KR102204952B1 - Magnetic sensing apparatus and method - Google Patents

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KR102204952B1
KR102204952B1 KR1020190085586A KR20190085586A KR102204952B1 KR 102204952 B1 KR102204952 B1 KR 102204952B1 KR 1020190085586 A KR1020190085586 A KR 1020190085586A KR 20190085586 A KR20190085586 A KR 20190085586A KR 102204952 B1 KR102204952 B1 KR 102204952B1
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magnetic field
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sensing
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magnetic
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김대은
강병문
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연세대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention provides a magnetic field sensing device for accurately detecting a location of a magnetic material existing in the vicinity, which comprises: a solenoid disposed in a predetermined direction and generating a magnetic field in response to a magnetic field generating signal; a plurality of magnetic field sensors which are spaced apart from each other at a predetermined distance around the solenoid at a predetermined angle and arranged in a circular array, and each sensing a magnetic field and outputting a sensing signal; and a determination unit analyzing the time for which a change in the sensing signal applied from each of the plurality of applied magnetic field sensors occurs while applying the magnetic field generating signal having a predetermined period and waveform to the solenoid, calculating a weight for the magnetic field for each of the plurality of magnetic field sensors, and determining the location of the magnetic material according to the location information of each of the pre-stored plurality of magnetic field sensors and the calculated weight.

Description

자기장 센싱 장치 및 방법{MAGNETIC SENSING APPARATUS AND METHOD}Magnetic field sensing device and method {MAGNETIC SENSING APPARATUS AND METHOD}

본 발명은 자기장 센싱 장치 및 방법에 관한 것으로, 지구 자기장에 의한 자기장의 변화와 주변 자성체에 의한 자기장의 변화를 이용하여 주변 환경을 능동적으로 감지할 수 있는 자기장 센싱 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a magnetic field sensing device and method, and to a magnetic field sensing device and method capable of actively sensing a surrounding environment using a change in a magnetic field due to a magnetic field of the earth and a change in a magnetic field due to a magnetic body around it.

최근 센서 기술이 발전하고, 다양한 종류의 사물 인터넷(IoT)과 인공 지능 기기의 보급이 확대됨에 따라 주변 환경에 대해 다양한 방식으로 감지하기 위한 요구가 증가되고 있다. 일예로 로봇 청소기의 경우, 주변 환경을 자동으로 감지하여 장애물을 회피하면서 청소를 수행할 수 있다.With the recent development of sensor technology and the spread of various types of Internet of Things (IoT) and artificial intelligence devices, there is an increasing demand for sensing surrounding environments in various ways. For example, in the case of a robot cleaner, cleaning may be performed while avoiding obstacles by automatically detecting the surrounding environment.

이러한 센서들 중 자기장 센서는 자성체의 감지를 위해 널리 이용되고 있다. 그러나 기존의 자기장 센서를 위한 감지 센서는 단순히 자성체의 유무 또는 자성체의 거리 정도만을 감지할 수 있어 주변 환경에서의 자성체의 존재 여부는 감지할 수 있는 반면, 자성체의 위치 등을 정확하게 판별하기 어렵다는 한계가 있다.Among these sensors, magnetic field sensors are widely used to detect magnetic materials. However, conventional detection sensors for magnetic field sensors can only detect the presence or absence of a magnetic material or the distance of the magnetic material, so it can detect the presence of a magnetic material in the surrounding environment, but it is difficult to accurately determine the location of the magnetic material. have.

또한 경우에 따라서는 주변의 자성체뿐만 아니라 지구 자기장(Earth's magnetic field)을 정확하게 감지할 필요가 있다.In addition, in some cases, it is necessary to accurately detect the Earth's magnetic field as well as the surrounding magnetic objects.

한국 등록 특허 제10-1381568호 (2014.03.31 등록)Korean Patent Registration No. 10-1381568 (registered on March 31, 2014)

본 발명의 목적은 지구 자기장과 함께 솔레노이드를 이용하여 발생시킨 자기장의 변화를 감지하여 주변에 위치하는 자성체의 위치를 정확하게 감지할 수 있는 자기장 센싱 장치 및 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a magnetic field sensing device and method capable of accurately detecting a position of a magnetic object located around by detecting a change in a magnetic field generated by using a solenoid together with the Earth's magnetic field.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 센싱 장치는 기지정된 방향으로 배치되고, 자기장 발생 신호에 응답하여 자기장을 발생시키는 솔레노이드; 상기 솔레노이드를 중심으로 기지정된 거리에서 서로 기지정된 각도로 이격되어 원형 어레이로 배치되고, 각각 자기장을 감지하여 센싱 신호를 출력하는 다수의 자기장 센서; 및 기지정된 주기 및 파형을 갖는 상기 자기장 발생 신호를 상기 솔레노이드로 인가하는 동안 인가된 상기 다수의 자기장 센서 각각으로부터 인가되는 센싱 신호의 변화가 발생하는 시간을 분석하고, 분석된 시간을 기반으로 상기 다수의 자기장 센서 각각에 대한 가중치를 계산하며, 기저장된 다수의 자기장 센서 각각의 위치 정보와 계산된 가중치에 따라 자성체의 위치를 판별하는 판별부; 를 포함한다.A magnetic field sensing apparatus according to an embodiment of the present invention for achieving the above object includes a solenoid disposed in a predetermined direction and generating a magnetic field in response to a magnetic field generation signal; A plurality of magnetic field sensors disposed in a circular array spaced apart from each other at a predetermined angle at a predetermined distance around the solenoid, each sensing a magnetic field and outputting a sensing signal; And analyzing a time at which a change in the sensing signal applied from each of the plurality of magnetic field sensors applied while the magnetic field generation signal having a predetermined period and waveform is applied to the solenoid occurs, and based on the analyzed time, the plurality of A determination unit that calculates a weight for each of the magnetic field sensors of and determines a position of the magnetic body according to the previously stored position information of each of the plurality of magnetic field sensors and the calculated weight; Includes.

상기 판별부는 상기 다수의 자기장 센서 각각에 대한 가중치(zk)를 수학식

Figure 112020103644970-pat00001
(여기서 k는 자기장 센서의 인덱스이고, tk는 k번째 자기장 센서가 감지한 센싱 신호의 변화가 발생하는 시간을 나타내고, tlast는 센싱 신호 변화가 가장 느리게 발생한 시간을 나타낸다.)에 따라 계산할 수 있다.The determination unit calculates the weight (z k ) for each of the plurality of magnetic field sensors
Figure 112020103644970-pat00001
(Where k is the index of the magnetic field sensor, t k represents the time at which the change of the sensing signal detected by the k-th magnetic field sensor occurs, and t last represents the time at which the change of the sensing signal occurs at the slowest.) have.

