KR20020051533A

KR20020051533A - 자기이방성 강판의 차폐능 측정방법

Info

Publication number: KR20020051533A
Application number: KR1020000080886A
Authority: KR
Inventors: 송명곤; 이재영; 손진군; 이훈하; 김대영
Original assignee: 이구택; 주식회사 포스코; 신현준; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2002-06-29

Abstract

본 발명은 자기이방성을 갖는 임의의 강판(S)을 정사각형의 형태로 준비한 후, 코일(101)(103)이 권선되어 서로 일정 간극을 두고 대향되어 있는 요크 형태의 한 쌍의 코아(102)(104) 사이에 삽입하여 2차코일(103)의 양단에 걸리는 전압(V₌)을 측정하고, 다시 강판을 90도 회전시켜 전압(V_⊥)을 측정한 후, 코어(102)(104)사이에 강판이 없을 때 2차코일(103)에 걸리는 전압(Vo)을 각각 측정하고, 그 전압의 비로부터 강판의 차폐효과를 구한다.

Description

자기이방성 강판의 차폐능 측정방법{A METHOD FOR MEASURING SHIELD EFFECT OF MAGNETIC ANISOTROPIC STEEL SHEET}

본 발명은 자기이방성을 갖는 강재의 차폐능 측정에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차폐재로 사용되는 규소 강판 등 자기이방성이 있는 판재의 저주파 자기 차폐능을 광범위 주파수에서 측정하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 강재의 차폐능을 측정하는 방법은 그 동안 개발되지 못하여 강재의 차폐능 실기 평가에 어려움이 있었다. 종래에는 강재의 저주파 자기장 차폐능을 비교방법으로 실드박스법(sealed box method)을 사용하여 모사평가(simulated evaluation)하는 방법을 사용하였다. 이 방법은 도1에 도시된 바와 같이, 가상의 차폐재(B)로 박스 형태의 공간을 구성한 후 그 차폐재 내부공간(A)에 가상의 자기장 발생원을 넣고 차폐재 내부공간(A)에서 차폐재 외부공간(C)으로 누설되는 자기장의 세기와 자기력선의 분포를 모사평가하는 방법이다. 이 방법은 재료의 투자율과 전기전도도를 측정한 후 자기 해석 프로그램(영국 Vector Field사의 OPERA Series)을 사용하여 도2와 같이 한 공간에서의 자속밀도, 즉 자기장의 세기를 구하여 수학식1과 같은 식을 통하여 차폐능을 분석하였다.

차폐효과 [dB] = -20log(∑Hout,shield/∑Hout,blank)

(여기서, ∑Hout,shield : 차폐재가 있을 때 차폐재 외부(제 2도 참조)로 누설되는 자기장의 세기의 합; ∑Hout,blank : 차폐재가 없을 때 차폐재 외부로 누설되는 자기장의 세기의 합)

그러나, 상기 모사 측정법은 재료의 투자율과 전도도 차이로 인한 강재의 차폐능을 모사 비교 할 수는 있으나, 그 실측치에 있어서 측정치와 큰 차이를 보인다. 또한, 상기 실드박스법(sealed box method)은 구성상 전자파 발생장비의 박스 내로의 삽입 등이 어렵고, 강재를 박스 형태로 만들어야 하는 문제점과 강재 가공에 따른 물성 변화 등의 문제로 인하여 측정장비화가 곤란한 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하는 판재형 차폐재, 즉 강판의 전자파 차폐능을 측정 평가하는 방법이 제시되고 있다.

그 일례로서, 본 출원인들은 고주파(G Hz 대역)에서 전자파의 차폐능을 측정하는 방법(대한민국 특허출원 제1995-66230호, 제1995-68463호)이 제시되어 있으나, 저주파 자기장 차폐능 측정용으로는 적용을 할 수 없는 한계가 있었다.

