KR100643349B1

KR100643349B1 - 강판의 저주파 차폐능 평가방법

Info

Publication number: KR100643349B1
Application number: KR1020000079907A
Authority: KR
Inventors: 이재영; 손진군; 김대영; 이훈하; 손대락; 송명곤
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2000-12-21
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2006-11-10
Also published as: KR20020051942A

Abstract

본 발명은 임의의 강판(S)을 한쌍의 코아(102)(104) 사이에 삽입하여 두께별로 차폐능(차폐효과 및 효율)을 전압계(105)로 측정하고, 측정된 차폐능을 두께에 따라 검량선을 작성한 후, 이 검량선으로부터 강판의 두께와 차폐능과의 상관관계식을 구한 다음, 상기 상관관계식으로부터 강판의 두께가 1mm인 때의 차폐능 예상값을 계산하고 나서 차폐능을 알고자 하는 임의의 다른 강판에 대하여 그 두께를 측정한 후에 그 두께에 대응하는 차폐능 예상값을 상기 상관관계식으로부터 계산하여 이 차폐능 예상값으로 상기 1mm인 때의 차폐능 예상값을 나누어 그 두께에서의 차폐능 보정계수를 구하고, 상기 임의의 다른 강판의 차폐능을 실측하여 그 실측값에 상기 보정계수를 곱하여 그 두께에서의 보정 차폐능을 구한 후, 이 보정 차폐능으로부터 강판의 차폐정도를 비교하여 평가한다. 본 발명은 차폐재 두께 차이로 인한 차폐능의 차이를 상기한 보정을 통하여 강종별 차폐 특성을 비교하므로써 정확하고 간편하게 객관적으로 제품의 특성을 비교 평가할 수 있다.

차폐효과, 차폐효율, 강판, 코아, 코일, 차폐재

Description

강판의 저주파 차폐능 평가방법{A METHOD FOR EVALUATING SHIELD EFFECT OF LOW FREQUENCY ELECTROMAGNETIC FIELD OF STEEL PLATE}

도1은 종래의 실드박스법(sealed box method)을 사용한 모사평가방법을 설명하기 위한 개략도.

도2는 도1의 종래 실드박스법에 의한 전자장 분포 해석 결과.

도3은 본 발명에 의한 강판의 저주파 자기장 차폐능 평가장치 구성도.

도4는 본 발명에 의해 도출된 강판의 두께에 따른 차폐효율 검량선.

도5는 본 발명에 의해 도출된 강판의 두께에 따른 차폐효과 검량선.

본 발명은 자기적 성질을 갖는 저주파 차폐용 강재의 저주파 전자파 차폐능 평가에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 차폐재로 사용되는 강판의 저주파 자기능 차폐능을 평가하기 위한 장치와 방법에 관한 것이다.

전자파란 전장과 자장 성분을 가지는 파동(wave)을 말한다. 이중 자기적 성질을 갖는 파의 유해성이 알려지기 시작하면서 이를 차단하기 위한 방법과 재료들 이 등장하고 있다. 이와 같은 자장을 가지는 파동이 인체에 영향을 미치거나 또는 다른 기기의 오작동을 유발시키는 파를 유해파라고 한다. 특히, 최근 들어서는 자기적 성질을 갖는 저주파의 인체에 대한 유해성이 부각되고 있다.

이와 같은 유해 자기장은 인체에 뿐만 아니라 다른 기기의 오작동을 일으킨다. 예를 들면, 송전탑이나 전철이 지나가는 곳이나 강력 전자장이 발생하는 설비 또는 기기 주변의 모니터 화면이 찌그러지는 현상 등은 일상 생활에서 겪고 있는 전자파 장애(EMI :electromagnetic interference)의 하나이다.

이와 같은 저주파 전자파의 차폐를 위하여 기존의 차폐재로서 여러 가지가 제안되어 있다. 본 발명자들도 저주파 자기장 차폐능이 우수한 강재에 관한 기술을 기 출원한 바 있다(대한민국 특허출원 제1999- 52018호). 그러나, 이와 같은 강재의 차폐능을 측정하는 방법은 그 동안 개발되지 못하여 강재의 차폐능 실기 평가에 어려움이 있었다.

