KR102565146B1

KR102565146B1 - 자화 구조물의 디가우징

Info

Publication number: KR102565146B1
Application number: KR1020217023869A
Authority: KR
Inventors: 빅터 엠. 큐비아스
Original assignee: 노스롭 그루먼 시스템즈 코포레이션
Priority date: 2019-01-02
Filing date: 2019-12-04
Publication date: 2023-08-08
Also published as: CA3123138A1; KR20210102450A; US20200211748A1; EP3871240A1; JP2022515771A; CA3123138C; US11887763B2; WO2020142157A1

Abstract

자화된 구조물을 디가우징하기 위한 시스템은 미리 결정된 양의 시간에 걸쳐 상위 레벨에서 하위 레벨로 감쇠하는 차동 교류(AC) 신호를 제공하는 주어진 회로를 포함할 수 있다. 시스템은 또한 주어진 회로에 연결된 주어진 전기 코일을 포함한다. 전기 코일은 자화된 구조물을 둘러싸고 있다. 전기 코일은 차동 AC 신호에 응답하여 자화된 구조물에 감쇠 자기장을 유도하여 자화된 구조를 디가우징된 구조물로 변환한다.

Description

자화 구조물의 디가우징

본 출원은 2019년 1월 2일에 출원된 미국 특허 출원 번호 16/238368로부터 우선권을 주장하며, 이는 전체가 본 출원에 포함된다.

본 개시는 자화와 관련된다. 보다 특정적으로 본 개시는 자화된 구조물의 디가우징하는 시스템과 방법에 관련된다.

자기 히스테리시스(magnetic hysterisys)는 철과 같은 강자성체에 외부 자기장이 가해지면 원자 쌍극자가 자기장과 정렬될 때 발생한다. 필드가 제거되더라도 정렬의 일부는 유지되어 재료가 자화된다. 자석은 일단 자화되면 무기한 자화 상태를 유지한다.

보다 구체적으로, 잔류 자화, 잔류 자기 및/또는 잔류 자기장이라고도 하는 잔류는 외부 자기장이 제거된 후 강자성 물질(예: 철)에 남아 있는 자화이다. 잔류는 또한 그 자화의 측정을 나타낸다. 흔히 쓰이는 말로 자석이 "자화"되면 자석은 잔류성을 갖는다. 자성 물질의 잔류는 자기 저장 장치에 자기 메모리를 제공하며, 고자기에서 과거 지구 자기장에 대한 정보의 원천으로 사용된다.

디가우징(Degaussing)은 잔류 자기장을 줄이거나 제거하는 과정이다. 디가주징은 원래 선박의 자기 서명을 줄이기 위해 적용되었다. 디가우징은 음극선관 모니터의 자기장을 줄이고 자기 저장소에 저장된 데이터를 파괴하는 데에도 사용된다.

그러나, 종래 기술에 의하여 자화된 구조물을 디가우징된 구조물로 변환하는 과정은 복잡하고, 높은 비용이 들어 비경제적이었다. 본 기술은 이러한 종래기술의 난점을 해소하기 위한 것이다.

일 실시예는 자화된 구조물을 디가우징하기 위한 시스템에 관한 것이다. 시스템은 미리 결정된 시간 동안 상위 레벨에서 하위 레벨로 감쇠하는 차동 교류(AC) 신호를 제공하는 주어진 회로를 포함할 수 있다. 시스템은 또한 주어진 회로에 연결된 주어진 전기 코일을 포함할 수 있다. 전기 코일은 자화된 구조를 둘러싸고 있다. 전기 코일은 자화된 구조를 소자 구조로 변환하기 위해 차동 AC 신호에 응답하여 자화된 구조에 감쇠 자기장을 유도할 수 있다.

다른 예는 자화 구조의 소자를 제거하기 위한 시스템에 관한 것이다. 시스템은 미리 결정된 양의 시간 동안 상위 레벨에서 하위 레벨로 감쇠하는 AC 파형을 제공하는 AC 파형 생성기를 포함할 수 있다. 시스템은 또한 AC 파형을 차동 AC 신호로 변환하고 차동 AC 신호를 증폭하는 증폭기를 포함할 수 있다. 시스템은 주어진 회로에 결합된 주어진 전기 코일을 더 포함할 수 있다. 주어진 전기 코일은 자화된 구조를 둘러싸고 있다. 또한 시스템은 미리 결정된 시간 동안 거의 일정하게 유지되는 DC 신호를 제공하는 직류(DC) 파형 발생기를 포함할 수 있다. 시스템은 자화 구조의 공동에 위치하는 또 다른 전기 코일을 더 포함할 수 있다. 시스템은 주어진 전기 코일, 다른 전기 코일 및 자화 구조를 캡슐화하는 차폐 가우스 챔버를 더 포함하며, 차폐 가우스 챔버는 자기장이 자화 구조를 관통하는 것을 방지한다. 주어진 전기 코일은 증폭된 차동 AC 신호에 응답하여 자화된 구조에 감쇠 자기장을 유도할 수 있고 다른 전기 코일은 자화된 구조에 거의 일정한 자기장을 유도하여 자화된 구조물을 DC오프셋 자기장으로 디가우스된 구조물로 변환할 수 있다.

