KR20090011266U - 자계위치인식센서의 성능 향상 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 고안은 자계를 감지하여 사람 없이 주행하는 무인주행차량이나 자율주행 로봇의 위치 인식에 사용된다. 자석을 따라서 주행하는 차량이나 로봇에 있어서 가장 중요한 것은 자석의 위치를 인식하는 것이다. 이를 위하여 본 고안은 자석의 위치를 검출하는 방법과 자계위치인식센서의 성능을 향상시키는 방법을 제시한다. 자계위치인식센서는 기판(1)에 열로 자기저항센서(2) 여러 개를 부착하여 자석이 센서의 바로 밑에 위치할 때 자계 값이 피크치가 된다는 점을 이용해 자석의 위치를 검출한다. 또한,이러한 방법을 개선하여 센서와 센서 사이의 중앙에 자석이 위치할 때도 위치를 검출할 수 있는 방법을 제시한다.

자계위치인식센서, 자기저항센서, 피크 값, 자석, 보정

Description

자계위치인식센서의 성능 향상 및 그 방법{Performance improvement of Magnetic Position Sensor And The Method}

자석이 자기저항센서의 바로 밑에 위치할 때 센서 출력은 피크 값을 출력한다.

자기저항센서는 강자성체에 외부자장에 의하여 저항이 변하는 원리를 이용한 것이다. 이 센서는 도 2와 같이 Permalloy(Nickel-Iron)로 구성된 얇은 막으로 실리콘 웨이퍼 위에 놓여 진 형태로 구성된다. 자기저항센서는 자장의 변화에 의해 약2~3%의 저항 변화를 나타낸다. 자기저항센서는 휘스톤 브리지 회로를 사용하여 주변 자계의 방향과 세기에 따라서 브리지 저항률이 변하여 전압으로 출력된다. 이러한 특성을 가진 자기저항센서(2)를 도 1과 같이 열로 배열하여 자계위치인식센서로 구성한다. 도 3과 같이 자계위치인식센서를 설치하고 자석을왼쪽에서 오른쪽으로 이동했을 때 출력되는 자계 값을 보정하여 나타내면 도 4와 같다. 도 4에서 알 수 있듯이 자석이 자계센서의 바로 밑을 지나갈 때 피크 값을 출력한다는 것을 알 수 있다. 이렇게 피크 값을 찾으면 자석이 어느 위치에 있는가를 알 수 있다.

자계위치인식센서는 출력되는 자기저항센서(2)의 값이 피크 값일 때에만 자석의 위치를 검출해 낼 수 있다. 즉, 센서의 바로 밑에 자석이 위치할 때에만 위치를 검출하게 된다. 이렇게 센서의 수에 비례한 만큼만의 위치를 검출한다는 한계가 있다. 이에 고안한 도 5에서 알 수 있듯이 센서와 센서 사이에서 중간 지점의 출력 값이 중첩되는 부분을 찾아내고자 한다.

자석이 자계위치인식센서의 밑을 이동할 때 근접한 두 자기저항센서의 출력 값이 도 5와 같이 중첩되는 부분이 발생한다. 즉, 두 센서의 출력 값이 같아지는 지점이 발생하는데 이때 두 센서의 출력 값의 차를 구하여 0이 되는 지점을 검출하면 자석이 센서와 센서의 중간지점에 있다는 것을 알 수 있다.

보정된 자계위치인식센서를 도 3과 같이 설치하여 일정한 자계를 가진 자석이 자계위치인식센서 밑을 지나갈 때 도 5와 같은 데이터가 출력되는데, 이러한 출력 데이터를 비교함으로써 두 자기저항센서의 중간 지점에 자석이 있을 때도 위치를 검출할 수 있다.

인접해 있는 두 자기저항센서(2)의 중간 위치를 검출하기 위해서는 도 6와 같이 각 센서에 일정한 자계가 인가됨에 따라 출력 또한 일정하게 나와야 한다. 하지만 자기저항센서는 설치각도 및 이득 오차에 따른 자기저항센서의 출력 오프셋이 존재하기 때문에 자기저항센서의 수직성분 출력이 일정하게 나오지 않는다. 도 6과같이 출력이 일정하지 않을 경우 자기저항센서와 센서 사이의 중간 지점을 검출할 때 중첩된 부분이 한쪽으로 치우치기 때문에 정확한 위치 데이터 값을 검출할 수 없다. 따라서 지구 자계를 이용하여 자기저항센서의 수직 성분 자계를 보정해야 한다. 보정된 센서의 밑에 자석이 지나갈 때 근접해 있는 두 센서 간의 차를 구하여 0이 되는 지점이 두 센서 사이의 중간지점이 된다.

도 1은 본 고안에 이용된 자계위치인식센서의 구조도 이다.

도 2는 본 고안에 이용된 자기저항센서의 구조도 이다.

도 3은 본 고안에 이용된 자계위치인식센서의 위치 검출장치 구조도 이다.

도 4는 보정된 자계위치인식센서의 피크 값 출력 데이터이다.

도 5은 보정된 자계위치인식센서의 센서간의 중첩 된 출력 데이터이다.

도 6은 보정되지 않은 자계위치인식센서의 출력 데이터이다.

*도면의 주요 부분에 사용된 부호의 설명

Permalloy Thin Film: 니켈ㆍ철로 구성된 저항성분

Substrate: 회로기판

Aluminum Profile: 알루미늄 프로파일

Magnetic marker: 자석

Magnetic Field: 자계

Claims (2)

1. 자계위치인식센서의 자기저항센서(2) 출력이 피크 값을 출력할 때 자석의 위치를 검출하는 방법.
2. 자석이 자계위치인식센서의 밑을 지날 때 근접해 있는 두 자기저항센서의 출력 값의 차를 구하여 0이 되는 지점을 검출하여 두 센서 사이의 중간지점에서 자석의 위치를 검출하는 방법.

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