KR102671649B1 - 자기장 생성 장치의 특성 평가 방법, 이를 이용하는 자기장 특성 평가 시스템 및 특성 평가를 위한 센서 어레이 시트 - Google Patents
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Abstract
자기장 생성 장치의 자기장 특성을 평가하기 위한 센서 어레이 시트, 이를 이용한 자기장 특성 평가 시스템 및 방법이 제공된다. 상기 자기장 특성 평가 시스템은, 상호 이격되어 그 사이에 자기장을 형성하는 제1 자기장 생성부와 제2 자기장 생성부; 및 상기 제1 자기장 생성부와 제2 자기장 생성부 사이에 개재되는 센서 어레이 시트를 포함하되, 상기 센서 어레이 시트는, 복수의 배열된 센서를 포함하는 센서 어레이, 및 상기 센서 어레이 상에 배치된 제1 보호층을 포함한다.
Description
본 발명은 자기장 생성 장치의 특성 평가 방법 및 그 시스템에 관한 것이다. 상세하게는, 자기장 생성 장치의 자기장 특성을 평가하기 위한 센서 어레이 시트, 이를 이용한 자기장 특성 평가 시스템 및 방법에 관한 것이다.
자기장은 자성체 등의 주위에서 자기력이 작용하는 공간을 의미한다. 자기력은 물질을 구성하는 구성 입자의 자기 모멘트에 의해 형성될 수 있다. 이 때 자기 모멘트가 일정한 방향으로 정렬하면 자기 모멘트의 일극과 타극을 연결하는 자기력선이 형성될 수 있다.
한편, 전기장은 전하에 의한 전기력이 미치는 공간을 의미한다. 이처럼 자기장과 전기장은 서로 독립된 물리 대상이나, 전기장이 변동하면 자기장이 형성되고, 역으로 자기장이 변동하면 전기장이 형성되는 등 일반적으로 자기장과 전기장은 동반되는 경우가 많다. 이를 활용하여 전자석이 개발되기도 하였다.
전자석은 전류의 인가에 따라 자기장이 생성되거나 소멸되도록 만든 것을 의미한다. 전자석은 자성의 유무 뿐 아니라 자기력선의 크기, 즉 자성의 정도를 조절할 수 있어 다양한 분야에서 활용되고 있다.
자기력선의 방향은 두개의 극의 위치 및 배열에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어 서로 대향하는 두개의 극 사이에는 두개의 극을 잇는 직선 형태의 자기력선이 형성될 수 있다. 이와 같은 DC 자기장(직류 자기장) 기술은 자기공명촬영장치(MRI)를 비롯하여 다양한 물품의 제조, 예컨대 자성체의 배열 등을 위해서도 사용되고 있다.
한편, 지구 내외부의 요인에 의해 지구 주변에는 지자기장이 형성될 수 있다. 그러나 지자기장은 지구의 위치에 따라 달라지기도 하지만 지구 외부의 요인, 예를 들어 태양 활동에 의해 영향을 받을 수 있기 때문에 자기장 생성 장치의 자기장 특성의 균일성과 정밀성을 유지하는 것은 쉽지 않으며 지속적인 유지 보수가 요구된다. 특히 우주 항공에 사용되는 물품의 제조와 같이 극도로 높은 수준의 정밀성이 요구되는 분야에서는 미세 오차로 인한 문제가 발생할 수 있기 때문에 높은 정밀도로 자기장 특성을 평가 내지는 모니터링하는 것이 필수적으로 요구된다. 또한 위와 같은 문제는 높은 자기선속밀도(magnetic flux density)를 구현하는 자기장 생성 장치에서 더욱 심화될 수 있다.
이에 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 자기장 생성 장치, 특히 직류 자기장 생성 장치의 자기장 특성을 실시간으로 평가하거나 모니터링할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
또, 자기장 생성 장치의 자기장 특성을 평가하거나 모니터링할 수 있는 시스템 내지는 설비를 제공하는 것이다.
또한 위의 시스템 또는 설비에 사용될 수 있는 센서 어레이 시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 어느 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 특성 평가 시스템은, 상호 이격되어 그 사이에 자기장을 형성하는 제1 자기장 생성부와 제2 자기장 생성부; 및 상기 제1 자기장 생성부와 제2 자기장 생성부 사이에 개재되는 센서 어레이 시트를 포함하되, 상기 센서 어레이 시트는, 복수의 배열된 센서를 포함하는 센서 어레이, 및 상기 센서 어레이 상에 배치된 제1 보호층을 포함한다.
상기 제1 보호층의 제1 자기장 생성부와 대면하는 일면은, 산과 골을 갖는 엠보 형상을 가질 수 있다.
또, 어느 단면에서, 상기 제1 보호층의 산 또는 골의 주기는, 반복 배치된 센서의 배열 주기 보다 클 수 있다.
또한 상기 제1 보호층의 산 또는 골의 주기는, 센서의 배열 주기의 2배 보다 작거나 같을 수 있다.
상기 센서 어레이 시트는, 상기 센서 어레이를 사이에 두고 제1 보호층과 이격 배치된 제2 보호층을 더 포함할 수 있다.
이 때 상기 제2 보호층의 제2 자기장 생성부와 대면하는 일면은, 산과 골을 갖는 엠보 형상을 가질 수 있다.
