KR20120010051A - Magnetic-field detecting apparatus having differnetial-magetic-sensor-module - Google Patents
Magnetic-field detecting apparatus having differnetial-magetic-sensor-module Download PDFInfo
- Publication number
- KR20120010051A KR20120010051A KR1020100071612A KR20100071612A KR20120010051A KR 20120010051 A KR20120010051 A KR 20120010051A KR 1020100071612 A KR1020100071612 A KR 1020100071612A KR 20100071612 A KR20100071612 A KR 20100071612A KR 20120010051 A KR20120010051 A KR 20120010051A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- magnetic sensor
- magnetic
- output terminal
- differential
- magnetic field
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
- G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 자기장 검출 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차분 자기 센서 모듈을 이용하여 공간상의 인접한 미소 영역에서의 자기장 세기 차이를 측정하고, 각 자기 센서의 감응 방향으로 강한 자기장이 인가될 때에도 공간상의 인접한 미소 영역에서의 자기장 세기 차이를 측정할 수 있는 자기장 검출 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a magnetic field detection device, and more particularly, by using a differential magnetic sensor module to measure the difference in magnetic field strength in adjacent minute regions in space, even when a strong magnetic field is applied in the direction of response of each magnetic sensor. The present invention relates to a magnetic field detection device capable of measuring a difference in magnetic field strength in an adjacent micro area.
자기적 현상을 이용한 비파괴(Nondestructive) 검사 방법은 구조물의 표면 결함이나 표면 근방의 이면 결함 또는 내면 결함을 찾아내는데 유용한 검사 방법이다. 비파괴 검사 방법을 이용하여, 원자력 발전, 화력 발전, 화학 산업 등에 사용되는 대형 플랜트나 구조물의 결함을 찾아낼 수 있다. Nondestructive inspection methods using magnetic phenomena are useful inspection methods to detect surface defects in the structure, backside defects or internal defects near the surface. Non-destructive testing methods can be used to detect defects in large plants and structures used in nuclear power, thermal power, and chemical industries.
공간상의 자기장의 세기 분포 또는 미소 공간상에서의 자기장의 세기 차이를 측정하면, 자화된 시험편의 결함 측정, 와전류에 의한 비파괴 검사, 금속 및 지뢰검출, 인쇄 회로 기판의 배선 검사, 전원선 및 전원 연결부의 누설 전류 탐지, 자기 패턴의 검사 등에 다양하게 활용될 수 있다. When measuring the intensity distribution of magnetic field in space or the difference in magnetic field in micro space, measurement of defects in magnetized specimens, non-destructive inspection by eddy currents, detection of metals and mines, inspection of printed circuit boards, inspection of power lines and power connections It can be used for various purposes such as leakage current detection and magnetic pattern inspection.
공간상의 자기장의 세기 분포 또는 미소 공간상에서의 자기장의 세기 차이를 측정하기 위한 방법 중 하나가 많은 수의 자기 센서를 2차원 또는 3차원으로 배열하여 각각의 위치에 해당하는 공간상의 자기장의 세기를 측정하는 것이다. One of the methods for measuring the intensity distribution of magnetic fields in space or the difference in strength of magnetic fields in micro-space is to measure the intensity of magnetic fields in space corresponding to each position by arranging a large number of magnetic sensors in two or three dimensions. It is.
자기 센서를 2차원 또는 3차원으로 배열하면, 배선의 개수가 센서의 개수에 비례하여 증대하고, 따라서 2차원 배열된 자기센서를 구동 및 신호 추출을 위한 배선방법은 매우 복잡하게 된다. When the magnetic sensors are arranged in two or three dimensions, the number of wires increases in proportion to the number of sensors, and thus the wiring method for driving and extracting signals of the two-dimensional arrayed magnetic sensors becomes very complicated.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 공간상의 인접한 미소 영역에서의 자기장 세기 차이를 측정하고, 각 자기 센서의 감응 방향으로 강한 자기장이 인가될 때에도 공간상의 인접한 미소 영역에서의 자기장 세기 차이를 측정할 수 있는 자기장 검출 장치를 제공하는 데 있다.The problem to be solved by the present invention is to measure the difference in magnetic field strength in the adjacent micro-regions in space, and to measure the difference in magnetic field strength in the adjacent micro-regions in space even when a strong magnetic field is applied in the sensitive direction of each magnetic sensor. A magnetic field detection device is provided.
