KR102181853B1 - 자기장 센서의 내부 잡음 저감 장치 및 그를 이용한 자기장 센서 - Google Patents

자기장 센서의 내부 잡음 저감 장치 및 그를 이용한 자기장 센서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 외부 자기장 변화에 비례하는 신호에 내부 잡음이 더해진 신호가 출력되는 특성을 구비한 자기장 센서에서, 연자성체(soft magnet)로 이루어진 감자체(자기 감지체)를 구동시키기 위한 구동전류(excitation current)를 인가할 때 수신코일에 감지되는 수신신호의 불규칙한 주기와 강도를 갖는 내부 잡음 특성을 분석하여 내부 잡음을 최소화하여 저감시킴으로써 외부 자기장 변화에 비례하는 신호만을 감지하려고 하는 자기장 센서의 내부 잡음 저감 장치 및 그를 이용한 자기장 센서를 제공한다.

Description

자기장 센서의 내부 잡음 저감 장치 및 그를 이용한 자기장 센서{Apparatus for reducing internal noise of magnetic field sensor and magnetic field sensor using the same}
본 발명은 자기장 센서에서 내부 잡음을 능동적으로 저감하는 장치 및 그를 이용한 자기장 센서에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 외부 자기장 변화에 비례하는 신호에 내부 잡음이 더해진 신호가 출력되는 특성을 구비한 자기장 센서에서, 연자성체(soft magnet)로 이루어진 감자체(자기 감지체)를 구동시키기 위한 구동전류(excitation current)를 인가할 때, 수신코일에 감지되는 수신신호의 불규칙한 주기와 강도를 갖는 내부 잡음 특성을 분석하여 내부 잡음을 최소화하여 저감시킴으로써, 외부 자기장 변화에 비례하는 신호만을 감지하려고 하는 자기장 센서의 내부 잡음 저감 장치 및 그를 이용한 자기장 센서에 관한 것이다.
마그네토임피던스(Magneto-impedance) 또는 플럭스게이트(Fluxgate)의 자기장을 측정하기 위한 자기장 센서에서, 연자성체(soft magnet)로 이루어진 감자체를 구동시키기 위한 구동전류(excitation current)를 인가할 때, 펄스 형태의 구동전류로 인하여 감자체 내에 부분적으로 불균일한 잔류 자기가 누적 자화되고, 결과적으로 감자체의 외부 자기장 변화에 대한 비직선성을 증가시켜, 수신코일에 감지되는 수신신호에 불규칙한 주기와 강도를 갖는 내부 잡음이 포함된다.
이와 같이, 한쪽 방향 또는 양쪽 방향의 구형파 또는 펄스들로 이루어진 구동전류가 일정한 주기를 가지고 자기장 센서의 감자체에 인가될 때, 인가되는 구형파 또는 펄스들의 강도 및 펄스폭에 따라 히스테리시스 특성을 보이게 된다. 이 히스테리시스 특성으로 인하여 자기장 센서의 감자체는 비선형적으로 자화되며 여기에 이들로 인한 잔류 자기가 더해져서, 외부 자기장 변화에 비례하는 신호에 이러한 내부 잡음이 더해진 신호가 출력되는 특성을 가지고 있다. 따라서, 이러한 특성을 갖는 자기장 센서는 내부 잡음을 최소화하여 저감시킬 필요가 있다.
도 1에 나타낸 마그네토임피던스 자기장 센서에서 신호발생기(1)로부터 생성된 구동신호 파형을 전류구동기 역할을 수행하는 전류증폭기(2)로 증폭하여, 도 3에 도시된 바와 같은 단극성 구형파 구동신호(14) 또는 쌍극성 구형파 구동신호(17) 또는 대칭 쌍극성 펄스 구동신호(20)를 이용하여, 자기장 센서 헤드(5) 내에 구비된 연자성체로 이루어진 감자체(3)를 구동시킨다. 이때 외부 자기장의 크기에 비례하는 수신신호가 수신코일(4)에 감지되며 교류만을 통과시키는 콘덴서(6)를 통해서 신호처리기(7)에서 증폭되어 자기장 변화 신호(8)로 출력된다. 콘덴서(6)를 통해서 변화가 없는 직류 신호성분은 증폭되지 않고 변화되는 신호 성분만 신호처리기(7)에서 증폭되어 자기장 변화 신호(8)로 출력된다. 또한, 신호처리기(7)에서는 누적된 평균 잔류 자기에 비례하는 부궤환신호(9)가 출력되어 이를 부궤환 저항(10)을 통하여 수신코일(4)에 잔류 자기를 상쇄하는 방향으로 인가하여 평균적으로 잔류 자기를 저감시키는 방법을 사용하였다. 이때, 연자성체로 구성된 감자체(3)를 구동하는 순간에는 감자체(3)에 잔류 자기가 남아있어 비직선성이 증가하고, 이로 인해 도 4에 도시한 바와 같이 외부 자기장 변화에 비례하는 자기장감지신호(24)와 내부 잡음(25)이 더해진 신호가 수신코일(4)에 수신되는 수신신호(23)로 출력되는 문제점이 있었다. 여기서 감자체(3)와 수신코일(4)은 접지선(11)으로 접지되어 있다.