상기 제1 보호층 및 제2 보호층은 각각 실리콘 소재를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 센서 어레이는, 기판 및 상기 기판 상에 배치된 복수의 상기 센서들을 포함하되, 상기 센서는 홀 센서(hall sensor) 또는 자기 저항 소자(magnetoresistor)을 포함할 수 있다.
상기 센서 어레이 시트는, 상기 제1 보호층 상에 배치되어 상기 제1 보호층의 골을 충진하되, 산 보다 낮은 높이까지 충진되는 충전재를 더 포함할 수 있다.
또, 상기 충전재의 탄성은 제1 보호층의 탄성 보다 작을 수 있다.
상기 어느 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 특성 평가 방법은 상호 이격되어 그 사이에 자기장을 형성하는 제1 자기장 생성부와 제2 자기장 생성부를 준비하고, 상기 제1 자기장 생성부와 제2 자기장 생성부 사이에 센서 어레이 시트를 개재하되, 상기 센서 어레이 시트는 복수의 배열된 센서를 포함하는 센서 어레이, 및 상기 센서 어레이 상에 배치된 보호층을 포함하고, 상기 센서 어레이 시트를 제1 자기장 생성부 및 제2 자기장 생성부와 밀착하고, 상기 제1 자기장 생성부와 제2 자기장 생성부를 이용해 직류 자기장을 생성하고, 상기 복수의 센서를 이용해 자기장을 평가하는 것을 포함한다.
상기 보호층은 산과 골을 갖는 물결 형상의 표면을 가질 수 있다.
이 때 상기 밀착하는 단계는, 상기 보호층의 산을 제1 자기장 생성부와 맞닿도록 밀착하고, 상기 제1 자기장 생성부 표면에 가해지는 압력이 소정의 기준 범위 내에 있도록 유지하면서 상기 보호층의 산과 골이 평평해질 때까지 더욱 밀착하는 것을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서 상기 방법은 상기 제1 자기장 생성부의 표면 온도를 증가시켜 상기 보호층에 열을 전달하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 어느 또 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 어레이 시트는, 기판 상에 배치된 복수의 배열된 센서를 포함하는 센서 어레이; 상기 센서 어레이의 일면 상에 배치된 제1 보호층; 및 상기 센서 어레이의 타면 상에 배치된 제2 보호층을 포함하되, 상기 제1 보호층과 제2 보호층 중 적어도 하나의 표면은 물결 형상을 갖는다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 두개의 자기장 생성부, 예컨대 코어 사이에 다수의 센서가 배열된 센서 어레이 시트를 개재하되, 센서 어레이 시트 표면에 물결 형태의 굴곡을 갖는 보호층을 배치하여 자기장 생성부와 센서 어레이 시트를 밀착시키는 경우에도 정밀한 자기장 추적이 가능할 수 있다. 이를 통해 자기장 특성 평가의 오차 범위를 현저하게 낮출 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 특성 평가 시스템의 모식도이다.
도 2는 도 1의 센서 어레이 시트의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 특성 평가 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4 및 도 5는 도 1의 자기장 평가 시스템을 이용한 자기장 특성 평가 방법을 순서대로 나타낸 모식도들이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서 어레이 시트의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자기장 특성 평가 시스템의 모식도이다.
도 2는 도 1의 센서 어레이 시트의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 특성 평가 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4 및 도 5는 도 1의 자기장 평가 시스템을 이용한 자기장 특성 평가 방법을 순서대로 나타낸 모식도들이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서 어레이 시트의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자기장 특성 평가 시스템의 모식도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 즉, 본 발명이 제시하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도면에 도시된 구성요소의 크기, 두께, 폭, 길이 등은 설명의 편의 및 명확성을 위해 과장 또는 축소될 수 있으므로 본 발명이 도시된 형태로 제한되는 것은 아니다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
공간적으로 상대적인 용어인 '위(above)', '상부(upper)', ‘상(on)’, '아래(below)', '아래(beneath)', '하부(lower)' 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 '아래(below 또는 beneath)'로 기술된 소자는 다른 소자의 '위(above)'에 놓일 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 '아래'는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다.
본 명세서에서, '및/또는'은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. '내지'를 사용하여 나타낸 수치 범위는 그 앞과 뒤에 기재된 값을 각각 하한과 상한으로서 포함하는 수치 범위를 나타낸다. '약' 또는 '대략'은 그 뒤에 기재된 값 또는 수치 범위의 20% 이내의 값 또는 수치 범위를 의미한다.
본 명세서에서, 구성요소를 지칭함에 있어 '제1 구성요소', '제2 구성요소', '제1-1 구성요소' 등과 같이 서수적 수식어는 어느 구성요소와 다른 구성요소를 구별하기 위해 사용되는 것일 뿐이다. 따라서 이하에서 지칭되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 제2 구성요소로 바꾸어 지칭될 수도 있다. 예를 들어, 어느 실시예에서 제1 구성요소로 지칭되는 것은 다른 실시예에서 제2 구성요소로 지칭될 수 있다. 또, 발명의 설명에서 제1 구성요소로 지칭되는 것은 청구항에서 제2 구성요소로 지칭될 수 있음은 물론이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 특성 평가 시스템의 모식도이다. 도 2는 도 1의 센서 어레이 시트의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 자기장 특성 평가 시스템(11)(또는 자기장 특성 평가 설비, 또는 자기장 특성 평가 장치)은 제1 자기장 생성부(110)와 제2 자기장 생성부(120), 이들에 전원을 공급하는 전원부(200) 및 제1 자기장 생성부(110)와 제2 자기장 생성부(120) 사이에 개재되는 센서 어레이 시트(300)를 포함할 수 있다.