상기 판별부는 상기 다수의 자기장 센서 각각의 배열 위치에 따른 각도(Φ k )와 상기 가중치(zk)로부터 상기 자성체의 위치(x, y)를 수학식

Figure 112019072636918-pat00002
에 따라 계산하고, 상기 자기장 센싱 장치에 대한 상기 자성체의 상대적 방향(Φ)을 수학식
Figure 112019072636918-pat00003
로 계산할 수 있다.The determination unit calculates the position (x, y) of the magnetic body from the angle ( Φ k ) and the weight (z k ) according to the arrangement position of each of the plurality of magnetic field sensors
Figure 112019072636918-pat00002
And the relative direction ( Φ ) of the magnetic material with respect to the magnetic field sensing device
Figure 112019072636918-pat00003
Can be calculated as

상기 판별부는 상기 솔레노이드로 상기 자기장 발생 신호를 인가하지 않는 동안, 상기 다수의 자기장 센서 각각으로부터 인가된 센싱 신호를 DC 신호로 획득하고, 상기 자기장 발생 신호를 인가하는 동안 획득된 센싱 신호의 변화가 기지정된 기준값 이상이면, 상기 센싱 신호의 변화가 발생된 시간으로 판별할 수 있다.The determination unit acquires a sensing signal applied from each of the plurality of magnetic field sensors as a DC signal while not applying the magnetic field generation signal to the solenoid, and changes in the sensing signal obtained while applying the magnetic field generation signal If it is more than the specified reference value, it can be determined by the time when the change of the sensing signal occurs.

상기 판별부는 상기 DC 신호와 상기 다수의 자기장 센서 각각의 위치 정보를 이용하여, 상기 자기장 센싱 장치의 방향을 판별할 수 있다.The determination unit may determine the direction of the magnetic field sensing device by using the DC signal and position information of each of the plurality of magnetic field sensors.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 자기장 센싱 방법은 기지정된 방향으로 배치된 솔레노이드 및 상기 솔레노이드를 중심으로 기지정된 거리에서 서로 기지정된 각도로 이격되어 원형 어레이로 배치되어 자기장을 감지하는 다수의 자기장 센서를 포함하는 자기장 센싱 장치의 자기장 센싱 방법에 있어서, 상기 솔레노이드로 기지정된 주기 및 파형을 갖는 자기장 발생 신호를 인가하여 자기장을 발생하는 단계; 상기 다수의 자기장 센서 각각으로부터 센싱 신호를 획득하는 단계; 상기 센싱 신호의 변화가 발생하는 시간을 분석하는 단계; 분석된 시간을 기반으로 상기 다수의 자기장 센서 각각에 대한 가중치를 계산하는 단계; 및 기저장된 다수의 자기장 센서 각각의 위치 정보와 계산된 가중치에 따라 자성체의 위치를 판별하는 단계; 를 포함한다.The magnetic field sensing method according to another embodiment of the present invention for achieving the above object is a solenoid arranged in a predetermined direction and a circular array spaced apart from each other at a predetermined angle at a predetermined distance around the solenoid to sense a magnetic field. A magnetic field sensing method of a magnetic field sensing device including a plurality of magnetic field sensors, the method comprising: generating a magnetic field by applying a magnetic field generation signal having a predetermined period and waveform to the solenoid; Obtaining a sensing signal from each of the plurality of magnetic field sensors; Analyzing a time when a change in the sensing signal occurs; Calculating weights for each of the plurality of magnetic field sensors based on the analyzed time; And determining the position of the magnetic body according to the previously stored position information of each of the plurality of magnetic field sensors and the calculated weight. Includes.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 자기장 센싱 장치 및 방법은 기지정된 방향으로 배치된 솔레노이드로 자기장 발생 신호를 인가하여 자기장을 발생시키고, 솔레노이드를 중심으로 기지정된 거리에서 서로 기지정된 각도로 이격되어 원형 어레이로 배치된 다수의 자기장 센서를 이용하여 감지되는 센싱 신호의 변화 세기의 시간차를 분석하여 주변에 존재하는 자성체의 위치를 정확하게 판별할 수 있다.Accordingly, the magnetic field sensing apparatus and method according to the embodiment of the present invention generate a magnetic field by applying a magnetic field generation signal to a solenoid arranged in a predetermined direction, and are spaced apart from each other at a predetermined angle at a predetermined distance around the solenoid. By analyzing the time difference in the intensity of change of the sensing signal detected by using a plurality of magnetic field sensors arranged in an array, the position of the magnetic material existing around it can be accurately determined.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 센싱 장치를 나타낸다.
도 3은 본 실시예에 따른 자기장 센싱 장치가 회전하는 동안, 다수의 자기장 센서에서 감지되는 DC 신호의 일예를 나타낸다.
도 4 및 도 5는 도 1의 판별부가 자성체의 위치를 판별하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 실시예의 자기 센싱 장치를 이용한 실험 환경을 나타낸다.
도 7 및 도 8은 각각 도 6의 실험 환경에서 획득되는 DC 신호의 변화와 AC 신호의 변화를 나타낸다.
도 9는 도 6의 실험 환경에서 DC 신호와 AC 신호 각각에 대해 위치를 추정한 경우에 발생되는 오차와 DC 신호와 AC 신호를 함께 이용하여 위치를 추정한 경우에 발생되는 오차를 비교한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 센싱 방법을 나타낸다.
1 and 2 show a magnetic field sensing device according to an embodiment of the present invention.
3 shows an example of a DC signal detected by a plurality of magnetic field sensors while the magnetic field sensing device according to the present embodiment rotates.
4 and 5 are diagrams for explaining a method of determining a position of a magnetic body by the determination unit of FIG. 1.
6 shows an experimental environment using the magnetic sensing device of this embodiment.
7 and 8 show changes in DC signals and changes in AC signals obtained in the experimental environment of FIG. 6, respectively.
9 is a diagram comparing an error generated when a position is estimated for each of a DC signal and an AC signal in the experimental environment of FIG. 6 and an error generated when a position is estimated using a DC signal and an AC signal together. .
10 shows a magnetic field sensing method according to an embodiment of the present invention.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. In order to fully understand the present invention, the operational advantages of the present invention, and the objects achieved by the implementation of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings illustrating preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다. Hereinafter, the present invention will be described in detail by describing a preferred embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms, and is not limited to the described embodiments. Further, in order to clearly describe the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same reference numerals in the drawings indicate the same members.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary. In addition, terms such as "... unit", "... group", "module", and "block" described in the specification mean units that process at least one function or operation, which is hardware, software, or hardware. And software.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 센싱 장치를 나타내며, 도 1은 본 실시예의 자기장 센싱 장치의 상면도를 나타내고, 도 2는 사시도를 나타낸다.1 and 2 illustrate a magnetic field sensing device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a top view of the magnetic field sensing device of the present embodiment, and FIG. 2 is a perspective view.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 자기장 센싱 장치는 인가되는 자기장 발생 신호에 응답하여 자기장을 발생시키는 솔레노이드(110), 솔레노이드(110)를 중심으로 기지정된 거리에서 서로 기지정된 각도로 이격되어 원 형태의 어레이로 배치되는 다수의 자기장 센서(121 ~ 12n) 및 솔레노이드(110)로 기지정된 파형의 자기장 발생 신호를 전달하고, 다수의 자기장 센서(121 ~ 12n)에서 감지된 신호를 분석하여 방위 및 자성체의 위치를 판별하는 판별부(130)를 포함한다.1 and 2, the magnetic field sensing device according to the present embodiment generates a magnetic field in response to an applied magnetic field generation signal, a solenoid 110 that generates a magnetic field, and a predetermined angle with respect to the solenoid 110 at a predetermined distance. The magnetic field generation signal of a predetermined waveform is transmitted to a plurality of magnetic field sensors (121 to 12n) and solenoids 110 that are spaced apart from each other and arranged in a circular array, and signals sensed by the plurality of magnetic field sensors (121 to 12n) are transmitted. It includes a determination unit 130 for analyzing the orientation and determining the position of the magnetic body.

