KR101224622B1 - Flux-gate sensor and sensing method using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 퍼밍 효과에 따른 센서의 특성 파괴를 억제할 수 있는 플럭스 게이트 센서를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 플럭스 게이트 센서는 외부 자계에 따른 전압 신호를 출력하는 센싱부, 보상 범위의 세기를 가진 외부 자계에 대해, 센싱부에서 출력되는 전압 신호에 상응하는 보상 자계를 상기 외부 자계를 상쇄하는 방향으로 인가하는 특성 보상부 및 보상 범위보다 좁은 측정범위에서 상기 특성보상부의 보상 자계에 관련된 신호의 크기를 디지털 값으로 출력하는 출력부를 포함한다. The present invention is to provide a flux gate sensor that can suppress the destruction of the characteristics of the sensor due to the firming effect.
The flux gate sensor according to the present invention includes a sensing unit for outputting a voltage signal according to an external magnetic field, and a compensation magnetic field corresponding to a voltage signal output from the sensing unit for the external magnetic field having a strength of a compensation range to cancel the external magnetic field. And an output unit for outputting a digital value of a signal related to the compensation magnetic field of the feature compensator in a measurement range narrower than the compensation compensator applied in the direction.

Figure R1020110052499
Figure R1020110052499

Description

플럭스 게이트 센서 및 그를 이용한 센싱방법{FLUX-GATE SENSOR AND SENSING METHOD USING THE SAME}Flux gate sensor and sensing method using it {FLUX-GATE SENSOR AND SENSING METHOD USING THE SAME}

본 발명은 플렉스 게이트 센서 및 그를 이용한 센싱 방법에 관한 것으로, 더욱 상세히 설명하면, 센싱 결과의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 플럭스 게이트 센서 및 그를 이용한 센싱방법에 관한 것이다. The present invention relates to a flex gate sensor and a sensing method using the same, and more particularly, to a flux gate sensor and a sensing method using the same that can improve the reliability of the sensing result.

플럭스 게이트 센서는 자기장의 세기를 측정하는 센서로, 외부 자계에 의해 두 측정 권선에 유도되는 기전력의 차분 신호에 포함되는 두 배 주파수 성분의 크기를 측정한다. 이러한 플럭스 게이트 센서가 강한 외부 자계에 노출될 경우, 히스테리시스로 인해 측정 특성이 특성 곡선상에서 이동하고, 센서의 선형성이 심하게 손상되어 측정이 불가능해진다. 이를 방지하기 위해 인가된 외부 자계에 상응하는 보상 자계를 센서에 인가하여 센서에 히스테리시스가 발생하는 것을 억제하는 보상형 플럭스 게이트 센서의 구조가 알려져 있다. 보상 자계는 외부 자계를 상쇄하는 방향으로 인가된다. Flux gate sensors measure the strength of a magnetic field and measure the magnitude of the double frequency components included in the differential signal of the electromotive force induced in the two measuring windings by an external magnetic field. When such a flux gate sensor is exposed to a strong external magnetic field, the hysteresis causes the measurement characteristic to move on the characteristic curve and severely impair the linearity of the sensor, making measurement impossible. In order to prevent this, there is known a structure of a compensating flux gate sensor which suppresses hysteresis from occurring by applying a compensation magnetic field corresponding to an applied external magnetic field to the sensor. The compensating magnetic field is applied in a direction to cancel the external magnetic field.

한편, 플럭스 게이트 센서의 출력은 A/D 변환기를 통해 디지털로 변환되어 출력된다. A/D 변환기의 분해능은 출력 디지털 값의 비트수에 따라 결정되는 것으로 알려져 있지만 실재로는 비트 수만큼 충분한 정밀도를 제공하지 않는 경우가 많다. 예를 들어 24 비트 A/D 변환기의 경우 실재로는 22비트 정도의 분해능만을 갖고 있다. On the other hand, the output of the flux gate sensor is converted to digital through the A / D converter and output. The resolution of an A / D converter is known to be determined by the number of bits in the output digital value, but in practice, it often does not provide enough precision as the number of bits. For example, a 24-bit A / D converter actually has only 22 bits of resolution.