제1 자기장 생성부(110)와 제2 자기장 생성부(120)는 서로 이격 대향하며 그 사이에 직류 자기장을 형성할 수 있다. 도 1 등은 제1 자기장 생성부(110)와 제2 자기장 생성부(120)가 각각 상부와 하부에 배치되는 경우를 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 제1 자기장 생성부(110)와 제2 자기장 생성부(120)는 서로 수평 방향으로 이격 대향 배치될 수도 있다.
제1 자기장 생성부(110)와 제2 자기장 생성부(120)는 각각 자기장을 형성할 수 있도록 구성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 자기장 생성부(110)와 제2 자기장 생성부(120)는 각각 그 내부에 자기장 생성 코어들(111, 121)을 포함할 수 있다. 즉, 제1 자기장 생성부(110)는 제1 코어(111)를 포함하고, 제2 자기장 생성부(120)는 제2 코어(121)를 포함할 수 있다. 이하, 용어 자기장 생성부는 자기장 생성 플레이트, 자기장 생성 코어, 자기장 생성 극 등의 용어와 혼용될 수 있다.
제1 자기장 생성부(110) 및 제2 자기장 생성부(120)은 코어들(111, 121)을 포함하되, 각각 투자율이 높은 소재, 예를 들어 철(Fe) 등의 소재를 포함하여 이루어질 수 있다. 코어들(111, 121)의 재료는 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 구리 등일 수 있다. 코어들(111, 121)에 DC 전류 또는 AC 전류가 흐를 경우 제1 자기장 생성부(110)와 제2 자기장 생성부(120) 사이에 DC 자기장이 형성될 수 있다. 이를 위해 전원부(200)가 구비될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제1 자기장 생성부(110)와 제2 자기장 생성부(120)는 각각 그 내부에 임베딩된 발열 코일들(113, 123)을 포함할 수 있다. 즉, 제1 자기장 생성부(110)는 제1 발열 코일(113)을 포함하고, 제2 자기장 생성부(120)는 제2 발열 코일(123)을 포함할 수 있다. 제1 발열 코일(113)과 제2 발열 코일(123)은 각각 자기장 생성부들(110, 120)의 표면을 가열할 수 있다. 이를 통해 센서 어레이 시트(300)의 보호층들(331, 332)의 온도를 제어할 수 있다. 이에 대해서는 후술한다.
몇몇 실시예에서, 자기장 특성 평가 시스템(11)은 제1 무빙 유닛(410) 및 제2 무빙 유닛(420)을 더 포함할 수 있다. 제1 무빙 유닛(410) 및 제2 무빙 유닛(420)은 각각 제1 자기장 생성부(110)와 제2 자기장 생성부(120)의 위치를 조절할 수 있다. 예를 들어, 제1 자기장 생성부(110)와 제2 자기장 생성부(120)가 수직 방향으로 배치된 경우, 이들을 승강시키는 리프터 기능을 제공할 수 있다. 이하, 용어 무빙 유닛은 리프팅 유닛 등의 용어와 혼용될 수 있다. 제1 무빙 유닛(410)과 제2 무빙 유닛(420)의 위치가 고정된 상태에서, 제1 무빙 유닛(410)은 제1 자기장 생성부(110)를 하방 이동시키고, 제2 무빙 유닛(420)은 제2 자기장 생성부(120)를 상방 이동시켜 센서 어레이 시트(300)와 자기장 생성부들(110, 120)을 밀착시킬 수 있다. 이에 대해서는 후술한다.
센서 어레이 시트(300)는 제1 자기장 생성부(110)와 제2 자기장 생성부(120) 사이에 위치할 수 있다. 제1 자기장 생성부(110)와 제2 자기장 생성부(120) 사이에 선(line) 형상의 자기장이 형성되는 경우, 센서 어레이 시트(300)는 상기 자기장 내에 위치할 수 있다. 도면으로 표현하지 않았으나, 센서 어레이 시트(300)는 아암(arm)에 결합되어 수평 방향으로 이동할 수 있다. 아암의 동작을 통해 센서 어레이 시트(300)는 선택적으로 자기장 생성부들과 중첩하거나(또는 개재되거나), 또는 비중첩하게 이동할 수 있다.
센서 어레이 시트(300)는 센서 어레이(310) 및 센서 어레이(310)의 일면과 타면 상에 배치되는 제1 보호층(331) 및 제2 보호층(332)을 포함할 수 있다. 제1 보호층(331) 및 제2 보호층(332)은 높은 탄성, 유연성 및 낮은 모듈러스를 갖는 소재, 예를 들어 실리콘계 고분자 소재 등을 포함할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
센서 어레이(310)는 센서 기판(311) 및 센서 기판(311) 상에 배치된 복수의 센서(313)들을 포함할 수 있다. 복수의 센서(313)는 어느 단면 시점에서 이격 배열될 수 있다. 도면으로 표현하지 않았으나, 복수의 센서(313)는 평면 시점에서 대략 매트릭스 배열될 수 있다. 다른 실시예에서, 복수의 센서(313)는 서로 최인접한 3개의 센서들이 정삼각형 형상을 이루도록 배열될 수도 있다.