또 다른 예는 자화 구조의 소자를 제거하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 소정의 시간에 걸쳐 상위 레벨에서 하위 레벨로 감쇠하는 차동 교류(AC) 신호를 주어진 회로에서 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 또한 주어진 회로에 결합되고 주어진 자기 구조를 둘러싸는 주어진 전기 코일에 의해 차동 AC 신호에 응답하여 자화된 구조에 감쇠 자기장을 유도하여 자화된 구조물을 디가우징된 구조물로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면 간단하고 저렴한 과정으로 자화된 구조물을 디가우징된 구조물로 변환할 수 있다.

도 1은 자화된 구조물을 디가우징하기 위한 시스템의 예를 도시한다.
도 2는 자화된 구조물을 디가우징하기 위한 시스템의 다른 예를 도시한다.
도 3은 전류, 자기장 강도 및 결과적인 자속 밀도의 그래프의 예를 시간의 함수로 플로팅(plotting)한 예를 도시한다.
도 4는 인가된 전류의 함수로서 잔류 자기장을 플로팅한 차트를 도시한다.
도 5는 자화된 구조물을 디가우징하기 위한 시스템의 또 다른 예를 도시한다.
도 6은 시간의 함수로서 전기 코일에 인가된 전압 신호를 플로팅한 그래프를 도시한다.
도 7은 자화된 구조물을 디가우징하기 위한 예시적인 방법의 흐름도를 도시한다.

본 개시는 자화 구조를 디가우징(degaussing, 소자, 消磁)하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 자화된 구조는 전기 코일이 자화된 구조를 둘러싸도록 제1 회로에 결합된 제1 전기 코일의 내부에 위치(배치)될 수 있다. 나아가, 일부 예에서, 차폐된 가우스 챔버는 표유 자기장이 자화된 구조물을 관통하는 것을 방지하기 위해 전기 코일 및 자화된 구조물을 캡슐화할 수 있다. 일부 예에서, 제1 회로는 미리 결정된 양의 시간에 걸쳐 상위 레벨에서 하위 레벨로 감쇠하는 단일 종단 AC 파형을 제공하는 교류(AC) 파형 발생기를 가진다. 첫 번째 회로는 또한 교류(AC) 파형을 차동 교류 신호로 변환하고 차동 교류 신호를 증폭하는 증폭기를 가질 수 있다.

(증폭된) 차동 교류 신호에 응답하여, 제1 전기 코일은 자화된 구조에 감쇠 자기장(decaying magnetic field)을 유도한다. 감쇠 자기장은 자화 구조의 잔류 자기장을 감소시켜 자화 구조를 디가우스된 구조로 변환한다.

일부 예에서, 시스템은 또 다른 미리 결정된 시간에 걸쳐 거의 일정하게 유지되는 직류(DC) 신호를 장치의 자화 구조의 공동(cavity)에 위치된 제2 전기 코일에 제공하는 직류(DC) 파형 발생기를 갖는 제2 회로를 포함할 수 있다. 직류(DC) 신호에 대한 응답으로 두 번째 전기 코일은 지구 자기장의 반대(또는 거의 반대)인 잔류 자기장(오프셋 자기장)을 유도하기 위해 디가우징된 구조물에 적용되는 거의 정적 자기장을 유도한다.

여기에 설명된 시스템 및 방법을 사용함으로써, 자화된 구조는 비교적 간단하고 저렴한 프로세스로 디가우징될 수 있다. 이러한 방식으로, 자화된 구조의 잔류 자기장이 다른 회로(또는 다른 구성요소)의 작동을 방해하는 상황에서, 이러한 간섭을 피하기 위하여 잔류 자기장을 감소시킬 수 있다.

도 1은 자화된 구조물(52)를 디가우징하기 위한 시스템(50)의 블록도를 도시한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "자화된 구조물"라는 용어는 자기장에 대한 이전 노출로부터 잔류 자화를 갖는 구조를 지칭한다. 일부 예에서, 잔류 자화는 약 0.1 테슬라(T) 이상의 자속 밀도를 가질 수 있다. 자화된 구조(52)는 철, 구리, 니켈, 코발트, 세라믹, 플라스틱, 강철 및/또는 이들의 임의의 조합과 같이 자화될 수 있는 거의 모든 재료로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로 일부 예에서, 자화된 구조물(52)은 세라믹, 플라스틱 및/또는 강철과 같이 일반적으로 자화에 저항하도록 선택되는 재료일 수 있다. 일부 예에서, 자화된 구조물(52)은 초전도체와 같은 다른 장치를 수용할 수 있고 다른 장치를 표유 자기장(stray magnetic fields)으로부터 차폐할 수 있는 자기 차폐물일 수 있다.