또한, 도 2에 나타낸 플럭스게이트 자기장 센서에서 신호발생기(1)로부터 생성된 구동신호 파형을 전류구동기 역할을 수행하는 전류증폭기(2)로 증폭하여, 도 3에 도시된 바와 같은 단극성 구형파 구동신호(14) 또는 쌍극성 구형파 구동신호(17) 또는 대칭 쌍극성 펄스 구동신호(20)를 이용하여, 자기장 센서 헤드(13) 내에 구비된 수신코일(4)과 함께 연자성체로 이루어진 감자체(3)를 감싸는 형태로 감긴 구동코일(12)을 구동시킨다. 이때 외부 자기장의 크기에 비례하는 수신신호가 수신코일(4)에 감지되며 교류만을 통과시키는 콘덴서(6)를 통해서 신호처리기(7)에서 증폭되어 자기장 변화 신호(8)로 출력된다. 여기서, 구동코일(12)과 수신코일(4)은 접지선(11)으로 접지되어 있다. 이때 신호처리기(7)에서는 누적된 평균 잔류 자기에 비례하는 부궤환신호(9)가 출력되어 이를 부궤환 저항(10)을 통하여 수신코일(4)에 잔류 자기를 상쇄하는 방향으로 인가하여 잔류 자기를 소거시키는 방법을 사용하였다. 이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 외부 자기장 변화에 비례하는 자기장감지신호(24)에 내부 잡음(25)이 더해진 신호가 수신코일(4)에 수신되는 수신신호(23)로서 출력되는 특징이 있다. 구동코일(12)을 구동하는 순간에는 감자체(3)에 잔류 자기가 남아있어 비직선성이 증가하고 이로 인해 도 4에 도시한 바와 같이 외부 자기장 변화에 비례하는 자기장감지신호(24)와 내부 잡음(25)이 더해진 신호가 수신코일(4)에 수신되는 수신신호(23)로 출력되는 문제점이 있었다.
도 3은 도 1 및 도 2의 자기장 센서 내의 감자체(3)를 구동시키는 구동신호를 자세히 나타낸 것으로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 도 1의 감자체(3) 또는 도 2의 구동코일(12)을 구동시키는 종래의 단극성 구형파 구동신호(14)는 감자체(3)에 한쪽 방향으로만 잔류 자기가 누적되므로 시간이 경과하면 비직선성 특성이 심화되고 내부 잡음(25)이 증가하는 문제점이 있었다. 그리고 감자체(3) 또는 구동코일(12)을 구동시키는 종래의 쌍극성 구형파 구동신호(17)는 양쪽 방향으로 신호가 인가되므로 감자체(3)에서는 잔류 자기가 소멸되나, 동시에 자기장 감지 신호도 상호 상쇄되어 감도가 낮아지고 내부 잡음(25)이 심화되는 문제점이 있었다. 또한 감자체(3) 또는 구동코일(12)을 구동시키는 종래의 대칭 쌍극성 펄스 구동신호(20)도 양쪽 방향으로 신호가 인가되므로 감자체(3)에서는 잔류 자기가 소멸되나, 동시에 자기장 감지 신호도 상호 상쇄되어 감도가 낮아지고 내부 잡음(25)이 심화되는 문제점이 있었다.
도 4는 본 발명에서 소거시켜야 할 내부 잡음(25) 파형의 특성을 자세히 나타낸 것으로서, 수신코일(4)에 수신된 수신코일 수신신호(23)는 외부 자기장 변화에 비례하는 자기장감지신호(24)에 내부 잡음(25)이 더해진 형태로 나타난다. 이중 내부 잡음(25)은 세기와 주기가 불규칙하여 이를 효과적으로 저감시켜야 할 필요가 있었다.