대표적인 예로서, 종래에는 저주파 자기장 차폐능의 비교방법으로 실드박스법(sealed box method)을 사용하여 모사평가(simulated evaluation)하는 방법을 사용하였다. 이 방법은 도1에 도시된 바와 같이, 가상의 차폐재(B)로 박스 형태의 공간을 구성한 후, 그 차폐재 내부공간(A)에 가상의 자기장 발생원을 넣고 차폐재 내부공간(A)에서 차폐재 외부공간(C)으로 누설되는 자기장의 세기와 자기력선의 분포를 모사평가하는 방법이다. 이 방법은 재료의 투자율과 전기전도도를 측정한 후, 자기 해석 프로그램(영국 Vector Field사의 OPERA Series)을 사용하면 도2와 같이, 한 공간에서의 자속밀도, 즉 자기장의 세기를 구하여 수학식1과 같은 식을 통하여 차폐능을 분석하였다.

차폐효과 [dB] = -20log(∑Hout,shield/∑Hout,blank)

(여기서, ∑Hout,shield : 차폐재가 있을 때 차폐재 외부로 누설되는 자기장의 세기의 합, ∑Hout,blank : 차폐재가 없을 때 차폐재 외부로 누설되는 자기장의 세기의 합)

그러나, 상기 모사 측정법은 재료의 투자율과 전도도 차이로 인한 강재의 차폐능을 모사 비교 할 수는 있으나 그 실측치에 있어서 측정치와 큰 차이를 보인다. 즉, 강판을 판재 형태의 차폐재로 만들어 실기 평가할 경우 불가피한 누설자속으로 인하여 이론치보다 훨씬 낮은 값의 실측 차폐특성이 얻어 진다. 이는 상기 방법이 완벽한 차폐를 가정한 실드박스법을 사용하고 모사 평가에 넣어주는 데이터, 즉 전도율 및 투자율 값도 주파수에 따른 시변 자장(time varying magnetic field)값이 아니라 정자계(static field)에서 얻은 값이기 때문이다. 따라서, 완벽한 차폐를 가정한 실드박스법을 사용해서 모사 평가하는 방법은 그 재료가 나타낼 수 있는 이론 최대 차폐능을 평가하는 방법이라 실제치와는 차이를 보일 수 밖에 없는 단점이 있었다. 또한, 실드박스법은 구성상 전자파 발생장비의 박스 내로의 삽입 등이 어렵고 시료를 박스 형태로 만들어야 하는 문제점과 시료 가공에 따른 물성 변화 등의 문제로 인하여 측정장비화가 곤란한 문제점이 있었다.

이러한 실드박스법 이외에도 본 발명자들은 고주파(G Hz 대역)에서 전자파의 차폐능을 측정하는 방법(대한민국 특허출원 제1995-66230호, 제1995-68463호)을 제 시하였으나, 이러한 측정방법은 저주파 자기장 차폐능 측정용으로는 적용을 할 수 없는 한계가 있었다.

본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서, 그 목적은 강판의 저주파 차폐능을 주파수 변화에 따라 시변 자기장 하에서 효과적으로 측정하기 위한 평가장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 평가장치를 이용하여 강종이 동일하거나 또는 두께와 강종이 서로 다른 강판의 저주파 차폐능을 객관적으로 정확히 비교 평가할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 코일이 권선되어 서로 일정 간극을 두고 대향되어 있는 요크(york) 형태의 한 쌍의 코아;

상기 한쌍의 코아중 하나의 코아의 코일 양단에 연결된 전압계; 및

상기 한쌍의 코아의 간격 사이로 강판이 삽입될 수 있도록 서로 분리되어 코아를 둘러싼 비자성 차폐물을 포함하여 구성되는 강판의 저주파 자기장 차폐능 평가장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 임의의 강판을 두께별로 차폐능을 측정하고, 측정된 차폐능을 두께에 따라 검량선을 작성한 후, 이 검량선으로부터 강판의 두께와 차폐능과의 상관관계식을 구하는 단계;

상기 상관관계식으로부터 강판의 두께가 1mm인 때의 차폐능 예상값을 계산하 여 구하는 단계;

차폐능을 알고자 하는 임의의 다른 강판에 대하여 그 두께를 측정한 후, 그 두께에 대응하는 차폐능 예상값을 상기에서 구한 상관관계식으로부터 계산하고, 이 차폐능 예상값으로 상기 1mm인 때의 차폐능 예상값을 나누어 그 두께에서의 차폐능 보정계수를 구하는 단계;

상기 차폐능을 알고자 하는 임의의 다른 강판의 차폐능을 실측하는 단계; 및

상기 차폐능을 알고자 하는 임의의 다른 강판의 차폐능 실측값에 상기 보정계수를 곱하여 그 두께에서의 보정 차폐능을 구한 후, 이 보정 차폐능으로부터 강판의 차폐정도를 비교하는 단계를 포함하는 강판의 차폐능 평가방법에 관한 것이다.

