KR101247196B1 - 자기장 제거 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자기장 제거 장치에 관한 것으로, 자기장 응용 장치의 작동에 방해가 되는 자기장을 제거하기 위한 자기장을 발생하는 자기장 제거 코일의 내부에 배치된 벡터(vector) 센서가 자기장 응용 장치의 작동 중에 감지한 자기장에 비례하는 DC 전압을 출력하면 전압/주파수 변환기가 이 DC 전압에 비례하는 감지 주파수(fS) 신호를 출력하고, 위상비교기가 이 감지 주파수(fS) 신호를 자기장 응용 장치의 작동에 방해가 되는 자기장을 제거하기 위해 미리 정한 기준주파수(f) 신호와 비교한 후, 두 신호의 주파수 차이에 비례하는 자기장 제거용 전류를 상기 자기장 제거 코일로 인가함으로써 자기장을 제거하여 상기 감지 주파수(fS)와 기준주파수(f)를 일치시킨다.
본 발명은 벡터(vector) 센서가 감지한 DC 전압을 해당 DC 전압에 비례하는 감지 주파수(fS) 신호로 변환하므로 단지 DC 전압만을 이용하여 자기장을 제거하는 종래의 자기장 제거 장치에서 DC 전압이 먼 거리로 보내지는 동안 발생하는 DC 전압 자체의 발진이나 피드백 문제를 모두 해소하면서 스칼라(scalar) 센서인 자기공명을 이용한 자기장 센서를 이용하여 자기장을 제거하는 종래의 자기 제거 장치와 비슷한 수준으로 정밀하게 자기장을 제거할 수 있는 장점이 있다.

Description

자기장 제거 장치{Apparatus for eliminating a magnetic field}
본 발명은 자기장 제거 장치에 관한 것이며, 더욱 상세히는 자기공명영상(MRI; Magnetic Resonance Imaging) 촬영장치, 전자현미경(SEM; Scanning Electron Microscope)이나 투시전자현미경(TEM; Transmission Electron Microscope) 등과 같이 자기장 변화에 의해 분해능이 좌우되는 자기장 응용 장치가 작동하는 동안 자기장 변화를 초래하는 지구자기장이나 외란 자기장 등을 실시간으로 측정하면서 제거함으로써 균일한 자기장 공간을 형성하여 자기장의 변화에 민감하고 정밀측정성능이 요구되는 자기장 응용 장치의 동작을 향상시키는 자기장 제거 장치에 관한 것이다.
산업이 고도화됨에 따라 자기장 응용 기술, 예컨대, 지하광물 및 매설물 탐사, 지진 및 전파방해 예측, 생체자기(뇌파, 심전도 등) 측정, 지구 및 우주자기장 분포 측정, 항법장치, 함정의 자기장 제어, 자기장 통신, 물질의 자기적 특성 분석, 송유관 부식 판별 등의 기술에 대한 관심이 증대되고 있으며, 이와 더불어 이러한 자기장 응용 기술에 이용할 수 있는 자기장 발생 장치와 자기장 측정 장치에 대한 기술이 연구되고 있다.
통상적으로, 자기장 응용 기술에 이용할 수 있는 자기장 발생 장치는 다양한 크기의 코일들, 예컨대 헬름홀츠 코일이나 솔레노이드 등을 이용하여 코일의 내부 중심공간에서 필요한 자기장을 발생하며, 자기장이 발생하는 동안에는 지구자기장과 같은 자기장을 가능한 최소화하여야 균일하고 정밀한 자기장이 발생한다.
또한, 자기장 응용 기술에 이용할 수 있는 자기장 측정 장치가 작동하는 동안에는 지구자기장과 같은 자기장을 가능한 최소화하여야 정밀한 자기장 측정이 가능하다.
한편, 자기장 제거 장치는 상기한 자기장 발생 장치나 자기장 측정 장치 등과 같은 자기장 응용 장치가 작동하는 동안 자기장 변화를 초래하는 지구자기장이나 외란 자기장 등을 실시간으로 측정하면서 제거함으로써 균일한 자기장 공간을 형성하여 자기장의 변화에 민감하고 정밀측정성능이 요구되는 자기장 응용 장치의 동작을 양호하게 한다.
종래의 자기장 제거 장치는 자기공명을 이용하는 자기장 센서(예컨대, 세슘 센서, 루비듐 센서, 핵자기 공명(Nuclear Magnetic Resonance, NMR) 센서, 원자 자기 공명(Atomic Magnetic Resonance, AMR) 센서, 세슘-헬륨 센서, 포타슘(Potassium) 센서 등)를 주로 이용하여 자기장 응용 장치의 작동에 방해가 되는 자기장을 감지하여 제거한다.