다른 일례로서, 본 출원인들은 강판의 저주파 자기장의 차폐능을 측정 평가하는 방법을 특허출원한 바 있다(특허출원번호 미정). 이 방법은 코일이 권선되어 서로 일정 간극을 두고 대향되어 있는 요크 형태의 한 쌍의 코아 사이에 강판을 삽입하고, 전압을 측정하여 서로 다른 강판의 저주파 자기장 차폐능 평가하는 방법이다.

한편, 종래의 저주파자기장 차폐능을 평가하기 위한 상기 모사 측정법은 이방성이 있는 강재의 차폐능을 분석하는 데는 한계가 있었다. 즉, 모사측정법의 차폐능 분석을 위해서는 톨로이드(toroid) 형태, 즉 가운데가 비여 있는 원형 형태의 시료로서 투자율을 측정하므로 시료의 방향에 따른 투자율을 알 수 없어 이방성이 있는 시료라도 방향에 상관없이 동일한 차폐능을 나타내는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서 그 목적은 자기이방성이 있는 강재의 차폐능을 가변 주파수에서 보다 정확히 차폐능을 측정할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.

도1은 종래 실드박스법(sealed box method)을 사용하여 모사평가하는 방법의 개략도.

도2는 종래 실드박스법을 사용한 전자장 분포 해석 결과.

도3은 본 발명의 차폐능 측정장치의 개략 구성도.

도4는 본 발명에 의해 측정된 자기이방성 강판의 주파수에 따른 차폐효과 결과 그래프.

도5는 본 발명에 의해 측정된 자기이방성 강판의 주파수에 따른 차폐효과의 다른 결과 그래프.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 자기이방성을 갖는 임의의 강판을 정사각형의 형태로 준비한 후, 코일이 권선되어 서로 일정 간극을 두고 대향되어 있는 요크 형태의 한 쌍의 코아 사이에 삽입하여 2차코일의 양단에 걸리는 전압(V₌)을 측정하고, 다시 강판을 90도 회전시켜 전압(V_⊥)을 측정하는 단계;

상기 한쌍의 코어 사이에 강판이 없을 때 2차코일에 걸리는 전압(Vo)을 각각 측정하는 단계; 및

상기에서 구한 전압 데이터로부터 강판의 차폐효과를 구하는 단계를 포함하는 자기이방성 강판의 차폐능 측정방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명의 차폐능 측정방법을 도면을 통하여 상세히 설명한다.

도3은 본 발명의 측정방법을 구현하기 위한 차폐능 측정장치의 일례로서, 본 발명의 차폐능 측정장치(100)는 코일(101)(103)이 권선되어 서로 일정 간극을 두고 대향되어 있는 요크 형태의 한 쌍의 코아(102)(104)와, 상기 코일중 1차코일(101)에 연결된 파형생성기(108)와, 상기 한쌍의 코아중 2차코일(103)의 양단에 연결된 전압계(105) 및 상기 한쌍의 코아의 간격 사이로 강판(S)이 삽입될 수 있도록 서로 분리되어 코아를 둘러싼 비자성 차폐물(106)(107)을 포함하여 구성된다.

상기 측정장치는 한쌍의 코어(102)(104)에 코일(101)(103)을 권선하여 자화코일을 만들고, 이때 입력 전원에는 파형생성기(4)를 부착시켜 여러 가지 주파수에서의 자기장을 만들 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 상기 자화코일은 플라스틱 또는 아크릴 계통 등의 비자성 차폐물(106)(107)에 덮여있다. 차폐물 사이에는 일정 간격이 형성되어 있어 강판(7)이 삽입될 수 있도록 있다.

이하, 상기한 차폐능 측정장치를 이용하여 자기이방성이 있는 강판의 주파수에 따른 차폐효과의 측정방법에 대하여 상세히 설명한다.

