KR200250402Y1 - 고감도 자기 감응 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 철(Fe)이 가지는 자기(磁氣)성분이 움직일 때 자석의 N극과 S극을 이용하여 주파수의 변화를 감지하는 장치로서, 코어(Core)에 구리동선(Coil)을 일정방향으로 감은 복수개의 단일체를 구리동선이 서로 역방향이 되도록 배열하고, 단일체에 감겨져 있는 구리동선의 권선수나 굵기에 비례하여 원거리의 신호를 감지하는 써칭코일, 출력신호를 증폭하기 위해 증폭부를 동작시켜주는 역할을 하는 드라이버단(Driver), 써칭코일에 의해 출력된 신호중에서 미리 설정된 대역의 주파수만 통과시키고 그 이외의 상부 및 하부 주파수는 전부 감쇠시키는 대역필터부(Band Pass Filter), 대역필터부의 동작전력으로 인해 낮아진 출력신호를 소정레벨 증폭해주는 증폭부(Amplifier), 증폭부로부터의 출력신호에 대해 무 왜곡 감쇠를 주도록 설계된 감쇠부(Attenuator), 감쇠부로부터의 출력신호를 사용자가 휴대하고 있는 자기 감응 측정기에 출력하여 사용자에게 자기성분이 측정되었음을 인지시키고, 본 고안의 용도에 맞게 제품을 동작시키는 구동부 및 장치의 동작전원을 공급하도록 정전압을 유지하는 전원공급부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

고감도 자기 감응 장치{Magnetic Material Sensing Unit}

본 고안은 철(Fe)이 가지는 자기(磁氣)성분이 움직일때 자석을 이용하여 주파수의 변화를 감지하는 고감도 자기 감응 장치에 관한 것으로, 특히 써칭코일(Searching Coil)의 길이에 비례하여 원거리의 자기성분도 감지 가능한 장치로써 사용자의 사용 목적에 따라 써칭코일의 길이와 자기성분의 감지영역을조절할 수 있는 기술에 관한 것이다.

현대사회에 있어 기존의 감지장치보다 좀 더 폭넓은 지역, 예를들어 지중에서 뿐만 아니라 수중에서도 자기성분을 감지하고, 온도나 습도의 변화 또는 금속으로 차폐된 공간에서도 특성변화가 발생하지 않고 거리에 상관없이 자기성분의 측정감도를 우수하게 측정할 수 있는 기술이 필요하다.

따라서 본 고안은 상기와 같은 점을 감안하여 이루어진 것으로써 자기(磁氣)성분을 갖고 있는 철(Fe)이 움직일 때 자석의 N극과 S극의 변화로 일어나는 주파수의 변화를 감지하는 방법과, 자성(磁性)을 갖고 있지 않아도 지구자체가 하나의 자성체이므로 지구 고유의 플럭스(Flux)가 철의 움직임으로 변화되는 것을 감지하는 방법을 이용하여 고감도로 철의 움직임을 감지할 수 있는 고감도 자기 감응 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 고감도 자기 감응 장치는 각각 독립된 코어(Core)에 에나멜로 코팅된 구리동선(Coil)을 감은 각 단일체(Unit 1(A), Unit 2(B), Unit3(C)) 3개를 구리동선이 서로 역방향이 되도록 배열하여 조립한 써칭코일(Searching Coil)과, 출력신호를 증폭하기 위해 증폭부를 동작시켜주는 역할을 하는 드라이버단(Driver)과, 써칭코일에 의해 출력된 신호중에서 미리 설정된 대역의 주파수만 통과시키고 그 이외의 상부 및 하부 주파수는 전부 감쇠시키는 대역필터부(Band Pass Filter)와, 대역필터부의 동작전력으로 인해 낮아진 출력신호를 소정레벨 증폭해주는 증폭부(Amplifier)와, 증폭부로부터의 출력신호에 대해 무왜곡 감쇠를 주도록 설계된 감쇠부(Attenuator), 감쇠부로부터의 출력신호를 사용자가 휴대하고 있는 자기 감응 측정기에 출력하여 사용자에게 철(Fe)이 가지는 자기성분이 측정되었음을 인지시키고, 본 고안의 용도에 맞게 제품을 동작시키는 구동부 및, 장치의 동작전원을 공급하도록 정전압을 유지하는 전원공급부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 고안의 구성도이다.

도 2는 본 고안의 코어에 구리동선을 감는 방법에 대한 구성도이다.

도 3은 전압계에 자석을 이용하여 증폭기의 사용없이 전압을 증폭시키는 구성도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 - 써칭코일(Searching Coil) 2 - 드라이버단(Driver)

3 - 대역필터부(Band Pass Filter) 4 - 증폭부(Amplifier)

5 - 감쇠부(Attenuator) 6 - 구동부

7 - 전원공급부

본 고안의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 고안의 구성도로서, 본 고안의 고감도 자기 감응 장치는 써칭코일(Searching Coil)(1), 드라이버단(Driver)(2), 대역필터부(Band Pass Filter)(3), 증폭부(Amplifier)(4), 감쇠부(Attenuator)(5), 구동부(6), 전원공급부(7)로 구성된다.