하지만, 상기와 같이 수신코일(4)에 수신된 수신신호(23)는 외부 자기장 변화에 비례하는 자기장감지신호(24)에 내부 잡음(25)이 더해진 신호형태로 외부 자기장 변화에 비례하는 자기장감지신호(24)가 내부 잡음(25)보다 클 경우에는 외부 자기장의 변화를 감지하는 효과가 있으나, 외부 자기장 변화에 비례하는 자기장감지신호(24)의 변화강도와 내부 잡음(25)의 변화강도 간에 차이가 줄어들수록 외부 자기장의 변화를 감지하는 효과가 감소하는 단점이 있었다.
또한, 이러한 수신신호 중 내부 잡음(25)의 존재는 수신기 후단에서 증폭율을 올리면 외부에서 인가되는 자기장이 없을 때도 내부 잡음(25)으로 인하여 자기장이 존재하는 것처럼 오동작 하는 것으로 나타나 외부 자기장에 대한 감지감도를 올릴 수 없는 단점이 있었다.
또한, 이러한 수신신호 중 내부 잡음(25)은 세기가 균일하지 않고 여러 주파수들이 혼재되어 특정 주파수 대역 필터로는 효과적으로 제거할 수 없어 결과적으로 외부 자기장에 대한 감지감도가 낮아지는 단점이 있었다.
본 발명은 종래의 단점으로 지적되고 있는 자기장 센서의 외부 자기장의 낮은 감지감도 및 감지효과를 개선하기 위하여 수신코일에 수신된 수신신호를 증폭하여 그 증폭된 신호가 디지털적으로 잡음인지 신호인지를 판단하여 불규칙한 강도와 주기를 갖는 내부 잡음을 줄일 수 있고 신호 성분만을 출력할 수 있어 미약한 자기장 감지 감도를 높일 수 있게 하는 장점이 있는 자기장 센서의 내부 잡음 저감 장치 및 그를 이용한 자기장 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일측면에 의하면, 자기장 센서의 자기장 센서 헤드에서 감지된 자기장감지신호의 내부 잡음을 저감시키는 내부 잡음 저감 장치에 있어서, 마이크로컴퓨터(마이컴)(38); 상기 자기장 센서 헤드 내의 수신코일(4)에 수신된 수신신호(26)를 신호처리할 수 있는 증폭신호(28)의 세기로 증폭해주는 역할을 하는 버퍼증폭기(27); 상기 버퍼증폭기(27)로부터의 증폭신호(28)의 극성을 반전시켜 주는 반전증폭기(29); 상기 버퍼증폭기(27)로부터의 증폭신호(28)로부터 추출된 펄스위치정보(37)를 출력하는 펄스위치변조기(36); 상기 반전증폭기(29)로부터의 반전신호(30)를 마이컴(38)의 제어신호(32)에 따라 단속시켜주는 디지털스위치(31); 및 상기 마이컴(38)의 제어신호(32)에 따라 디지털스위치(31)로부터 단속된 단속신호(33)와 상기 버퍼증폭기(27)로부터의 증폭신호(28)를 합산하여 아날로그합산신호(35)를 출력시키는 신호합산기(34)를 포함하는 자기장 센서의 내부 잡음 저감 장치를 제공한다.
바람직하기로는 상기 마이컴(38)은 필요한 입력 데이터로서 상기 버퍼증폭기(27)로부터의 증폭신호(28)와 상기 펄스위치변조기(36)에 의해 상기 증폭신호(28)로부터 추출된 펄스위치정보(37)를 입력받아, 외부에서 입력된 잡음판별기준신호(39)에 따라 상기 제어신호(32)와 디지털감지신호(40)를 송출하도록 이루어진다.
바람직하기로는 상기 마이컴(38)은 상기 증폭신호(28)와 펄스위치정보(37)를 입력받아 상기 증폭신호(28)를 신호로 판단하면 바로 디지털감지신호(40)를 출력시키게 되어 내부 잡음(도 4의 25)이 불규칙한 강도와 주기를 갖더라도 효과적으로 저감시키고 신호 성분만을 출력할 수 있어 미약한 자기장 감지 감도를 높일 수 있게 한다.
바람직하기로는 상기 펄스위치변조기(36)로부터의 펄스위치정보(37)는 버퍼증폭기(27)로부터의 증폭신호(28)가 0 점을 통과할 때마다 TTL 레벨의 펄스가 발생되며 펄스폭은 펄스간의 간격보다 좁게 되도록 하며, 디지털감지신호(40)의 시간 폭은 내부 잡음(도 4의 25)의 시간 폭보다 더 클 때 자기장감지신호로 아날로그합산신호(35)를 출력한다.