보상형 플럭스 게이트 센서에 있어서, 보상 범위를 고려하여 A/D 변환기의 변환 범위를 설정한다. 일반적으로 센서의 보상 범위가 A/D 변환기의 변환 범위와 일치하도록 매칭시키고 있다. 그러나, 비트 수만큼의 분해능을 갖지 않는 A/D 변환기로 인해 적절한 변환 범위를 설정하더라도 센서 출력 값이 비트 수만큼의 분해능을 정확히 제공하지 못한다. 또한, 보상범위가 A/D 변환기의 변환 범위에 맞추어 제한되므로, 보상 범위를 넘는 강한 외부자계에 노출될 경우 히스테리시스가 발생하고 이로 인해 메모리 효과(memory effect) 혹은 퍼밍 효과(perming effect)가 발상하여 센서의 특성이 파괴되는 문제점이 발생한다. In the compensated flux gate sensor, the conversion range of the A / D converter is set in consideration of the compensation range. In general, the compensation range of the sensor is matched to match the conversion range of the A / D converter. However, due to A / D converters that do not have the resolution of the number of bits, even if an appropriate conversion range is set, the sensor output value does not provide exactly the resolution of the number of bits. In addition, since the compensation range is limited to the conversion range of the A / D converter, hysteresis occurs when exposed to a strong external magnetic field beyond the compensation range, which causes a memory effect or a perming effect to occur. The problem is that the characteristics of the sensor are destroyed.

본 발명은 퍼밍 효과에 따른 센서의 특성 파괴를 억제할 수 있는 플럭스 게이트 센서를 제공하는 것이다. The present invention is to provide a flux gate sensor that can suppress the destruction of the characteristics of the sensor due to the firming effect.

또한, 본 발명은 플럭스 게이트 센서의 분해능을 향상시킬 수 있도록 한다. In addition, the present invention makes it possible to improve the resolution of the flux gate sensor.

본 발명의 제1측면은, 외부 자계에 따른 전압 신호를 출력하는 센싱부, 보상 범위의 세기를 가진 외부 자계에 대해, 센싱부에서 출력되는 전압 신호에 상응하는 보상 자계를 상기 외부 자계를 상쇄하는 방향으로 인가하는 특성 보상부 및 보상 범위보다 좁은 측정범위에서 상기 특성보상부의 보상 자계에 관련된 신호의 크기를 디지털 값으로 출력하는 출력부를 포함한다. According to a first aspect of the present invention, a sensing unit for outputting a voltage signal according to an external magnetic field, and a compensation magnetic field corresponding to a voltage signal output from the sensing unit for the external magnetic field having a strength of a compensation range to cancel the external magnetic field. And an output unit for outputting a digital value of a signal related to the compensation magnetic field of the feature compensator in a measurement range narrower than the compensation compensator applied in the direction.

부가적으로, 출력부는, 특성 보상부에서 보상 자계에 관련된 신호를 증폭하되, 2 이상의 증폭율로 증폭하는 앰프 및 앰프로 인해 증폭된 신호를 디지털 값으로 출력하는 A/D 변환기를 포함한다. Additionally, the output unit includes an amplifier for amplifying a signal related to the compensation magnetic field in the characteristic compensator, and an A / D converter for outputting the signal amplified by the amplifier as a digital value.

부가적으로, 앰프의 증폭율은 5 이상 15 이하이다. In addition, the amplification factor of the amplifier is 5 or more and 15 or less.

부가적으로, 특성 보상부는 보상자계를 인가하는 보상코일, 보상코일에 의해 발생된 전압을 기준 값과 비교하는 비교기, 비교기의 출력전압을 전류로 전환하여 보상코일에 흐르게 하는 V-I 변환기를 포함한다. Additionally, the characteristic compensator includes a compensating coil for applying a compensating magnetic field, a comparator for comparing the voltage generated by the compensating coil with a reference value, and a V-I converter for converting the output voltage of the comparator into a current to flow the compensating coil.

부가적으로, 특성보상부는 오실레이터로부터 상기 보상코일에 의해 발생된 전압의 주파수에 대응하는 주파수를 갖는 신호를 전달받아 상기 보상코일에 의해 발생된 전압을 반송하여 출력하는 복조기를 더 포함한다. In addition, the characteristic compensator may further include a demodulator for receiving a signal having a frequency corresponding to the frequency of the voltage generated by the compensation coil from an oscillator to carry and output the voltage generated by the compensation coil.

부가적으로, 특성보상부는 복조기에서 출력되는 신호를 필터링하여 비교기로 전달하는 로우패스 필터를 더 포함한다. Additionally, the feature compensator further includes a low pass filter for filtering the signal output from the demodulator and passing the filtered signal to the comparator.