솔레노이드(110)는 다수의 자기장 센서(121 ~ 12n)가 배열된 원형 어레이의 중앙에 기지정된 방향으로 배치되고, 판별부(130)에서 전송되는 자기장 발생 신호에 응답하여 배치된 방향에 대응하는 자기장을 발생한다. 특히 본 실시예에서 솔레노이드(110)는 기지정된 주기(예를 들면, 1Hz)와 파형을 갖는 자기장 발생 신호를 인가받고, 인가된 자기장 발생 신호에 응답하여 규칙적으로 자기장을 발생할 수 있다. 일예로 자기 발생 신호는 구형파의 파형을 가질 수 있다.The solenoid 110 is arranged in a predetermined direction in the center of a circular array in which a plurality of magnetic field sensors 121 to 12n are arranged, and a magnetic field corresponding to the arranged direction in response to a magnetic field generation signal transmitted from the determination unit 130 Occurs. In particular, in this embodiment, the solenoid 110 may receive a magnetic field generating signal having a predetermined period (eg, 1 Hz) and a waveform, and generate a magnetic field regularly in response to the applied magnetic field generating signal. As an example, the self-generating signal may have a square wave waveform.

다수의 자기장 센서(121 ~ 12n)는 전방향을 감지할 수 있도록 서로 기지정된 각도만큼 이격된 원 형태의 어레이로 배열된다. 이때 다수의 자기장 센서(121 ~ 12n)는 균등한 각도로 이격되어 배치된다. 즉 다수의 자기장 센서(121 ~ 12n)는 360/n도 단위로 서로 이격되어 배치된다. 도 1에서는 일예로 8개의 자기장 센서가 배열된 경우를 도시하였으며, 이에 8개의 자기장 센서는 360/8 = 45도 단위로 이격되어 배치되었다.The plurality of magnetic field sensors 121 to 12n are arranged in a circular array spaced apart from each other by a predetermined angle so as to detect all directions. At this time, a plurality of magnetic field sensors 121 to 12n are disposed to be spaced apart at an equal angle. That is, a plurality of magnetic field sensors 121 to 12n are disposed to be spaced apart from each other in units of 360/n degrees. In FIG. 1, as an example, eight magnetic field sensors are arranged, and thus, eight magnetic field sensors are spaced apart in units of 360/8 = 45 degrees.

다수의 자기장 센서(121 ~ 12n)는 기본적으로 지구 자기장을 감지할 수 있다. 이때 원 형의 어레이로 배열된 다수의 자기장 센서(121 ~ 12n)는 배치 방향에 따라 서로 다른 세기로 지구 자기장을 감지하게 된다. 따라서 자기장 센싱 장치가 회전하거나 이동하지 않으면, 다수의 자기장 센서(121 ~ 12n) 각각은 거의 균일한 세기의 지구 자기장을 감지한다.The plurality of magnetic field sensors 121 to 12n can basically detect the earth's magnetic field. At this time, the plurality of magnetic field sensors 121 to 12n arranged in a circular array sense the earth's magnetic field with different strengths according to the arrangement direction. Therefore, when the magnetic field sensing device does not rotate or move, each of the plurality of magnetic field sensors 121 to 12n senses the Earth's magnetic field of almost uniform intensity.

또한 원 형의 어레이로 배열된 다수의 자기장 센서(121 ~ 12n)의 중심에서 기지정된 방향으로 배치된 솔레노이드(110)가 판별부(130)에서 전달된 자기장 발생 신호에 응답하여 자기장을 기지정된 방향으로 발생하므로, 다수의 자기장 센서(121 ~ 12n) 각각은 솔레노이드(110)에서 규칙적으로 발생된 자기장을 감지한다. 이때, 다수의 자기장 센서(121 ~ 12n) 각각은 솔레노이드(110)에 대한 상대적인 배치 방향에 따라 솔레노이드(110)에서 발생된 자기장을 서로 다른 세기로 검출할 수 있다.In addition, the solenoid 110 arranged in a predetermined direction from the center of the plurality of magnetic field sensors 121 to 12n arranged in a circular array responds to the magnetic field generation signal transmitted from the discriminating unit 130 to change the magnetic field in a predetermined direction. Therefore, each of the plurality of magnetic field sensors 121 to 12n senses a magnetic field regularly generated by the solenoid 110. In this case, each of the plurality of magnetic field sensors 121 to 12n may detect magnetic fields generated by the solenoid 110 with different strengths according to the relative arrangement direction with respect to the solenoid 110.

특히 솔레노이드(110)에서 발생된 자기장은 자기장 센싱 장치의 주변에도 영향을 미치며, 자기장 센싱 장치의 주위에 솔레노이드(110)에서 발생된 자기장에 의해 자기화되는 자성체 장애물이 존재하는 경우, 장애물에 의해 자기장의 변화가 발생하게 된다. 따라서 다수의 자기장 센서(121 ~ 12n)에서 감지되는 센싱 신호의 세기, 즉 센싱값은 자성체 장애물에 의해 변화하게 된다.In particular, the magnetic field generated by the solenoid 110 also affects the vicinity of the magnetic field sensing device, and when a magnetic obstacle that is magnetized by the magnetic field generated from the solenoid 110 exists around the magnetic field sensing device, the magnetic field is caused by the obstacle. Changes will occur. Accordingly, the intensity of the sensing signal, that is, the sensing value, sensed by the plurality of magnetic field sensors 121 to 12n is changed by magnetic obstacles.

본 실시예에서 다수의 자기장 센서(121 ~ 12n) 각각은 X축, Y축 및 Z축의 3축 방향에서 자기장을 감지하는 3축 자기장 센서 모듈로 구현될 수 있으며, X축, Y축 및 Z축 각각의 방향으로 선택적으로 자기장을 감지하도록 구성될 수 있다.In this embodiment, each of the plurality of magnetic field sensors 121 to 12n may be implemented as a three-axis magnetic field sensor module that senses a magnetic field in the three-axis directions of the X-axis, Y-axis, and Z-axis. It can be configured to selectively sense a magnetic field in each direction.

여기서 X축, Y축 및 Z축 방향은 각각 원형 어레이의 접선 방향이고, Y축 방향은 원형 어레이의 중심에서 외곽으로의 방사 방향이며, Z축 방향은 원형 어레이로 배치된 다수의 자기장 센서(121 ~ 12n)의 하부면 방향일 수 있다.Here, the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions are the tangential directions of the circular array, respectively, the Y-axis direction is a radial direction from the center of the circular array to the outer side, and the Z-axis direction is a plurality of magnetic field sensors 121 arranged in a circular array. ~ 12n).

