KR100967225B1 - Vibration sensor using hall effect - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 홀 효과를 이용한 진동 센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 홀 효과를 제공하기 위하여 진동센서마운트 내부에 금속판을 설치 구성하고 상기 금속판을 스프링으로 진동센서마운트에 고정시킨 후 금속판에 수직으로 자기장을 가하도록 자석을 설치 구성함으로써, 금속판에 전류를 강제로 흘려보내지 않고도 홀전압과 같은 전위차를 획득할 수 있는 홀 효과를 이용한 진동 센서에 관한 것이다.
The present invention relates to a vibration sensor using a hall effect, and more particularly, in order to provide a hall effect, a metal plate is installed inside the vibration sensor mount, and the metal plate is fixed to the vibration sensor mount by a spring, and then a magnetic field perpendicular to the metal plate. The present invention relates to a vibration sensor using a Hall effect that can obtain a potential difference such as a hall voltage without forcing a current to flow through a metal plate by installing a magnet so as to apply the magnet.
사람들이 생활하고 있는 장소에는 많은 진동이 존재하고 있다.There are many vibrations in the places where people live.
예를 들어, 지진, 냉장고 및 세탁기 모터에 의한 진동, 자동차 엔진에 의한 진동, 바람에 의한 창문의 진동 등 사람들은 매일 이러한 진동 속에 살고 있으나 진동에 대한 심각성을 인식하지는 못하고 있었다.For example, earthquakes, vibrations caused by refrigerator and washing machine motors, vibrations caused by car engines, and vibrations of windows caused by wind. People live in these vibrations every day, but have not recognized the seriousness of vibration.
현재 상기한 진동을 감지하기 위한 장치로서, 종래에는 압전소자를 이용한 센서의 출력이 가속도에 비례하는 진동 센서를 대부분 사용하고 있으나, 낮은 주파수 영역(50Hz 이하)의 진동을 측정할 수 없었다.Currently, as a device for sensing the vibration, conventionally, a vibration sensor in which the output of the sensor using the piezoelectric element is proportional to the acceleration is used, but the vibration in the low frequency region (50 Hz or less) could not be measured.
한편, 상기의 압전 소자를 이용한 진동 측정 방식이외에도 현재 홀 효과를 이용한 진동 센서가 연구되고 있다.Meanwhile, in addition to the vibration measuring method using the piezoelectric element, a vibration sensor using a hall effect is currently being studied.
상기 홀 효과는 금속판에 강제로 전류를 흐르게 하고 전류의 방향과 수직으로 자기장을 가하면 전자가 로렌츠의 힘을 받아 금속판에 흐르는 전류의 방향과 수직 방향으로 이동한다.In the Hall effect, when a current is forced through a metal plate and a magnetic field is applied perpendicularly to the direction of the current, electrons move in a direction perpendicular to the direction of the current flowing through the metal plate by the Lorentz force.
따라서, 전자가 이동된 쪽은 (-)의 전위가 반대 방향은 (+)의 전류가 흐르게 된다.Therefore, a current in which the electrons are moved to the opposite side of the negative potential flows in the opposite direction.
따라서, 금속판에 전류의 방향과 수직으로 전압이 발생하는데 이를 홀 전압이라고 한다.Therefore, a voltage is generated in the metal plate perpendicular to the direction of the current, which is called a hall voltage.
홀전압을 이용하여 자기장 센서를 만들 수 있고 이 현상을 이용한 장치들이 널리 존재하고 있었다.Magnetic field sensors can be made using Hall voltage, and devices using this phenomenon are widely available.
그러나, 상기한 방식은 금속판에 전류를 강제로 흘려보내야 하므로 전류를 흘러보내기 위한 전원 제공 수단이 별도로 구성되어야 하므로 제조 비용이 상승함과 동시에 사용상의 불편함이 존재할 수 밖에 없었다.However, in the above-described method, since a current must be forcibly flowed to the metal plate, a power supply means for flowing current must be configured separately, thereby increasing manufacturing costs and causing inconvenience in use.