센서(313)는 홀 센서(hall sensor) 또는 자기 저항 소자(magnetoresistor) 등을 포함할 수 있다. 자기 저항 소자의 구체적인 예로는 GMR(giant magneto resistor), TMR(tunnel magneto resistor), AMR(anisotropic magneto resistor) 등을 들 수 있다. 홀 센서 및 자기 저항 소자는 알려진 방법을 통해 제1 자기장 생성부(110)와 제2 자기장 생성부(120) 사이에 형성된 자기장의 품질 등을 센싱할 수 있다.
본 실시예에 따른 자기장 특성 평가 시스템(11)은 제1 자기장 생성부(110)와 제2 자기장 생성부(120) 사이에 센서(313)를 포함하는 센서 어레이 시트(300)를 개재하고, 제1 자기장 생성부(110)와 센서 어레이 시트(300), 그리고 제2 자기장 생성부(120)와 센서 어레이 시트(300)를 밀착시킨 상태에서 형성된 자기장을 평가 또는 모니터링할 수 있다. 그 과정에서 센서(313) 또는 센서 어레이(310)의 손상을 방지하기 위해 본 실시예에 따른 센서 어레이 시트(300)는 제1 보호층(331) 및 제2 보호층(332)을 포함할 수 있다.
또, 예시적인 실시예에서, 제1 보호층(331)의 제1 자기장 생성부(110)와 대면하는 일면(예컨대, 상면) 및 제2 보호층의 제2 자기장 생성부(120)와 대면하는 타면(예컨대, 하면)은 각각 엠보 패턴 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 어느 단면 시점에서 제1 보호층(331)과 제2 보호층(332)은 물결 형상의 표면을 가질 수 있다. 이하, 제1 보호층(331)을 예로 하여 설명하나, 제2 보호층(332) 또한 동일하게 이해될 수 있다.
제1 보호층(331)의 상면은 산(330c)(또는 마루)과 골(330v)을 갖는 요철 패턴 내지는 엠보 패턴을 가질 수 있다. 제1 보호층(331) 상면의 요철 패턴의 형상은 센서(313)의 배열 형상과 동일하거나 상이할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 어느 단면 시점에서 드러난 제1 보호층(331) 표면 패턴의 주기(D1)(또는 파장)은 서로 최인접한 2개의 센서(313)의 배열 주기(D2) 보다 클 수 있다. 여기서 패턴의 주기(D1)는 어느 산(330c)에서 다른 산까지의 거리, 또는 골(330v)에서 골까지의 거리로 정의될 수 있다. 또, 센서의 배열 주기는 반복 배열된 복수의 센서들 간의 최단 거리가 아닌 중심에서 중심까지의 거리로 정의될 수 있다.
후술할 바와 같이 자기장의 특성을 평가하는 과정에서 제1 보호층(331)의 상면은 제1 자기장 생성부(110)의 하면과 밀착될 수 있다. 이 때 센서 어레이 시트(300)와 제1 자기장 생성부(110)가 완전히 균일하게 밀착되지 않을 경우, 복수의 센서(313)들과 제1 자기장 생성부(110) 간의 수직 거리가 균일하지 않을 수 있다. 특히 본 실시예에 따른 자기장 특성 평가 시스템(11)이 우주 항공용 장비 제조 등에 사용될 경우, 약 1% 남짓의 오차만으로도 원하는 결과를 얻지 못할 수 있다.
본 실시예에 따른 자기장 특성 평가 시스템(11)은 센서 어레이 시트(300)의 부분 중 제1 자기장 생성부(110)와 맞닿는 제1 보호층(331) 표면에 엠보 패턴을 형성함으로써 제1 자기장 생성부(110)와 제1 보호층(331)이 완전히 밀착되기 전에, 제1 보호층(331)의 표면 패턴 중 산(330c) 부분만을 제1 자기장 생성부(110)와 밀착시키고, 이후 서서히 가압하여 이들의 밀착 균일성, 그리고 복수의 센서(313)들과 제1 자기장 생성부(110) 간의 수직 거리의 정밀성을 높일 수 있다. 이에 대해서는 후술한다.
또한, 제1 보호층(331) 표면 패턴의 주기(D1)를 센서(313)의 배열 주기(D2) 보다 크게 구성하여 제1 보호층(331)을 투과하는 자기 성분의 왜곡을 최소화할 수 있다. 수백개 내지는 수천개의 센서(313)들이 균일하게 배치되고, 제1 자기장 생성부(110)와 제2 자기장 생성부(120)에 균일한 자기장 성분이 형성됨에 따라 이들 사이에는 메타 구조화된 표면이 형성될 수 있다. 메타 구조는 반복되는 물리적 구조에 의해 자연적으로 존재하는 원자나 분자와 다른 거동을 나타내게 되는 구조 등을 의미한다.