일예로 다수의 자기장 센서(121 ~ 12n) 각각은 자신의 배치 방향을 기준으로 X축 방향의 자기장을 우선 감지하고, 이후 Y축 및 Z축 방향의 자기장을 순차적으로 감지할 수 있다. 만일 다수의 자기장 센서(121 ~ 12n)가 3축 방향의 자기장을 선택적으로 감지하도록 구성된 경우, 자기장 센서(121 ~ 12n)가 자기장을 감지하는 방향은 판별부(130)에 의해 제어될 수 있다. 그러나 본 실시예는 이에 한정되지 않으며, 다수의 자기장 센서(121 ~ 12n)는 방향성에 무관하게 자기장을 감지하도록 구성될 수도 있다. For example, each of the plurality of magnetic field sensors 121 to 12n may first detect a magnetic field in the X-axis direction based on its arrangement direction, and then sequentially detect the magnetic field in the Y-axis and Z-axis directions. If the plurality of magnetic field sensors 121 to 12n are configured to selectively detect the magnetic field in the three-axis direction, the direction in which the magnetic field sensors 121 to 12n sense the magnetic field may be controlled by the determination unit 130. However, the present embodiment is not limited thereto, and the plurality of magnetic field sensors 121 to 12n may be configured to sense a magnetic field regardless of a direction.

한편, 판별부(130)는 솔레노이드(110)와 다수의 자기장 센서(121 ~ 12n) 각각과 전기적으로 연결되어, 솔레노이드(110)로 자기장 발생 신호를 전송하고, 다수의 자기장 센서(121 ~ 12n) 각각이 감지한 자기장의 세기에 따른 센싱 신호를 인가 받는다. 그리고 판별부(130)는 다수의 자기장 센서(121 ~ 12n)로부터 인가된 센싱 신호를 분석하여 주변의 존재하는 자성체의 위치를 판별한다.On the other hand, the determination unit 130 is electrically connected to each of the solenoid 110 and a plurality of magnetic field sensors 121 to 12n, transmits a magnetic field generation signal to the solenoid 110, and a plurality of magnetic field sensors 121 to 12n Sensing signals according to the strength of each sensed magnetic field are applied. In addition, the determination unit 130 analyzes the sensing signals applied from the plurality of magnetic field sensors 121 to 12n to determine the location of a magnetic object existing around it.

판별부(130)는 다수의 자기장 센서(121 ~ 12n)의 위치가 미리 저장되어 있으며, 솔레노이드(110)로 자기 발생 신호를 인가하지 않는 동안 다수의 자기장 센서(121 ~ 12n)에서 인가된 센싱 신호와 다수의 자기장 센서(121 ~ 12n)의 위치를 이용하여, 자기장 센싱 장치의 방향을 판별할 수 있다. 지구 자기장은 항시 일정한 방향을 이루고 있으므로, 판별부(130)는 솔레노이드(110)에서 자기장이 발생되지 않는 동안, 다수의 자기장 센서(121 ~ 12n)에서 인가된 센싱 신호의 세기를 판별하여, 자기장 센싱 장치의 방향을 판별할 수 있으며, 자기장 센싱 장치의 회전 방향을 판별할 수 있다.The determination unit 130 stores the positions of the plurality of magnetic field sensors 121 to 12n in advance, and the sensing signal applied from the plurality of magnetic field sensors 121 to 12n while the magnetic generation signal is not applied to the solenoid 110 And the positions of the plurality of magnetic field sensors 121 to 12n, the direction of the magnetic field sensing device may be determined. Since the Earth's magnetic field is always in a certain direction, the determination unit 130 determines the strength of the sensing signal applied from the plurality of magnetic field sensors 121 to 12n while the magnetic field is not generated from the solenoid 110, and senses the magnetic field. The direction of the device can be determined, and the direction of rotation of the magnetic field sensing device can be determined.

여기서 지구 자기장은 항시 거의 균일한 자기장의 세기를 유지하므로, 지구 자기장에 의해 감지된 센싱 신호의 성분을 DC 신호로 정의한다. 즉 DC 신호는 솔레노이드(110)가 자기장을 발생하지 않는 동안 획득되는 센싱 신호로 볼 수 있다.Here, since the Earth's magnetic field always maintains an almost uniform strength of the magnetic field, a component of the sensing signal sensed by the Earth's magnetic field is defined as a DC signal. That is, the DC signal may be viewed as a sensing signal obtained while the solenoid 110 does not generate a magnetic field.

다만 솔레노이드(110)가 자기장을 발생하지 않더라도 자기 센싱 장치 주변의 자성체에 의한 자기장의 변화가 발생될 수 있다. 이 경우 판별부(130)는 DC 신호의 변화를 분석하여 주변 자성체의 존재 및 위치를 판별할 수 있다.However, even if the solenoid 110 does not generate a magnetic field, a change in the magnetic field may occur due to a magnetic material around the magnetic sensing device. In this case, the determination unit 130 may determine the presence and location of the surrounding magnetic material by analyzing the change of the DC signal.

한편, 판별부(130)는 솔레노이드(110)로 자기 발생 신호를 인가하고, 자기 발생 신호에 응답하여 솔레노이드(110)가 규칙적으로 자기장을 발생하는 동안, 다수의 자기장 센서(121 ~ 12n)에서 인가된 센싱 신호의 변화와 다수의 자기장 센서(121 ~ 12n)의 위치를 이용하여 자기장 센싱 장치의 주변에 자성체가 존재하는지 여부를 판별할 수 있다. 뿐만 아니라, 자성체가 존재하는 경우, 자성체의 위치를 판별할 수 있다.Meanwhile, the determination unit 130 applies a self-generating signal to the solenoid 110, and while the solenoid 110 regularly generates a magnetic field in response to the self-generating signal, a plurality of magnetic field sensors 121 to 12n apply it. It is possible to determine whether a magnetic material exists around the magnetic field sensing device by using the change of the detected sensing signal and the positions of the plurality of magnetic field sensors 121 to 12n. In addition, when the magnetic material is present, the position of the magnetic material can be determined.

여기서 솔레노이드(110)는 기지정된 주기와 파형(일예로 구형파)를 갖는 자기 발생 신호에 응답하여 가변되는 자기장을 발생하므로, 솔레노이드(110)에서 발생된 자기장에 의해 감지된 센싱 신호의 성분은 AC 신호로 정의한다. 즉 AC 신호는 솔레노이드(110)가 자기 발생 신호에 응답하여 자기장을 발생하는 동안 획득되는 센싱 신호에서 DC 신호를 차감한 볼 수 있다.Here, since the solenoid 110 generates a variable magnetic field in response to a self-generating signal having a predetermined period and waveform (for example, a square wave), the component of the sensing signal sensed by the magnetic field generated from the solenoid 110 is an AC signal. Is defined as That is, the AC signal can be seen by subtracting the DC signal from the sensing signal obtained while the solenoid 110 generates a magnetic field in response to the self-generating signal.

판별부(130)는 다수의 자기장 센서(121 ~ 12n) 각각의 위치에 대비하여 센싱 신호의 변화가 발생되는 시간차를 분석하여 자성체의 위치를 판별할 수 있다.The determination unit 130 may determine the position of the magnetic body by analyzing a time difference at which a change in the sensing signal occurs in comparison with the positions of each of the plurality of magnetic field sensors 121 to 12n.

판별부(130)가 자성체의 위치를 판별하는 방식에 대한 구체적인 설명은 후술하도록 한다.A detailed description of how the determination unit 130 determines the position of the magnetic body will be described later.

