KR101370992B1

KR101370992B1 - 표적 자기장 분석장치 및 이의 제어방법

Info

Publication number: KR101370992B1
Application number: KR1020130064004A
Authority: KR
Inventors: 정현주; 양창섭; 전재진
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2013-06-04
Filing date: 2013-06-04
Publication date: 2014-03-10

Abstract

본 발명은 함정과 같은 강자성 재질로 구성된 표적으로부터 발생되는 정(Static) 자기장인 유도자기장과 영구자기장을 분석하는 표적 자기장 분석장치 및 이의 제어방법에 관한 것으로, 본 표적 자기장 분석장치는 표적의 자기장을 감지하고 그 감지된 신호로부터 자기적 특성을 분석하여 상기 표적의 자기장 정보를 획득하기 위한 자기장 계측부; 상기 표적을 수용하여 이동시키기 위한 표적 이동부; 사전에 정해진 내부공간의 자기장을 모니터링하면서 내부공간의 지자기환경을 모사하기 위한 지자기환경 모사부; 및 상기 지자기환경 모사부를 이용하여 내부공간의 지자기 환경이 사전에 정해진 상태로 모사되도록 상기 지자기환경 모사부를 제어하고, 지자기 환경이 사전에 정해진 상태로 모사된 경우 상기 표적이 내부공간으로 이동되도록 상기 표적 이동부를 제어하며, 상기 표적이 내부공간으로 이동된 경우 상기 표적의 자기장 정보를 획득하도록 상기 자기장 계측부를 제어하는 것에 의해 상기 사전에 정해진 상태로 모사된 지자기 환경에서 상기 표적의 자기장을 분석하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해 본 발명은 기존 방법이 갖는 유도자기장과 영구자기장의 분리 한계를 개선함으로써 표적에 대한 자기장의 분석 정확도를 향상시킬 수 있다.

Description

표적 자기장 분석장치 및 이의 제어방법{Magnetic field analysis apparatus for target and control method thereof}

본 발명은 표적 자기장 분석장치 및 이의 제어방법에 관한 것으로, 구체적으로는 함정과 같은 강자성 재질로 구성된 표적으로부터 발생되는 정(Static) 자기장인 유도자기장과 영구자기장을 분석하는 표적 자기장 분석장치 및 이의 제어방법에 관한 것이다.

표적 자기장 분석장치는 함정과 같은 강자성 재질로 구성된 표적으로부터 발생되는 정(Static) 자기장인 유도자기장과 영구자기장을 분석하는 장치이다.

유도자기장은 함정이 운항되는 해역에서의 지구 자기장에 의해 함정을 구성하는 강자성 재질의 선체 및 탑재장비들에서 발생되는 유도자화(Induced magnetism)에 의한 자기장으로 함정의 형상 및 재질 특성 등이 유사하다면 수치해석 방법 등을 활용해서 예측이 가능하다.

영구자기장은 함정의 건조 및 운항 과정에서 외부로부터 발생되는 열적 응력, 기계적 충격 등에 의해 함정 내부에 잔류하는 영구자화(Permanent magnetism)에 의한 자기장으로 함정의 형상 및 재질 특성 등이 유사하더라도 함정의 건조 과정, 운항 해역의 지자기 환경 등 다양한 외부 조건들에 따라 상이한 특성을 가진다.

따라서 표적 자기장 분석장치는 이와 같이 이론적으로 예측이 곤란한 영구자기장의 분석을 위해 과거 유사 또는 동일 함정의 건조 후 해상 자기 측정시험 결과 자료를 근거로 추정하는 것이 일반적이다.

표적 자기장 분석장치는 이러한 함정의 정 자기장 신호원을 저감하기 위해, 유도자기장의 경우에는 함내에 탑재된 소자장비를 이용해서 제거하며, 영구자기장의 경우에는 자기처리를 통해서 영구자화 성분을 우선 제거하고 자기처리 후에 잔류하는 소량의 영구자기장은 유도자기장과 동일하게 소자장비를 이용해서 제거하는 방법을 일반적으로 사용한다.

이와 같이 함정에 의해 발생되는 자기장은 그 신호원의 특성에 따라 보상하는 방법이 각각 다르므로 효과적인 신호 제거를 위해서는 대상함정의 영구 및 유도자기장 성분을 명확히 분리할 필요가 있다.

표적 자기장 분석장치는, 영구자기장과 유도자기장 성분을 분리하기 위해, 유도자기장은 지구자기장을 포함한 외부 자기장 환경 하에서 자성체 내부에 발생되는 유도자화에 의한 자기장으로 표적의 기하학적 형태(길이 방향, 빔폭 방향)가 대칭적인 구조를 가지고, 표적을 구성하고 있는 강재의 자기적인 특성이 유사하다면 동일한 위치에서 측정된 유도자기장은 선수의 방향이 북쪽이든 남쪽이든 상관없이 유사한 크기를 가진다는 특징을 이용한다.