자화된 구조물(52)의 외주는 전기 코일(54)에 의해 제한될 수 있다. 자화된 구조물(52)은 전기 코일(54)의 내부 부분 내에 위치할 수 있다. 전기 코일(54)은 솔레노이드와 같은 공심 인덕터(예를 들어, 중공 인덕터)로 구현될 수 있다. 전기 코일의 제1 노드(56) 및 제2 노드(58)는 회로(60)에 연결될 수 있다. 회로(60)는 전기 코일(54)의 제1 노드(56) 및 제2 노드(58)에 차동 교류(AC) 신호를 제공하여 전기 코일(54)에 전원을 공급할 수 있다.

회로(60)로부터 제공되는 교류 차동 신호는 일정 기간에 걸쳐 상위 임계 전압에서 하위 임계 전압으로 감쇠하는 감쇠 AC 신호일 수 있다. 상부 임계 전압은 자화된 구조물(52)의 재료 및/또는 자화된 구조물(52)의 초기 자속 밀도에 기초하여 바뀔 수 있다. 제1 노드(56) 및 제2 노드(58)에 인가되는 AC 신호는 자화 구조(52)의 포화점보다 큰 자기장을 유도하기에 충분한 크기를 가진다. 이 포화점은 형태, 크기, 중량 또는 이들의 일부 조합과 같은 그러나 이에 제한되지 않는 자화 구조(52)의 물리적 특성에 기초하여 바뀔 수 있다. 일부 예에서, 상부 임계 전압은 약 50볼트(V) 내지 약 70V일 수 있다. 또한, 하부 임계 전압은 약 0V일 수 있다. 나아가 감쇠 기간은 약 45초 이상일 수 있다. 차동 AC 신호는 약 40Hz 내지 약 100Hz의 서브 범위를 포함하여 DC(0Hz) 내지 약 100Hz(Hz)의 범위로부터 선택된 실질적으로 일정한 주파수를 가질 수 있다. 제공된 예시 값은 제한적이지 않다. 즉, 다른 예에서, 다른 전압 레벨, 전류, 주파수, 지연 등을 갖는 AC 신호가 자화된 구조물(52)을 디가우징 하기 위해 사용될 수 있다.

차동 AC 신호의 감쇠는 시간에 대하여 상대적으로 선형적 또는 지수적으로 발생할 수 있다. 그러나 두 예 모두에서 감쇠는 연속적이다. 즉, 선형적이거나 지수적이나 이에 상관없이 감쇠는 일정 기간 동안 0 또는 거의 0에 가까운 불연속성으로 발생한다.

감쇠하는 차동 교류 신호의 인가는 전기 코일이 자화된 구조물(52)에 상응하는 감쇠 자기장을 유도하도록 한다. 따라서, 자화된 구조물(52)에 유도된 자기장은 시간의 경과에 따라 상위 레벨 자속 밀도에서 하위 레벨 자속 밀도로 감쇠한다. 상위 레벨 자속 밀도 및 하위 레벨 자속 밀도는 전기 코일(54)의 물리적 특성(예를 들어, 권선수 및/또는 권선수 주파수)에 기초하여 변할 수 있다. 전기 코일(54) 코일에 의해 유도된 자기장이 감쇠함에 따라, 자화된 구조물(52)의 잔류 자화의 자속 밀도도 시간 기간에 걸쳐 감쇠한다. 즉, 자화된 구조가 디가우스된다. 일부 예에서, 일정 시간 후, 자화된 구조물(52)의 잔류 자화는 약 25 나노테슬라(nT) 미만, 예를 들어 9 nT 미만일 수 있다. 이러한 방식으로 자화 구조(52)의 잔류 자기장을 감소시킴으로써, 자화된 구조물(52)는 디가우스된 구조물(52)로 변환된다.

시스템(50)을 사용함으로써, 자화된 구조물(52)은 비교적 간단하고 저렴한 과정으로 디가우징할 수 있다. 이러한 방식으로, 잔류 자기장을 감소시켜 자화된 구조물(52)의 잔류 자기장이 다른 회로(또는 다른 구성요소)의 동작을 방해하는 것을 피할 수 있다. 나아가, 시스템(50)은(예를 들어, 어닐링 공정을 통해) 열의 인가 없이 또는 다른 복잡하고 및/또는 값비싼 공정 없이 자화된 구조물(52)을 디가우징 할 수 있다.

도 2는 자화된 구조물(102)를 디가우징하기 위한 시스템(100)의 다른 예를 도시한다. 자화된 구조물(102)은 도 1의 자화된 구조물(52)를 구현하기 위해 사용될 수 있다. 자화된 구조물(102)는 잔류 자기장을 전달할 수 있는 임의의 재료로 형성될 수 있다. 주어진 예(이하, "주어진 예")에서, 자화된 구조물(102)은 초전도체를 수용할 수 있는 차폐된 가우스 챔버(예를 들어, 자기 실드)이다. 그러나, 다른 예에서, 자화된 구조물(102)은 다른 목적을 위해 사용될 수 있다.