바람직하기로는 상기 잡음판별기준신호(39)에 따라 마이컴(38)이 증폭신호(28)를 잡음으로 판단하면 상기 디지털스위치(31)는 접속 제어신호(32)를 입력받아 증폭신호(28)와 크기가 같고 극성이 반대인 반전신호(30)를 신호합산기(34)에서 합산하여 잡음을 상쇄시키고, 상기 잡음판별기준신호(39)에 따라 마이컴(38)이 증폭신호(28)를 신호로 판단하면 상기 디지털스위치(31)는 단절 제어신호(32)를 입력받아 증폭신호(28)만을 아날로그합산신호(35)로 출력시킨다.
바람직하기로는 외부 자기장 변화에 비례하는 자기장감지신호(도 4의 24)의 세기가 내부 잡음(도 4의 25)의 세기보다 상대적으로 더 클 경우에만 감지되며, 내부 잡음(도 4의 25)만 존재하는 경우에는 아날로그합산신호(35)와 디지털감지신호(40)가 모두 0 이 되며, 자기장감지신호(도 4의 24)와 내부 잡음(도 4의 25)이 동시에 존재하는 경우에는 디지털감지신호(40)는 1 이 출력되고 아날로그합산신호(35)는 원 증폭신호(28)가 그대로 출력되어, 외부 자기장이 감지되지 않는 경우에는 내부 잡음(도 4의 25)을 포함한 잡음출력이 존재하지 않는다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 타측면에 의하면, 연자성체(soft magnet)로 이루어진 감자체를 구동시키기 위한 구동전류(excitation current)를 인가할 때 자기장의 변화를 감지하여 자기장감지신호를 출력하는 자기장 센서 헤드; 및 자기장 센서 헤드에 의해 감지된 자기장 감지 신호가 디지털적으로 잡음과 신호인지를 판단하여 내부 잡음을 줄일 수 있고 신호 성분만을 출력할 수 있는 청구항 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 기재된 자기장 센서의 내부 잡음 저감 장치를 포함하는 자기장 센서를 제공한다.
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본 발명의 자기장 센서의 내부 잡음 저감 장치 및 그를 이용한 자기장 센서는 잡음판별기준신호(39)에 따라 마이컴(38)이 증폭신호(28)를 잡음으로 판단하면 디지털스위치(31)가 접속 제어신호(32)를 입력받아 반전신호(30)를 출력하면, 증폭신호(28)와 반전신호(30)를 신호합산기(34)에서 합산하여 잡음을 상쇄시키고, 마이컴(38)이 증폭신호(28)를 신호로 판단하면 디지털스위치(31)가 단절 제어신호(32)를 입력받아 반전신호(30)를 출력하지 않으면, 신호합산기(34)에서 증폭신호(28)만을 아날로그합산신호(35)로 출력시키도록 한다. 이와 동시에 마이컴(38)은 증폭신호(28)와 펄스위치정보(37)를 입력받아 증폭신호(28)를 신호로 판단하면 바로 디지털감지신호(40)를 출력시킬 수 있게 한다. 이렇게 함으로써 불규칙한 강도와 주기를 갖는 잡음을 줄일 수 있고 신호 성분만을 출력할 수 있어 미약한 자기장 감지 감도를 높일 수 있게 하는 장점이 있다.
도 1은 종래의 마그네토임피던스 자기장 센서의 구성 회로도이다.
도 2는 종래의 플럭스게이트 자기장 센서의 구성 회로도이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 자기장 센서를 구동하는 구동신호들의 파형도이다.
도 4는 자기장 센서의 수신코일에서의 수신신호들의 파형도이다.
도 5는 본 발명에 의한 자기장 센서의 내부 잡음을 저감시키는 저감 장치를 도시한 구성 회로도이다.
도 6은 본 발명에 의한 저감 방법을 채용한 도 5의 자기장 센서의 내부 잡음을 저감시키는 저감 장치의 각부 신호 처리 파형도이다.
도 7은 본 발명에 의한 저감 방법을 채용한 도 5의 자기장 센서의 내부 잡음을 저감시키는 저감 장치의 각부 신호 처리 파형도이다.