먼저, 본 발명의 강판 차폐능 평가장치를 도3을 통하여 상세히 설명한다.

도3은 본 발명의 강판 차폐능 평가장치의 일례로서, 도3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 평가장치(100)는, 크게 코일(101)(103)이 권선되어 있는 한 쌍의 코아(102)(104)와, 상기 한쌍의 코아중 하나의 코아의 코일 양단에 연결된 전압계(105) 및 한쌍의 코아(102)(104)를 둘러싼 비자성 차폐물(106)(107)을 포함하여 구성된다.

상기 코아(102)(104)은 요크(york) 형태의 두개의 코아에 코일(101)(103)이 권선되어 자화코일을 만든다. 이 코아는 투자율이 좋은 아멀퍼스 합금이나 페라이트 소재로 하여도 무방하다. 두 개의 요크 사이에는 일정한 간격을 주어 강판(S) 등의 판재 형태의 차폐재가 삽입될 수 있도록 한다.

또한, 하나의 코아(102)에 권선된 자화코일(101)에 시변 전류를 인가하면 코일 내에는 시변 자기장, 즉 시변 자속이 발생한다. 이 자속은 두개의 요크 사이의 간격을 거쳐 코아(102)를 타고 흐르게 되며, 이 흐르는 자속에 의하여 다른 하나의 코일(103)에는 유도 기전력(전압)이 발생한다. 이때, 다른 하나의 코아(104)에 권선된 코일(103)에서의 기전력, 즉 전압의 크기는 흐르는 자기장의 크기와 페레데이 법칙에 의해 비례하게 된다. 따라서, 시료가 없을 때 일정 크기의 전류를 가하여 하나의 코일(101)에서 자기장을 만들고 다른 하나의 코일(103)에서 그 자기장 값이 전압계(6)에 의하여 전압으로 측정이 가능하다.

한쌍의 코아는 아크릴 통과 같은 비자성 차폐물(106)(107)로 분리되며 그 차폐물 사이에 간극은 코아 사이의 간격에 해당된다.

이하, 상기한 차폐능 평가장치를 이용하여 강판의 차폐능을 평가방법에 대하여 상세히 설명한다.

우선, 도3의 차폐능 평가장치(100)에서 강판(S)를 코아(102)(104) 사이에 삽입하고 하나의 코아(102)에 자기장을 발생시키면 차폐재 강판(S)을 통과한 자속만이 다른 하나의 코일(103)에서 전압으로 감지된다. 따라서, 동일 인가 자기장하에 강판이 있을 때와 없을 때의 자기장의 세기를 비교함으로써 차폐능의 측정이 가능하다. 차폐능은 시료가 없을 때의 전압(Vo)과 시료가 있을 때의 전압(Vs)의 비로서 측정이 가능하다. 차폐능은 차폐효율(shield efficiency: SE)과 차폐효과(shield effect; Se)로서, 수학식2와 같이 계산이 가능하다.

차폐효율[SE](%) = (Vo - Vs)/ Vo x 100

또는 차폐능을 표현하는 다른 단위인 데시벨(dB)로서도 차폐 효과는 수학식 2a와 같이 표현 가능하다.

차폐효과[Se](dB) = -20log(Vs / Vo)

따라서, 도3의 강판 저주파 자기장 차폐능 평가장치에서 저주파 전압 Vo 와 Vs를 측정함으로써 강판의 차폐 효율과 차폐효과를 측정할 수 있다.

그러나, 강판의 차폐능은 강판의 두께에 따라 크게 변화한다. 따라서 모든 강판의 차폐능을 비교평가 하기 위해서는 동일한 두께의 강재를 사용해야만 하는 불편함이 따랐다. 그러나 한 강종에서의 강판의 두께에 따른 차폐능을 측정한 후 이를 이용하여 검량선을 만들고 이 검량선으로서 보정을 해 주면 두께와 상관없이 차폐능의 측정이 가능하다.