써칭코일(1)은 철(Fe), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 알리코(Alnico)를 일정비율로 배합하여 주조한 금속체인 후술하는 코어(Core)에 후술하는 에나멜로 코팅된 구리동선(Coil)을 일정방향으로 감은 복수개의 단일체(Unit)(101)로써, 각각의 단일체(101)는 구리동선이 서로 역방향이 되도록 배열한다.

드라이버단(2)은 후술하는 증폭부를 동작시키기 위한 장치인 바, 다른 회로나 부하에 입력을 공급하거나 이것을 제어하기 위한 장치로서 공급 신호가 작아서 이것을 직접 제어할 수 없을 때, 전력 증폭기를 개재시켜 제어하는 장치이다. 드라이버단(2)의 출력전압은 증폭기의 입력단 임피던스(Impedance) 와 Matching되어야 하며, 입력전압과 전류는 증폭기의 입력특성 보다 높아서는 안된다. 또한 증폭시 왜곡(Distortion)이나 잡음(Noise)이 일어나서는 안되는 것이다. 드라이버단(2)에서는 써칭코일(1)에서 출력되는 전압 및 전류로만 동작되어야 이용도가 높기 때문에 평소 신호가 출력되지 않을때는 전류가 거의 소비되지 않도록 하여 건전지의 사용시간이 자연 방전상태와 동일하도록 함으로써 건전지 수명이 장시간 지속되도록 한다.

대역필터부(3)는 써칭코일(1)에 의해 출력된 신호파형 중에서 미리 설정된 대역의 주파수만을 통과시키고 그 이외의 상부 및 하부 주파수는 전부 감쇠시키는 특성을 가지는 필터로써 본 고안의 용도에 맞는 필요한 신호만을 필터링 해주는 장치이다.

증폭부(4)는 대역필터부(3)에서 출력신호가 필터링되면서 대역필터부(3)의 동작 전력으로 인해 낮아진 출력신호를 소정레벨 증폭해 주며, 일반 증폭기와 동일한 장치로 본 고안의 용도에 따라 회로를 변경해도 무방하다. 또한, 이 증폭부(4)를 동작하기 위해서는 상기 드라이버단(2)이 있어야 하며, 이 드라이버단(2)은 150dB~180dB의 증폭률을 가진다.

감쇠부(5)는 전기 신호에 대해 무 왜곡 감쇠를 주도록 설계된 회로망 또는 트랜스듀서로서 증폭부(4)로부터의 출력신호에 포함되어 있는 왜곡이나 잡음을 감쇠시키며, 여기에 사용되는 감쇠회로에는 특별한 회로는 필요치 않으며 일반 저항체로 감쇠시키는 회로이면 적당하다.

구동부(6)는 감쇠부(5)로부터의 출력신호를 사용자가 휴대하고 있는 자기감응 측정기에 출력하여 사용자에게 자기성분이 측정되었음을 인지시키고, 본 고안의 용도에 맞게 제품을 동작시키는 장치로서, 사용자의 용도에 따라 변경하여도 원 자기 감지에는 아무런 영향을 주지 않는다.

전원공급부(7)는 장치의 동작전원을 공급하도록 정전압을 유지하며, 이 정전압을 유지시키기 위해서는 조정기(Regulator)가 필요하고 자체의 소모전류는 최소화한다.

도 2는 본 고안의 코어(102)에 구리동선(103)을 감는 방법에 대한 구성도로, 각각 독립된 코어(102)에 에나멜로 코팅된 구리동선(103)을 감은 각 단일체(101)(Unit 1(A), Unit 2(B), Unit 3(C)) 3개를 일정하게 배열하고 각각의 단일체(101)를 연결한 후 진동, 습도 혹은 외부의 잡음이 유기되지 않도록 구리(Cu)재질(100)을 사용하여 봉한다. 이때, 각 단일체(101)의 배열방향은 단일체(101)에 감겨져 있는 구리동선(103)의 방향이 서로 역방향이 되도록 하며, 각 단일체(101)의 간격은 근접할수록 효율이 높다. 이 단일체(101)는 코어(102)의 히스테리시스(Hysteresis) 특성을 달리하여 3단계 혹은 다단계로 접속하여 사용한다. 코어(102)에 감는 구리동선(103)의 권선수, 굵기 및 방향은 사용하고자 하는 목적에 따라 달리할 수 있으며, 이때 코일(103)에 구리동선을 감은 후 임피던스(Impedance)와 후단에 사용하는 증폭부(4)의 임피던스(Impedance)및 캐패시턴스(Capacitance)를 필히 고려하여야 한다. 코어(102)는 약 1800℃의 고온에서 열처리 한 후 가공해야 하며, 가공 후에도 고온에서 열처리 된 금속체가 특성이 우수하다.