본 발명의 제2측면은, 외부자계의 크기에 대응하는 보상자계를 생성하는 단계, 기준전압과 보상자계에 의해 발생된 기전력을 비교하여 보상자계를 피드백하는 단계 및 보상 범위보다 좁은 측정범위 내에서 특성보상부의 보상 자계에 관련된 신호의 크기를 디지털 값으로 출력하는 단계를 포함하는 플럭스 게이트 센서를 이용한 센싱방법을 제공하는 것이다. The second aspect of the present invention is to generate a compensation magnetic field corresponding to the magnitude of the external magnetic field, to compare the reference voltage and the electromotive force generated by the compensation magnetic field to feed back the compensation magnetic field, and within the measurement range narrower than the compensation range It provides a sensing method using a flux gate sensor comprising the step of outputting the magnitude of the signal associated with the compensation magnetic field of the feature compensation unit as a digital value.

부가적으로, 디지털 신호를 출력하는 단계에서, 보상 범위보다 좁은 측정범위를 갖도록 하기 위해 보상자계에 의해 흐르는 전류를 증폭한다. In addition, in the step of outputting the digital signal, the current flowing by the compensating magnetic field is amplified so as to have a measurement range narrower than the compensation range.

부가적으로, 보상자계에 의해 흐르는 전류의 증폭율은 5 이상 15 이하이다. In addition, the amplification rate of the current flowing through the compensating magnetic field is 5 or more and 15 or less.

본 발명에 따른 플렉스 게이트 센서 및 그를 이용한 센싱 방법은 퍼밍 효과에 따른 센서의 특성 파괴를 억제할 수 있다. 또한, 플럭스 게이트 센서의 분해능을 향상시킬 수 있도록 한다. The flex gate sensor and the sensing method using the same according to the present invention can suppress the characteristic destruction of the sensor due to the firming effect. In addition, the resolution of the flux gate sensor can be improved.

도 1은 본 발명에 따른 플럭스 게이트 센서의 일실시예를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 플럭스 게이트 센서의 다른 일실시예를 나타내는 블록도이다.
도 3a는 하나의 권선에 의한 자계와 보상자계에 의해 측정된 자계강도를 나타내는 그래프이다.
도 3b는 하나의 권선에 의한 자계와 보상자계에 의해 측정된 자속밀도를 나타내는 그래프이다.
도 3c는 하나의 권선에 의한 자계와 보상자계에 의해 생성된 기전력의 크기를 나타내는 그래프이다.
도 4a는 두 개의 권선에 의한 자계와 보상자계에 의해 측정된 자계강도를 나타내는 그래프이다.
도 4b는 두 개의 권선에 의한 자계와 보상자계에 의해 측정된 자속밀도를 나타내는 그래프이다.
도 4c는 두 개의 권선에 의한 자계와 보상자계에 의해 측정된 자속밀도의 차이를 나타내는 그래프이다.
도 4d는 두 개의 권선에 의한 자계와 보상자계에 의해 생성된 기전력을 나타내는 그래프이다.
도 5a는 센싱 출력과 외부자기장의 세기의 비의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 5b는 센싱 출력과 외부자기장의 세기의 비의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 플럭스 게이트 센서를 이용하여 센싱하는 방법의 일실시예를 나타내는 순서도이다.1 is a block diagram illustrating an embodiment of a flux gate sensor according to the present invention.
Figure 2 is a block diagram showing another embodiment of a flux gate sensor according to the present invention.
3A is a graph showing the magnetic field strength measured by the magnetic field and the compensation magnetic field by one winding.
3B is a graph showing magnetic flux density measured by a magnetic field and a compensating magnetic field by one winding.
Figure 3c is a graph showing the magnitude of the electromotive force generated by the magnetic field and the compensation magnetic field by one winding.
Figure 4a is a graph showing the magnetic field strength measured by the magnetic field and the compensation magnetic field by the two windings.
Figure 4b is a graph showing the magnetic flux density measured by the magnetic field and the compensation magnetic field by two windings.
Figure 4c is a graph showing the difference between the magnetic flux density measured by the magnetic field and the compensation magnetic field by the two windings.
4D is a graph showing electromotive force generated by a magnetic field and a compensating magnetic field by two windings.
5A is a graph showing an example of the ratio of the sensing output and the intensity of the external magnetic field.
5B is a graph showing an example of the ratio of the sensing output and the intensity of the external magnetic field.
6 is a flowchart illustrating an embodiment of a method of sensing using a flux gate sensor according to the present invention.

이하에서는 본 발명을 이러한 실시예들을 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily understand and reproduce the present invention through these embodiments.