또한, 표적 자기장 분석장치는, 영구자기장이 표적 자체가 가지고 있는 고유의 영구자화 성분에 의한 자기장으로서 영구 자석과 동일한 성질을 가지는 특징을 이용하여 영구자기장과 유도자기장의 성분을 분리할 수 있다.

즉 표적 자기장 분석장치는 위의 특징에 의해 함정의 선수 방향에 따라 측정되는 자기장의 절대 크기가 동일하겠지만 축별로 반대의 부호를 가진다는 가정 하에 표적을 남에서 북, 북에서 남으로 이동시키면서 측정된 결과를 이용하여 지구자기장의 수평 성분에 의한 유도자기장 성분과 나머지 성분(수직 성분에 의한 유도자기장, 수평 성분에 의한 영구자기장, 수직 성분에 의한 영구자기장)을 분리한다.

그러나, 이러한 방법은 실제로 수직 성분에 의한 유도자기장과 영구자기장은 분리할 수 없으므로 표적으로부터의 영구 및 유도자기장을 완벽하게 분리하는 데는 한계가 있다.

하지만 표적이 위치하는 일정 공간 내에서의 지구자기장을 보상한다면 표적으로부터의 영구자기장 성분만 측정하는 것이 가능하고, 지자기환경 보상 전 측정 자기장에서 지자기환경 보상 후 측정자기장을 뺀다면 표적으로부터의 순수한 유도자기장만을 추출할 수가 있다.

따라서 본 발명에서는 지자기환경 보상을 통한 표적의 자기장 특성 분석 방법과 장치에 대해서 상세히 기술하였다.

KR 10-2012-0109740 A

본 발명의 목적은 표적이 위치하는 일정 공간 내에서의 지구자기장을 보상하는 방법을 적용하여 기존 방법이 갖는 유도자기장과 영구자기장의 분리 한계를 개선함으로써 표적에 대한 자기장의 분석 정확도를 향상시킬 수 있는 표적 자기장 분석장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 표적자기장 분석장치는 표적의 자기장을 감지하고 그 감지된 신호로부터 자기적 특성을 분석하여 상기 표적의 자기장 정보를 획득하기 위한 자기장 계측부; 상기 표적을 수용하여 이동시키기 위한 표적 이동부; 사전에 정해진 내부공간의 자기장을 모니터링하면서 상기 내부공간의 지자기환경을 모사하기 위한 지자기환경 모사부; 및 상기 지자기환경 모사부를 이용하여 상기 내부공간의 지자기 환경이 사전에 정해진 상태로 모사되도록 상기 지자기환경 모사부를 제어하고, 상기 지자기 환경이 사전에 정해진 상태로 모사된 경우 상기 표적이 상기 내부공간으로 이동되도록 상기 표적 이동부를 제어하며, 상기 표적이 상기 내부공간으로 이동된 경우 상기 표적의 자기장 정보를 획득하도록 상기 자기장 계측부를 제어하는 것에 의해 상기 사전에 정해진 상태로 모사된 지자기 환경에서 상기 표적의 자기장을 분석하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 지자기환경 모사부는, 상기 내부공간의 지자기환경이 변경되도록 자장을 발생하기 위한 자장발생코일모듈을 구비하고, 상기 자장발생코일모듈은 복수개의 코일로 마련되어 남북방향으로 세워져 배치되고, 동서방향으로 사전에 정해진 간격으로 이격되어 배열되는 남북방향의 코일단과, 복수개의 코일로 마련되어 동서방향으로 세워져 배치되고, 남북방향으로 사전에 정해진 간격으로 이격되어 배열되는 동서방향의 코일단과, 복수개의 코일로 마련되어 상기 남북방향의 코일단 및 상기 동서방향의 코일단에 대해 좌우방향으로 눕혀져 배치되고, 상하방향으로 사전에 정해진 간격으로 이격되어 배열되는 수직방향의 코일단을 구비할 수 있다.

또한 상기 지자기환경 모사부는, 상기 제어부의 제어에 의해 상기 자장발생코일모듈을 구동하기 위한 자장발생코일 구동모듈을 더 구비할 수 있고, 상기 자장발생코일 구동모듈은 상기 제어부의 제어에 의해 상기 자장발생코일모듈을 구동하기 위해 출력되는 디지털 신호를 입력받아 자장발생코일모듈을 구동하기 위한 아날로그 신호를 생성하는 파형발생기와, 상기 파형발생기에 의해 생성되는 아날로그 신호를 이용하여 상기 자장발생코일모듈의 코일단들 각각에 전류를 인가하기 위한 코일단 전원과, 상기 코일단 전원으로부터 인가된 각각의 전류의 극성을 변환하여 상기 자장발생코일모듈의 코일단들 각각에 출력하기 위한 극성변환기를 구비할 수 있다.

상기 남북방향의 코일단은 4각 프레임 형태 4개의 코일로 동서방향으로 나란히 배열되고, 상기 동서방향의 코일단은 4각 프레임 형태 2개의 코일로 남북방향으로 나란히 배열되며, 상기 수직방향의 코일단은 4각 프레임 형태 2개의 코일로 상하방향으로 나란히 배열될 수 있다.