도 3은 전압계(112)에 자석(111)을 이용하여 증폭부(4)의 사용없이 전압을 증폭시키는 구성도로, 증폭부(4)가 없는 일반 전압계(112)로 1m의 거리에서 1가우스(Gauss)의 자석(111)의 N극과 S극이 방향을 바꿀때 속도의 차이는 있으나 1사이클(Cycle)시 10mV ~ 13mV가 출력된다. 상기 도 2의 코어(102)의 길이는 단일체(101) Unit 1(A), Unit 2(B), Unit 3(C)를 합하여 30mm 정도가 된다. 따라서 코어(102)의 길이가 길어지고 구리동선(103)의 감는 횟수가 늘어나면 감지거리가 증가하고 가우스가 낮은 철(Fe)의 움직임도 양호하게 감지하게 된다.

다음에, 상기 구성을 가진 본 고안의 동작을 설명한다.

본 고안의 고감도 자기 감응 장치는 자기성분을 가지는 철(Fe)이 움직일 때 자석(111)이 가지고 있는 N극과 S극의 변화로 일어나는 주파수의 변화를 감지하듯이, 본 감지 장치로 철의 움직임을 감지할 수 있는 장치이다. 즉, 본 고안은 전원공급부(7)가 드라이버단(2)과 증폭부(4), 구동부(6)에 정전압을 공급하여 자기 감응 장치가 동작할 수 있도록 한 상태에서, 자기성분을 가지는 철이 움직이면 써칭코일(1)이 상기 움직이는 자기성분을 감지하여 신호를 출력한다. 이 출력신호는 드라이버단(2)을 통과하여 대역필터부(3)로 입력된다. 대역필터부(3)는 상기 드라이버단(2)으로부터 입력된 신호파형을 본 고안의 용도에 맞는 신호만을 출력하기 위해 미리 설정된 대역의 주파수만을 통과시키고 그 이외의 상부 및 하부 주파수는 모두 감쇠시킨다. 이렇게 대역필터부(3)에 의해 필터링된 출력신호는 대역필터부(3)의 동작전력으로 인해 낮은 신호로 출력된다. 따라서, 대역필터부(3)에서 낮아진 출력신호는 본 고안의 용도에 이용할 수 있도록증폭부(4)에 의해 소정레벨 증폭된다. 이후, 감쇠부(5)에 의해 대역필터부(3) 및 증폭부(4)를 통과하면서 발생하는 왜곡과 잡음이 감쇠된다. 이같이 왜곡신호 및 잡음이 감쇠된 감쇠부(5)로부터의 출력신호는 구동부(6)에 입력되고, 사용자가 휴대하고 있는 자기 감지 측정기를 동작시킴으로써 사용자가 자기성분이 측정되었음을 인지하도록 한다.

상술한 바와 같이 본 고안의 고감도 자기 감응 장치에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

1. 장시간 사용해도 특성변화가 전혀 없다.

2. 감지하기 위한 센서에 공급되는 전원이 필요치 않다.

3. 온도변화, 습도변화에 영향을 받지 않는다.

4. 지중(地中). 수중(水中)등 사용처에 구애 받지 않는다.

5. 완전금속으로 차폐된 공간에서도 특성변화가 발생하지 않는다.

6. 금속중에 오직 철(Fe)성분만 감지한다.

7. 센서자체에 전압이 출력된다. 예를들어 40Cm 길이 Ø40mm 의 코어에 1가우스 자성체가 10m에서 1사이클로 N극과 S극이 변화될때, 드라이버에서 얻어지는 출력전압은 약 5V ~ 6V이다.

8. 써칭코일의 길이에 비례하여 원거리를 감지할 수 있다.

Claims (1)

1. 각각 독립된 코어(Core)에 에나멜로 코팅된 구리동선(Coil)을 감은 각 단일체 3개를 구리동선이 서로 역방향이 되도록 배열하여 조립한 써칭코일(Searching Coil);

   출력신호를 증폭하기 위해 증폭부를 동작시켜주는 역할을 하는 드라이버단(Driver);

   써칭코일에 의해 출력된 신호중에서 미리 설정된 대역의 주파수만 통과시키고 그 이외의 상부 및 하부 주파수는 전부 감쇠시키는 대역필터부(Band Pass Filter);

   대역필터부의 동작전력으로 인해 낮아진 출력신호를 소정레벨 증폭해주는 증폭부(Amplifier);

   증폭부로부터의 출력신호에 대해 무 왜곡 감쇠를 주도록 설계된 감쇠부(Attenuator);

   감쇠부로부터의 출력신호를 사용자가 휴대하고 있는 자기 감응 측정기에 출력하여 사용자에게 철(Fe)이 가지는 자기성분이 측정되었음을 인지시키고, 본 고안을 동작시키는 구동부; 및,

   장치의 동작전원을 공급하도록 정전압을 유지하는 전원공급부로 구성되는 것을 특징으로 하는 고감도 자기 감응 장치.