도 1은 본 발명에 따른 플럭스 게이트 센서의 다른 일실시예를 나타내는 블록도이다. 1 is a block diagram showing another embodiment of a flux gate sensor according to the present invention.

도 1을 참조하면, 플럭스 게이트 센서(100)는 센싱부(110), 비교기(120), V-I 변환기(130), 보상코일(140), 앰프(150)를 포함한다. Referring to FIG. 1, the flux gate sensor 100 includes a sensing unit 110, a comparator 120, a V-I converter 130, a compensation coil 140, and an amplifier 150.

센싱부(110)는 권선(미도시)을 포함하고 권선에 의해 형성된 외부 자계에 대응한 전압 신호를 출력한다. 비교기(120)는 일단은 센싱부(110)에서 출력된 전압 신호를 입력받고 타단은 기준전압(V1)을 입력받아 센싱부(110)에서 출력된 전압신호와 기준전압(V1)을 비교한 결과에 대응하는 전압을 출력한다. V-I 변환기(130)는 비교기(120)에서 출력된 전압을 전류로 전환하여 출력한다. V-I 변환기(130)에서 출력되는 전류는 보상코일(140)로 전달한다. 보상코일(140)은 외부자계를 상쇄하는 방향으로 보상자계를 인가한다. 또한, 보상코일(140)은 V-I 변환기(130)로부터 전류를 전달받아 보상코일(140)에 의해 형성되는 보상자계의 세기를 보정한다. 앰프(150)는 보상자계와 외부자계에 대응한 자기장의 세기에 대응한 신호를 증폭하여 출력한다. The sensing unit 110 includes a winding (not shown) and outputs a voltage signal corresponding to an external magnetic field formed by the winding. The comparator 120 receives a voltage signal output from the sensing unit 110 at one end, receives a reference voltage V1 at the other end, and compares the voltage signal output from the sensing unit 110 with the reference voltage V1. Output a voltage corresponding to The V-I converter 130 converts the voltage output from the comparator 120 into a current and outputs the current. The current output from the V-I converter 130 is transferred to the compensation coil 140. The compensation coil 140 applies a compensation magnetic field in a direction to cancel the external magnetic field. In addition, the compensation coil 140 receives a current from the V-I converter 130 to correct the strength of the compensation magnetic field formed by the compensation coil 140. The amplifier 150 amplifies and outputs a signal corresponding to the strength of the magnetic field corresponding to the compensating magnetic field and the external magnetic field.

도 2는 본 발명에 따른 플럭스 게이트 센서의 다른 일실시예를 나타내는 블록도이다. Figure 2 is a block diagram showing another embodiment of a flux gate sensor according to the present invention.

도 2를 참조하면, 플럭스 게이트 센서(200)는 센싱부(210), 특성 보상부(220), 출력부(230)를 포함한다. 센싱부(210)는 외부자계에 따른 전압신호를 출력한다. 특성보상부(220)는 보상 범위의 세기를 가진 외부 자계에 대해, 센싱부에서 출력되는 전압 신호에 상응하는 보상 자계를 외부 자계를 상쇄하는 방향으로 인가한다. 출력부(230)는 보상 범위보다 좁은 측정범위에서 특성보상부의 보상 자계에 관련된 신호의 크기를 디지털 값으로 출력한다. Referring to FIG. 2, the flux gate sensor 200 includes a sensing unit 210, a characteristic compensator 220, and an output unit 230. The sensing unit 210 outputs a voltage signal according to an external magnetic field. The characteristic compensator 220 applies a compensation magnetic field corresponding to the voltage signal output from the sensing unit to the external magnetic field having the strength of the compensation range in a direction to cancel the external magnetic field. The output unit 230 outputs a digital value of a signal related to the compensation magnetic field of the characteristic compensator in the measurement range narrower than the compensation range.

일 양상으로, 센싱부(210)는 플럭스 게이트(211), 오실레이터(212), 제1앰프(213)를 포함할 수 있다. 플럭스 게이트(211)는 제1권선(211a)과 제2권선(211b)을 포함하고 제1권선(211a)과 제2권선(211b)은 서로 반대방향으로 감겨 있다. 제1권선(211a)의 일단은 제1앰프(213)를 통해 오실레이터(212)와 연결되어 오실레이터(212)를 통해 소정의 주파수 f를 갖는 신호(fs)를 전달받는다. In an aspect, the sensing unit 210 may include a flux gate 211, an oscillator 212, and a first amplifier 213. The flux gate 211 includes a first winding 211a and a second winding 211b, and the first winding 211a and the second winding 211b are wound in opposite directions. One end of the first winding 211a is connected to the oscillator 212 through the first amplifier 213 to receive a signal fs having a predetermined frequency f through the oscillator 212.