결국, 저주파 영역에서도 진동을 측정할 수 있으면서 동시에 전원 공급 없이 측정할 수 있는 센서를 요구하게 되었다.
As a result, there is a need for a sensor that can measure vibration even in a low frequency region and can be measured without power supply.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 홀 효과를 제공하기 위하여 진동센서마운트 내부에 금속판을 설치 구성하고 상기 금속판을 스프링으로 진동센서마운트에 고정시킨 후 금속판에 수직으로 자기장을 가하도록 자석을 설치 구성함으로써, 금속판에 전류를 강제로 흘려보내지 않고도 홀전압과 같은 전위차를 획득할 수 있도록 하는데 있다.Therefore, the present invention has been proposed in view of the problems of the prior art as described above, and an object of the present invention is to install a metal plate inside the vibration sensor mount to provide a Hall effect and to fix the metal plate to the vibration sensor mount with a spring. After the magnet is installed so as to apply a magnetic field perpendicular to the metal plate, it is possible to obtain a potential difference such as a hall voltage without forcing a current to flow through the metal plate.
본 발명의 다른 목적은 종래의 고주파용 압전 소자에 의한 진동 센서보다 간단한 제조 공정을 거치게 되며 이에 따른 제조 원가 절감 효과와 저주파에서도 진동 측정이 가능하도록 하는데 있다.
Another object of the present invention is to go through a simple manufacturing process than the conventional vibration sensor by a high-frequency piezoelectric element, thereby reducing the manufacturing cost and vibration measurement at low frequencies.
본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여,In order to achieve the problem to be solved by the present invention,
본 발명의 일실시예에 따른 홀 효과를 이용한 진동 센서는,Vibration sensor using the Hall effect according to an embodiment of the present invention,
홀 효과를 이용한 진동 센서에 있어서,In the vibration sensor using the Hall effect,
내부에 공간이 형성되어 있는 진동센서마운트(100)와;A
상기 진동센서마운트 내부의 마주보는 두 면을 가로질러 설치 구성되는 스프링(110)과;A spring (110) configured to be installed across two opposing surfaces of the vibration sensor mount;
상기 스프링의 중단부에 위치한 금속판(120)과;A metal plate (120) positioned at the stop of the spring;
상기 금속판과 일정거리 이격되어 금속판과 마주보도록 진동센서마운트 내부의 일측에 설치 구성되는 자석(130);을 포함하여 구성되되,And a
상기 금속판의 표면은,The surface of the metal plate,
일부분이 금 혹은 은으로 증착되어 형성되고, 나머지 일부분이 알루미늄으로 증착되어 형성되는 것을 특징으로 하며, 이에 의해 본 발명의 과제를 해결하게 된다.
A part is formed by depositing with gold or silver, and the other part is formed by depositing with aluminum, thereby solving the problem of the present invention.
이상의 구성 및 작용을 지니는 본 발명에 따른 홀 효과를 이용한 진동 센서는, Vibration sensor using the Hall effect according to the present invention having the above configuration and action,
홀 효과를 제공하기 위하여 진동센서마운트 내부에 금속판을 설치 구성하고 상기 금속판을 스프링으로 진동센서마운트에 고정시킨 후 금속판에 수직으로 자기장을 가하도록 자석을 설치 구성함으로써, 금속판에 전류를 강제로 흘려보내지 않고도 홀전압과 같은 전위차를 획득할 수 있게 된다.In order to provide the Hall effect, a metal plate is installed inside the vibration sensor mount, and the metal plate is fixed to the vibration sensor mount with a spring, and a magnet is installed to apply a magnetic field perpendicularly to the metal plate, thereby forcing a current to flow through the metal plate. It is possible to obtain a potential difference such as a hall voltage.
또한, 종래의 고주파용 압전 소자에 의한 진동 센서보다 간단한 제조 공정을 거치게 되며 이에 따른 제조 원가 절감 효과와 저주파에서도 진동 측정이 가능하므로 활용도 측면이 훨씬 우수한 더 나는 효과를 제공하게 된다.