즉, 후술할 바와 같이 제1 자기장 생성부(110)와 제1 보호층(331)이 완전히 밀착될 경우, 제1 자기장 생성부(110)와 제1 보호층(331) 사이에 이격 공간이 발생하지 않도록 제1 보호층(331)의 상면이 평평해질 수 있다. 이 때 개념적으로는, 앞서 설명한 것과 같이 제1 보호층(331)이 탄성과 유연성이 높은 소재를 갖기 때문에 제1 보호층(331) 중 산(330c)의 부분이 골(330v)의 부분을 충진하며 평평해질 수 있다. 이 경우 제1 보호층(331)의 표면이 비정형적인 요철 구조를 갖거나, 또는 지나치게 촘촘한 요철 구조를 가질 경우 제1 보호층(331)의 표면이 평평해지는 과정에서 다수의 계면이 형성되고 결과적으로 자기선속의 왜곡을 유발할 수 있다. 따라서 제1 보호층(331)의 표면 굴곡으로 인해 소정의 메타 구조가 형성되지 않도록 자기 성분을 센싱하는 센서들(313)의 배열 주기(De) 보다 큰 주기로 산(330c)과 골(330v)을 형성하여 이를 방지할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 보호층(331) 표면 요철 구조의 주기(D1)는 센서들(313)의 배열 주기(D2)의 2배 이하, 또는 2배 미만, 또는 약 1.8배 이하, 또는 약 1.6배 이하일 수 있다. 제1 보호층(331) 표면의 산골의 주기(D1)가 지나치게 클 경우 본 발명이 의도한 제1 보호층(331)과의 제1 자기장 생성부(110) 간의 균일한 밀착을 달성하기 곤란할 수 있다.
또, 제1 보호층(331) 표면의 요철 크기(A)는 제1 보호층(331) 표면의 요철 주기(D1) 보다 작을 수 있다. 요철 크기(A)는 어느 산(330c)에서 골(330v)까지의 수직 거리를 의미할 수 있다. 요철 크기(A)가 지나치게 클 경우 엠보 패턴 형상의 제1 보호층(331) 표면이 제1 자기장 생성부(110)와 밀착되기 곤란할 수 있다.
또한 센서(313) 및 센서 기판(311)을 포함하는 센서 어레이(310)의 손상을 방지하고, 밀착 특성을 높이기 위해 제1 보호층(331)은 충분한 두께를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 제1 보호층(331)의 최대 두께(T)는 제1 보호층(331) 표면의 요철 주기(D1) 보다 클 수 있다. 여기서 최대 두께(T)는 제1 보호층(331)의 하면으로부터 산(330c)까지의 수직 거리를 의미할 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 5를 더 참조하여 본 실시예에 따른 자기장 특성 평가 방법에 대해 구체적으로 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 특성 평가 방법을 나타낸 순서도이다. 도 4 및 도 5는 도 1의 자기장 평가 시스템을 이용한 자기장 특성 평가 방법을 순서대로 나타낸 모식도들이다.
우선 도 3을 더 참조하면, 본 실시예에 따른 자기장 특성 평가 방법은 센서 어레이 시트(300)를 삽입하는 단계(S100), 센서 어레이 시트(300)와 자기장 생성부들(110, 120)을 밀착하는 단계(S200), 자기장을 생성하는 단계(S300) 및 생성된 자기장의 특성 등을 평가 내지는 모니터링하는 단계(S400)를 포함할 수 있다.
우선 센서 어레이 시트(300)를 삽입하는 단계(S100)는 제1 자기장 생성부(110)와 제2 자기장 생성부(120) 사이에 센서 어레이 시트(300)를 개재하는 단계를 의미할 수 있다. 앞서 설명한 것과 같이 센서 어레이 시트(300)의 개재는 센서 어레이 시트(300)에 연결된 아암(미도시) 등을 이용할 수 있다. 본 단계(S100)에서 제1 자기장 생성부(110)와 센서 어레이 시트(300), 그리고 제2 자기장 생성부(120)와 센서 어레이 시트(300)는 수직 방향으로 이격된 상태일 수 있다.
그 다음 센서 어레이 시트(300)와 자기장 생성부들(110, 120)을 정밀하게 밀착시킨다(S200). 이하, 본 단계에 대해 도 4 및 도 5를 더 참조하여, 구체적으로 설명한다.
먼저 제1 자기장 생성부(110), 센서 어레이 시트(300) 및 제2 자기장 생성부(120)의 수평 방향으로의 위치를 정렬한다(S210). 본 단계(S210)에서 제1 자기장 생성부(110)와 센서 어레이 시트(300), 그리고 제2 자기장 생성부(120)와 센서 어레이 시트(300)는 여전히 수직 방향으로 이격된 상태일 수 있다.
그리고 도 4에 표현된 것과 같이 제1 무빙 유닛(410)을 이용해 제1 자기장 생성부(110)를 하강시키고, 제2 무빙 유닛(420)을 이용해 제2 자기장 생성부(120)를 상승시켜 센서 어레이 시트(300)의 제1 보호층(331) 및 제2 보호층(332)을 각각 제1 자기장 생성부(110)의 하면 및 제2 자기장 생성부(120)의 상면과 접촉시킨다(S220). 본 단계(S220)에서 제1 보호층(331)과 제1 자기장 생성부(110)를 예로 하여 설명하나, 제2 보호층(332)와 제2 자기장 생성부(120) 또한 동일하게 이해될 수 있다.
센서 어레이 시트(300)의 수직 방향 위치가 고정된 상태에서, 하방 이동한 제1 자기장 생성부(110)는 센서 어레이 시트(300)의 제1 보호층(331)과 접촉할 수 있다. 이 때 제1 보호층(331)의 상면이 요철 표면을 갖기 때문에 제1 보호층(331)의 상면 중 일부, 예컨대 산(330c) 부근이 제1 자기장 생성부(110)와 맞닿을 때 까지만 제1 자기장 생성부(110)가 하강할 수 있다. 즉, 본 상태에서 제1 보호층(331)과 제1 자기장 생성부(110) 사이는 적어도 부분적으로 이격된 상태일 수 있다. 비제한적인 예시로, 본 단계(S220)에서 제1 보호층(331) 전체 면적 중에 제1 자기장 생성부(110)와 맞닿는 제1 보호층(331)의 면적은 약 15% 이하, 또는 약 10% 이하일 수 있다.