계속해서 주어진 예에서, 자화된 구조물(102)은 중공 원통형 관 부분(hollow cylindrical tube portion) 및 반구형 단부(hemispherical end)를 포함한다. 달리 말하면, 자화 구조(102)는 둥근 단부캡(round endcap)을 갖는 중공의 연장된 튜브(hollow elongated tube)로 구현될 수 있다. 자화된 구조물(102)은 또한 주어진 예에서 초전도 회로를 간헐적으로 수용할 수 있는 공동(cavity)을 포함한다. 계속하여 주어진 예에서, 자화된 구조물(102)은 작동되는 초전도 회로에 반복적인 노출을 통해 자화될 수 있다. 즉, 자화 구조체(102)는 잔류 자기장을 갖는다. 이러한 초전도 회로의 감도로 인해, 자화된 구조물(102)의 잔류 자기장은 초전도 회로의 적절한 작동을 방해할 수 있다. 따라서, 자화된 구조물(102)의 잔류 자기장을 약 100 나노테슬라(nT) 미만의 자속 밀도로 축소하는 것이 바람직할 수 있다. 자화 구조(102)의 잔류 자기장을 감소시키기 위해, 시스템(100)은 본 명세서에 설명된 방식으로 소자(degaussing) 프로세스를 실행할 수 있다.

자화된 구조물(102)의 외부는 제1 전기 코일(104)에 의해 둘러싸여 있다. 제1 전기 코일(104)은 도 1의 전기 코일(54)을 구현하기 위해 사용될 수 있다. 추가적으로, 제2 전기 코일(108)은 (내부) 캐비티에 위치될 수 있다. 달리 말하면, 일부 예에서, 자화된 구조물(102)은 제1 전기 코일(104) 내에 위치되고, 제2 전기 코일(106)은 자화된 구조(102)의 공동내에 위치한다.

시스템(100)은 제1 전기 코일(104), 제2 전기 코일(106) 및 자화 구조(102)를 수용하기 위한 차폐 가우스 챔버(110)를 포함할 수 있다. 차폐 가우스 챔버(110)는 디가우징 과정 동안 표유 자기장(stray magnetic fields)이 자화된 구조(102)를 관통하는 것을 방지한다.

차폐된 가우스 챔버(110)는 차폐층들(shield layers)을 가질 수 있다. 예시된 예에서는 이러한 차폐층이 3개 있지만 다른 예에서는 더 많거나 더 적은 차폐 층이 있을 수 있다. 예시된 예에서, 차폐된 가우스 챔버(110)는 내부 차폐층(112), 중간 차폐층(114) 및 외부 차폐층(116)을 포함한다. 내부 차폐층(112)은 제1 전기 코일(104), 제2 전기 코일(104)을 캡슐화하는 차폐된 가우스 챔버일 수 있다. 중간 차폐층(114)은 내부 차폐층(112)을 캡슐화하는 차폐된 가우스 챔버일 수 있다. 외부 차폐층(116)은 중간 차폐층(114)을 캡슐화하는 차폐된 가우스 챔버일 수 있다. 차폐된 가우스 챔버(110)는 표유 자기장을 차폐하는 다중층을 제공할 수 있다.

시스템(100)은 제1 전기 코일(104)의 제1 노드(122) 및 제2 노드(124)에 인가되는 차동 AC 신호를 생성할 수 있는 제1 회로("회로 1", 120)를 포함한다. 차동 AC 신호는 제1 전기 코일(104)에 전력을 공급하기에 충분한 전력을 갖는다. 또한, 제1 노드(122) 및 제2 노드(124)에 인가되는 교류 신호는 자화 구조체(102)의 포화점보다 큰 자기장을 유도하기에 충분한 크기를 갖는다. 이러한 포화점은 기하학적 구조, 크기, 무게 또는 이들의 일부 조합과 같은 자화 구조(102)의 물리적 특성에 따라 변할 수 있지만 이에 국한되지는 않는다. 제1 회로(120)는 감쇠 파형을 갖는 단일 종단 AC 신호를 생성할 수 있는 함수 생성기(function generator, 126)를 포함한다.

단일 종단 AC 신호(single ended AC signal)는 DC 내지 약 100Hz의 주파수에서 일 예로, 약 40Hz 내지 약 100Hz의 하위 범위내에서 일정 기간(약 45초 이상)에 걸쳐 상위 임계값(약 50V 내지 약 90V)에서 하위 임계값(약 0V)까지 거의 연속적인 속도로 감쇠한다. 따라서 단일 종단 AC 신호는 불연속성이 없거나 거의 없이 감쇠된다. 함수 발생기(126)는 단일 종단 AC 신호를 저전력 차동 교류 신호로 변환할 수 있고, 제1 전기 코일(104)를 구동하는 차동 교류 신호를 형성하도록 저전력 차동 신호를 증폭하는 단일 종단-차동 증폭기에 단일 종단 AC 신호를 단일 종단 입력 신호를 제공할 수 있다. 제공된 예시 값은 제한적이지 않음을 이해하여야 한다. 즉, 다른 예에서, 다른 전압 레벨, 전류, 주파수, 지연 등을 갖는 AC 신호가 자화 구조(102)를 디가우징하기 위해 사용될 수 있다.