이를 위해 본 발명에서는 먼저 임의의 강판을 두께별로 차폐능을 측정하고, 측정된 차폐능을 두께에 따라 검량선을 작성한 후, 이 검량선으로부터 강판의 두께와 차폐능과의 상관관계식을 구한다. 이러한 상관관계식은 수학식3과 같은 지수함수(exponential function)로 표현될 수 있다.

차폐능 = a - b × exp(-x/c)

(단, x는 강판의 두께; a, b, c는 상수)

상기 차폐능은 차폐효율 및/또는 차폐효과임은 물론이다.

여기서, 강판의 차폐능은 강판의 두께에 따라 크게 변화되므로 여러 종류의 강판의 차폐능을 비교평가 하기 위해서 상기에서 구한 상관관계식으로부터 강판의 두께가 1mm인 때의 차폐능 예상값을 계산한다. 이때, 차폐능 기준치를 강판의 두께를 반드시 1mm로 정할 필요는 없으며 필요에 따라 다르게 선정할 수도 있음은 물론이다.

그 다음, 차폐능을 알고자 하는 임의의 다른 강판에 대하여 그 두께를 측정한 후, 그 두께에 대응하는 차폐능 예상값을 상기 수학식3의 상관관계식으로부터 계산한다. 그리고, 이렇게 구한 차폐능 예상값으로 상기 1mm인 때의 차폐능 예상값을 나누면(1mm 두께에서의 차폐능 예상값 / 어떤 두께에서의 차폐능 예상값) 그 두께에서의 차폐능 보정계수를 구할 수 있다.

그 다음, 상기 차폐능을 알고자 하는 임의의 다른 강판의 차폐능을 도3의 평가장치를 통하여 실측하고, 그 차폐능 실측값에 상기에서 구한 보정계수를 곱하면 상기 차폐능을 알고자 하는 임의의 다른 강판의 보정 차폐능을 구할 수 있다.

이와같이 구한 보정 차폐능은 모든 강판의 두께를 1mm로 가정하여 얻어진 것이기 때문에 이 보정 차폐능을 이용하면 동일 강종에서 두께가 다르거나 또는 두께와 강종이 서로 다른 강판의 차폐정도를 객관적으로 비교하여 평가할 수 있게 된다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예1]

두께가 다른 동일 강종의 냉연강판을 6장 준비한 후, 도3과 같은 평가장치의 코아 사이에 끼워넣고 강판의 두께를 변화시키면서 이에 따른 차폐능을 구하였다.

60Hz에서 시변 자계하에서 두께에 따른 차폐효율과 차폐효과를 각각 측정하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다. 또한, 두께에 따른 차폐효과(dB)와 차폐효율(%)을 두께에 따라 도시한 결과를 도4와 도5에 각각 나타내었다.

구분	강판의 두께(mm)	차폐효과(dB)	차폐효율(%)
발명재1	0.28	23.535	93.34
발명재2	0.42	25.077	94.43
발명재3	0.56	26.129	95.06
발명재4	0.70	27.111	95.59
발명재5	0.84	27.920	95.98
발명재6	0.98	28.531	96.26

표 1과 도4 및 도5에서 알 수 있는 바와 같이, 강판의 두께에 따라 차폐효과는 지수함수적으로 감소(exponential decay)하였으며, 최적 상관관계곡선을 구할 수 있었다. 이때, 상관관계지수는 R=0.995 이상으로 매우 정확한 상관관계를 보였다.

[실시예 2]

실시예 1의 발명예(2)와 두께와 강종이 서로 다른 강판의 두께를 측정한 결과 각각 0.30mm, 0.80mm [발명재(7)(8)]이었다. 그 다음, 각 두께에서의 실시예 1의 도4와 도5에 나타낸 식의 두께 보정곡선에 대입하여 예상 차폐효과(dB)와 차폐효율(%)을 구한 결과를 표 2에 나타내었다.