여기서 상기 남북방향의 코일단, 상기 동서방향의 코일단 및 상기 수직방향의 코일단을 구성하는 코일들 각각의 권선수를 조정함으로써 상기 내부공간의 자기장을 균일하게 할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 측면에 따른 표적자기장 분석장치의 제어방법은 사전에 정해진 내부공간의 자기장을 감지하여 상기 내부공간의 지자기환경을 보상하기 위한 지자기환경 모사부의 자장발생코일모듈의 내부공간의 남북방향 자기장을 측정하고, 상기 자장발생코일모듈의 남북방향 코일단에 사전에 정해진 단위 전류를 인가하며, 상기 남북방향 코일단으로 단위 전류가 인가된 후 상기 내부공간의 남북방향 자기장을 측정하여 단위 전류 인가 전후의 남북방향 자기장 변화율을 산출하는 것에 의해 상기 남북방향 코일단의 코일상수를 획득하며, 상기 남북방향 코일단에 인가된 단위 전류를 제거하는 단계; 상기 자장발생코일모듈의 내부공간의 동서방향 자기장을 측정하고, 상기 자장발생코일모듈의 동서방향 코일단에 사전에 정해진 단위 전류를 인가하며, 상기 동서방향 코일단으로 단위 전류가 인가된 후 상기 내부공간의 동서방향 자기장을 측정하여 단위 전류 인가 전후의 동서방향 자기장 변화율을 산출하는 것에 의해 상기 동서방향 코일단의 코일상수를 획득하며, 상기 동서방향 코일단에 인가된 단위 전류를 제거하는 단계; 상기 자장발생코일모듈의 내부공간의, 상기 남북방향의 코일단 및 상기 동서방향의 코일단에 대해 좌우 방향으로 눕혀져 배치되는 방향인, 수직방향 자기장을 측정하고, 상기 자장발생코일모듈의, 상기 남북방향의 코일단 및 상기 동서방향의 코일단에 대해 좌우 방향으로 눕혀져 배치되는, 수직방향 코일단에 사전에 정해진 단위 전류를 인가하며, 상기 수직방향 코일단으로 단위 전류가 인가된 후 상기 내부공간의 수직방향 자기장을 측정하여 단위 전류 인가 전후의 수직방향 자기장 변화율을 산출하는 것에 의해 상기 수직방향 코일단의 코일상수를 획득하며, 상기 수직방향 코일단에 인가된 단위 전류를 제거하는 단계; 상기 획득한 코일단들의 각 코일상수를 이용하여 상기 자장발생코일모듈의 내부공간의 자기장을 보상하기 위해 역방향으로 인가해야 하는 자기장을 생성하기 위한 상기 각 코일단의 인가 전류의 크기를 산출하고, 그 산출된 인가 전류의 크기에 대응하는 보상전류를 상기 각 코일단들 각각에 인가하는 단계; 상기 보상전류에 의해 상기 내부공간에 대한 지자기환경 보상이 사전에 정해진 범위 내에 도달한 경우, 표적 이동부를 이용하여 표적을 상기 내부공간으로 이동시키는 단계; 및 표적의 자기장을 측정하기 위한 자기장 계측부를 이용하여 상기 내부공간으로 이동된 표적의 자기장을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 표적자기장 분석장치의 제어방법은 상기 지자기 환경 보상을 위한 보상전류를 제거하는 단계; 상기 자기장 계측부를 이용하여 상기 내부공간으로 이동된 상기 표적의 자기장을 다시 측정하는 단계; 및 상기 지자기 환경 보상 전후의 측정 데이터를 이용하여 상기 표적의 영구자기장 및 유도자기장의 성분을 추출하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이에 의해 본 발명은 코일단을 구성하는 각 개별 코일의 권선수를 조정함으로써 내부공간의 자기장을 균일하게 하기 위한 각각의 코일에 한 개의 전선을 연결함으로써 전원장치의 개수를 감소시키고 장치의 구성을 간단하게 할 수 있다.

또한 본 발명은 지자기환경 모사부를 이용하여 각 코일단들에 입력되는 전원을 제어함으로써 각 코일단들에 대한 구동 제어를 수행함으로써, 표적의 자기장을 측정하는 공간에서의 지자기환경 보상과 전 세계 모든 지역의 지자기 환경을 임의로 모사할 수 있다.

또한 본 발명은 강자성 재질로 구성된 표적의 영구자기장과 유도자기장을 분리할 수 있어, 함정 자기 스텔스 분야의 표적 자기장 감소를 위한 대책 수립에 이용될 수 있다.