본 발명의 자기장 센서의 내부 잡음을 저감시키는 저감 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명을 자기장 센서에 적용되는 자기장 센서의 내부 잡음 저감 장치의 바람직한 실시예를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5에는 도시되지 않았지만, 도 5의 자기장 센서의 내부 잡음 저감 장치는 자기장 센서로부터 수신신호(26)를 수신하는 것으로, 이 수신신호(26)는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 자기장 센서의 자기장 센서 헤드(5 또는 13) 내의 수신코일(4)에 수신된 신호와 같다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같은 마그네토임피던스 자기장 센서 방식은 신호발생기(1)로부터의 구동신호 파형을 전류증폭기(2)로 증폭하여 도 3에 도시된 단극성 구형파 구동신호(14) 또는 쌍극성 구형파 구동신호(17) 또는 대칭 쌍극성 펄스 구동신호(20)와 같은 구동신호로 연자성체로 구성된 감자체(3)를 구동시켜, 외부 자기장의 크기에 비례하는 수신신호가 수신코일(4)에 감지되는데, 이 수신코일(4)에 수신된 수신신호가 도 5의 수신신호(26)에 대응한다.
또한, 도 2에 나타낸 플럭스게이트 자기장 센서 방식은 신호발생기(1)로부터의 구동신호 파형을 전류증폭기(2)로 증폭하여 도 3에 도시된 단극성 구형파 구동신호(14) 또는 쌍극성 구형파 구동신호(17) 또는 대칭 쌍극성 펄스 구동신호(20)와 같은 구동신호로 연자성체로 이루어진 감자체(3)를 수신코일(4)과 함께 감싸는 형태로 감긴 구동코일(12)을 구동시키고, 이에 따라서 외부 자기장의 크기에 비례하는 수신신호가 수신코일(4)에 감지되는데, 이 수신코일(4)에 수신된 수신신호가 도 5의 수신신호(26)에 대응한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 자기장 센서의 내부 잡음 저감 장치의 구성은 마이크로컴퓨터(마이컴)(38); 도 1 또는 도 2의 자기장 센서의 자기장 센서 헤드(5 또는 13) 내의 수신코일(4)에 수신된 수신신호(26)를 신호처리할 수 있는 증폭신호(28)의 세기로 증폭시키는 역할을 하는 버퍼증폭기(27); 상기 버퍼증폭기(27)로부터의 증폭신호(28)의 극성을 반전시켜 주는 반전증폭기(29); 상기 반전증폭기(29)로부터의 반전신호(30)를 마이컴(38)의 제어신호(32)에 따라 단속시켜주는 디지털스위치(31); 상기 마이컴(38)의 제어신호(32)에 따라 디지털스위치(31)로부터 단속된 단속신호(33)와 상기 버퍼증폭기(27)로부터의 증폭신호(28)를 합산하여 아날로그합산신호(35)를 출력시키는 신호합산기(34)를 포함한다.
마이컴(38)은 필요한 입력 데이터로서 버퍼증폭기(27)로부터의 증폭신호(28)와 펄스위치변조기(36)에 의해 증폭신호(28)로부터 추출된 펄스위치정보(37)를 입력받아 잡음판별기준신호(39)에 따라 제어신호(32)와 디지털감지신호(40)를 송출하도록 이루어진다.
잡음판별기준신호(39)는 외부에서 가변저항기에 의해 설정되는 전압의 형태로 마이컴(38)에 인가되며, 마이컴(38)은 잡음판별기준신호(39)의 전압값을 신호로 판단하는 지속시간으로 환산하고 이 신호의 지속시간이 외부에서 설정한 특정시간 미만일 경우 잡음으로 판단하고 특정시간 이상일 경우 신호로 판단한다.
아날로그합산신호(35)는 이후에 증폭되고 외부로 출력되어 자기장 변화량을 정량적으로 모니터링 하는데 사용될 수 있다.
또한 마이컴(38)이 펄스위치정보(37)를 입력받아 펄스간의 간격이 외부에서 설정한 특정시간 이상이면 신호로 판단하여 디지털감지신호(40)를 발생하며, 이는 자기장 센서가 외부에서 설정한 자기장 크기 이상을 감지하였다는 자기장감지신호로 외부로 출력되어 자기장 센서 사용자가 각자의 목적에 따라 사용할 수 있게 한다.