In addition, it is a simpler manufacturing process than the vibration sensor by the high-frequency piezoelectric element, and thus the manufacturing cost reduction effect and vibration measurement can be performed at low frequency, thereby providing a much better effect in terms of utilization.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 홀 효과를 이용한 진동 센서의 금속판에자기장을 수직으로 가한 후 진동 방향을 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 홀 효과를 이용한 진동 센서의 금속판에자기장을 수직으로 가한 후 전자 이동 방향을 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 홀 효과를 이용한 진동 센서의 제조 공정을 나타낸 공정도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 홀 효과를 이용한 진동 센서의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 홀 효과를 이용한 진동 센서의 진동센서에서 발생된 전위차가 증폭기를 거쳐 증폭된 후 오실로스코프에서 진동을 측정하는 예를 나타낸 예시도이다.1 is an exemplary view showing a vibration direction after the magnetic field is vertically applied to the metal plate of the vibration sensor using the Hall effect according to an embodiment of the present invention.
2 is an exemplary view showing an electron moving direction after vertically applying a magnetic field to a metal plate of a vibration sensor using a Hall effect according to an embodiment of the present invention.
3 is a process diagram illustrating a manufacturing process of a vibration sensor using a hall effect according to an embodiment of the present invention.
4 is a side view of a vibration sensor using a hall effect according to an embodiment of the present invention.
5 is an exemplary view showing an example of measuring the vibration in the oscilloscope after the potential difference generated in the vibration sensor of the vibration sensor using the Hall effect according to an embodiment of the present invention is amplified through an amplifier.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 홀 효과를 이용한 진동 센서는,Vibration sensor using the Hall effect of the present invention for achieving the above object,
홀 효과를 이용한 진동 센서에 있어서,In the vibration sensor using the Hall effect,
내부에 공간이 형성되어 있는 진동센서마운트(100)와;A
상기 진동센서마운트 내부의 마주보 두 면을 가로질러 설치 구성되는 스프링(110)과;A spring (110) configured to be installed across two opposite surfaces of the vibration sensor mount;
상기 스프링의 중단부에 위치한 금속판(120)과;A metal plate (120) positioned at the stop of the spring;
상기 금속판과 일정거리 이격되어 금속판과 마주보도록 진동센서마운트 내부의 일측에 설치 구성되는 자석(130);을 포함하여 구성되되,And a
상기 금속판의 표면은,The surface of the metal plate,
일부분이 금 혹은 은으로 증착되어 형성되고, 나머지 일부분이 알루미늄으로 증착되어 형성되는 것을 특징으로 한다.A part is formed by depositing with gold or silver, and the other part is formed by depositing with aluminum.
이때, 상기 금속판의 두께는,At this time, the thickness of the metal plate,
50㎛ 인 것을 특징으로 한다.It is characterized in that 50㎛.
이하, 본 발명에 의한 홀 효과를 이용한 진동 센서의 실시예를 통해 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the embodiment of the vibration sensor using the Hall effect according to the present invention will be described in detail.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 홀 효과를 이용한 진동 센서의 측면도이다.4 is a side view of a vibration sensor using a hall effect according to an embodiment of the present invention.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명인 홀 효과를 이용한 진동 센서는,As shown in Figure 4, the vibration sensor using the Hall effect of the present invention,
내부에 공간이 형성되어 있는 진동센서마운트(100)와;A
상기 진동센서마운트 내부의 마주보는 두 면을 가로질러 설치 구성되는 스프링(110)과;A spring (110) configured to be installed across two opposing surfaces of the vibration sensor mount;
상기 스프링의 중단부에 위치한 금속판(120)과;A metal plate (120) positioned at the stop of the spring;
상기 금속판과 일정거리 이격되어 금속판과 마주보도록 진동센서마운트 내부의 일측에 설치 구성되는 자석(130);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.And a
상기 진동센서마운트는 내부에 공간이 형성되어 있으며, 상기 내부 공간에 금속판과 금속판을 고정시키기 위한 스프링, 그리고 자석을 포함하여 구성되게 된다.The vibration sensor mount has a space formed therein, and includes a spring and a magnet for fixing the metal plate and the metal plate to the inner space.