상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 자기장에 대응하여 전기 신호를 각각 출력하는 제1 자기 센서와 제2 자기 센서를 포함하고, 상기 제1 자기 센서의 출력값과 상기 제2 자기 센서의 출력값의 차분값을 출력 신호로서 출력하는 차분 자기 센서 모듈; 및 상기 출력 신호를 필터링하고 증폭하여 상기 제1 자기 센서 및 상기 제2 자기 센서가 위치한 공간상의 자기장 세기 차이를 수치화하는 신호처리부를 포함하고, 상기 제1 자기 센서와 상기 제2 자기 센서는, 전원(Vcc)이 연결되는 제1 전원 단자, 접지(GND)가 연결되는 제2 전원 단자, 제1 출력값을 출력하는 제1 출력 단자, 및 제2 출력값을 출력하는 제2 출력 단자를 각각 포함하고, 상기 제1 자기 센서의 제2 출력 단자는 상기 제2 자기 센서의 제1 출력단자와 연결되며, 상기 제1 자기 센서의 제1 출력 단자와 상기 제2 자기 센서의 제2 출력 단자는 상기 신호처리부와 연결되는 것을 특징으로 하는 자기장 검출 장치를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention includes a first magnetic sensor and a second magnetic sensor for respectively outputting an electrical signal in response to a magnetic field, wherein the output value of the first magnetic sensor and the output value of the second magnetic sensor A differential magnetic sensor module for outputting a difference value as an output signal; And a signal processor configured to filter and amplify the output signal to quantify a difference in magnetic field strength in a space in which the first magnetic sensor and the second magnetic sensor are located. The first magnetic sensor and the second magnetic sensor may include a power source. A first power supply terminal to which Vcc is connected, a second power supply terminal to which ground GND is connected, a first output terminal to output a first output value, and a second output terminal to output a second output value, respectively; The second output terminal of the first magnetic sensor is connected to the first output terminal of the second magnetic sensor, and the first output terminal of the first magnetic sensor and the second output terminal of the second magnetic sensor are the signal processor. It provides a magnetic field detection device characterized in that connected to.
또한 본 발명은, 복수의 차분 자기 센서 모듈들이 M 행 * N 열로 배열된 차분 자기 센서 배열; 및 상기 차분 자기 센서 모듈들의 각 출력값들로부터 상기 차분 자기 센서 모듈이 위치한 공간상의 자기장 세기 차이를 정량화하는 신호처리부를 포함하고, 상기 차분 자기 센서 모듈의 각각은, 자기장 세기에 대응하는 전기 신호를 출력하는 제1 자기 센서와 제2 자기 센서를 포함하고, 상기 제1 자기 센서와 상기 제2 자기 센서는, 전원(Vcc)이 연결되는 제1 전원 단자, 접지(GND)가 연결되는 제2 전원 단자, 자기장 세기에 대응하는 제1 출력값을 출력하는 제1 출력 단자, 및 자기장 세기에 대응하는 제2 출력값을 출력하는 제2 출력 단자를 각각 포함하며, 상기 제1 자기 센서의 제2 출력 단자는 상기 제2 자기 센서의 제2 출력 단자와 연결되며, 상기 제1 자기 센서의 제1 출력 단자와 상기 제2 자기 센서의 제1 출력 단자는 상기 신호처리부와 연결되는 것을 특징으로 하는 자기장 검출 장치를 제공한다.The present invention also provides a differential magnetic sensor array comprising a plurality of differential magnetic sensor modules arranged in M rows * N columns; And a signal processing unit for quantifying a difference in magnetic field strength in a space where the differential magnetic sensor module is located from respective output values of the differential magnetic sensor modules, wherein each of the differential magnetic sensor modules outputs an electrical signal corresponding to the magnetic field strength. And a first magnetic sensor and a second magnetic sensor, wherein the first magnetic sensor and the second magnetic sensor include a first power supply terminal to which a power supply Vcc is connected and a second power supply terminal to which a ground GND is connected. And a first output terminal for outputting a first output value corresponding to the magnetic field strength, and a second output terminal for outputting a second output value corresponding to the magnetic field strength, wherein the second output terminal of the first magnetic sensor includes: And a second output terminal of a second magnetic sensor, wherein the first output terminal of the first magnetic sensor and the first output terminal of the second magnetic sensor are connected to the signal processor. It provides a magnetic field detection apparatus with.
