change in the earth's magnetic field, and compared with the reference frequency initially set, the current corresponding to the frequency difference (magnetic field difference) is compared with a phase comparator. Is generated and canceled by applying the opposite to the Helmholtz coil in the east-west (EW) direction.

도 4에는 본 발명에 따른 지구자기장 상쇄 장치의 사용 상태도를 나타내었다. 도 4를 참조하면, 측정실에는 직류 지구자기장을 상쇄하기 위한 3개의 직류 전류원(402, 404, 406), 시간 변화에 따른 지구자기장을 상쇄하기 위한 위상비교부(41) 등으로 구성되어 있다. 비자성실에는 대형 3-축 헬름홀쯔 코일(42), 관측실에는 소형 3-축 헬름홀쯔 코일(44)과 세슘 자기공명 장치(460: Cs, 460a: Cs-AMR 신호처리부) 등으로 구성되어 있다. 지구자기장이 상쇄된 공간에 정밀솔레노이드 (470)를 설치하고, 전류를 흘려 정밀 저자기장을 발생시킬 수 있다. 이러한 장치를 이용하여 정밀 저자기장 측정기(Hall effect, Fluxgate 등)의 교정 및 자기장센서의 특성 등을 측정할 수 있다.4 shows a state diagram of use of the earth magnetic field offset device according to the present invention. Referring to FIG. 4, the measurement chamber includes three DC current sources 402, 404, 406 for canceling the DC geomagnetic field, and a phase comparator 41 for canceling the geomagnetic field over time. It consists of a large three-axis Helmholtz coil (42) in the nonmagnetic chamber, a small three-axis Helmholtz coil (44) in the observation chamber, and a cesium magnetic resonance device (460: Cs, 460a: Cs-AMR signal processor). . The precision solenoid 470 may be installed in a space where the earth magnetic field is canceled, and a current may be generated to generate a precision low magnetic field. Such a device can be used to measure the precision of magnetic field measuring instruments (Hall effect, Fluxgate, etc.) and to measure the characteristics of magnetic field sensors.

상기와 같은 본 발명에 따른 지구자기장 상쇄 장치는 직류 및 시간에 따른 지구자기장의 변화량을 상쇄시켜 정밀한 저자기장을 발생시키고 자기장 변화에 비례하는 주파수의 차이를 이용하여 변화량을 상쇄시킴으로써 응답속도가 빠르고, 안정적으로 동작하는 효과가 있다. Earth magnetic field offset device according to the present invention as described above, the response speed is faster by canceling the change amount of the earth magnetic field with the direct current and time to generate a precise low magnetic field and using the difference in frequency proportional to the change in the magnetic field, It has the effect of operating stably.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 지구자기장 상쇄 장치는 직류 및 시간에 따른 지구자기장의 변화량을 상쇄시켜 정밀한 저자기장을 발생시키고 자기장 변화에 비례하는 주파수의 차이를 이용하여 변화량을 상쇄시킴으로써 응답속도가 빠르고, 안정적으로 동작하는 효과가 있다. As described above, the earth magnetic field canceling device according to the present invention cancels the amount of change in the earth magnetic field according to the direct current and time to generate a precise low magnetic field and cancels the change by using the difference in frequency proportional to the change in the magnetic field. It has the effect of operating stably.

Claims (2)

비자성동에 수직, 남북, 동서 방향을 조정하여 설치되어 지구자기장과 크기가 같고, 방향이 반대인 자기장을 발생시켜 직류 지구자기장이 상쇄된 공간을 만드는 대형 3-축 헬름홀쯔 코일에서 수직성분을 상쇄시키는 두 헬름홀쯔 코일간의 코일상수를 일치시키기 위한 분류저항( RV);It is installed by adjusting the direction of vertical, north-south, and east-west of non-magnetic dong to cancel the vertical component in the large 3-axis Helmholtz coil, which is the same size as the earth's magnetic field and generates a magnetic field in opposite direction to create a space where the DC earth magnetic field is offset. A classifying resistor (R V ) for matching the coil constant between two Helmholtz coils; 남북 방향(N-S)에 연결된 분류저항( RN);A classification resistance R N connected to the north-south direction NS; 동서 방향(E-W)에 접속된 분류저항( RE); 및The classifying resistor R E connected in the east-west direction EW; And 헬름홀쯔 코일 중심부 공간에서 균일도를 향상시키고, 대형 3-축 헬름홀쯔 코일간의 코일상수를 일치시키기 위한 분류저항( RE1, RE2))을 포함하는 것을 특징으로 하는 지구자기장 상쇄 장치.And a classifying resistor (R E1 , R E2 ) for improving the uniformity in the central space of the Helmholtz coils and for matching the coil constants between the large three-axis Helmholtz coils. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 기준주파수 신호를 생성하는 발진부;An oscillator for generating a reference frequency signal; 코일의 내부 중심에 설치되어 미세 지구자기장의 변화량에 비례하는 공명주파수 신호를 측정하는 세슘원자 자기공명부;Cesium atomic magnetic resonance unit is installed in the inner center of the coil for measuring the resonance frequency signal proportional to the amount of change in the fine earth magnetic field; 공명주파수 신호와 기준주파수 신호의 위상 차이를 비교하여 미세 지구자기장 변화에 비례하는 전류를 발생시키는 위상비교부;A phase comparison unit for comparing a phase difference between the resonance frequency signal and the reference frequency signal to generate a current proportional to the change of the fine earth magnetic field; 상기 위상비교부에서 발생된 전류를 증폭하는 전류 증폭부; 및A current amplifier for amplifying the current generated by the phase comparator; And 코일상수가 동일하고 직렬로 연결되며 상기 전류 증폭부에서 증폭된 전류를 사용하여 자기장을 발생시켜 반대로 인가하여 지구자기장의 변화량을 상쇄시키는 복수 개의 헬름홀쯔 코일;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지구자기장 상쇄 장치.And a plurality of Helmholtz coils having the same coil constant and connected in series, and generating a magnetic field using the current amplified by the current amplifying unit and applying the opposite to offset the change of the earth's magnetic field. Offset device.
KR1020040083603A 2004-10-19 2004-10-19 Apparatus for compensation of Earth's magnetic field KR100608110B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040083603A KR100608110B1 (en) 2004-10-19 2004-10-19 Apparatus for compensation of Earth's magnetic field