또한, 펄스위치변조기(36)로부터의 펄스위치정보(37)는 버퍼증폭기(27)로부터의 증폭신호(28)가 0 점을 통과할 때마다 TTL (Transistor Transistor Logic) 레벨의 펄스가 발생되며 펄스폭은 펄스간의 간격보다 좁게 되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 외부 자기장 변화에 비례하는 자기장감지신호(도 4의 40)의 세기는 도 4의 내부 잡음(도 4의 25)의 세기보다 더 크며, 자기장감지신호(도 4의 24)의 시간 폭은 내부 잡음(도 4의 25)의 시간 폭보다 더 크도록 하는 것이 바람직하다.
따라서, 수신코일(4)에 수신되는 수신신호(23)가 0 점을 통과할 때마다 발생되는 펄스위치정보(37)를 나타내는 TTL 레벨 펄스간의 시간간격은, 내부 잡음(도 4의 25)만 있을 경우의 시간간격보다 자기장감지신호(도 4의 24)에 내부 잡음(도 4의 25)이 더해진 신호가 출력될 때의 시간간격이 더 클 때 외부자기장 변화를 감지한 디지털감지신호(40)가 출력되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 잡음판별기준신호(39)에 따라 마이컴(38)이 증폭신호(28)를 잡음으로 판단하면 디지털스위치(31)는 접속 제어신호(32)를 입력받아 증폭신호(28)와 크기가 같고 극성이 반대인 반전신호(30)를 출력신호(33)로 출력하여 신호합산기(34)에서 증폭신호(30)와 합산하여 잡음을 상쇄시킨다.
한편, 잡음판별기준신호(39)에 따라 마이컴(38)이 증폭신호(28)를 신호로 판단하면 디지털스위치(31)는 단절 제어신호(32)를 입력받아 출력신호(33)를 출력하지 않게 되어, 신호합산기(34)에서 증폭신호(28) 만을 아날로그합산신호(35)로 출력시키게 된다. 이와 동시에 마이컴(38)은 증폭신호(28)와 펄스위치정보(37)를 입력받아 신호로 판단하면 바로 디지털감지신호(40)를 출력시키게 된다. 이렇게 함으로써 불규칙한 강도와 주기를 갖는 잡음을 줄일 수 있고 신호 성분만을 출력할 수 있어 미약한 자기장 검출 감도를 높일 수 있게 하는 장점이 있다.
도 6은 본 발명을 자기장센서에 적용한 바람직한 실시예로서, 도 5에서 대표적인 각 입출력부의 파형의 형태를 상징적으로 나타낸 것으로서, 도 5의 마이컴(38)은 여기서 도 4의 수신코일 수신신호(23)를 증폭한 입력신호(26)와 이를 다시 증폭한 증폭신호(28)로부터 마이컴(38)이 잡음으로 판단할 때 발생하는 제어신호(32)에 따라 반전신호(30) 중 접속 제어신호(32)가 인가될 때만 단속신호(33)를 출력하여 신호합산기(34)에서 합산시켜, 결과적으로 도 4의 자기장감지신호(24)에 내부잡음(25)이 더해진 형태의 수신신호(23)로부터 내부잡음(25)을 상쇄시켜 제거하여 자기장감지신호(24) 만을 추출하는 역할을 한다.
도 7은 본 발명을 자기장센서에 적용한 바람직한 실시예로서, 도 5에서 추가적으로 대표적인 각 입출력부의 파형의 형태를 상징적으로 나타낸 것으로서, 도 6의 증폭신호(28)와 단속신호(33)를 합산하여 도 7의 아날로그합산신호(35)를 만들어 이후에 증폭되고 외부로 출력되어 자기장 변화량을 정량적으로 모니터링하는데 사용될 수 있다. 도 5의 마이컴(38)은 여기서 도 6의 증폭신호(28)가 y축 상의 0점을 통과할 때마다 발생되는 펄스위치정보(37)를 입력받아 펄스간의 간격이 외부에서 설정한 특정시간 이상이면 신호로 판단하여 디지털감지신호(40)를 발생시키며 이는 자기장 센서가 외부에서 설정한 자기장 크기 이상을 감지하였다는 자기장감지신호로 외부로 출력되어 자기장 센서 사용자가 각자의 목적에 따라 사용할 수 있게 한다.