일 양상으로, 특성보상부(220)는 보상권선(221), 캐패시터(C), 복조기(222), 로우패스 필터(223), 비교기(224), V-I 변환기(225)를 포함할 수 있다. 보상권선(221)은 제2권선(211b)에 의해 전류가 유도되어 흐르게 되고 이로 인해 보상권선(221)은 보상 자계를 발생시켜 플럭스 게이트(211)에 인가되도록 함으로써 보상 자계가 외부자계를 상쇄하는 방향으로 인가한다. 따라서, 플럭스 게이트 센서(200)의 특성이 파괴되는 것을 방지하여 센서의 동작 신뢰성을 확보할 수 있도록 한다. In an aspect, the feature compensator 220 may include a compensation winding 221, a capacitor C, a demodulator 222, a low pass filter 223, a comparator 224, and a V-I converter 225. The compensation winding 221 causes a current to be induced and flows by the second winding 211b, which causes the compensation winding 221 to generate a compensation magnetic field and to be applied to the flux gate 211, thereby canceling the external magnetic field. Direction. Therefore, the characteristics of the flux gate sensor 200 may be prevented from being destroyed to ensure operational reliability of the sensor.

일 양상으로 플럭스 게이트(211)는 하나의 권선을 포함하는 경우, 권선에 외부자계가 인가되고 보상권선에 의해 보상자계가 인가된다. 보상자계로 인해 플럭스 게이트(211)에 형성되는 자가장의 자계강도(H)는 도 3a에 도시되어 있는 것과 같이 Ha 만큼 쉬프트되어 형성된다. 자속밀도(B)는 도 3b에 도시되어 있는 것과 같이 쉬프트되어 형성된다. 그리고, 권선에 생성된 기전력(

Figure 112011041074901-pat00001
)은 도 3c에 도시되어 있는 것과 같은 구형파가 보상자계에 의해 구형파가 쉬프트되어 형성된다. In one aspect, when the flux gate 211 includes one winding, an external magnetic field is applied to the winding and a compensation magnetic field is applied by the compensation winding. The magnetic field strength H of the magnetic field formed in the flux gate 211 due to the compensating magnetic field is shifted by Ha as shown in FIG. 3A. The magnetic flux density B is shifted and formed as shown in FIG. 3B. And, the electromotive force generated in the winding (
Figure 112011041074901-pat00001
The square wave as shown in FIG. 3C is formed by shifting the square wave by the compensating magnetic field.

일 양상으로 플럭스 게이트(211)가 두 개의 권선(211a,211b)을 포함하는 경우, 제1권선(211a)과 제2권선(211b)에 외부자계가 인가되고 보상권선(221)에 의해 보상자계가 인가된다. 보상자계로 인해 플럭스 게이트(211)에 형성되는 자기장의 자계강도(H)는 도 4a에 도시되어 있는 것과 같이 Ha 만큼 쉬프트되어 형성된다. 이때, 제1권선(211a)과 제2권선(211b)은 감긴 방향이 반대이기 때문에 제1권선(211a)에 의해 형성된 자계강도와 제2권선(211b)에 의해 형성된 자계강도는 방향이 반대로 나타난다. 또한, 제1권선(211a)에 의해 형성된 자속밀도(B)와 제2권선(211b)에 의해 형성된 자속밀도(B)는 도 4b에 도시되어 있는 것과 같이 형성된다. 그리고, 제1권선(211a)과 제2권선(211b)의 자속밀도의 차이(Bd)는 도 4c에 도시되어 있는 것과 같이 나타난다. 그리고, 제1권선(211a)과 제2권선(211b)에 의해 형성된 기전력(