하지만, 상기와 같이 자기공명을 이용한 자기장 센서는 스칼라(scalar) 센서로서 방향성을 갖지 않기 때문에, 기본적으로 자기장의 방향성에 근거하여 그와 반대 방향성을 가지는 자기장을 발생하여 자기장을 제거하는 자기장 제거 장치에서 활용하기 위해서는 자기장 센서에 코일을 설치하여 방향성을 갖는 벡터(vector) 센서로 변환하여 사용해야 하는 번거로움이 있다.
다른 한편, 상기한 바와 같이 스칼라(scalar) 센서인 자기공명을 이용한 자기장 센서를 벡터(vector) 센서로 변환하여 사용해야 하는 번거로움을 해소하기 위해, 자기공명을 이용한 자기장 센서에 비해 상대적으로 가격이 저렴하고 감지한 자기장에 비례하는 DC 전압을 발생하는 벡터(vector) 센서(예컨대, 플럭스게이트(Fluxgate) 센서, 홀 효과(Hall effect) 센서, MR(Magnetic Resistance) 센서, MI(Magnetic Impedance) 센서, 탐색코일(Search Coil) 등)를 이용하는 자기장 제거 장치가 개발되어 있으나, 이 DC 전압만을 이용하여 자기장을 제거하는 종래의 자기장 제거 장치는 스칼라(scalar) 센서인 자기공명을 이용한 자기장 센서를 이용하여 자기장을 제거하는 종래의 자기 제거 장치에 비해 상대적으로 정밀하게 자기장을 제거하지 못하는 단점이 있다.
실제로, 상기한 벡터(vector) 센서의 DC 전압만을 이용하여 자기장을 제거하는 종래의 자기장 제거 장치는 상기 벡터(vector) 센서가 DC 전압을 출력하여 먼 거리로 보낼 경우 DC 전압 자체가 먼 거리로 보내지는 동안 발진하거나 피드백되어 변화되고, 결과적으로 상기 자기장 센서의 감도가 저하되기 때문에 원하는 정도로 정밀하게 자기장을 제거하기 어려운 단점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 자기장 응용 장치 등과 같은 자기장 응용 장치의 작동에 방해가 되는 자기장을 제거하기 위한 자기장을 발생하는 자기장 제거 코일의 내부에 배치된 벡터(vector) 센서가 자기장 응용 장치의 작동 중에 감지한 자기장에 비례하는 DC 전압을 출력하면 전압/주파수 변환기가 이 DC 전압에 비례하는 감지 주파수(fS) 신호를 출력하고, 위상비교기가 이 감지 주파수(fS) 신호를 자기장 응용 장치의 작동에 방해가 되는 자기장을 제거하기 위해 미리 정한 기준주파수(f) 신호와 비교한 후, 두 신호의 주파수 차이에 비례하는 자기장 제거용 전류를 상기 자기장 제거 코일로 인가함으로써 자기장을 제거하여 상기 감지 주파수(fS)와 기준주파수(f)를 일치시키는 자기장 제거 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 자기장 제거 장치는, 자기장 응용 장치의 작동에 방해가 되는 자기장을 제거하기 위해 미리 정한 기준주파수(f) 신호를 발생하는 기준주파수 발생기와; 자기장 응용 장치가 존재하는 공간에 배치되며, 자기장 제거용 전류(I)가 인가되면 자기장을 제거하는 자기장을 발생하여 자기장 응용 장치의 작동에 방해가 되는 자기장을 제거하는 자기장 제거 코일; 상기 자기장 제거 코일의 내부에 배치되며, 자기장 응용 장치의 작동 중에 감지한 자기장에 비례하는 DC 전압을 출력하는 자기장 센서; 상기 자기장 센서가 출력하는 DC 전압에 비례하는 감지 주파수(fS) 신호를 출력하는 전압/주파수 변환기; 및 상기 감지 주파수(fS) 신호가 입력되면 상기 기준주파수(f) 신호와 비교한 후, 두 신호의 주파수 차이에 비례하는 자기장 제거용 전류(I)를 생성하는 위상비교기;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 자기장 제거 장치에 있어서, 상기 위상비교기가 생성한 자기장 제거용 전류(I)를 증폭하여 상기 자기장 제거 코일로 인가하는 전류증폭기를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 자기장 제거 장치에 있어서, 상기 자기장 센서는 감지한 자기장에 비례하는 DC 전압을 출력하는 벡터(vector) 센서이며, 플럭스게이트(Fluxgate) 센서, 홀 효과(Hall effect) 센서, MR(Magnetic Resistance) 센서, MI(Magnetic Impedance) 센서, 탐색코일(Search Coil) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 자기장 제거 장치에 