또한, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 펄스위치변조기(36)로부터의 펄스위치정보(37)는 버퍼증폭기(27)로부터의 증폭신호(28)가 0 점을 통과할 때마다 TTL 레벨의 펄스가 발생되며 펄스폭은 펄스간의 간격보다 좁게 설정하는 특징이 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 외부 자기장 변화에 비례하는 자기장감지신호(24)의 세기는 내부 잡음(25)의 세기보다 더 크며, 자기장감지신호(24)의 시간 폭은 내부 잡음(25)의 시간 폭보다 더 큰 특징이 있다. 아울러, 수신코일(4)에 수신되는 수신신호(23)가 0 점을 통과할 때마다 발생되는 펄스위치정보(37)를 나타내는 TTL 레벨 펄스간의 시간간격은, 내부 잡음(25)만 있을 경우의 시간간격보다 자기장감지신호(24)에 내부 잡음(25)이 더해진 신호가 출력될 때의 시간간격이 더 클 때 외부 자기장 변화를 감지한 디지털감지신호(40)가 출력되도록 하는 특징이 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 잡음판별기준신호(39)에 따라 마이컴(38)이 증폭신호(28)를 잡음으로 판단하는 방법은, 버퍼증폭기(27)로부터의 증폭신호(28)가 0 점을 통과할 때마다 TTL 레벨의 펄스가 발생되며, 펄스폭은 펄스간의 간격보다 좁게 설정하며, 자기장감지신호(도 4의 24)의 시간 폭은 내부 잡음(도 4의 25)의 시간 폭보다 더 큰 특징이 있다. 이때 외부 자기장 변화에 비례하는 자기장감지신호(도 4의 24)의 세기가 내부 잡음(도 4의 25)의 세기보다 상대적으로 더 클 경우에만 감지되는 특징이 있다. 이렇게 함으로써 내부 잡음(도 4의 25)만 존재하는 경우에는 도 6을 참조하여 증폭신호(28)와 서로 극성이 반대인 반전신호(30)가 합산되어 서로 상쇄되므로 아날로그합산신호(35)와 디지털감지신호(40)가 모두 0 이 되며, 자기장감지신호(도 4의 24)와 내부 잡음(도 4의 25)이 동시에 존재하는 경우에는 도 7을 참조하여 펄스위치정보(37) 중 펄스간의 시간간격이 도 5를 참조하여 잡음판별기준신호(39)에 의한 특정 시간간격 이상인 경우에는 도 7의 디지털감지신호(40)는 1 이 출력되고 아날로그합산신호(35)는 원 증폭신호(28)가 그대로 출력되어, 외부 자기장이 감지되지 않는 경우에는 내부 잡음(도 4의 25)을 포함한 잡음출력이 존재하지 않는 장점이 있다.
1. 신호발생기 2. 전류증폭기
3. 감자체 4. 수신코일
5. 마그네토임피던스 자기장 센서 헤드 6. 콘덴서
7. 신호처리기 8. 신호출력
9. 부궤환 신호 10. 부궤환 저항
11. 접지 12. 구동코일
13. 플럭스게이트 자기장 센서 헤드
14. 단극성 구형파 구동신호
15. 양극성 구형파 구동신호
16. 무출력 구형파 구동신호
17. 쌍극성 구형파 구동신호
18. 양극성 구형파 구동신호
19. 음극성 구형파 구동신호
20. 대칭 쌍극성 펄스 구동신호
21. 양극성 펄스 구동신호
22. 음극성 펄스 구동신호
23. 수신코일 수신신호
24. 수신신호중 자기장감지신호
25. 수신신호중 내부잡음 26. 입력신호
27. 버퍼증폭기 28. 증폭신호
29. 반전증폭기 30. 반전신호
31. 디지털스위치 32. 제어신호
33. 단속신호 34. 신호합산기
35. 아날로그합산신호 36. 펄스위치변조기
37. 펄스위치정보 38. 마이컴
39. 잡음판별기준신호 40. 디지털감지신호

Claims (8)

  1. 자기장 센서의 자기장 센서 헤드에서 감지된 자기장감지신호의 내부 잡음을 저감시키는 내부 잡음 저감 장치에 있어서,
    마이크로컴퓨터(마이컴)(38);
    상기 자기장 센서 헤드(5 또는 13) 내의 수신코일(4)에 수신된 수신신호(26)를 신호처리 할 수 있는 증폭신호(28) 세기로 증폭해주는 역할을 하는 버퍼증폭기(27);
    상기 버퍼증폭기(27)로부터의 증폭신호(28)의 극성을 반전시켜 주는 반전증폭기(29);
    상기 버퍼증폭기(27)로부터의 증폭신호(28)로부터 신호의 주기를 파악하기 위하여 증폭신호가 0점을 통과할때마다 추출된 펄스위치정보(37)를 출력하는 펄스위치변조기(36);