추가적으로, 제2 전기 코일(106)은 거의 일정한 전류 소스를 제공하는 DC 소스(132)(예를 들어, DC 전원)를 포함하는 제2 회로(130)("회로 2")로부터 직류(DC) 신호를 수신한다. 제2 전기 코일(106)은 제1 노드(134) 및 제2 노드(136)에서 DC 소스(132)에 결합될 수 있다. DC 신호는 거의 일정하고, 제2 전기 코일(106)에 전력을 공급하기에 충분한 전력을 갖는다. 일부 예에서, DC 신호는 약 3밀리암페어에서 약 50밀리암페어의 거의 일정한 전류를 가질 수 있다. 대안적으로, 제2 회로(130)는 약 5V 내지 약 20V 범위 내에서 거의 일정한 전압을 인가할 수 있는 DC 전압 소스를 포함할 수 있다.

일부 예에서, AC 전류계(140)는 제1 전기 코일(104)을 가로지르고 감쇠하는 차동 AC 신호의 전류를 측정하기 위해 제1 전기 코일의 제1 노드(122)에 결합될 수 있다. 유사하게, DC 전류계(142)는 제2 전기 코일(106)을 가로지르고 거의 일정한 DC 신호의 전류를 측정하기 위해 제2 전기 코일(106)의 제1 노드(134)에 결합될 수 있다.

제1 회로(120)로부터의 차동 AC 신호의 인가는 제1 전기 코일(104)이 차동 AC 신호와 거의 동일한 속도로 감쇠하는 감쇠 자기장을 유도한다. 제1 전기 코일(104)에 의해 유도된 감쇠 자기장은 자화된 구조(102)의 잔류 자기장을 감소시킨다. 자화된 구조물(102)의 잔류 자기장은 자화된 구조물(102)을 디가우징된 구조물(102)로 변환하기 위해 약 25nT 이하, 예를 들어 9nT 미만의 레벨로 감소될 수 있다.

도 3은 시간의 함수로서 각각 측정된 전류(l_it), 측정된 자기장 강도(H_it) 및 결과적인 자속 밀도(B(t))의 과장된 그래프(200 및 220)를 도시한다. 설명의 편의상, 그래프(200, 220)에 표시된 신호의 주파수, 진폭 및 시간 주기는 과장되어 있다. 그래프(200)는 주어진 시간 기간에 대한 시간의 함수로서 측정된 전류 l(t)(밀리암페어 단위)와 제1 전기 코일(104)에 의해 유도되고 자화된 구조물(102)에 인가될 수 있는 될 수 있는 측정된 자기장 강도 H(t)(미터당 암페어 단위)를 도시한다. 그래프(200)에 의해 예시된 바와 같이, 전류 l(t)가 감소함에 따라 자기장 강도 H(t)도 거의 동일한 속도로 감소한다. 추가적으로, 그래프(220)는 주어진 시간 기간에 자화된 구조(102)의 나노테슬라(nT) 단위의 결과적(응답성) 자속 밀도 B(t)를 도시한다. 포화점(224)에서, (유도 자기장의) 자기장 강도가 선형적으로 감소함에 따라 자속 밀도(Bft)는 지수적으로 감소한다. 따라서, 그래프(200 및 224)에 의해 예시된 바와 같이, 선형 감쇠 자기장의 유도는 결과적인 자화된 구조물(102)의 자속 밀도를 감소시켜 자화된 구조물(102)을 디가우징된 구조물(102)로 변환한다.

도 2를 다시 참조하면, 자화된 구조물(102)을 디가우징된 구조물(102)로 변환할 때, DC 소스(132)는 DC 신호를 제2 전기 코일(130)에 인가할 수 있고, 이는 차례로 제2 전기 코일(130)이 자화 구조의 공동에서 거의 일정한 자기장(예: 정적 자기장)을 유도하게 한다. 또한, 제2 전기 코일(106)에 의해 유도된 거의 일정한 자기장은 디가우징된 구조물(120)에 잔류 자기장을 유도하며, 잔류 자기장은 오프셋 자기장(offset magnetic field)으로 지칭될 수 있다. 오프셋 자기장은 지구 자기장과 거의 반대인 극성(방향)과 지구 자기장의 세기와 거의 같은 세기(크기)를 가질 수 있다. 즉, 디가우징된 구조물(102)의 오프셋 자기장은 지구의 자기장을 상쇄(offset)한다.