한편 본 실시예에 따른 자기장 센싱 장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 자기장 센서(121 ~ 12n)와 솔레노이드(110)가 기지정된 위치에 정확하게 배치되도록 거치부(140)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the magnetic field sensing device according to the present embodiment may further include a mounting portion 140 so that a plurality of magnetic field sensors 121 to 12n and the solenoid 110 are accurately disposed at a predetermined position, as shown in FIG. 2. have.

도 3은 본 실시예에 따른 자기장 센싱 장치가 회전하는 동안, 다수의 자기장 센서에서 감지되는 DC 신호의 일예를 나타낸다. 도 3에서는 8개의 자기장 센서(Sensor0 ~ Sensor7)를 구비하는 자기장 센싱 장치가 제자리에서 회전하고, 주변에 자성체가 존재하지 않는 경우를 도시하였다. 또한 다수의 자기장 센서(121 ~ 12n) 각각이 X축, Y축 및 Z축 각각의 방향에서 자기장을 감지한 경우를 나타낸다.3 shows an example of a DC signal detected by a plurality of magnetic field sensors while the magnetic field sensing device according to the present embodiment rotates. In FIG. 3, a magnetic field sensing device including eight magnetic field sensors (Sensor0 to Sensor7) rotates in place, and there is no magnetic material around it. In addition, a case in which each of the plurality of magnetic field sensors 121 to 12n senses a magnetic field in each direction of the X-axis, Y-axis, and Z-axis is shown.

도 3을 참조하면, 8개의 자기장 센서(Sensor0 ~ Sensor7)에서 감지된 센싱 신호 중 X 축 방향과 Y축 방향에서 감지된 센싱 신호의 경우, 자기장 센싱 장치가 회전하는 동안 지구 자기장에 의해 사인파의 형태로 감지된다. 그러나 Z축 방향에서 감지된 센싱 신호의 경우, 자기장 센싱 장치가 수평 회전하므로, 파형의 변화가 거의 없다는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 3, in the case of a sensing signal detected in the X-axis and Y-axis directions among the sensing signals detected by eight magnetic field sensors (Sensor0 to Sensor7), a sine wave is formed by the earth's magnetic field while the magnetic field sensing device is rotating. Is detected as. However, in the case of the sensing signal sensed in the Z-axis direction, since the magnetic field sensing device rotates horizontally, it can be seen that there is little change in the waveform.

따라서 판별부(130)는 X 축 방향과 Y축 방향에서 감지된 센싱 신호 중 적어도 하나로부터 자기장 센싱 장치의 방향을 판별할 수 있으며, 일예로 원형 어레이의 중심에서 외곽으로의 방사 방향인 Y축 방향에서 감지된 센싱 신호와 자기장 센서(Sensor0 ~ Sensor7)의 배치 위치를 이용하여 자기장 센싱 장치의 방향을 판별할 수 있다.Accordingly, the determination unit 130 may determine the direction of the magnetic field sensing device from at least one of the sensing signals sensed in the X-axis direction and the Y-axis direction, for example, in the Y-axis direction, which is a radial direction from the center of the circular array to the outside. The direction of the magnetic field sensing device can be determined by using the sensing signal sensed at and the arrangement position of the magnetic field sensors (Sensor 0 to Sensor 7).

도 4 및 도 5는 도 1의 판별부가 자성체의 위치를 판별하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.4 and 5 are diagrams for explaining a method of determining a position of a magnetic body by the determination unit of FIG. 1.

도 4에서 (a)는 설명의 편의를 위해 XY 평면 상에 대각선 방향으로 배치된 4개의 자기장 센서(S1~ S4)를 나타낸다.In FIG. 4, (a) shows four magnetic field sensors S1 to S4 arranged diagonally on the XY plane for convenience of explanation.

(a)를 참조하면, 4개의 자기장 센서(S1 ~ S4)는 중 제1 자기장 센서(S1)는 X축을 기준으로 45도 각도에 배치되고, 제2 자기장 센서(S2)는 135도 각도에 배치되며, 제3 및 제4 자기장 센서(S3, S4)는 각각 225도 및 315 각도에 배치되어 있다. 여기서 X축을 실수축(Re)로, 그리고 Y축을 허수축(Im)으로 하고, 4개의 자기장 센서(S1 ~ S4) 각각이 원점으로부터 기준 거리(r = 1)에 위치한다고 하면, 4개의 자기장 센서(S1 ~ S4) 각각의 위치는 수학식 1과 같이 복소수로 표현될 수 있다.Referring to (a), the four magnetic field sensors (S1 to S4), the first magnetic field sensor (S1) is disposed at an angle of 45 degrees with respect to the X-axis, and the second magnetic field sensor (S2) is disposed at an angle of 135 degrees. And, the third and fourth magnetic field sensors S3 and S4 are disposed at 225 degrees and 315 degrees, respectively. Here, suppose that the X-axis is the real axis (Re) and the Y-axis is the imaginary axis (Im), and each of the four magnetic field sensors (S1 to S4) is located at a reference distance (r = 1) from the origin, four magnetic field sensors (S1 to S4) Each position may be expressed as a complex number as shown in Equation 1.

Figure 112019072636918-pat00004
Figure 112019072636918-pat00004

여기서 k는 자기장 센서의 인덱스를 나타낸다.Here, k represents the index of the magnetic field sensor.

한편 도 4에서 (b)는 4개의 자기장 센서(S1 ~ S4)에서 전달된 센싱 신호의 변화가 감지된 시간차를 나타내고, (c)는 자기장 센서(S1~ S4)의 위치와 시간차에 따라 부여되는 점수(z)를 나타낸다.Meanwhile, in FIG. 4, (b) represents the time difference in which the change of the sensing signal transmitted from the four magnetic field sensors (S1 to S4) is detected, and (c) is given according to the position and time difference of the magnetic field sensors (S1 to S4). Shows the score (z).

도 4의 (b)에 나타난 바와 같이, 4개의 자기장 센서(S1 ~ S4)에서 변화가 감지되는 시간(tk)이 각각 0.3s, 0.5s, 0.7s 및 0.6s 인 경우, 판별부(130)는 시간차에 반비례하는 가중치(zk)를 계산하여 (c)와 같이 획득할 수 있다.As shown in (b) of Figure 4, when the time (t k ) at which the change is detected in the four magnetic field sensors (S1 to S4) is 0.3s, 0.5s, 0.7s, and 0.6s, respectively, the determination unit 130 ) Can be obtained as shown in (c) by calculating a weight (z k ) that is inversely proportional to the time difference.

일예로 판별부(130)는 수학식 2와 같이 가장 늦은 감지 시간(tlast)(여기서는 t3 = 0.7s)을 각 감지 시간(t1 ~ t4)으로 나누어 가중치(zk)를 계산할 수 있다.As an example, the determination unit 130 may calculate the weight (z k ) by dividing the latest detection time (t last ) (here, t 3 = 0.7s) by each detection time (t 1 ~ t 4 ), as shown in Equation 2 have.

Figure 112019072636918-pat00005
Figure 112019072636918-pat00005

4개의 자기장 센서(S1 ~ S4) 각각에 대한 가중치(zk)가 계산되면, 판별부(130)는 도 5의 (a)에 도시된 자기장 센서(Sk) 각각의 위치에 (b)에 도시된 가중치(zk)를 곱하여, (c)와 같은 자성체의 위치 벡터를 획득할 수 있다. 그리고 획득된 위치 벡터로부터 자성체의 방향(Φ)을 판별할 수 있다.When the weight (z k ) for each of the four magnetic field sensors (S1 to S4) is calculated, the determination unit 130 is in (b) at each position of the magnetic field sensor (S k ) shown in FIG. 5A. By multiplying the illustrated weight (z k ), a position vector of the magnetic body as shown in (c) may be obtained. And it is possible to determine the direction ( Φ ) of the magnetic body from the obtained position vector.