상기 진동센서마운트에 자기장을 발생시키기 위하여 어느 일측에 자석(130)을 설치 구성하고 자석과 일정 간격 이격되게 금속판을 설치 구성하게 된다.In order to generate a magnetic field in the vibration sensor mount, the
상기 금속판의 상측과 하측에는 스프링을 연결하여 진동센서마운트에 고정시키게 된다.The upper side and the lower side of the metal plate is connected to the spring is fixed to the vibration sensor mount.
이때, 상기 진동센서마운트를 진동시키게 되면 금속판에 관성에 의해 움직임이 발생하고 금속판의 양단에 전위차가 발생하게 된다.At this time, when the vibration sensor mount is vibrated, movement occurs due to inertia on the metal plate, and a potential difference occurs at both ends of the metal plate.
진동하는 물체에 본 발명의 진동센서를 올려 놓게 되면 진동을 측정할 수 있는데, 금속판에 증폭기를 연결하고 오실로스코프로 진동을 측정할 수 있게 된다.When the vibration sensor of the present invention is placed on a vibrating object, the vibration can be measured. The amplifier can be connected to a metal plate and the vibration can be measured with an oscilloscope.
즉, 도 5에 도시한 바와 같이 진동센서에서 발생된 전위차가 증폭기를 거쳐 증폭된 후 오실로스코프에서 진동이 측정되는 것이다.That is, as shown in FIG. 5, after the potential difference generated by the vibration sensor is amplified through the amplifier, vibration is measured in the oscilloscope.
본 발명의 금속판의 두께는 50㎛이며 금속판에 수직으로 자기장을 가한 후 금속판을 자기장과 수직으로 진동시키면 자기장의 방향, 진동의 방향에 모두 수직인 방향에 전위차가 발생하게 된다.The metal plate of the present invention has a thickness of 50 μm, and when a magnetic field is applied to the metal plate vertically, the metal plate vibrates perpendicularly to the magnetic field, thereby generating a potential difference in a direction perpendicular to both the magnetic field direction and the vibration direction.
이때 전위의 방향은 진동 방향에 따라 달라지는데, 만약 진동이 일정한 주기를 가지고 있다면 전위도 일정한 주기를 가지게 되므로 진동을 측정할 수 있게 된다.At this time, the direction of the potential varies depending on the direction of vibration, if the vibration has a certain period, since the potential also has a constant period can be measured vibration.
따라서, 본 발명의 진동센서는 금속판에 전류를 강제로 흘려보내지 않고도 홀전압과 같은 전위차를 획득할 수 있게 되어 제조상의 편리성 및 제조 원가 상승을 방지할 수 있으며 사용상 편의성을 제공할 수 있게 된다.Therefore, the vibration sensor of the present invention can obtain a potential difference such as a hall voltage without forcing a current to flow through the metal plate, thereby preventing manufacturing convenience and increasing manufacturing cost and providing convenience in use.
상기 금속판을 자기장 속에서 진동시키게 되면 자유 전자가 자기장으로부터 힘을 받아 도체가 금속판 위에서 이동하게 된다.When the metal plate vibrates in a magnetic field, free electrons are forced from the magnetic field and the conductor moves on the metal plate.
이때 금속판이 두꺼우면 전자는 자기장과 진동 방향에 모두 수직 방향인 2차원 평면상에서 움직이지 않고 3차원 상에서 움직이게 되어 금속판의 양단에 전위차가 발생하지 않는다.At this time, if the metal plate is thick, the electrons move in three dimensions instead of moving in a two-dimensional plane that is perpendicular to both the magnetic field and the vibration direction, so that potential difference does not occur at both ends of the metal plate.
전자의 움직임이 2차원 효과를 내려면 금속판의 두께가 아주 얇아야 한다,For the movement of electrons to have a two-dimensional effect, the metal plate must be very thin.