도 4는 도 2의 시스템(100)과 유사한 시스템을 사용하여 3개의 상이한 디가우징된 구조물에 대한 기하급수적으로 감쇠하는 AC 차동 신호의 전류 진폭의 함수로서 디가우징된 구조물(예를 들어, 도 1의 디가우징된 구조물(102))에서 측정된 잔류 자기장을 도시하는 예시적인 그래프(300)이다. 점선 상자(302)에 의해 예시된 바와 같이, 3개의 디가우징된 구조 각각은 10nT 미만의 잔류 자기장 및 약 12 내지 약 13mA의 전류를 갖는다.

다시 도 2를 참조하면, 시스템(100)을 사용함으로써, 자화된 구조물(102)은 비교적 간단하고 저렴한 과정으로 디가우징될 수 있다. 이러한 방식으로, 잔류 자기장을 감소시켜 자화된 구조물(102)의 잔류 자기장이 다른 회로(또는 다른 구성요소)의 동작에 간섭하는 것을 피할 수 있다. 더욱이, 시스템(100)은 (예를 들어, 어닐링 프로세스를 통해) 열을 인가하지 않고 자화된 구조(102)를 디가우징할 수 있다.

더욱이, 제2 전기 코일(106)에 의한 거의 정적 자기장의 인가는 지구 자기장을 오프셋하기 위해 디가우징된 구조물(102)에 오프셋 자기장(잔류 자기장)을 유도할 수 있다. 오프셋 자기장은 순 자기장이 거의 0T가 되도록 하며, 이 순 자기장은 자화되지 않은 구조(예: 새로 형성된 구조)보다 낮을 수 있다.

도 2와 관련하여 설명된 오프셋 자기장을 유도하기 위한 다른 구성이 있다는 것이 이해될 수 있다. 도 5는 그러한 가능한 대안적 구성 중 하나를 예시한다. 보다 구체적으로, 도 5는 도 2의 시스템(100)과 유사한 시스템(150)을 도시한다. 따라서, 동일한 구조를 나타내기 위해 동일한 참조 번호가 도 2 및 도 5에서 사용된다.

시스템(150)은 제1 회로(120)의 단일 종단-차동 증폭기(128)와 제1 전기 코일(104)의 제1 노드(122) 및 제2 노드(124) 사이에 결합된 변압기(152)를 포함한다. 추가적으로, DC 차단 커패시터(154)는 제1 노드(122)와 변압기(152) 사이에 연결된다. 또한, DC 소스(132)는 제1 전기 코일(도 2의 제2 전기 코일(106)은 생략됨)의 제1 노드(122) 및 제2 노드(124)에 연결된다. 이러한 방식으로 시스템(150)을 배치함으로써, DC 오프셋이 제1 회로(120)로부터의 신호에 인가된다.

도 6은 3V의 DC 오프셋이 적용된 경우와 DC 오프셋이 적용되지 않은 경우 모두에 대하여 도 5의 제1 전기 코일(104)에 인가된 AC 신호를 시간의 함수로서 도시한 그래프(320)이다. 그래프(320)에 의해 예시된 바와 같이, DC 오프셋은 AC 신호에 직접 영향을 미친다.

도 5를 다시 참조하면, 제1 전기 코일(104)에 대한 DC 오프셋의 적용은 도 2에 대해 설명된 것과 거의 동일한 오프셋 자기장을 제공한다. 더욱이, DC 오프셋 신호의 적용을 통해 오프셋 자기장을 유도하는 다른 많은 방법이 있다는 것을 이해할 수 있으며, 도 2 및 도 5는 이러한 가능한 구성을 간단히 예시한다.

위에서 설명된 전술한 구조적 및 기능적 특징의 관점에서, 예시적인 방법은 도 7을 참조하여 더 잘 이해될 것이다. 설명의 편의를 위해 도 7의 예시적인 방법이 순차적으로 실행되는 것으로 도시 및 설명되지만, 다른 예시에서 일부 동작이 발생할 수 있으므로 본 예시가 예시된 순서에 의해 제한되지 않으며, 여기에 도시되고 설명된 것과 다른 순서로, 여러 번 및/또는 동시에 수행될 수 있다. 또한, 방법을 구현하기 위해 설명된 모든 작업을 수행할 필요가 없다.

도 7은 자화된 구조물의 잔류 자기장을 축소하기 위한 예시적인 방법(400)의 흐름도를 도시한다. 방법(400)은 예를 들어 도 2의 시스템(100)에 의해 구현될 수 있다. 410에서, 자화된 구조물(예를 들어, 도 2의 자화된 구조물(102))은 제1 전기 코일(예를 들어, 도 2의 제1 전기 코일(104))의 내부에 위치할 수 있다. 420에서, 제2 전기 코일(예를 들어, 도 2의 제2 전기 코일(106))은 자화된 구조물의 내부에 위치될 수 있다.