자성체의 위치를 원좌표(zei Φ ) 및 직교 좌표로 수학식 3과 같이 표현할 수 있다.The position of the magnetic body can be expressed as in Equation 3 in the original coordinate (ze i Φ ) and rectangular coordinates.

Figure 112019072636918-pat00006
Figure 112019072636918-pat00006

여기서 z는 원점으로부터 자성체까지의 거리를 나타내고, Φ는 각도를 나타낸다.Here, z represents the distance from the origin to the magnetic body, and Φ represents the angle.

수학식 3에서 직교 좌표(x, y)는 각각 수학식 4로 계산될 수 있다.In Equation 3, the Cartesian coordinates (x, y) may be calculated by Equation 4, respectively.

Figure 112019072636918-pat00007
Figure 112019072636918-pat00007

그리고 수학식 4에 따라 자성체의 방향을 나타내는 각도(Φ)는 수학식 5로 계산된다.And according to Equation 4, the angle ( Φ ) representing the direction of the magnetic body is calculated by Equation 5.

Figure 112019072636918-pat00008
Figure 112019072636918-pat00008

도 6은 본 실시예의 자기 센싱 장치를 이용한 실험 환경을 나타내고, 도 7 및 도 8은 각각 도 6의 실험 환경에서 획득되는 DC 신호의 변화와 AC 신호의 변화를 나타낸다.6 shows an experimental environment using the magnetic sensing device of this embodiment, and FIGS. 7 and 8 each show changes in DC signals and changes in AC signals obtained in the experimental environment of FIG. 6.

도 6에서도 도 1에서와 같이 8개의 자기장 센서(S_0 ~ S_7)가 원형 어레이로 배열된 경우이고, 금속구가 45도, 22도, 0도, -22도 및 -45도의 5가지 각도 위치에 배치되는 경우를 도시하였으며, 각 각도 위치에서 금속구는 자기 센싱 장치로부터 균일한 거리(예를 들면 5cm) 거리에 위치하는 경우를 가정하였다. 그리고 도 7 및 도 8에서 (a) 내지 (e)는 금속구의 5가지 각도 위치에 배치에 따른 DC 신호의 변화와 AC 신호의 변화를 나타낸다.In FIG. 6, as shown in FIG. 1, 8 magnetic field sensors (S_0 to S_7) are arranged in a circular array, and the metal spheres are at five angular positions of 45 degrees, 22 degrees, 0 degrees, -22 degrees and -45 degrees. The arrangement is illustrated, and at each angular position, it is assumed that the metal sphere is located at a uniform distance (for example, 5 cm) from the magnetic sensing device. In addition, in FIGS. 7 and 8, (a) to (e) show the change of the DC signal and the change of the AC signal according to the arrangement at five angular positions of the metal sphere.

도 7 및 도 8에서 DC 신호의 변화와 AC 신호의 변화는 다수의 자기장 센서(S_0 ~ S_7)가 X축, Y축 및 Z축 방향에서 각각 감지한 자기장 변화(δX, δY, δZ)로부터 수학식 6에 따라 계산되었다.7 and 8, the change of the DC signal and the change of the AC signal are calculated from the magnetic field changes (δX, δY, δZ) detected by a plurality of magnetic field sensors (S_0 to S_7) in the X-axis, Y-axis and Z-axis directions, respectively. It was calculated according to Equation 6.

Figure 112019072636918-pat00009
Figure 112019072636918-pat00009

도 7 및 도 8을 참조하면, 금속구가 45도, 22도, 0도, -22도 및 -45도의 5가지 각도 위치에 순차적으로 배치됨에 따라, 자성체와 가장 가까운 위치의 센서에서 감지한 DC 신호의 변화가 크게 나타남을 확인할 수 있다.7 and 8, as the metal spheres are sequentially arranged at five angular positions of 45 degrees, 22 degrees, 0 degrees, -22 degrees and -45 degrees, DC detected by the sensor at the closest position to the magnetic body It can be seen that the change in the signal appears large.

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 판별부(130)는 DC 신호 또는 AC 신호 중 적어도 하나를 분석하여 주변에 자성체의 존재 및 위치를 판별할 수 있다. 그러나 DC 신호만을 이용하여 자성체의 위치를 판별하는 경우, 강 자성체에 대해서는 상대적으로 용이하게 감지할 수 있는 반면, 약 자성체에 대해서는 감지 성능이 크게 저하된다는 한계가 있다. 그러나 AC 신호만을 이용하여 자성체의 위치를 판별하는 경우, 신호의 변화 폭이 크지 않아 판별 거리가 짧을 뿐만 아니라 정확한 판별이 어렵다는 문제가 있다.As shown in FIGS. 7 and 8, the determination unit 130 may determine the presence and location of a magnetic material in the vicinity by analyzing at least one of a DC signal or an AC signal. However, in the case of determining the position of the magnetic body using only the DC signal, there is a limitation that the detection performance for the weak magnetic body is greatly deteriorated while the magnetic body can be detected relatively easily. However, in the case of determining the position of the magnetic body using only the AC signal, there is a problem that the range of change of the signal is not large, so that the determination distance is short and it is difficult to accurately determine.

이에 본 실시예에 따른 자기 센싱 장치는 AC 신호뿐만 아니라 DC 신호를 함께 이용하여 자성체 장애물함으로써 자성체의 위치를 정확하게 판별할 수 있도록 한다.Accordingly, the magnetic sensing device according to the present embodiment uses not only an AC signal but also a DC signal to obstruct the magnetic substance so that the position of the magnetic substance can be accurately determined.

도 9는 도 6의 실험 환경에서 DC 신호와 AC 신호 각각에 대해 위치를 추정한 경우에 발생되는 오차와 DC 신호와 AC 신호를 함께 이용하여 위치를 추정한 경우에 발생되는 오차를 비교한 도면이다.9 is a diagram comparing an error generated when a position is estimated for each of a DC signal and an AC signal in the experimental environment of FIG. 6 and an error generated when a position is estimated using a DC signal and an AC signal together. .