일반적으로 금속판의 두께가 전자의 평균 자유행로보다 작아야 하고 이보다 두꺼우면 전위차가 작고 얇으면 금속판이 약해 사용할 수 없다.In general, the thickness of the metal plate should be smaller than the average free path of the electron. If the thickness is thicker than this, the potential difference is small and thin, and the metal plate is weak and cannot be used.
보통 도체에서 전자의 평균 자유 행로가 10-6 m 정도가 되므로 본 발명에서는 50㎛의 금속판을 사용하게 되는 것이다.In general, since the average free path of electrons in the conductor is about 10 −6 m, the metal plate of 50 μm is used in the present invention.
금속판이 1m/s 정도의 속력으로 움직일 때 2mV의 전압이 발생하였다.When the metal plate moved at a speed of about 1 m / s, a voltage of 2 mV occurred.
도 1에 도시한 바와 같이, 50㎛의 얇은 금속판에 자기장을 수직으로 가한 후 금속판을 움직이면 자기장속에서 전자는 금속판과 함께 오른쪽으로 움직이게 된다.As shown in FIG. 1, when a magnetic field is vertically applied to a 50 μm thin metal plate and the metal plate is moved, electrons move in the magnetic field to the right together with the metal plate.
자기장속에서 전자가 이동하면 전자는 자기장으로부터 힘을 받는데 이를 로렌츠의 힘이라고 한다.When an electron moves in a magnetic field, the electron receives a force from the magnetic field, which is called the Lorentz force.
즉, 전자는 도 2와 같이 진동 방향과 자기장의 방향 모두 수직인 방향으로 이동하게 되고 금속판의 양단에 홀 전압과 같은 전위차가 발생하게 된다.That is, as shown in FIG. 2, the electrons move in a direction perpendicular to both the vibration direction and the magnetic field direction, and a potential difference such as a hole voltage is generated at both ends of the metal plate.
이때 금속판의 진동 방향이 반대가 되면 전자는 반대로 이동하게 되고 금속판에 전위차도 방향이 반대가 된다,At this time, when the vibration direction of the metal plate is reversed, the electrons move in the opposite direction and the potential difference direction of the metal plate is reversed.
이때 전압의 크기는 금속판의 속도에 비례한다.At this time, the magnitude of the voltage is proportional to the speed of the metal plate.
도 3은 본 발명의 진동 센서를 제조하는 방법을 나타낸 예시도이다.Figure 3 is an exemplary view showing a method of manufacturing a vibration sensor of the present invention.
본 발명의 진동 센서는 진공 증착을 통해 제조할 수 있게 된다.The vibration sensor of the present invention can be manufactured through vacuum deposition.
1mm 두께의 유리판(10)에 알루미늄이 증착될 공간에 접착 테이프(50)를 접착하고 진공 증착기를 이용하여 진공 상태에서 금(20)으로 증착하게 되면 유리판에 금이 증착되게 된다.When the
그리고, 상기 접착 테이프를 제거한 후 금으로 증착된 부위를 덮개(30)로 가리고 다시 알루미늄(40)으로 증착시키게 되면 금으로 증착되는 부분과 알루미늄으로 증착되는 부분으로 구분되게 된다.When the adhesive tape is removed, the portion deposited with gold is covered with the
상기 금으로 증착되는 부분이 전자가 로렌츠 힘을 받아 이동하는 부분이고 알루미늄으로 증착되는 나머지 일부분들은 전선이 연결된 부분이다.The portion deposited with gold is a portion where electrons move under Lorentz force, and the remaining portions deposited with aluminum are portions in which wires are connected.
본 발명에서는 금속판이므로 사면에 알루미늄이 형성되게 되는 것이다.In the present invention, since the metal plate, aluminum is formed on the slope.
또한, 형상이 원형 혹은 삼각형 혹은 기타 어떠한 형상이라도 알루미늄을 증착할 수 있는 공간만 있으면 상관없다.In addition, it does not matter if the shape is circular or triangular or any other shape as long as there is a space for depositing aluminum.