430에서, 제1 회로(예를 들어, 도 2의 제1 회로(120))는 감쇠 차동 AC 신호를 생성할 수 있다. 440에서, 감쇠 차동 AC 신호에 응답하여, 제1 코일은 자화된 구조에 감쇠 자기장을 유도하고, 이는 자화된 구조물을 디가우징된 구조물로 변환한다.

450에서, 제2 회로(예를 들어, 도 2의 제2 회로(130))는 DC 신호를 생성한다. 460에서, DC 신호에 응답하여, 제2 전기 코일은 디가우징된 구조물에 오프셋 잔류 자기장을 유도하기 위해 디가우징된 구조물에 거의 정적 자기장을 유도한다.

위에서 설명한 것은 예이다. 물론, 구성요소 또는 방법론의 생각할 수 있는 모든 조합을 설명하는 것은 불가능하지만, 당업자는 더 많은 조합 및 순열이 가능하다는 것을 인식할 수 있다. 따라서, 본 개시내용은 첨부된 청구범위를 포함하여 본 출원의 범위 내에 속하는 모든 그러한 변경, 수정 및 변형을 포함하도록 의도된다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "포함한다"는 포함하지만 이에 제한되지 않는 것을 의미하고, 용어 "포함하는"은 포함하지만 이에 제한되지 않는 것을 의미한다. "~에 기초한"이라는 용어는 적어도 부분적으로 ~에 기초한 것을 의미한다. 추가적으로, 본 개시 또는 청구범위가 "하나의", "제1" 또는 "또 다른" 요소, 또는 그 등가물을 인용하는 경우, 하나 이상의 그러한 요소를 포함하는 것으로 해석되어야 하며, 둘 이상의 그러한 요소를 요구하거나 배제하지 않아야 한다.

52: 자화된 구조물 50: 시스템
54: 전기 코일 56: 제1 노드
58: 제2 노드 60: 회로
100: 시스템 120: 제1 회로
126: 함수 생성기 128: 단일 종단-차동 증폭기
130: 제2 회로 132: DC 소스
140: ac 전류계 142: DC 전류계
122: 제1 노드 124: 제2 노드
134: 제1 노드 136: 제2 노드
102: 자화된 구조물 104: 제1 전기 코일
106: 제2 전기 코일 110: 차폐 가우스 챔버
112: 내부 차폐층 114: 중간 차폐층
116: 외부 차폐층 200: 그래프
220: 그래프 224: 포화점
300: 그래프 320: 그래프
400: 방법
410~460: 방법의 개요적 각 단계