또한 본 발명은 표적이 위치하는 일정 공간 내에서의 지구자기장을 보상하는 방법을 적용하여 기존 방법이 갖는 유도자기장과 영구자기장의 분리 한계를 개선함으로써 표적에 대한 자기장의 분석 정확도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표적자기장 분석장치의 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 자기장 계측부의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 표적 이동부의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 지자기환경 모사부의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 자장발생코일모듈의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 표적 자기장 분석장치의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표적자기장 분석장치의 블록도이고, 도 2는 도 1에 도시된 자기장 계측부의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이며, 도 3은 도 1에 도시된 표적 이동부의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이고, 도 4는 도 1에 도시된 지자기환경 모사부의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이며, 도 5는 도 4에 도시된 자장발생코일모듈의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 표적 자기장 분석장치(1)는 자기장 계측부(100), 표적 이동부(200), 지자기환경 모사부(300), 제어부(400)로 이루어질 수 있다.

자기장 계측부(100)는 대상 표적의 자기장(예를 들면: Magnetic field, DC∼3 ㎑)을 실시간으로 감지하고, 감지된 신호로부터 자기적 특성을 3차원으로 분석하여 표적의 자기장 정보를 획득하는 기능을 수행할 수 있다.

자기장 계측부(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 센싱모듈(110), 신호변환모듈(120), 신호분석모듈(130)로 구분할 수 있다. 이러한 구분에 의해 본 발명에 따른 자기장 계측부(100)의 구성이 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있다.

센싱모듈(110)은 표적의 자기장을 감지하기 위해 N개의 자기장 센서를 구비할 수 있다. 센싱모듈(110)은 자기장 센서로부터 감지된 신호를 신호변환모듈(120)로 전달한다.

신호변환모듈(120)은 자기장 센서로부터 전달된 신호의 고주파 잡음을 차단하기 위한 다수의 저역통과필터와, 저역통과필터를 통과한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 신호분석모듈(130)로 전달한다.

신호분석모듈(130)은 신호변환모듈(120)에 의해 변환된 신호로 부터 자기적 특성을 3차원으로 분석하여, 표적의 자기장 정보를 획득하여 제어부(400)로 전달할 수 있다. 신호분석모듈(130)에 의해 수행되는 동작은 사전에 마련된 소프트웨어에 의해 수행될 수 있다.

표적 이동부(200)는 제어부(400)의 제어에 의해 표적을 원하는 측정위치로 이동시키기 위한 기능을 수행할 수 있다.

표적 이동부(200)는 도 3에 도시된 바와 같이, 구동모듈(210), 거리센서모듈(220), 구동제어모듈(230)로 구분될 수 있다.

구동모듈(210)은 측정대상인 표적을 수용하여 이동시키기 위한 이동대차(212)와 구동제어모듈(230)의 제어에 의해 이동대차(212)를 이동시키는 구동기(214)로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 구동기(214)는 모터 및 감속기로 구현될 수 있다.

거리센서모듈(220)은 이동대차(212)의 이동을 감지하여 제어부(400)로 전달하는 기능을 수행한다. 예를 들면, 거리센서모듈(220)은 레이저 센서로 구현될 수 있고, 감지된 신호를 무선으로 제어부(400)에 전달 가능하도록 블루투스와 같은 무선통신용보드를 탑재할 수 있다.

구동제어모듈(230)은 제어부(400)의 제어에 의해 표적을 이동시키기 위한 구동신호를 생성하여 구동모듈(210)을 제어할 수 있다.

본 실시예에 따른 표적 이동부(200)는 안전을 위해 이동대차(212)의 비상정지를 위한 안전스위치모듈(240)을 추가로 구비할 수 있다.

지자기환경 모사부(300)는 제어부(400)의 제어에 의해 내부공간의 지자기환경 보상뿐만 아니라 내부공간을 사용자가 요구하는 임의의 지자기 환경으로 모사할 수 있다.

지자기환경 모사부(300)는 도 4에 도시된 바와 같이 자장발생코일모듈(310), 자기센서모듈(320), 자장발생코일 구동모듈(330)로 이루어 질 수 있다.

자장발생코일모듈(310)은 지자기환경 모사부(300)의 내부공간의 지자기환경이 변경되도록 자장을 발생하기 위해, 남북방향의 코일단(312), 동서방향의 코일단(314), 수직방향의 코일단(316)로 이루어질 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 남북방향의 코일단(312)은 복수개의 코일로 마련되어, 남북방향으로 세워져 배치되고, 배치된 남북방향의 코일단(312)은 동서방향으로 사전에 정해진 간격으로 이격되어 배열될 수 있다.

예를 들면, 남북방향의 코일단(312)은 4각 프레임 형태 4개의 코일로 구현될 수 있고, 4개의 남북방향의 코일단(312)은 동서방향으로 나란히 배열될 수 있다.

동서방향의 코일단(314)은 복수개의 코일로 마련되어, 동서방향으로 세워져 배치되고, 배치된 동서방향의 코일단(314)은 남북방향으로 사전에 정해진 간격으로 이격되어 배열 될 수 있다.

예를 들면, 동서방향의 코일단(314)은 4각 프레임 형태 2개의 코일로 구현될 수 있고, 2개의 동서방향의 코일단(314)은 남북방향으로 나란히 배열될 수 있다.