즉, 금속판의 표면은 일부분이 금 혹은 은 중 적어도 어느 하나로 증착되어 형성되되, 나머지 일부분이 일정 크기로 알루미늄이 증착되어 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.That is, the surface of the metal plate is formed by depositing at least one portion of gold or silver, characterized in that the remaining portion is formed by depositing aluminum to a predetermined size.
상기한 예는 금으로 증착시키지만 전자가 이동할 수 있는 재질은 어떠한 재질도 상관은 없으나 가장 효과가 좋은 금, 은 중 어느 하나를 선택하여 증착시키게 된다.Although the above example is deposited with gold, any material that can move electrons may be selected, but one of the most effective gold and silver is deposited.
상기와 같은 본 발명의 진동 센서는 저주파 진동 측정에서도 활용이 가능한 장점이 있으므로 종래의 고주파용 압전 소자에 의한 진동 센서보다 활용도 측면이 훨씬 우수한 더 나는 효과를 제공하게 된다.The vibration sensor of the present invention as described above has the advantage that can be utilized even in low frequency vibration measurement provides a far better effect than the conventional vibration sensor by a high-frequency piezoelectric element.
또한, 발생되는 전압이 속도에 비례하므로 속도계에서 활용이 가능하며, 타코메타와 연결되어 회전수를 측정하는데 활용이 가능한 확장성을 제공하게 된다.In addition, since the generated voltage is proportional to the speed, it can be used in the speedometer, and it is connected to the tachometer to provide scalability that can be used to measure the rotation speed.
또한, 압력을 가하면 스프링에 의해 금속판이 진동하게 되므로 방범용 센서로도 활용이 가능한 효과가 있으며, 더 나아가 지진계로도 활용이 가능하게 된다.In addition, since the metal plate is vibrated by the spring when the pressure is applied, there is an effect that can be used as a security sensor, and furthermore, it can be used as a seismograph.
이상에서와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. Those skilled in the art to which the present invention pertains as described above may understand that the present invention may be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. Therefore, the above-described embodiments are to be understood as illustrative in all respects and not restrictive.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구 범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
The scope of the invention is indicated by the following claims rather than the above description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the invention. do.
100 : 진동센서마운트
110 : 스프링
120 : 금속판
130 : 자석100: vibration sensor mount
110: spring
120: metal plate
130: magnet
Claims (2)
내부에 공간이 형성되어 있는 진동센서마운트(100)와;
상기 진동센서마운트 내부의 마주보는 두 면을 가로질러 설치 구성되는 스프링(110)과;
상기 스프링의 중단부에 위치한 금속판(120)과;
상기 금속판과 일정거리 이격되어 금속판과 마주보도록 진동센서마운트 내부의 일측에 설치 구성되는 자석(130);을 포함하여 구성되되,
상기 금속판의 표면은,
일부분이 금 혹은 은으로 증착되어 형성되고, 나머지 일부분이 알루미늄으로 증착되어 형성되는 것을 특징으로 하는 홀 효과를 이용한 진동 센서.
In the vibration sensor using the Hall effect,
A vibration sensor mount 100 having a space formed therein;
A spring (110) configured to be installed across two opposing surfaces of the vibration sensor mount;
A metal plate (120) positioned at the stop of the spring;
And a magnet 130 installed on one side of the vibration sensor mount so as to face the metal plate at a predetermined distance from the metal plate.
The surface of the metal plate,
A vibration sensor using a hall effect, wherein a portion is formed by depositing with gold or silver, and the other part is formed by depositing with aluminum.
상기 금속판의 두께는,
50㎛ 인 것을 특징으로 하는 홀 효과를 이용한 진동 센서.
The method of claim 1,
The thickness of the metal plate,
Vibration sensor using a Hall effect, characterized in that 50㎛.
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2010
- 2010-03-26 KR KR1020100027300A patent/KR100967225B1/en not_active IP Right Cessation
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Legal Events
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