도 9를 참조하면, DC 신호만을 이용하는 경우 평균 오류도는 3.7049도로 나타나고, AC 신호만을 이용하는 경우 평균 오류도는 14.9156도로 나타난다. 그에 반해, DC 신호와 AC 신호를 모두 이용하는 경우, 평균 오류도는 1.6807도로서 DC 신호만을 이용하거나 AC 신호만을 이용하는 경우에 비해 매우 정확하게 자성체 장애물이 위치하는 방향을 감지할 수 있다는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 9, when only a DC signal is used, an average error degree is indicated by 3.7049 degrees, and when only an AC signal is used, an average error degree is indicated by 14.9156 degrees. On the other hand, when both a DC signal and an AC signal are used, the average error degree is 1.6807 degrees, and it can be seen that the direction in which the magnetic obstacle is located can be detected very accurately compared to the case of using only the DC signal or only the AC signal.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 센싱 방법을 나타낸다.10 shows a magnetic field sensing method according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 9를 참조하여, 도 10의 자기장 센싱 방법을 설명하면, 우선 원형의 어레이로 배열된 다수의 자기장 센서(121 ~ 12n) 각각에서 자기장을 감지한 DC 신호를 인가받아 획득한다(S11). 여기서 DC 신호는 지구 자기장을 감지하여 획득된 신호일 수 있다. 그리고 획득된 DC 신호를 분석하여, 다수의 자기장 센서(121 ~ 12n) 각각의 DC 신호의 크기를 판별한다(S12). 이때, DC 신호의 크기와 다수의 자기장 센서(121 ~ 12n)의 배치 위치를 이용하여, 자기장 센싱 장치의 방향을 함께 판별할 수 있다.Referring to FIGS. 1 to 9, when the magnetic field sensing method of FIG. 10 is described, first, a DC signal that senses a magnetic field is applied to and obtained from a plurality of magnetic field sensors 121 to 12n arranged in a circular array (S11). ). Here, the DC signal may be a signal obtained by sensing the Earth's magnetic field. Then, by analyzing the obtained DC signal, the magnitude of the DC signal of each of the plurality of magnetic field sensors 121 to 12n is determined (S12). In this case, the direction of the magnetic field sensing device may be determined together using the magnitude of the DC signal and the arrangement positions of the plurality of magnetic field sensors 121 to 12n.

이후, 원형의 어레이로 배열된 다수의 자기장 센서(121 ~ 12n)의 중앙에 기지정된 방향으로 배치된 솔레노이드(110)로 기지정된 주기와 파형을 갖는 자기장 발생 신호를 인가하여, 솔레노이드(110)에서 배치 방향에 대응하는 자기장이 발생되도록 한다(S13).Thereafter, a magnetic field generation signal having a predetermined period and waveform is applied to the solenoid 110 arranged in a predetermined direction at the center of the plurality of magnetic field sensors 121 to 12n arranged in a circular array, and the solenoid 110 A magnetic field corresponding to the arrangement direction is generated (S13).

그리고 솔레노이드(110)에서 발생된 자기장과 지구 자기장에 의해 발생된 자기장을 감지한 센싱 신호를 획득한다(S14). 센싱 신호가 획득되면, 획득된 센싱 신호에서 솔레노이드(110)에서 발생된 자기장에 의한 AC 신호를 분석하여, AC 신호의 크기를 판별한다(S15). 이때, AC 신호는 센싱 신호에서 DC 신호를 차감하여 획득될 수 있다.In addition, a sensing signal that senses a magnetic field generated by the solenoid 110 and a magnetic field generated by the Earth's magnetic field is acquired (S14). When the sensing signal is acquired, the AC signal generated by the magnetic field generated by the solenoid 110 is analyzed from the acquired sensing signal to determine the size of the AC signal (S15). In this case, the AC signal may be obtained by subtracting the DC signal from the sensing signal.

이후, 센싱 신호의 변화가 발생하는지 판별한다(S16). 센싱 신호는 자성체 등의 장애물이 자기 센싱 장치의 주변에 위치하는 경우에 발생하게 되며, 다수의 자기장 센서(121 ~ 12n) 중 적어도 하나의 자기장 센서에서 감지된 센싱 신호의 변화가 기지정된 기준값 이상이면, 센싱 신호의 변화가 발생된 것으로 판별할 수 있다.Then, it is determined whether a change in the sensing signal occurs (S16). The sensing signal is generated when an obstacle such as a magnetic object is located around the magnetic sensing device, and when the change in the sensing signal detected by at least one magnetic field sensor among the plurality of magnetic field sensors 121 to 12n is greater than a predetermined reference value. , It can be determined that a change in the sensing signal has occurred.

만일 센싱 신호의 변화가 발생된 것으로 판별되면, 다수의 자기장 센서(121 ~ 12n) 각각에서 감지된 센싱 신호의 변화 세기에 기반하여 변화가 발생하는 시간차에 반비례하는 가중치(zk)를 수학식 2에 따라 계산한다(S17).If it is determined that a change in the sensing signal has occurred, a weight (z k ) that is inversely proportional to the time difference at which the change occurs is calculated based on the change strength of the sensing signal detected by each of the plurality of magnetic field sensors 121 to 12n. It is calculated according to (S17).

그리고 수학식 1에 따라 복소수 형태로 표현되는 자기장 센서(121 ~ 12n)의 위치에 수학식 3 및 4와 같이 가중치(zk)를 곱하여, 자성체의 위치 판별하고, 판별된 자성체의 위치로부터 자성체의 방향을 판별한다(S18).And by multiplying the position of the magnetic field sensors 121 to 12n expressed in the form of a complex number according to Equation 1 by a weight (z k ) as in Equations 3 and 4, the position of the magnetic body is determined, and the position of the magnetic body is The direction is determined (S18).

본 발명에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행 시키기 위한 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다. 여기서 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스 될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 또한 컴퓨터 저장 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함하며, ROM(판독 전용 메모리), RAM(랜덤 액세스 메모리), CD(컴팩트 디스크)-ROM, DVD(디지털 비디오 디스크)-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등을 포함할 수 있다.The method according to the present invention may be implemented as a computer program stored in a medium for execution on a computer. Here, the computer-readable medium may be any available medium that can be accessed by a computer, and may also include all computer storage media. Computer storage media includes both volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data, and ROM (Read Dedicated memory), RAM (random access memory), CD (compact disk)-ROM, DVD (digital video disk)-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, and the like.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely exemplary, and those of ordinary skill in the art will appreciate that various modifications and other equivalent embodiments are possible therefrom.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (10)

기지정된 방향으로 배치되고, 자기장 발생 신호에 응답하여 자기장을 발생시키는 솔레노이드;
상기 솔레노이드를 중심으로 기지정된 거리에서 서로 기지정된 각도로 이격되어 원형 어레이로 배치되고, 각각 자기장을 감지하여 센싱 신호를 출력하는 다수의 자기장 센서; 및
기지정된 주기 및 파형을 갖는 상기 자기장 발생 신호를 상기 솔레노이드로 인가하는 동안 인가된 상기 다수의 자기장 센서 각각으로부터 인가되는 센싱 신호의 변화가 발생하는 시간을 분석하고, 분석된 시간을 기반으로 상기 다수의 자기장 센서 각각에 대한 가중치를 계산하며, 기저장된 다수의 자기장 센서 각각의 위치 정보와 계산된 가중치에 따라 자성체의 위치를 판별하는 판별부; 를 포함하되,
상기 판별부는
상기 솔레노이드로 상기 자기장 발생 신호를 인가하지 않는 동안, 상기 다수의 자기장 센서 각각으로부터 인가된 센싱 신호를 DC 신호로 획득하고, 상기 자기장 발생 신호를 인가하는 동안 획득된 센싱 신호의 변화가 기지정된 기준값 이상이면, 상기 센싱 신호의 변화가 발생된 시간으로 판별하는 자기장 센싱 장치.
A solenoid disposed in a predetermined direction and generating a magnetic field in response to a magnetic field generation signal;
A plurality of magnetic field sensors disposed in a circular array spaced apart from each other at a predetermined angle at a predetermined distance around the solenoid, each sensing a magnetic field and outputting a sensing signal; And
While the magnetic field generation signal having a predetermined period and waveform is applied to the solenoid, the time at which a change in the sensing signal applied from each of the plurality of magnetic field sensors occurs is analyzed, and based on the analyzed time, the plurality of A determination unit that calculates a weight for each of the magnetic field sensors, and determines a position of the magnetic body according to the previously stored position information of each of the plurality of magnetic field sensors and the calculated weight; Including,
The determination unit
While the magnetic field generation signal is not applied to the solenoid, a sensing signal applied from each of the plurality of magnetic field sensors is obtained as a DC signal, and a change in the sensing signal obtained while applying the magnetic field generation signal is greater than a predetermined reference value. If so, a magnetic field sensing device that determines the time at which the change of the sensing signal occurs.
제1 항에 있어서, 상기 판별부는
상기 다수의 자기장 센서 각각에 대한 가중치(zk)를
수학식
Figure 112020103644970-pat00010