그리고 몇몇 실시예에서, 제1 자기장 생성부(110)의 제1 발열 코일(113) 및/또는 제2 자기장 생성부(120)의 제2 발열 코일(123)을 이용해 제1 자기장 생성부(110)와 제2 자기장 생성부(120) 표면 온도를 승온시키고, 제1 보호층(331)과 제2 보호층(332)을 가열한다(S230).
그리고 센서 어레이(310)의 온도 센서(미도시), 및/또는 자기장 생성부들(110, 120)의 압력 센서(미도시)를 이용해 이들의 밀착 조건을 측정한다(S240).
앞서 설명한 것과 같이 자기장 생성부들(110, 120)을 승온시켜 열이 제1 보호층(331) 및 제2 보호층(332)으로 전달될 경우 제1 보호층(331)과 제2 보호층(332)의 온도가 상승하고, 센서 기판(311) 상에 배치된 온도 센서(미도시)에 의해 감지될 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 자기장 특성 평가 방법은 자기장 생성부들(110, 120)과 센서 어레이 시트(300)를 완전히 밀착하기 전에, 보호층들(331, 332)의 산(330c)을 부분적으로 접촉시킨 상태에서 온도를 측정하여 이들의 정렬 상태 등을 감지할 수 있다. 자기장 생성부들(110, 120)과 복수의 센서들(313) 간의 수직 이격 거리를 균일하게 형성하는 것이 자기장 품징 특성 평가에 민감한 영향을 미치기 때문에, 제1 보호층(331) 및/또는 제2 보호층(332)이 균일한 온도를 갖는지 여부를 통해 이들의 배열을 사전에 확인할 수 있다.
보완적인, 또는 대안적인 실시예에서, 제1 자기장 생성부(110) 및/또는 제2 자기장 생성부(120)의 압력 센서(미도시)를 이용해 이들의 밀착 조건을 확인할 수 있다. 제1 보호층(331)의 산(330c) 및 제2 보호층(332)의 산(330c)에 의해 제1 자기장 생성부(110)와 제2 자기장 생성부(120)에 가해지는 압력이 수평 방향으로 균일한지 여부 등을 통해 자기장 생성부들(110, 120)과 센서들(313) 간의 수직 이격 거리를 추정할 수 있고, 이들의 배열을 사전에 확인할 수 있다.
그리고 이들이 소정의 기준값 범위 내인 경우, 자기장 생성부들(110, 120)에 가해지는 압력을 유지하며 도 5에 표현된 것과 같이 제1 보호층(331) 및 제2 보호층(332)을 각각 제1 자기장 생성부(110) 및 제2 자기장 생성부(120)와 완전히 밀착시킨다(S250). 구체적으로, 보호층들(331, 332)의 산(330c)에 압력이 가해지며 산(330c)과 골(330v)의 높이 차가 실질적으로 사라지며 보호층들(331, 332)의 표면이 평탄해질 수 있다. 이 경우 제1 보호층(331)과 제1 자기장 생성부(110)의 사이, 및 제2 보호층(332)과 제2 자기장 생성부(120)의 사이는 실질적으로 완전히 밀착되며, 이격되는 부분 내지는 공기층이 존재하지 않을 수 있다.
반면 판단 결과 소정의 기준값 범위 외인 경우, 다시 자기장 생성부들(110, 120)과 센서 어레이 시트(300)를 수평 방향으로 정렬하고(S210), 무빙 유닛들(410, 420)을 이용해 밀착을 시도할 수 있다.
만일 본 실시예와 달리 제1 보호층(331) 및 제2 보호층(332) 표면에 요철 구조가 없거나, 또는 완전히 밀착된 상태에서 밀착 오차를 판단 및 재정렬을 시도할 경우, 보호층들(331, 332)이 자기장 생성부들(110, 120)로부터 탈락하는 과정에서 기구적 오차가 심화될 수 있다. 특히 보호층들(331, 332)이 높은 탄성 등을 갖는 경우 높은 마찰력과 형상 변화 등 소재 자체의 물성으로 인해 수백 마이크로미터 내지는 수미리미터 수준의 재정렬이 쉽지 않을 수 있다.
그러나 본 실시예와 같이 보호층들(331, 332)을 자기장 생성부들(110, 120)에 완전히 밀착하기 전에, 부분적으로만 접촉시킨 상태에서 정렬 상태를 확인하고(S240), 오차가 확인될 경우 이들을 이격시킨 후 다시 재정렬을 시도함으로써 위와 같은 문제를 완화할 수 있다. 다시 말해서, 오차를 판단하는 단계(S240)에서 보호층들(331, 332)과 자기장 생성부들(110, 120) 간의 접촉과 마찰을 최소화할 수 있기 때문에 자기장 생성부들(110, 120)의 보다 균일하고 점진적인 밀착을 달성할 수 있다.
그 다음 제1 자기장 생성부(110)와 제2 자기장 생성부(120) 사이에 직류 자기장을 형성하고(S300), 센서 어레이 시트(300)의 센서들(313)을 이용해 생성된 자기장의 특성을 평가 내지는 모니터링할 수 있다(S400).