일반적으로 규소강판은 압연방향으로는 투자율이 높고 그 수직방향으로는 투자율이 낮은 자기이방성을 가지는 특징을 가지는 강재이다. 따라서 이러한 자기이방성을 갖는 강판은 압연방향과 수직방향에 따라서 차폐능이 달라지므로 본 발명에서는 상기 자기이방성을 갖는 임의의 강판을 정사각형의 형태로 준비한다. 여기서, 동일한 크기의 정사각형 형태로 하는 이유는 정사각형이 아닌 경우 강판을 압연방향으로 삽입할 때와 압연방향에 대하여 수직방향으로 삽입할 때 유출자속의 크기 및 자로의 길이가 서로 달라져서 측정 방향에 따라 차폐능이 달라지기 때문이다.

그리고 나서, 한 쌍의 코아(102)(104) 사이에 자기이방성의 강판을 삽입하여 2차코일(103)의 양단에 걸리는 전압(V₌)을 측정한다. 즉, 1차코어(102)에 권선된 자화코일(101)에 파형 발생기(108)에서 일정 주파수의 시변 전류를 인가하면 코일 내에는 시변 자기장 즉 시변 자속이 발생한다. 이 시변 자속은 두개의 요크 사이의 간격을 거쳐 2차코어(104)를 타고 흐르게 되며 이 흐르는 자속에 변화에 의하여 2차코일(103)에는 유도 기전력이 발생하게 되어 이 2차코일(103)에서 전압으로 감지된다.

그 다음, 다시 강판을 90도 회전시켜 전압(V_⊥)을 측정한다. 강판을 90도 회전시키고 측정하면 차폐재의 압연방향과 직각방향을 통과한 자속이 2차코일(103)에서 전압으로 감지된다.

그 다음, 상기 한쌍의 코어(102)(104)사이에 강판이 없을 때 2차코일(103)에 걸리는 전압(Vo)을 각각 측정하여 전압을 비교하면 각 삽입방향에 따라 자기이방성에 따른 차폐능의 측정이 가능하다. 즉, 수학식1에서와 같이, 강판이 없을 때 1차코일(101)에서 시변 자기장을 만들고 2차코일(103)에서 그 자기장 값을 전압(Vo)으로 측정하고, 강판의 압연방향으로 강판을 삽입한 경우의 전압(V₌)과 압연방향과 수직으로 강판을 삽입한 경우의 전압(V_⊥)의 비로서 차폐능, 예를들면 차폐 효과(dB)로서 표현 가능하다.

이와같이 본 발명은 압연방향을 고려하여 전압 비를 계산하면 각 방향에 따른 차폐능을 정확히 측정할 수 있게 된다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

압연방향을 알고 있는 Si함량 2.1% 규소강판을 준비한 후 도3과 같은 측정장치의 코아 사이에 끼워넣고 강판의 주파수 및 측정방향을 변화시키면서 이에 따른 차폐능을 구하였다. 10~ 10000Hz 시변 자계하에서 자기이방성에 따른 차폐효과를 각각 측정하였으며 그 결과를 표 1에 나타내었다. 주파수 및 자기이방성에 따른 차폐효과(dB)를 도시한 결과를 도4에 나타내었다.

주파수(Hz)	자로와 수평방향의 차폐능(dB)	자로와 수직방향의 차폐능(dB)
10	31.28078	28.35300
20	33.39206	29.22683
50	34.69133	29.39120
100	33.61786	28.44708
200	31.22402	26.29303
500	27.81156	23.30339
1000	25.12406	21.60941
2000	21.95206	19.92844
5000	17.68539	17.15159
10000	15.10393	15.15932

표 1 및 도4에서 알 수 있는 바와 같이, 강판의 자기이방성에 따른 차폐효과는 압연방향에서 훨씬 높은 차폐능을 보였으며, 압연방향과 수직일 때 낮은 차폐능을 보였다.