Figure 112011041074901-pat00002
)의 크기는 도 4d에 도시되어 있는 것과 같이 나타난다. 즉, 플럭스 게이트(211)가 두 개의 권선(211a,211b)을 포함하는 경우 하나의 권선을 포함하는 경우보다 주파수 성분이 2배가 된다. 즉, 플럭스 게이트(211)에 의해 형성된 기전력은 2f의 주파수를 갖는 고조파가 신호(2fs)가 된다. In one aspect, when the flux gate 211 includes two windings 211a and 211b, an external magnetic field is applied to the first winding 211a and the second winding 211b and the compensation magnetic field is applied by the compensation winding 221. Is applied. The magnetic field strength H of the magnetic field formed in the flux gate 211 due to the compensating magnetic field is shifted by Ha as shown in FIG. 4A. At this time, since the winding directions of the first winding 211a and the second winding 211b are opposite, the magnetic field strength formed by the first winding 211a and the magnetic field strength formed by the second winding 211b are reversed. . The magnetic flux density B formed by the first winding 211a and the magnetic flux density B formed by the second winding 211b are formed as shown in Fig. 4B. The difference Bd between the magnetic flux densities of the first winding 211a and the second winding 211b appears as shown in FIG. 4C. In addition, the electromotive force formed by the first winding 211a and the second winding 211b (
Figure 112011041074901-pat00002
) Is shown as shown in FIG. 4D. That is, when the flux gate 211 includes two windings 211a and 211b, the frequency component is doubled than when the flux gate 211 includes one winding. That is, harmonics having a frequency of 2f is the signal 2fs as the electromotive force formed by the flux gate 211.

그리고, 복조기(222)는 오실레이터(212)로부터 2f의 주파수를 갖는 신호(2fs)를 전달받아 보상권선(221)을 통해 전달받은 기전력을 반송하여 신호를 생성하고 생성된 신호를 비교기(224)로 전달한다. 일 양상으로, 복조기(222)를 통해 전달받은 신호는 로우패스 필터(223)를 통해 비교기(224)로 전달되는 것도 가능하다. In addition, the demodulator 222 receives a signal 2fs having a frequency of 2f from the oscillator 212, carries an electromotive force received through the compensation winding 221, generates a signal, and converts the generated signal into a comparator 224. To pass. In one aspect, the signal received through the demodulator 222 may be transmitted to the comparator 224 through the low pass filter 223.

비교기(224)는 일단에 복조기(222)를 통해 전달받은 신호를 입력받고 타단에 기준전압(V1)을 입력받아 기준전압(V1)과 복조기(222)를 통해 전달받은 신호의 전압을 비교하고 비교결과를 V-I 변환기(225)로 전달한다. The comparator 224 receives the signal received through the demodulator 222 at one end, receives the reference voltage V1 at the other end, and compares and compares the voltage of the signal received through the demodulator 222 with the reference voltage V1. The result is passed to the VI converter 225.

V-I 변환기(225)는 전압을 전류로 전환하는 수단으로, 비교기(224)에서 전달된 전압을 전류로 변환하여 보상권선(221)으로 전달한다. V-I 변환기(225)는 보상권선(221)에 전류를 전달하여 보상권선(221)에서 V-I 변환기(225)로부터 전달받은 전류를 피드백받아 보상자계가 보상되도록 함으로써, 센싱 결과가 신뢰성을 갖을 수 있도록 한다. The V-I converter 225 converts a voltage into a current. The V-I converter 225 converts the voltage transmitted from the comparator 224 into a current and transfers the current to the compensation winding 221. The VI converter 225 transmits a current to the compensation winding 221 to feed back the current received from the VI converter 225 in the compensation winding 221 so that the compensation magnetic field is compensated, thereby making the sensing result reliable. .

일 양상으로, 출력부(230)는 A/D 변환기(231)와 제2앰프(232)를 포함할 수 있다. 제2앰프(232)는 보상권선(221)을 통해 흐르는 전류값을 증폭하여 자기장 세기의 변화를 측정하는 측정범위를 좁힌다. 이로 인해, 측정범위에 대응하여 특성보상부(220)에 의해 자계를 보상하여 센서의 특성이 파괴되는 것을 방지하도록 한다. 이때, 제2앰프(232)의 증폭률은 5~10인 것이 바람직하다. 그리고, 출력부(230)는 센싱결과를 A/D 변환기(231)로 전달하여 센싱된 신호를 디지털 값을 출력한다. A/D 변환기(231)에 입력되는 신호는 제2앰프(232)에 의해 충분히 증폭되어 입력되므로, A/D 변환기(231)의 변환범위가 커져 보상코일에 의한 보상범위를 크게 설정할 수 있다. In an aspect, the output unit 230 may include an A / D converter 231 and a second amplifier 232. The second amplifier 232 narrows the measurement range for measuring the change in the magnetic field strength by amplifying the current flowing through the compensation winding 221. Therefore, the compensating magnetic field is compensated by the characteristic compensator 220 corresponding to the measurement range to prevent the characteristic of the sensor from being destroyed. At this time, it is preferable that the amplification factor of the second amplifier 232 is 5 to 10. The output unit 230 transmits the sensing result to the A / D converter 231 and outputs the sensed signal as a digital value. Since the signal input to the A / D converter 231 is sufficiently amplified by the second amplifier 232, the conversion range of the A / D converter 231 is increased, so that the compensation range by the compensation coil can be set large.