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040083603A KR100608110B1 (en) 2004-10-19 2004-10-19 Apparatus for compensation of Earth's magnetic field

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20060034474A KR20060034474A (en) 2006-04-24
KR100608110B1 true KR100608110B1 (en) 2006-08-09

Family

ID=37143267

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040083603A KR100608110B1 (en) 2004-10-19 2004-10-19 Apparatus for compensation of Earth's magnetic field

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100608110B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9128009B2 (en) 2009-12-08 2015-09-08 Korea Research Institute Of Standards And Science Measurement device for minimizing external magnetic disturbance

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10172438A (en) 1996-12-10 1998-06-26 Sony Corp Adjusting device
JP2002232182A (en) 2001-02-02 2002-08-16 Mti:Kk Magnetic shielding room of internal active magnetically shielded system

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10172438A (en) 1996-12-10 1998-06-26 Sony Corp Adjusting device
JP2002232182A (en) 2001-02-02 2002-08-16 Mti:Kk Magnetic shielding room of internal active magnetically shielded system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9128009B2 (en) 2009-12-08 2015-09-08 Korea Research Institute Of Standards And Science Measurement device for minimizing external magnetic disturbance

Also Published As

Publication number Publication date
KR20060034474A (en) 2006-04-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7659717B2 (en) Sensor for measuring magnetic flux
KR101050372B1 (en) △ E measuring device minimizes external magnetic disturbance
Hospodarsky Spaced‐based search coil magnetometers
US5432445A (en) Mirror image differential induction amplitude magnetometer
Bryś et al. Magnetic field stabilization for magnetically shielded volumes by external field coils
US5560115A (en) Gimbaled magnetometer with inductive coupling
KR100608110B1 (en) Apparatus for compensation of Earth's magnetic field
Leroy et al. An ac/dc magnetometer for space missions: Improvement of a Hall sensor by the magnetic flux concentration of the magnetic core of a searchcoil
Gerhardt et al. Volume magnetization for system-level testing of magnetic materials within small satellites
Nishio et al. The sensor temperature characteristics of a fluxgate magnetometer by a wide-range temperature test for a Mercury exploration satellite
Gabrielse et al. A superconducting solenoid system which cancels fluctuations in the ambient magnetic field
Merayo et al. A portable single axis magnetic gradiometer
Ripka et al. Testing and calibration of magnetic sensors
Donaldson SQUIDs for everything else
JPS6057277A (en) Self-excitation type magnetism detecting method
Cruz et al. Design of a fourth harmonic fluxgate magnetometer
US11953561B2 (en) Methods and apparatuses related to magnetic relaxometry measurements in the presence of environmental response to magnetic excitation
Li et al. From μ 0 to e: a survey of major impacts for electrical measurements in recent SI revision
Senthilmurugan et al. Design and Implementation of Three axis Fluxgate Magnetometer and its Applications
Whittles Voltage Coefficient of Victoreen High‐Meg Resistors
Matsui et al. Automatic Magnetic Pendulum with Wide Range Sensitivity
Xu et al. Noise analysis and in-situ detection of the electromagnetic servo actuator for a nano-g accelerometer with a large dynamic range
KR101467824B1 (en) generator of electromagnetic field using H bridge
JP2003139828A (en) Magnetic shielding characteristic measuring instrument
Setiadi Fluxgate Impedance Analyzer for Sensitivity and Noise Properties

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130605

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140625

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150728

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160630

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170626

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180625

Year of fee payment: 13

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190604

Year of fee payment: 14