본 실시예에 따른 자기장 특성 평가 시스템(11)은 제1 자기장 생성부(110)와 제2 자기장 생성부(120)를 포함하는 자기장 생성 장치의 유지, 관리 및 보수를 위해 사용되거나, 자기장 생성 장치의 사용시에 수반되어 자기장의 특성과 상태를 평가 또는 모니터링할 수 있다. 나아가 자기장 생성 장치를 사용하여 대상 물품(미도시) 내 자성체를 정렬시키는 등 대상 물품의 제조에 사용될 수도 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예들에 대해 설명한다. 다만 앞서 설명한 실시예와 실질적으로 동일하거나 극히 유사한 구성에 대한 설명은 생략하며, 이는 첨부된 도면으로부터 본 기술분야에 속하는 통상의 기술자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서 어레이 시트의 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 자기장 특성 평가 시스템의 센서 어레이 시트(302)는 센서 어레이(310) 상에 배치된 제1 보호층(331)과 제2 보호층(332)을 포함하되, 제1 보호층(331) 및 제2 보호층(332) 상에 배치된 충전재(350)들을 더 포함하는 점이 앞서 설명한 실시예에 따른 센서 어레이 시트와 상이한 점이다.
제1 보호층(331)과 제2 보호층(332)은 각각 산(330c) 및 골(330v)을 가짐은 앞서 설명한 바와 같다. 이 때 제1 보호층(331)과 제2 보호층(332)의 골(330v)에 상응하는 위치에는 충전재(350)가 충진된 상태일 수 있다. 충전재(350)의 충진 높이는 산(330c)과 골(330v)의 크기 보다 작을 수 있다. 즉, 충전재(350)의 최대 두께는 산(330c)과 골(330v)의 수직 거리 보다 작을 수 있다.
앞서 설명한 것과 같이 제1 보호층(331) 및 제2 보호층(332)이 자기장 생성부들과 밀착하는 과정에서 산(330c)에 가해지는 압력에 의해 산(330c) 부분이 눌리며 평탄한 표면을 형성할 수 있다.
이 때 센서 어레이(310)의 충분한 보호를 위해서는 제1 보호층(331)과 제2 보호층(332)이 높은 유연성과 탄성을 갖는 소재일 것이 요구되나, 이들의 유연성이 지나치게 높을 경우, 본 발명이 어떠한 이론에 국한되는 것은 아니나, 메타 구조를 형성하는 등의 이유로 자기장 특성 평가에 왜곡이 발생함을 확인하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 즉, 보호층들(331, 332)의 골(330v) 부분 상에 보호층들(331, 332)에 비해 작은 탄성을 갖는 소재를 충진하여 보호층들(331, 332)의 산(330c)의 변형 한계를 형성할 수 있고, 보다 정밀한 자기장의 특성 평가가 가능할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자기장 특성 평가 시스템의 모식도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 자기장 특성 평가 시스템(13)은 제1 자기장 생성부(110)와 제2 자기장 생성부(120), 그 사이에 개재된 센서 어레이 시트(300) 및 전원부(200)와 무빙 유닛들(410, 420)을 포함하고, 제1 자기장 생성부(110)와 제2 자기장 생성부(120) 사이에 개재된 추가 부재(500)를 더 포함하는 점이 앞서 설명한 실시예에 따른 자기장 특성 평가 시스템과 상이한 점이다.
추가 부재(500)는 본 실시예에 따른 자기장 특성 평가 시스템(13)을 사용함에 있어서 요구되는 플레이트 형상의 부재일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 추가 부재(500)는 자성체를 포함하는 물품, 또는 복수의 센서를 포함하는 물품, 또는 가열이나 냉각 소자를 포함하는 물품 등일 수 있다.
본 실시예에 따른 자기장 특성 평가 시스템(13)은 앞서 설명한 것과 같이 자기장 생성부들(110, 120)이 센서 어레이 시트(300)와 밀착된 상태에서 자기장의 특성 평가가 진행될 수 있다. 한편, 본 명세서에서, 두개의 구성요소가 밀착됨은 상기 두개의 구성요소 사이에 추가적인 구성요소를 개재하여 밀착되는 것을 포함하는 의미로 사용된다. 예를 들어, 센서 어레이 시트(300)와 제2 자기장 생성부(120) 사이에 추가 부재(500)가 개재되어 위치한 경우, 센서 어레이 시트(300)와 제2 자기장 생성부(120)가 직접적으로 맞닿지 않으나 제2 자기장 생성부(120)의 상승에 따른 힘이 센서 어레이 시트(300)에 가해지고 제2 보호층 하면이 평탄해지기 때문에 센서 어레이 시트(300)와 제2 자기장 생성부(120)가 간접적으로 밀착되는 것으로 이해되어야 한다.