Claims

자화된 구조물을 디가우징하는 시스템은:
미리 정해진 시간동안 상위 레벨에서 하위 레벨로 감쇠하는 차동 교류(AC) 전류 신호를 제공하는 제1 회로;
상기 제1 회로에 결합된 제1 전기 코일을 포함하며,
상기 제1 전기 코일은 상기 자화된 구조물을 둘러싸며,
상기 제1 전기 코일은 상기 차동 교류 신호에 응답하여 상기 자화된 구조물에 감쇠하는 자기장을 유도하여 상기 자화된 구조물을 디가우징된 구조물로 변환하며; 그리고
상기 자화된 구조물의 내부에 위치하고 오프셋 자기장(offset magnetic field)을 생성하도록 직류(direct current) 신호가 제공되는 제2 전기 코일을 포함하고,
상기 미리 정해진 시간은 상기 자화된 구조물의 잔류 자화가 나노테슬라(25 nT) 미만으로 감소하는 시간인 시스템.
제1항에 있어서,
상기 시스템은
상기 제1 전기 코일 및 상기 자화된 구조물을 둘러싸고,
부유 자기장이 침입하는 것을 막는 차폐 가우스 챔버를 더 포함하는 시스템.
제2항에 있어서,
상기 차폐 가우스 챔버는
상기 제1 전기 코일 및 상기 자화된 구조물을 둘러싸는 내부 차폐 가우스 챔버;
상기 내부 차폐 가우스 챔버를 둘러싸는 중간 차폐 가우스 챔버; 및
상기 중간 차폐 가우스 챔버를 둘러싸는 외부 차폐 가우스 챔버를 더 포함하는 시스템.
제2항에 있어서,
상기 자화된 구조물은 반구형 단부를 가지는 원통형 튜브를 포함하며,
상기 시스템은:
상기 디가우징된 구조물에 오프셋 자기장을 유도하도록 상기 미리 정해진 시간 동안 거의 일정한 상기 직류(DC) 신호를 제공하는 제2 회로를 더 포함하고,
상기 제2 회로는, 상기 자화된 구조물에 거의 일정한 자기장을 유도하는 상기 직류 신호에 응답하여 상기 디가우징된 구조물에 오프셋 자기장을 유도하는 시스템.
제4항에 있어서,
상기 오프셋 자기장은 지구의 자기장에 대하여 반대 극성이고, 크기에서 동일한 시스템.
제1항에 있어서,
상기 디가우징된 구조물은 20 나노테슬라 미만의 자속 밀도를 가지는 시스템.
제1항에 있어서,
상기 디가우징된 구조물은 10 나노테슬라 미만의 자속 밀도를 가지는 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 회로는:
단일 종단 교류 신호를 생성하는 파형 생성기; 및
상기 단일 종단 교류 신호를 저전력 차동 교류 신호로 변환하고, 상기 코일에 제공되는 상기 차동 교류 신호를 형성하도록 상기 저전력 차동 교류 신호를 증폭하는 증폭기를 포함하는 시스템.
제1항에 있어서,
상기 미리 정해진 시간은 45초 이상인 시스템.
제9항에 있어서,
상기 차동 교류 신호의 상기 감쇠의 율(rate)은 선형인 시스템.
제1항에 있어서,
상기 자화된 구조물은 초전도 회로를 수용(housing)하는 차폐 가우스 챔버인 시스템.
제1항에 있어서,
상기 차동 교류 신호는 40 내지 100 Hz의 주파수의 범위에서 선택된 거의 일정한 주퍼수를 가지는 시스템.
자화된 구조물을 디가우징하는 시스템으로, 상기 시스템은:
미리 정해진 시간동안 상위 레벨에서 하위 레벨로 감쇠하는 교류 파형을 제공하는 교류(AC) 파형 생성기;
상기 교류 파형을 차동 교류 신호로 변환하고, 상기 차동 교류 신호를 증폭하는 증폭기;
상기 증폭기에 결합하고, 상기 자화된 구조물을 둘러싸는 주어진 전기 코일;
상기 미리 정해진 시간동안 거의 일정한 직류 신호를 제공하는 직류(DC) 파형 생성기;
상기 자화된 구조물의 캐비티 내에 위치하는 또다른 전기 코일; 및
상기 주어진 전기 코일, 상기 다른 전기 코일 및 상기 자화된 구조물을 둘러싸며 자기장이 자화된 구조물을 관통하는 것을 방지하는 차폐 가우스 챔버;
상기 주어진 전기 코일은 증폭된 상기 차동 교류 신호에 응답하여 상기 자화된 구조물에 감쇠하는 자기장을 유도하고,
상기 다른 전기 코일은 상기 직류 신호에 응답하여 오프셋 자기장으로 상기 자화된 구조물을 디가우징된 구조물로 변환하기 위하여 상기 자화된 구조물에 거의 일정한 자기장을 유도하고,
상기 미리 정해진 시간은 상기 자화된 구조물의 잔류 자화가 나노테슬라(25 nT) 미만으로 감소하는 시간인 시스템.
제13항에 있어서,
상기 차폐 가우스 챔버는:
상기 전기 코일 및 상기 자화된 구조물을 둘러싸는 내부 차폐 가우스 챔버;
상기 내부 차폐 가우스 챔버을 둘러싸는 중간 차폐 가우스 챔버; 및
상기 중간 차폐 가우스 챔버을 둘러싸는 외부 차폐 가우스 챔버를 더 포함하는 시스템.
제13항에 있어서,
상기 미리 정해진 시간은 45초 이상인 시스템.
제13항에 있어서,
상기 감쇠의 율은 선형(linear)인 시스템.
자화된 구조물을 디가우징하는 방법으로, 상기 방법은:
제1 회로에서 미리 정해진 시간동안 상위 레벨에서 하위 레벨로 감쇠하는 차동 교류 신호를 생성하는 단계;
상기 자화된 구조물이 디가우징된 구조물로 변환되도록 상기 제1 회로에 결합되고, 상기 자화된 구조물을 둘러싸는 제1 전기 코일로 상기 차동 교류 신호에 응답하여 상기 자화된 구조물에 감쇠하는 자기장을 유도하는 단계; 및
상기 자화된 구조물 내부에 위치하는 제2 전기 코일로, 상기 제2 전기 코일이 직류 신호를 수신하는 것에 응답하여 상기 디가우징된 구조물에 오프셋 자기장을 유도하는 단계를 포함하고,
상기 미리 정해진 시간은 상기 자화된 구조물의 잔류 자화가 나노테슬라(25 nT) 미만으로 감소하는 시간인 방법.
제17항에 있어서,
상기 차동 교류 신호의 상기 감쇠의 율(rate)은 선형인 방법.
제17항에 있어서,
상기 방법은
제2 회로에서 상기 미리 정해진 시간동안 거의 일정한 상기 직류 신호를 생성하는 단계; 및
상기 제2 회로에 결합된 상기 제2 전기 코일이 상기 디가우징된 구조물에 거의 정적인 자기장을 유도하는 단계로,
상기 제2 회로와 결합된 상기 제2 전기 코일이, 상기 디가우징된 구조물에 상기 오프셋 자기장을 유도하도록 하는 상기 직류 신호에 응답하여 상기 디가우징된 구조물에 거의 정적인 자기장을 유도하는 단계를 더 포함하는 방법.
제17항에 있어서,
상기 미리 정해진 시간은 45초 이상인 방법.