그리고, 플럭스 게이트 센서(200)는 제2앰프(232)의 증폭률에 상응하는, 측정범위의 수배에 달하는 강한 외부자계에 노출될 경우라 하더라도 넓게 설정된 보상범위로 인해 플럭스 게이트 센서(200)에서 히스테리시스가 발생되지 않게 된다. 따라서, 메모리 효과(memory effect) 혹은 퍼밍 효과(perming effect)로 인해 센서의 특성이 파괴를 방지한다.In addition, the flux gate sensor 200 may be hysteresis in the flux gate sensor 200 due to a compensation range that is set wide even when exposed to a strong external magnetic field that reaches several times the measurement range corresponding to the amplification factor of the second amplifier 232. Will not occur. Therefore, the characteristics of the sensor prevent the destruction due to the memory effect or the firming effect.

또한, 증폭을 한 상태에서 A/D 변환기(231)를 통해 아날로그 신호를 디지털 신호로 전환하기 때문에, 비트 수만큼의 분해능을 갖지 않는 A/D 변환기(231)를 사용하는 것도 가능하다. In addition, since the analog signal is converted into a digital signal through the A / D converter 231 in the amplified state, it is also possible to use the A / D converter 231 having no resolution as many as the number of bits.

일 양상으로, 출력부(230)에서 제2앰프(232)를 통해 보상권선(221)을 통해 흐르는 전류값을 10의 배율로 증폭하게 되면, 센싱 출력과 외부자기장의 세기의 비가 도 5a에서 도 5b와 같이 변하게 된다. 즉, 도 5b와 같이 센싱출력을 증폭하면 외부자계의 측정 범위를 더 작게할 수 있다. 따라서, 도 5b의 경우 보다 더 선형적인 구간에서 외부 자계에 대응하는 센싱출력을 기대할 수 있어 보다 정확한 센싱 결과를 도출할 수 있다. In one aspect, when the output unit 230 amplifies the current value flowing through the compensation winding 221 through the second amplifier 232 at a magnification of 10, the ratio between the sensing output and the intensity of the external magnetic field is shown in FIG. 5A. Will change to 5b. In other words, when the sensing output is amplified as shown in FIG. 5B, the measurement range of the external magnetic field may be reduced. Accordingly, in the case of FIG. 5B, a sensing output corresponding to an external magnetic field may be expected in a more linear section, thereby obtaining more accurate sensing results.

도 6은 본 발명에 따른 플럭스 게이트 센서를 이용하여 센싱하는 방법의 일실시예를 나타내는 순서도이다. 6 is a flowchart illustrating an embodiment of a method of sensing using a flux gate sensor according to the present invention.

도 6을 참조하면, 외부자계의 크기에 대응하는 외부자계의 히스테리스스를 상쇄하는 방향으로 보상자계를 생성한다.(600) 기준전압과 보상자계에 의해 발생된 기전력을 비교하여(610) 보상자계를 피드백하여 보정한다.(620) 보상 범위보다 좁은 측정범위 내에서 상기 특성보상부의 보상 자계에 관련된 신호의 크기를 디지털 값으로 출력한다.(630) Referring to FIG. 6, a compensation magnetic field is generated in a direction to cancel hysteresis of the external magnetic field corresponding to the magnitude of the external magnetic field. (600) Comparing the electromotive force generated by the reference voltage with the compensation magnetic field (610) In operation 630, the digital signal outputs a digital value of a signal related to the compensation magnetic field of the feature compensator within the measurement range narrower than the compensation range.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.It is to be understood that the technical spirit of the present invention has been specifically described in accordance with the preferred embodiments thereof, but it is to be understood that the above-described embodiments are intended to be illustrative and not restrictive. In addition, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

200: 플럭스 게이트 센서 211: 플럭스 게이트
211a: 제1권선 211b: 제2권선
212: 오실레이터 213: 제1앰프
220: 특성 보상부 221: 보상권선
222: 복조기 223: 로우패스 필터
224: 비교기 225: V-I 변환기
230: 출력부 231: A/D 변환기
232: 제2앰프200: flux gate sensor 211: flux gate
211a: winding line 211b: winding line 2
212: oscillator 213: first amplifier
220: characteristic compensation unit 221: compensation winding
222: demodulator 223: low pass filter
224: Comparator 225: VI Converter
230: output unit 231: A / D converter
232: second amplifier