(여기서 k는 자기장 센서의 인덱스이고, tk는 k번째 자기장 센서가 감지한 센싱 신호의 변화가 발생하는 시간을 나타내고, tlast는 센싱 신호 변화가 가장 느리게 발생한 시간을 나타낸다.)
에 따라 계산하는 자기장 센싱 장치.
The method of claim 1, wherein the determination unit
Weight (z k ) for each of the plurality of magnetic field sensors
Equation
Figure 112020103644970-pat00010

(Here, k is the index of the magnetic field sensor, t k represents the time at which the change of the sensing signal detected by the k-th magnetic field sensor occurs, and t last represents the time at which the change of the sensing signal occurs most slowly.)
Magnetic field sensing device that calculates according to.
제2 항에 있어서, 상기 판별부는
상기 다수의 자기장 센서 각각의 배열 위치에 따른 각도(Φ k )와 상기 가중치(zk)로부터 상기 자성체의 위치(x, y)를 수학식
Figure 112019072636918-pat00011

에 따라 계산하고, 상기 자기장 센싱 장치에 대한 상기 자성체의 상대적 방향(Φ)을 수학식
Figure 112019072636918-pat00012

로 계산하는 자기장 센싱 장치.
The method of claim 2, wherein the determination unit
Equation of the position (x, y) of the magnetic body from the angle ( Φ k ) and the weight (z k ) according to the arrangement position of each of the plurality of magnetic field sensors
Figure 112019072636918-pat00011

And the relative direction ( Φ ) of the magnetic material with respect to the magnetic field sensing device
Figure 112019072636918-pat00012

A magnetic field sensing device that calculates with.
삭제delete 제1 항에 있어서, 상기 판별부는
상기 DC 신호와 상기 다수의 자기장 센서 각각의 위치 정보를 이용하여, 상기 자기장 센싱 장치의 방향을 판별하는 자기장 센싱 장치.
The method of claim 1, wherein the determination unit
A magnetic field sensing device that determines a direction of the magnetic field sensing device by using the DC signal and position information of each of the plurality of magnetic field sensors.
기지정된 방향으로 배치된 솔레노이드 및 상기 솔레노이드를 중심으로 기지정된 거리에서 서로 기지정된 각도로 이격되어 원형 어레이로 배치되어 자기장을 감지하는 다수의 자기장 센서를 포함하는 자기장 센싱 장치의 자기장 센싱 방법에 있어서,
상기 솔레노이드로 기지정된 주기 및 파형을 갖는 자기장 발생 신호를 인가하여 자기장을 발생하는 단계;
상기 다수의 자기장 센서 각각으로부터 센싱 신호를 획득하는 단계;
상기 센싱 신호의 변화가 발생하는 시간을 분석하는 단계;
분석된 시간을 기반으로 상기 다수의 자기장 센서 각각에 대한 가중치를 계산하는 단계; 및
기저장된 다수의 자기장 센서 각각의 위치 정보와 계산된 가중치에 따라 자성체의 위치를 판별하는 단계; 를 포함하되,
상기 위치를 판별하는 단계는
상기 솔레노이드로 상기 자기장 발생 신호를 인가하지 않는 동안, 상기 다수의 자기장 센서 각각으로부터 인가된 센싱 신호를 DC 신호로 획득하는 단계; 및
상기 자기장 발생 신호를 인가하는 동안 획득된 센싱 신호의 변화가 기지정된 기준값 이상이면, 상기 센싱 신호의 변화가 발생된 시간으로 판별하는 단계 포함하는 자기장 센싱 방법.
In the magnetic field sensing method of a magnetic field sensing device comprising a solenoid arranged in a predetermined direction and a plurality of magnetic field sensors that are arranged in a circular array spaced apart from each other at a predetermined angle at a predetermined distance about the solenoid to sense a magnetic field,
Generating a magnetic field by applying a magnetic field generation signal having a predetermined period and waveform to the solenoid;
Obtaining a sensing signal from each of the plurality of magnetic field sensors;
Analyzing a time when a change in the sensing signal occurs;
Calculating weights for each of the plurality of magnetic field sensors based on the analyzed time; And
Determining the position of the magnetic body according to the previously stored position information of each of the plurality of magnetic field sensors and the calculated weight; Including,
The step of determining the location is
Obtaining a sensing signal applied from each of the plurality of magnetic field sensors as a DC signal while the magnetic field generation signal is not applied to the solenoid; And
If the change of the sensing signal is obtained while applying the magnetic field generation signal group reference value more than a specified, a magnetic field sensing method, comprising the step of determining in a change in the sensing signal generation time.
제6 항에 있어서, 상기 가중치를 계산하는 단계는
상기 다수의 자기장 센서 각각에 대한 가중치(zk)를
수학식
Figure 112020103644970-pat00013

(여기서 k는 자기장 센서의 인덱스이고, tk는 k번째 자기장 센서가 감지한 센싱 신호의 변화가 발생하는 시간을 나타내고, tlast는 센싱 신호 변화가 가장 느리게 발생한 시간을 나타낸다.)
에 따라 계산하는 자기장 센싱 방법.
The method of claim 6, wherein calculating the weight
Weight (z k ) for each of the plurality of magnetic field sensors
Equation
Figure 112020103644970-pat00013

(Here, k is the index of the magnetic field sensor, t k represents the time at which the change of the sensing signal detected by the k-th magnetic field sensor occurs, and t last represents the time at which the change of the sensing signal occurs most slowly.)
Magnetic field sensing method calculated according to.
제7 항에 있어서, 상기 위치를 판별하는 단계는
상기 다수의 자기장 센서 각각의 배열 위치에 따른 각도(Φk )와 상기 가중치(zk)로부터 상기 자성체의 위치(x, y)를 수학식
Figure 112020103644970-pat00014

에 따라 계산하고, 상기 자성체의 상대적 방향(Φ)을 수학식
Figure 112020103644970-pat00015

로 계산하는 자기장 센싱 방법.

The method of claim 7, wherein determining the location
Equation of the position (x, y) of the magnetic body from the angle ( Φ k ) and the weight (z k ) according to the arrangement position of each of the plurality of magnetic field sensors
Figure 112020103644970-pat00014

And the relative direction ( Φ ) of the magnetic body
Figure 112020103644970-pat00015

Magnetic field sensing method calculated by.

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