이상에서 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 범위는 이상에서 예시된 기술 사상의 변경물, 균등물 내지는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성요소는 변형하여 실시할 수 있다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
11: 자기장 생성 시스템
110: 제1 자기장 생성부
120: 제2 자기장 생성부
200: 전원부
300: 센서 어레이 시트
310: 센서 어레이
331: 제1 보호층
332: 제2 보호층
110: 제1 자기장 생성부
120: 제2 자기장 생성부
200: 전원부
300: 센서 어레이 시트
310: 센서 어레이
331: 제1 보호층
332: 제2 보호층
Claims (13)
- 상호 이격되어 그 사이에 자기장을 형성하는 제1 자기장 생성부와 제2 자기장 생성부; 및 상기 제1 자기장 생성부와 제2 자기장 생성부 사이에 개재되는 센서 어레이 시트를 포함하되,
상기 센서 어레이 시트는, 복수의 배열된 센서를 포함하는 센서 어레이, 및 상기 센서 어레이 상에 배치된 제1 보호층을 포함하고,
상기 제1 보호층의 제1 자기장 생성부와 대면하는 일면은, 산과 골을 갖는 엠보 형상을 가지며,
어느 단면에서, 상기 제1 보호층의 산 또는 골의 주기는, 반복 배치된 센서의 배열 주기 보다 큰, 자기장 특성 평가 시스템. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제1 보호층의 산 또는 골의 주기는, 센서의 배열 주기의 2배 보다 작은 자기장 특성 평가 시스템. - 상호 이격되어 그 사이에 자기장을 형성하는 제1 자기장 생성부와 제2 자기장 생성부; 및 상기 제1 자기장 생성부와 제2 자기장 생성부 사이에 개재되는 센서 어레이 시트를 포함하되,
상기 센서 어레이 시트는, 복수의 배열된 센서를 포함하는 센서 어레이, 및 상기 센서 어레이를 사이에 두고 이격 배치된 제1 보호층과 제2 보호층을 포함하고,
상기 제1 보호층의 제1 자기장 생성부와 대면하는 일면은, 산과 골을 갖는 엠보 형상을 가지며,
상기 제2 보호층의 제2 자기장 생성부와 대면하는 일면은, 산과 골을 갖는 엠보 형상을 갖는 자기장 특성 평가 시스템. - 제5항에 있어서,
상기 제1 보호층 및 제2 보호층은 실리콘 소재를 포함하여 이루어진 자기장 특성 평가 시스템. - 제5항에 있어서,
상기 센서 어레이는, 기판 및 상기 기판 상에 배치된 복수의 상기 센서들을 포함하되,
상기 센서는 홀 센서(hall sensor) 또는 자기 저항 소자(magnetoresistor)을 포함하는 자기장 특성 평가 시스템. - 상호 이격되어 그 사이에 자기장을 형성하는 제1 자기장 생성부와 제2 자기장 생성부; 및 상기 제1 자기장 생성부와 제2 자기장 생성부 사이에 개재되는 센서 어레이 시트를 포함하되,
상기 센서 어레이 시트는, 복수의 배열된 센서를 포함하는 센서 어레이, 및 상기 센서 어레이 상에 배치된 제1 보호층을 포함하고,
상기 제1 보호층의 제1 자기장 생성부와 대면하는 일면은, 산과 골을 갖는 엠보 형상을 가지며,
상기 센서 어레이 시트는, 상기 제1 보호층 상에 배치되어 상기 제1 보호층의 골을 충진하되, 산 보다 낮은 높이까지 충진되는 충전재를 더 포함하는 자기장 특성 평가 시스템. - 제8항에 있어서,
상기 충전재의 탄성은 제1 보호층의 탄성 보다 작은 자기장 특성 평가 시스템. - 상호 이격되어 그 사이에 자기장을 형성하는 제1 자기장 생성부와 제2 자기장 생성부를 준비하고,
상기 제1 자기장 생성부와 제2 자기장 생성부 사이에 센서 어레이 시트를 개재하되, 상기 센서 어레이 시트는 복수의 배열된 센서를 포함하는 센서 어레이, 및 상기 센서 어레이 상에 배치된 보호층을 포함하고,
상기 센서 어레이 시트를 제1 자기장 생성부 및 제2 자기장 생성부와 밀착하고,
상기 제1 자기장 생성부와 제2 자기장 생성부를 이용해 직류 자기장을 생성하고,
상기 복수의 센서를 이용해 자기장을 평가하는 것을 포함하되,
상기 보호층은 산과 골을 갖는 물결 형상의 표면을 가지고,
상기 밀착하는 단계는,
상기 보호층의 산을 제1 자기장 생성부와 맞닿도록 밀착하고,
상기 제1 자기장 생성부 표면에 가해지는 압력이 소정의 기준 범위 내에 있도록 유지하면서 상기 보호층의 산과 골이 평평해질 때까지 더욱 밀착하는 것을 포함하는, 자기장 특성 평가 방법. - 삭제
- 상호 이격되어 그 사이에 자기장을 형성하는 제1 자기장 생성부와 제2 자기장 생성부를 준비하고,
상기 제1 자기장 생성부와 제2 자기장 생성부 사이에 센서 어레이 시트를 개재하되, 상기 센서 어레이 시트는 복수의 배열된 센서를 포함하는 센서 어레이, 및 상기 센서 어레이 상에 배치된 보호층을 포함하고,
상기 센서 어레이 시트를 제1 자기장 생성부 및 제2 자기장 생성부와 밀착하고,
상기 제1 자기장 생성부의 표면 온도를 증가시켜 상기 보호층에 열을 전달하고,
상기 제1 자기장 생성부와 제2 자기장 생성부를 이용해 직류 자기장을 생성하고,
상기 복수의 센서를 이용해 자기장을 평가하는 것을 포함하는 자기장 특성 평가 방법. - 삭제
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| KR1020220080112A KR102671649B1 (ko) | 2022-06-30 | 2022-06-30 | 자기장 생성 장치의 특성 평가 방법, 이를 이용하는 자기장 특성 평가 시스템 및 특성 평가를 위한 센서 어레이 시트 |
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