구분	강판의 두께(mm)	예상 차폐효과(dB)	예상 차폐효율(%)
발명재2	0.42	25.000	94.366
발명재7	0.30	23.781	93.524
발명재8	0.80	27.691	95.881
비교재1	1.00	28.601	96.271

또한, 강판의 두께를 측정하여 검량선 시료의 예상 차폐능을 구한 후 각 강판을 도3의 장치를 이용하여 측정 차폐효과와 측정 차폐효율을 구한 결과를 표 3에 나타내었다. 또한, 표 2의 두께에 따른 예상 차폐능 보정계수(1mm 두께에서의 차폐능 예상값 / 어떤 두께에서의 차폐능 예상값)를 상기에서 측정된 차폐능에 곱하여 구한 1mm에서의 보정 차폐능을 표 3에 나타내었다.

구분	강판두께(mm)	측정 차폐효과 (dB)	측정 차폐효율 (%)	보정 차폐효과 (dB)	보정 차폐효율 (%)
발명재2	0.42	25.077	94.426	28.689	96.3
발명재7	0.30	25.067	94.420	30.147	97.1
발명재8	0.80	26.196	95.100	27.057	95.5

표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 보정 차폐능 분석 결과 세가지 시료의 차폐능은 발명재(7)이 가장 우수하고 발명재(8)이 가장 낮은 값을 가짐을 알 수 있다. 즉, 두께와 강종이 다른 경우 실측 차폐능은 우수하더라도 상대적으로 비교한 결과 전혀 다른 평가치를 보이고 있음을 알 수 있었다. 따라서, 본 발명은 강판의 차폐능을 실제 측정 할 수 있게 됨은 물론 강판의 두께와 상관없이 모든 강종의 차폐능의 상호 비교가 가능하다는 장점을 가진다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 차폐재 두께 차이로 인한 차폐능의 차이를 보정을 통하여 강종별 차폐 특성을 비교하므로써 정확하고 간편하게 객관적으로 제품의 특성을 비교 평가할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.

Claims

삭제
임의의 강판을 두께별로 차폐능을 측정하고, 측정된 차폐능을 두께에 따라 검량선을 작성한 후, 이 검량선으로부터 강판의 두께와 차폐능과의 상관관계식을 구하는 단계;

상기 상관관계식으로부터 강판의 두께가 1mm인 때의 차폐능 예상값을 계산하여 구하는 단계;

차폐능을 알고자 하는 임의의 다른 강판에 대하여 그 두께를 측정한 후, 그 두께에 대응하는 차폐능 예상값을 상기에서 구한 상관관계식으로부터 계산하고, 이 차폐능 예상값으로 상기 1mm인 때의 차폐능 예상값을 나누어 그 두께에서의 차폐능 보정계수를 구하는 단계;

상기 차폐능을 알고자 하는 임의의 다른 강판의 차폐능을 실측하는 단계; 및

상기 차폐능을 알고자 하는 임의의 다른 강판의 차폐능 실측값에 상기 보정계수를 곱하여 그 두께에서의 보정 차폐능을 구한 후, 이 보정 차폐능으로부터 강판의 차폐정도를 비교하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 강판의 차폐능 평가방법.
제2항에 있어서,

상기 차폐능은 강판의 저주파 자기장 차폐능 평가장치에 의하여 측정하고,

상기 강판의 저주파 자기장 차폐능 평가장치는 코일(101)(103)이 권선되어 서로 일정 간극을 두고 대향되어 있는 요크 형태의 한 쌍의 코아(102)(104), 상기 한쌍의 코아중 하나의 코아의 코일 양단에 연결된 전압계(105) 및 상기 한 쌍의 코아의 간격 사이로 강판(S)이 삽입될 수 있도록 서로 분리되어 코아를 둘러싼 비자성 차폐물(106)(107)을 포함하여 구성되는 것임을 특징으로 하는 강판의 차폐능 평가방법.
제2항에 있어서,

상기 상관관계식은 수학식3과 같은 지수함수

[수학식 3]

차폐능 = a - b × exp(-x/c)(단, x는 강판의 두께; a, b, c는 상수)에 의해 표현됨을 특징으로 하는 강판의 차폐능 평가방법.
제2항에 있어서,

상기 임의의 다른 강판은 두께나 강종이 서로 다른 적어도 2개 이상의 강판 임을 특징으로 하는 강판의 차폐능 평가방법.
제2항에 있어서,

상기 차폐능은 차폐효율 및/또는 차폐효과임을 특징으로 하는 강판의 차폐능 평가방법.