[실시예 2]

압연방향을 알고 있는 Si 힘량 3 % , 두께 0.3mm 규소강판 3장을 준비한 후 도3과 같은 측정장치의 코어 사이에 끼워넣었다. 여기서, 강판을 측정장치에 끼워넣을 때 규소강판의 자기이방성을 고려하여 첫번째 측정에서는 규소강판 3장을 압연방향과 자로와 수평이 되도록 끼워넣었으며, 두번째 측정에서는 규소강판 3장을 압연방향과 자로와 수직이 되도록, 그리고 마지막 세번째 측정에서는 규소강판 3장중 중간의 한장만 압연방향을 자로와 수평이 되도록 나머지 2장의 압연방향은 자로와 수직이 되도록 하여 차폐능을 측정하였다. 측정시 시변자계의 주파수 변화 범위는 10~ 10000Hz로 하였다. 그 결과는 표 2에 나타내었다. 주파수 및 자기이방성에 따른 차폐효과(dB)를 도시한 결과를 도5에 나타내었다.

주파수(Hz)	3장 모두 자로와 수평방향의 차폐능(dB)	3장 모두 자로와 수직방향의 차폐능(dB)	중간 1장만 자로와 수평방향의 차폐능(dB)
10	33.22712	22.66249	31.38911
20	38.27537	22.94884	36.08195
50	42.43483	22.78585	39.14763
100	43.22399	22.38275	38.96310
200	41.96458	21.17791	36.91249
500	38.15642	18.43261	32.58002
1000	34.54831	16.54647	28.84444
2000	30.67316	15.37619	24.99407
5000	25.75617	14.96276	20.59067
10000	22.64202	15.58068	18.64384

표 2 및 도5에서 보는 바와 같이, 측정시편의 자기 이방성을 고려하지 않은 차폐능의 측정시(3장중 중간1장의 압연방향만이 자로와 수평)에는 그 차폐능이 압연방향의 수평 및 수직일 때의 차폐능 사이의 값을 가지게 된다. 따라서, 자기 이방성을 고려한 저주파 자기장의 차폐재의 차폐능 측정을 하지 않게되면 측정 차폐재의 차폐능을 정확하게 측정하지 못하는 결과를 가져 올 수 있음을 알 수 있다. 더불어, 차폐재의 이방성에 따른 최대 차폐능을 이용하면 차폐재의 차폐 설비 및 시공에 있어서 좀더 효과적인 차폐효과를 얻을 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 자기이방성이 있는 강판의 차폐능을 가변 주파수에서 정확히 측정할 수 있다는 장점이 있으며, 이에 따라 본 발명을 통하여 차폐재의 차폐능 우수 방향을 알 수 있게 되면 차폐재를 사용하여 차폐 하고자 하는 설비, 시설에 차폐재를 적용함에 있어 보다 효과적인 차폐효과를 얻을 수 있다.

즉, 설비 및 시설에 있어서 자기장 발생원은 정해져 있고 자기장의경로(path)는 정해져 있으므로, 차폐판의 가공방향에 관한 정보가 전혀 없는 강판 일지라도 본 발명에서와 같이 수평방향, 수직방향 측정으로 강판의 차폐능이 우수한 방향을 알 수 있다. 따라서, 자기장의 경로가 형성되는 방향과 차폐재의 차폐능이 우수한 방향이 평행이 되도록 이방성이 있는 차폐재의 시공을 할 경우 설비 및 시설의 차능을 개선시킬 수 있다는 장점을 가진다.

Claims

자기이방성을 갖는 임의의 강판을 정사각형의 형태로 준비한 후, 코일(101)(103)이 권선되어 서로 일정 간극을 두고 대향되어 있는 요크 형태의 한 쌍의 코아(102)(104) 사이에 삽입하여 2차코일(103)의 양단에 걸리는 전압(V₌)을 측정하고, 다시 강판을 90도 회전시켜 전압(V_⊥)을 측정하는 단계;

상기 한쌍의 코어(102)(104)사이에 강판이 없을 때 2차코일(103)에 걸리는 전압(Vo)을 각각 측정하는 단계; 및

상기에서 구한 전압의 비로부터 강판의 차폐효과를 구하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 자기이방성 강판의 차폐능 측정방법.
제2항에 있어서,

상기 차폐효과는 하기 수학식1에 의해 구함을 특징으로 하는 측정방법.

[수학식1]

차폐효과(dB) = -20log(V/Vo)(여기서, V는 V₌또는 V_⊥임)