Claims (9)

외부 자계에 따른 전압 신호를 출력하는 센싱부;
보상 범위의 세기를 가진 외부 자계에 대해, 센싱부에서 출력되는 전압 신호에 상응하는 보상 자계를 상기 외부 자계를 상쇄하는 방향으로 인가하되, 보상자계를 인가하는 보상코일과, 보상코일에 의해 발생된 전압을 기준 값과 비교하는 비교기와, 비교기의 출력전압을 전류로 전환하여 보상코일에 흐르게 하는 V-I 변환기를 포함하는 특성 보상부; 및
상기 보상 범위보다 좁은 측정범위에서 상기 특성보상부의 보상 자계에 관련된 신호의 크기를 디지털 값으로 출력하는 출력부를 포함하는 플럭스 게이트 센서.A sensing unit outputting a voltage signal according to an external magnetic field;
For the external magnetic field having the strength of the compensation range, the compensation magnetic field corresponding to the voltage signal output from the sensing unit is applied in a direction to cancel the external magnetic field, the compensation coil for applying the compensation magnetic field, and generated by the compensation coil A characteristic compensator including a comparator for comparing the voltage with a reference value, and a VI converter for converting the output voltage of the comparator into a current to flow in the compensation coil; And
And an output unit configured to output a digital value of a signal related to the compensation magnetic field of the characteristic compensation unit in a measurement range narrower than the compensation range. 제1항에 있어서,
출력부는,
특성 보상부에서 보상 자계에 관련된 신호를 증폭하되, 2 이상의 증폭율로 증폭하는 앰프; 및
앰프로 인해 증폭된 신호를 디지털 값으로 출력하는 A/D 변환기;를 포함하는 플럭스 게이트 센서.The method of claim 1,
Output part,
An amplifier for amplifying a signal related to a compensation magnetic field in a characteristic compensation unit and amplifying the signal at two or more amplification rates; And
A / D converter for outputting the signal amplified by the amplifier as a digital value; flux gate sensor comprising a. 제2항에 있어서,
앰프의 증폭율이 5 이상 15 이하인 플럭스 게이트 센서.The method of claim 2,
Flux gate sensor with an amplifier amplification factor of 5 to 15. 삭제delete 제1항에 있어서,
특성보상부는
오실레이터로부터 상기 보상코일에 의해 발생된 전압의 주파수에 대응하는 주파수를 갖는 신호를 전달받아 보상코일에 의해 발생된 전압을 반송하여 출력하는 복조기를 더 포함하는 플럭스 게이트 센서.The method of claim 1,
Quality Compensation Department
And a demodulator configured to receive a signal having a frequency corresponding to a frequency of the voltage generated by the compensation coil from an oscillator, to carry and output a voltage generated by the compensation coil. 제5항에 있어서,
특성 보상부는
복조기에서 출력되는 신호를 필터링하여 비교기로 전달하는 로우패스 필터를 더 포함하는 플럭스 게이트 센서.The method of claim 5,
Attribute Compensation Part
The flux gate sensor further comprises a low pass filter for filtering the signal output from the demodulator and passing it to the comparator. 외부자계의 크기에 대응하는 보상자계를 생성하는 단계;
기준전압과 보상자계에 의해 발생된 기전력을 비교하여 보상자계를 피드백하는 단계; 및
보상 범위보다 좁은 측정범위에서 보상 자계에 관련된 신호의 크기를 디지털 값으로 출력하되, 보상 범위보다 좁은 측정범위 내를 갖도록 하기 위해 보상자계에 의해 흐르는 전류를 증폭하여 출력하는 단계를 포함하는 플럭스 게이트 센서를 이용한 센싱방법. Generating a compensation magnetic field corresponding to the magnitude of the external magnetic field;
Feeding back the compensating magnetic field by comparing the reference voltage and the electromotive force generated by the compensating magnetic field; And
Flux gate sensor including the step of amplifying and outputting the current flowing through the compensation magnetic field in order to output the magnitude of the signal related to the compensation magnetic field in the measurement range narrower than the compensation range as a digital value, but within the measurement range narrower than the compensation range Sensing method using. 삭제delete 제7항에 있어서,
보상자계에 의해 흐르는 전류의 증폭율은 5 이상 15 이하인 플럭스 게이트 센서를 이용한 센싱방법.
The method of claim 7, wherein
Sensing method using a flux gate sensor that the amplification rate of the current flowing by the compensation magnetic field is 5 or more and 15 or less.
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