수직방향의 코일단(316)은 복수개의 코일로 마련되어, 남북방향의 코일단(312) 및 동서방향의 코일단(314)에 대해 좌우 방향으로 눕혀져 배치되고, 배치된 수직방향의 코일단(316)은 상하 방향으로 사전에 정해진 간격으로 이격되어 배열될 수 있다.

예를 들면, 수직방향의 코일단(316)은 4각 프레임 형태 2개의 코일로 구현될 수 있고, 2개의 수직방향의 코일단은 상하 방향으로 나란히 배열될 수 있다.

이와 같이 자장발생코일모듈(310)은 표적이 위치하는 일정 공간 내에서 지자기 환경을 보상하고, 임의 지역의 지자기 환경을 모사하기 위해 표적이 위치하는 측정 공간 외부에 도 5에 도시된 바와 같이 각 방향별(남북, 동서, 수직) 다수개의 코일단(312,314,316)들을 구비할 수 있다.

또한 자장발생코일모듈(310)은 도 4에 도시된 바와 같이, 남북방향의 코일단(312), 동서방향의 코일단(314) 및 수직방향의 코일단(316)은 서로 수직으로 겹쳐져 배치된다.

지자기환경 보상은 표적이 위치하는 다수개의 코일단(312,314,316) 중심에서의 자기장 환경이 0에 가까운 값을 가지도록 코일중심 자기장 크기를 제거하는 것을 의미 한다

여기서 지자기환경 보상과 임의 지역의 지자기 환경 모사 후 표적이 위치하는 일정 공간에서의 자기장은 균일해야 한다. 각 코일단(312,314,316)은 남북방향 i개, 동서방향 j개, 수직방향 k개의 코일로 구성된다.

본 실시예에서는, 각 코일단(312,314,316)을 구성하는 각각의 코일에 인가되는 전류가 개별적으로 제어되지 않기 때문에, 코일단(312,314,316)을 구성하는 각 개별 코일의 권선수를 조정함으로써 코일단(312,314,316)들 내부인 표적이 위치하는 내부공간의 자기장을 균일하게 할 수 있다.

예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이 4개의 코일(A1,A2,A3,A4)로 구성된 남북방향의 코일단(312)에서 첫 번째 코일(A1)과 네 번째 코일(A4)은 90턴으로 권선하고, 두 번째 코일(A2)과 세 번째 코일(A3)은 30턴으로 권선하였다.

그리고 전류를 인가하기 위한 각각의 코일은 한 개의 전선으로 연결된다. 따라서 1A의 전류를 남북방향의 코일단(312)에 인가하는 경우, 첫 번째 코일(A1)과 네 번째 코일(A4)에는 90 AT의 기자력이 발생되고, 두 번째 코일(A2)과 세 번째 코일(A3)에는 30 AT의 기자력이 발생하게 된다.

이와 같이 본 실시예에 따른 코일단(312)과 같이 각각의 코일에 한 개의 전선을 연결하는 구성은, 전원장치의 개수를 감소시키고 장치의 구성을 간단하게 할 수 있는 이점을 가질 수 있다.

자기센서모듈(320)은 각 코일단(312,314,316)들 내부의 중심에 배치되어, 코일단(312,314,316)들 내부의 자기장을 감지하여 제어부(400)로 전달한다.

자장발생코일 구동모듈(330)은 제어부(400)의 제어에 의해 자장발생코일모듈(310)을 구동시키는 기능을 수행하며, 파형발생기(332), 코일단 전원(334), 극성변환기(336)로 이루어질 수 있다.

파형발생기(332)는 제어부(400)의 제어에 의해 자장발생코일모듈(310)을 구동하기 위해 출력되는 디지털 신호를 입력받아 자장발생코일모듈(310)의 각 코일단(312,314,316)들을 구동하기 위한 아날로그 신호를 각각 생성하여 코일단 전원(334)으로 공급할 수 있다.

코일단 전원(334)은 파형발생기(332)로부터 각각 전달되는 아날로그 신호들을 이용하여 자장발생코일모듈(310)의 코일단(312,314,316)들 각각에 개별적으로 전류를 인가하기 위한 남북방향 코일단 직류전원소자, 동서방향 코일단 직류전원소자, 수직방향 코일단 직류전원소자로 이루어질 수 있다.

극성변환기(336)는 각 코일단 전원소자들로부터 출력되는 전류의 극성을 변환시켜 해당하는 각 코일단(312,314,316)들로 출력할 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 따른 지자기환경 모사부(300)는 각 코일단(312,314,316)들에 입력되는 전원을 제어함으로써 각 코일단(312,314,316)들에 대한 구동 제어를 수행함으로써, 표적의 자기장을 측정하는 공간에서의 지자기환경 보상과 전 세계 모든 지역의 지자기 환경을 임의로 모사할 수 있다.

이하 도 6 및 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(400)에 대해 설명한다. 도 6 내지 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 표적 자기장 분석장치의 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.