    상기 반전증폭기(29)로부터의 반전신호(30)를 마이컴(38)의 제어신호(32)에 따라 단속시켜주는 디지털스위치(31); 및
    상기 마이컴(38)의 제어신호(32)에 따라 디지털스위치(31)로부터 단속된 단속신호(33)와 상기 버퍼증폭기(27)로부터의 증폭신호(28)를 합산하여 아날로그합산신호(35)를 출력시키는 신호합산기(34)를 포함하며,
    상기 마이컴(38)은 상기 펄스위치정보(37)를 입력받아 펄스간의 간격이 특정시간 이상일 경우에만 상기 증폭신호(28)를 신호로 판단하여 디지털감지신호(40)를 발생시키는 것을 특징으로 하는 자기장 센서의 내부 잡음 저감 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마이컴(38)은 필요한 입력 데이터로서 상기 버퍼증폭기(27)로부터의 증폭신호(28)와 상기 펄스위치변조기(36)에 의해 상기 증폭신호(28)로부터 추출된 펄스위치정보(37)를 입력받아 잡음판별기준신호(39)에 따라 상기 제어신호(32)와 디지털감지신호(40)를 송출하도록 이루어지는 자기장 센서의 내부 잡음 저감 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 마이컴(38)은 상기 증폭신호(28)와 펄스위치정보(37)를 입력받아 상기 증폭신호(28)를 신호로 판단하면 바로 디지털감지신호(40)를 출력시키게 되어 내부 잡음(도 4의 25)이 불규칙한 강도와 주기를 갖더라도 효과적으로 저감시키고 신호 성분만을 출력할 수 있어 미약한 자기장 검출 감도를 높일 수 있게 하는 것에 특징이 있는 자기장 센서의 내부 잡음 저감 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 펄스위치변조기(36)로부터의 펄스위치정보(37)는 버퍼증폭기(27)로부터의 증폭신호(28)가 0 점을 통과할 때마다 TTL 레벨의 펄스가 발생되며 펄스폭은 펄스간의 간격보다 좁게 되도록 하며, 자기장감지신호(도 4의 24)의 시간 폭은 내부 잡음(도 4의 25)의 시간 폭보다 더 클 때 자기장감지신호 아날로그합산신호(35)를 출력하는 것에 특징이 있는 자기장 센서의 내부 잡음 저감 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 잡음판별기준신호(39)에 따라 마이컴(38)이 증폭신호(28)를 잡음으로 판단하면 상기 디지털스위치(31)는 접속 제어신호(32)를 입력받아 증폭신호(28)와 크기가 같고 극성이 반대인 반전신호(30)를 신호합산기(34)에서 합산하여 잡음을 상쇄시키고, 상기 잡음판별기준신호(39)에 따라 마이컴(38)이 증폭신호(28)를 신호로 판단하면 상기 디지털스위치(31)는 단절 제어신호(32)를 입력받아 증폭신호(28)만을 아날로그합산신호(35)로 출력시키는 것에 특징이 있는 자기장 센서의 내부 잡음 저감 장치.
  6. 제4항에 있어서, 외부 자기장 변화에 비례하는 자기장감지신호(도 4의 24)의 세기가 내부 잡음(도 4의 25)의 세기보다 상대적으로 더 클 경우에만 감지되며, 내부 잡음(25)만 존재하는 경우에는 아날로그합산신호(35)와 디지털감지신호(40)가 모두 0 이 되며, 자기장감지신호(도 4의 24)와 내부 잡음(도 4의 25)이 동시에 존재하는 경우에는 디지털감지신호(40)는 1 이 출력되고 아날로그합산신호(35)는 원 증폭신호(28)가 그대로 출력되어, 외부 자기장이 감지되지 않는 경우에는 내부 잡음(도 4의 25)을 포함한 잡음출력이 존재하지 않는 것에 특징이 있는 자기장 센서의 내부 잡음 저감 장치.
  7. 연자성체(soft magnet)로 이루어진 감자체를 구동시키기 위한 구동전류(excitation current)를 인가할 때 자기장의 변화를 감지하여 자기장감지신호를 출력하는 자기장 센서 헤드; 및
    자기장 센서 헤드에 의해 감지된 자기장 감지 신호가 디지털적으로 잡음과 신호인지를 판단하여 내부 잡음을 줄일 수 있고 신호 성분만을 출력할 수 있는, 청구항 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 기재된 자기장 센서의 내부 잡음 저감장치를 포함하는 자기장 센서.
  8. 삭제
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