있어서, 상기 위상비교기는 상기 감지 주파수(fS) 신호가 입력되면 상기 기준주파수(f) 신호와 비교한 후, 두 신호의 주파수 차이가 없으면 현재 자기장 응용 장치의 작동에 방해가 되는 자기장이 제거된 상태이므로 자기장 제거용 전류(I)를 생성하지 않는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 자기장 제거 장치에 있어서, 상기 위상비교기는 상기 감지 주파수(fS) 신호가 입력되면 상기 기준주파수(f) 신호와 비교한 후, 두 신호의 주파수 차이가 있으면 현재 자기장 응용 장치의 작동에 방해가 되는 자기장이 제거되지 않은 상태이므로 두 신호의 주파수 차이에 비례하는 자기장 제거용 전류(I)를 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 자기장 응용 장치의 성능(예컨대, 분해능)을 향상시키며, 특히 벡터(vector) 센서가 감지한 DC 전압을 해당 DC 전압에 비례하는 감지 주파수(fS) 신호로 변환하므로 단지 벡터(vector) 센서가 출력하는 DC 전압만을 이용하여 자기장을 제거하는 종래의 자기장 제거 장치에서 DC 전압이 먼 거리로 보내지는 동안 발생하는 DC 전압 자체의 발진이나 피드백 문제를 모두 해소하면서 스칼라(scalar) 센서인 자기공명을 이용한 자기장 센서를 이용하여 자기장을 제거하는 종래의 자기 제거 장치와 비슷한 수준으로 정밀하게 자기장을 제거할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자기장 제거 장치의 구성을 나타낸 블록도.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 자기장 제거 장치(100)는 자기장 응용 장치가 작동하는 동안 자기장 변화를 초래하는 지구자기장이나 외란 자기장 등을 실시간으로 측정하면서 제거함으로써 자기장 변화에 영향을 받는 자기장 응용 장치의 성능(예컨대, 분해능)을 향상시킨다.
기준주파수 발생기(110)는 자기장 응용 장치의 작동에 방해가 되는 자기장을 제거하기 위해 미리 정한 기준주파수(f) 신호를 발생한다.
자기장 제거 코일(120)은 자기장 응용 장치가 존재하는 공간에 배치되며, 자기장 제거용 전류(I)가 인가되면 자기장을 제거하는 자기장을 발생하여 자기장 응용 장치의 작동에 방해가 되는 자기장을 제거한다.
자기장 센서(130)는 상기 자기장 제거 코일(120)의 내부에 배치되며, 자기장 응용 장치의 작동 중에 감지한 자기장에 비례하는 DC 전압을 출력한다.
상기 자기장 센서(130)는 감지한 자기장에 비례하는 DC 전압을 출력하는 벡터(vector) 센서이며, 플럭스게이트(Fluxgate) 센서, 홀 효과(Hall effect) 센서, MR(Magnetic Resistance) 센서, MI(Magnetic Impedance) 센서, 탐색코일(Search Coil) 등이다.
전압/주파수 변환기(140)는 상기 자기장 센서(130)가 출력하는 DC 전압에 비례하는 감지 주파수(fS) 신호를 출력한다.
위상비교기(150)는 상기 감지 주파수(fS) 신호가 입력되면 상기 기준주파수(f) 신호와 비교한 후, 두 신호의 주파수 차이에 비례하는 자기장 제거용 전류(I)를 생성하여 상기 자기장 제거 코일(120)로 인가한다.
상기 위상비교기(150)는 상기 감지 주파수(fS) 신호가 입력되면 상기 기준주파수(f) 신호와 비교한 후, 두 신호의 주파수 차이가 없으면 현재 자기장 응용 장치의 작동에 방해가 되는 자기장이 제거된 상태이므로 자기장 제거용 전류(I)를 생성하지 않는다.
상기 위상비교기(150)는 상기 감지 주파수(fS) 신호가 입력되면 상기 기준주파수(f) 신호와 비교한 후, 두 신호의 주파수 차이가 있으면 현재 자기장 응용 장치의 작동에 방해가 되는 자기장이 제거되지 않은 상태이므로 두 신호의 주파수 차이에 비례하는 자기장 제거용 전류(I)를 생성한다.
상기 위상비교기(150)가 생성한 자기장 제거용 전류(I)는 필요한 경우 전류증폭기(160)에 의해 증폭되어 상기 자기장 제거 코일(120)로 인가될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 자기장 제거 장치(100)는 다음과 같이 작동한다.
자기장 응용 장치가 작동하는 공간에서, 상기 기준주파수 발생기(110)는 자기장 응용 장치의 작동에 방해가 되는 자기장을 제거하기 위해 미리 정한 기준주파수(f) 신호를 발생한다.