제어부(400)는 남북방향의 코일단(312)의 코일상수를 얻기 위해 S610단계 내지 S616단계를 수행한다.

제어부(400)는 지자기환경 모사부(300)의 자기센서모듈(320)을 이용하여 자장발생코일모듈(310)의 내부공간의 남북방향 자기장을 측정하고(S610), 자장발생코일 구동모듈(330)을 제어하여 남북방향의 코일단(312)에 사전에 정해진 단위 전류(예를 들면, 1A)를 인가한다(S612).

다음, 제어부(400)는 S612단계에 의해 남북방향의 코일단(312)으로 단위 전류가 인가된 후 자기센서모듈(320)을 이용하여 자장발생코일모듈(310)의 내부의 남북방향 자기장을 측정하여 단위 전류 인가 전후의 남북방향 자기장 변화율을 산출하는 것에 의해 남북방향의 코일단(312)의 코일상수를 획득한다(S614).

즉, 코일단에 인가하는 단위 전류 당 자기장 변화율이 해당 코일단의 코일 상수로 정의될 수 있다. 다음, 제어부(400)는 남북방향의 코일단(312)에 인가된 단위 전류를 제거한다(S616).

제어부(400)는 동서방향의 코일단(314)의 코일상수를 얻기 위해 S620단계 내지 S626단계를 수행한다.

제어부(400)는 지자기환경 모사부(300)의 자기센서모듈(320)을 이용하여 자장발생코일모듈(310)의 내부공간의 동서방향 자기장을 측정하고(S620), 자장발생코일 구동모듈(330)을 제어하여 동서방향의 코일단(314)에 사전에 정해진 단위 전류(예를 들면, 1A)를 인가한다(S622).

다음, 제어부(400)는 S622단계에 의해 동서방향의 코일단(314)으로 단위 전류가 인가된 후 자기센서모듈(320)을 이용하여 자장발생코일모듈(310) 내부의 동서방향 자기장을 측정하여 단위 전류 인가 전후의 동서방향 자기장 변화율을 산출하는 것에 의해 동서방향의 코일단(314)의 코일상수를 획득한다(S624).

즉, 코일단에 인가하는 단위 전류 당 자기장 변화율이 해당 코일단의 코일 상수로 정의될 수 있다. 다음, 제어부(400)는 동서방향의 코일단(314)에 인가된 단위 전류를 제거한다(S626).

제어부(400)는 수직방향의 코일단(316)의 코일상수를 얻기 위해 S630단계 내지 S636단계를 수행한다.

제어부(400)는 지자기환경 모사부(300)의 자기센서모듈(320)을 이용하여 자장발생코일모듈(310)의 내부공간의 동서방향 자기장을 측정하고(S630), 자장발생코일 구동모듈(330)을 제어하여 수직방향의 코일단(316)에 사전에 정해진 단위 전류(예를 들면, 1A)를 인가한다(S632).

다음, 제어부(400)는 S632단계에 의해 동서방향의 코일단(314)으로 단위 전류가 인가된 후 자기센서모듈(320)을 이용하여 자장발생코일모듈(310)의 내부의 수직방향 자기장을 측정하여 단위 전류 인가 전후의 수직방향 자기장 변화율을 산출하는 것에 의해 수직방향의 코일단(316)의 코일상수를 획득한다(S634).

즉, 코일단에 인가하는 단위 전류 당 자기장 변화율은 해당 코일단의 코일 상수로 정의될 수 있다. 다음, 제어부(400)는 수직방향의 코일단(316)에 인가된 단위 전류를 제거한다(S636).

다음, 제어부(400)는 자장발생코일모듈(310)의 중심에 위치한 자기센서모듈(320)을 이용하여 남북, 동서, 수직방향의 자기장을 다시 측정한다(S710).

다음, 제어부(400)는 상기 단계들에서 획득한 남북방향 코일단, 동서방향 코일단, 수직방향 코일단의 각 코일상수들을 이용하여 자장발생코일모듈(310)의 내부공간의 자기장을 보상하기 위해서 역방향으로 인가해야 할 자기장을 생성시키기 위한 각 코일단의 인가 전류의 크기를 산출하고, 산출된 인가 전류의 크기에 대응하는 보상전류가 해당 코일단들(312,314,316) 각각에 인가되도록 자장발생코일 구동모듈(330)을 제어한다(S720).

다음, 제어부(400)는 자기센서모듈(320)을 이용하여 각 방향별 자기장을 측정하여(S730), 각 코일단들(312,314,316)의 중심에서 측정된 자기장이 지자기환경 보상 전 크기 대비 1% 이내인지 판단한다(S740). 이에 의해 지자기 환경이 정상적으로 보상되어 0에 가까운 크기를 가지는지를 확인할 수 있다.

S740단계의 판단결과 측정된 자기장이 지자기환경 보상 전 크기 대비 1%을 초과하는 경우, 제어부(400)는 S610단계로 돌아감으로써 자장발생코일모듈(310) 내부에서의 지자기환경을 보상하기 위한 과정을 다시 수행한다.

한편, S740단계의 판단결과 측정된 자기장이 지자기환경 보상 전 크기 대비 1% 이내인 경우 제어부(400)는 표적 이동부(200)를 이용하여 측정 대상인 표적을 자장발생코일모듈(310)의 내부공간으로 이동시키고, 자기장 계측부(100)를 이용하여 표적의 자기장을 측정하여 제어부(400)로 전달한다(S750).

이에 의해, 본 실시예에 따른 표적 자기장 분석장치(1)는 지자기환경에 의한 표적의 유도자화에 의한 유도자기장을 배제한 상태에서 영구자기장만의 측정이 가능하다.

다음, 제어부(400)는 지자기환경 모사부(300)를 제어하여 지자기환경 보상을 위한 보상전류를 제거하고(S760), 자기장 계측부(100)를 제어하여 자장발생코일모듈(310)의 내부공간에 위치한 표적의 자기장을 다시 측정한다(S770). 이에 의해 제어부(400)는 표적의 영구자기장과 유도자기장을 함께 측정할 수 있다.

그리고 제어부(400)는 지자기환경 보상 전 측정 데이터에서 지자기환경 보상 후의 측정 데이터를 뺌으로써 순수한 표적의 유도자기장을 획득한다(S780). 이러한 제어절차를 통해 제어부(400)는 표적의 영구자기장 및 유도자기장의 성분을 추출할 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 따른 표적 자기장 분석장치(1) 및 이의 제어방법은 강자성 재질로 구성된 표적의 영구자기장과 유도자기장을 분리할 수 있어, 함정 자기 스텔스 분야의 표적 자기장 감소를 위한 대책 수립에 이용될 수 있다.

한편, 본 실시예와 달리, 코일단(312,314,316)들에 의해 이루어진 내부공간의 자기장이 균일하게 되도록 하기 위해서, 코일단(312,314,316)을 구성하는 각각의 코일에 인가되는 전류를 개별적으로 제어할 수 있도록 코일단 전원을 구성하는 것도 고려할 수 있다. 그러나 이 경우 전원의 개수가 증가하여 장치의 구성이 복잡해지고 제조 원가가 증가할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속함을 이해해야 할 것이다.

1: 표적 자기장 분석장치
100: 자기장 계측부
110: 센싱모듈
120: 신호변환모듈
130: 신호분석모듈
200: 표적 이동부
210: 구동모듈
212: 이동대차
214: 구동기
220: 거리센서모듈
230: 구동제어모듈
240: 안전스위치모듈
300: 지자기환경 모사부
310: 자장발생코일모듈
312: 남북방향의 코일단
314: 동서방향의 코일단
316: 수직방향의 코일단
320: 자기센서모듈
330: 자장발생코일 구동모듈
332: 파형발생기
334: 코일단 전원
336: 극성변환기
400: 제어부