또한, 자기장 응용 장치가 작동하는 공간에서, 상기 자기장 제거 코일(120)의 내부에 배치되는 자기장 센서(130)는 자기장 응용 장치의 작동 중에 감지한 자기장에 비례하는 DC 전압을 출력하여 상기 전압/주파수 변환기(140)로 전달한다.
이에 따라서, 상기 전압/주파수 변환기(140)는 상기 자기장 센서(130)가 출력하는 DC 전압에 비례하는 감지 주파수(fS) 신호를 출력한다.
상기와 같이 상기 전압/주파수 변환기(140)가 감지 주파수(fS) 신호를 출력하는 동안, 상기 위상비교기(150)는 실시간으로 감지 주파수(fS) 신호를 상기 기준주파수 발생기(110)가 생성하는 기준주파수(f) 신호와 비교한 후, 두 신호의 주파수 차이가 있으면 현재 자기장 응용 장치의 작동에 방해가 되는 자기장이 제거되지 않은 상태이므로 두 신호의 주파수 차이에 비례하는 자기장 제거용 전류(I)를 생성한다.
이때, 상기 위상비교기(150)는 두 신호의 주파수 차이가 없으면 현재 자기장 응용 장치의 작동에 방해가 되는 자기장이 제거된 상태이므로 자기장 제거용 전류(I)를 생성하지 않는다.
이어서, 상기 위상비교기(150)가 생성한 자기장 제거용 전류(I)는 상기 전류증폭기(160)에 의해 증폭된 후 상기 자기장 제거 코일(120)로 인가된다. 이에 따라서, 상기 자기장 제거 코일(120)이 자기장을 발생하면 자기장 변화를 초래하여 현재 자기장 응용 장치의 작동에 방해가 되는 지구자기장이나 외란 자기장 등이 제거되며, 그 결과로 균일한 자기장 공간이 형성되어 자기장의 변화에 민감하고 정밀측정성능이 요구되는 자기장 응용 장치의 성능(예컨대, 분해능)이 향상된다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 자기장 제거 장치는 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있는 범위까지 그 기술적 정신이 있다.
100: 자기장 제거 장치 110: 기준주파수 발생기
120: 자기장 제거 코일 130: 자기장 센서
140: 전압/주파수 변환기 150: 위상비교기
160: 전류증폭기

Claims (10)

  1. 자기장 응용 장치의 작동에 방해가 되는 자기장을 제거하기 위해 미리 정한 기준주파수(f) 신호를 발생하는 기준주파수 발생기(110)와;
    자기장 응용 장치가 존재하는 공간에 배치되며, 자기장 제거용 전류(I)가 인가되면 자기장을 제거하는 자기장을 발생하여 자기장 응용 장치의 작동에 방해가 되는 자기장을 제거하는 자기장 제거 코일(120);
    상기 자기장 제거 코일(120)의 내부에 배치되며, 자기장 응용 장치의 작동 중에 감지한 자기장에 비례하는 DC 전압을 출력하는 자기장 센서(130);
    상기 자기장 센서(130)가 출력하는 DC 전압에 비례하는 감지 주파수(fS) 신호를 출력하는 전압/주파수 변환기(140); 및
    상기 감지 주파수(fS) 신호가 입력되면 상기 기준주파수(f) 신호와 비교한 후, 두 신호의 주파수 차이가 없으면 현재 자기장 응용 장치의 작동에 방해가 되는 자기장이 제거된 상태이므로 자기장 제거용 전류(I)를 생성하지 않고, 두 신호의 주파수 차이가 있으면 현재 자기장 응용 장치의 작동에 방해가 되는 자기장이 제거되지 않은 상태이므로 두 신호의 주파수 차이에 비례하는 자기장 제거용 전류(I)를 생성하는 위상비교기(150);
    로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기장 제거 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 위상비교기(150)가 생성한 자기장 제거용 전류(I)를 증폭하여 상기 자기장 제거 코일(120)로 인가하는 전류증폭기(160)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자기장 제거 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 자기장 센서(130)는 감지한 자기장에 비례하는 DC 전압을 출력하는 벡터(vector) 센서인 것을 특징으로 하는 자기장 제거 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 자기장 센서(130)는 플럭스게이트(Fluxgate) 센서인 것을 특징으로 하는 자기장 제거 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 자기장 센서(130)는 홀 효과(Hall effect) 센서인 것을 특징으로 하는 자기장 제거 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 자기장 센서(130)는 MR(Magnetic Resistance) 센서인 것을 특징으로 하는 자기장 제거 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 자기장 센서(130)는 MI(Magnetic Impedance) 센서인 것을 특징으로 하는 자기장 제거 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 자기장 센서(130)는 탐색코일(Search Coil)인 것을 특징으로 하는 자기장 제거 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
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