Claims

표적의 자기장을 감지하고 그 감지된 신호로부터 자기적 특성을 분석하여 상기 표적의 자기장 정보를 획득하기 위한 자기장 계측부;
상기 표적을 수용하여 이동시키기 위한 표적 이동부;
사전에 정해진 내부공간의 자기장을 모니터링하면서 상기 내부공간의 지자기환경을 모사하기 위한 지자기환경 모사부; 및
상기 지자기환경 모사부를 이용하여 상기 내부공간의 지자기 환경이 사전에 정해진 상태로 모사되도록 상기 지자기환경 모사부를 제어하고, 상기 지자기 환경이 사전에 정해진 상태로 모사된 경우 상기 표적이 상기 내부공간으로 이동되도록 상기 표적 이동부를 제어하며, 상기 표적이 상기 내부공간으로 이동된 경우 상기 표적의 자기장 정보를 획득하도록 상기 자기장 계측부를 제어하는 것에 의해 상기 사전에 정해진 상태로 모사된 지자기 환경에서 상기 표적의 자기장을 분석하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 표적 자기장 분석장치.
제1항에 있어서,
상기 지자기환경 모사부는, 상기 내부공간의 지자기환경이 변경되도록 자장을 발생하기 위한 자장발생코일모듈을 구비하고,
상기 자장발생코일모듈은 복수개의 코일로 마련되어 남북방향으로 세워져 배치되고, 동서방향으로 사전에 정해진 간격으로 이격되어 배열되는 남북방향의 코일단과, 복수개의 코일로 마련되어 동서방향으로 세워져 배치되고, 남북방향으로 사전에 정해진 간격으로 이격되어 배열되는 동서방향의 코일단과, 복수개의 코일로 마련되어 상기 남북방향의 코일단 및 상기 동서방향의 코일단에 대해 좌우방향으로 눕혀져 배치되고, 상하방향으로 사전에 정해진 간격으로 이격되어 배열되는 수직방향의 코일단을 구비하는 것을 특징으로 하는 표적 자기장 분석장치.
제2항에 있어서,
상기 지자기환경 모사부는, 상기 제어부의 제어에 의해 상기 자장발생코일모듈을 구동하기 위한 자장발생코일 구동모듈을 더 구비하고,
상기 자장발생코일 구동모듈은 상기 제어부의 제어에 의해 상기 자장발생코일모듈을 구동하기 위해 출력되는 디지털 신호를 입력받아 자장발생코일모듈을 구동하기 위한 아날로그 신호를 생성하는 파형발생기와, 상기 파형발생기에 의해 생성되는 아날로그 신호를 이용하여 상기 자장발생코일모듈의 코일단들 각각에 전류를 인가하기 위한 코일단 전원과, 상기 코일단 전원으로부터 인가된 각각의 전류의 극성을 변환하여 상기 자장발생코일모듈의 코일단들 각각에 출력하기 위한 극성변환기를 구비하는 것을 특징으로 하는 표적 자기장 분석장치.
제2항에 있어서,
상기 남북방향의 코일단은 4각 프레임 형태 4개의 코일로 동서방향으로 나란히 배열되고, 상기 동서방향의 코일단은 4각 프레임 형태 2개의 코일로 남북방향으로 나란히 배열되며, 상기 수직방향의 코일단은 4각 프레임 형태 2개의 코일로 상하방향으로 나란히 배열되는 것을 특징으로 하는 표적 자기장 분석장치.
제4항에 있어서,
상기 남북방향의 코일단, 상기 동서방향의 코일단 및 상기 수직방향의 코일단을 구성하는 코일들 각각의 권선수를 조정함으로써 상기 내부공간의 자기장을 균일하게 하는 것을 특징으로 하는 표적 자기장 분석장치.
사전에 정해진 내부공간의 자기장을 감지하여 상기 내부공간의 지자기환경을 보상하기 위한 지자기환경 모사부의 자장발생코일모듈의 내부공간의 남북방향 자기장을 측정하고, 상기 자장발생코일모듈의 남북방향 코일단에 사전에 정해진 단위 전류를 인가하며, 상기 남북방향 코일단으로 단위 전류가 인가된 후 상기 내부공간의 남북방향 자기장을 측정하여 단위 전류 인가 전후의 남북방향 자기장 변화율을 산출하는 것에 의해 상기 남북방향 코일단의 코일상수를 획득하며, 상기 남북방향 코일단에 인가된 단위 전류를 제거하는 단계;
상기 자장발생코일모듈의 내부공간의 동서방향 자기장을 측정하고, 상기 자장발생코일모듈의 동서방향 코일단에 사전에 정해진 단위 전류를 인가하며, 상기 동서방향 코일단으로 단위 전류가 인가된 후 상기 내부공간의 동서방향 자기장을 측정하여 단위 전류 인가 전후의 동서방향 자기장 변화율을 산출하는 것에 의해 상기 동서방향 코일단의 코일상수를 획득하며, 상기 동서방향 코일단에 인가된 단위 전류를 제거하는 단계;
상기 자장발생코일모듈의 내부공간의, 상기 남북방향의 코일단 및 상기 동서방향의 코일단에 대해 좌우 방향으로 눕혀져 배치되는 방향인, 수직방향 자기장을 측정하고, 상기 자장발생코일모듈의, 상기 남북방향의 코일단 및 상기 동서방향의 코일단에 대해 좌우 방향으로 눕혀져 배치되는, 수직방향 코일단에 사전에 정해진 단위 전류를 인가하며, 상기 수직방향 코일단으로 단위 전류가 인가된 후 상기 내부공간의 수직방향 자기장을 측정하여 단위 전류 인가 전후의 수직방향 자기장 변화율을 산출하는 것에 의해 상기 수직방향 코일단의 코일상수를 획득하며, 상기 수직방향 코일단에 인가된 단위 전류를 제거하는 단계;
상기 획득한 코일단들의 각 코일상수를 이용하여 상기 자장발생코일모듈의 내부공간의 자기장을 보상하기 위해 역방향으로 인가해야 하는 자기장을 생성하기 위한 상기 각 코일단의 인가 전류의 크기를 산출하고, 그 산출된 인가 전류의 크기에 대응하는 보상전류를 상기 각 코일단들 각각에 인가하는 단계;
상기 보상전류에 의해 상기 내부공간에 대한 지자기환경 보상이 사전에 정해진 범위 내에 도달한 경우, 표적 이동부를 이용하여 표적을 상기 내부공간으로 이동시키는 단계; 및
표적의 자기장을 측정하기 위한 자기장 계측부를 이용하여 상기 내부공간으로 이동된 표적의 자기장을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표적 자기장 분석장치의 제어방법.
제6항에 있어서,
상기 지자기 환경 보상을 위한 보상전류를 제거하는 단계;
상기 자기장 계측부를 이용하여 상기 내부공간으로 이동된 상기 표적의 자기장을 다시 측정하는 단계; 및
상기 지자기 환경 보상 전후의 측정 데이터를 이용하여 상기 표적의 영구자기장 및 유도자기장의 성분을 추출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표적 자기장 분석장치의 제어방법.