또한 본 발명은, 자기장에 대응하여 전기 신호를 각각 출력하는 제1 자기 센서와 제2 자기 센서와 제3 자기 센서와 제4 자기 센서를 포함하고, 상기 제1 자기 센서와 상기 제2 자기 센서의 차분값과 상기 제3 자기 센서와 상기 제4 자기 센서의 차분값의 차분값을 출력 신호로서 출력하는 차분 자기 센서 모듈; 및 상기 출력 신호를 필터링하고 증폭하여 상기 차분 자기 센서 모듈이 위치한 공간상의 자기장 세기 차이를 수치화하는 신호처리부를 포함하고, 상기 제1 자기 센서와 상기 제2 자기 센서와 상기 제3 자기 센서와 상기 제4 자기 센서의 각각은, 전원(Vcc)이 연결되는 제1 전원 단자, 접지(GND)가 연결되는 제2 전원 단자, 자기장 세기에 대응하는 제1 출력값을 출력하는 제1 출력 단자, 및 자기장 세기에 대응하는 제2 출력값을 출력하는 제2 출력 단자를 각각 포함하고, 상기 제1 자기 센서의 제2 출력 단자는 상기 제2 자기 센서의 제2 출력단자와 연결되고, 상기 제3 자기 센서의 제2 출력 단자는 상기 제4 자기 센서의 제2 출력단자와 연결되고, 상기 제2 자기 센서의 제1 출력 단자는 상기 제3 자기 센서의 제1 출력단자와 연결되며, 상기 제1 자기 센서의 제1 출력 단자와 상기 제4 자기 센서의 제1 출력 단자는 상기 신호처리부와 연결되는 것을 특징으로 하는 자기장 검출 장치를 제공한다.In addition, the present invention includes a first magnetic sensor, a second magnetic sensor, a third magnetic sensor and a fourth magnetic sensor for outputting an electrical signal corresponding to a magnetic field, respectively, wherein the first magnetic sensor and the second magnetic sensor A differential magnetic sensor module for outputting a difference value between the difference value and the difference value between the third magnetic sensor and the fourth magnetic sensor as an output signal; And a signal processor for filtering and amplifying the output signal to quantify a difference in magnetic field strength in a space in which the differential magnetic sensor module is located, wherein the first magnetic sensor, the second magnetic sensor, the third magnetic sensor, and the third magnetic sensor are quantified. Each of the four magnetic sensors includes a first power supply terminal to which a power supply Vcc is connected, a second power supply terminal to which a ground GND is connected, a first output terminal to output a first output value corresponding to the magnetic field strength, and a magnetic field strength. A second output terminal for outputting a second output value corresponding to the second output terminal, wherein the second output terminal of the first magnetic sensor is connected to the second output terminal of the second magnetic sensor, The second output terminal is connected to the second output terminal of the fourth magnetic sensor, the first output terminal of the second magnetic sensor is connected to the first output terminal of the third magnetic sensor, 1 output Characters and the fourth first output terminal of the magnetic sensor provides a magnetic field detecting device, characterized in that connected to the signal processor.
또한 본 발명은, 복수의 차분 자기 센서 모듈들이 M 행 * N 열로 배열된 차분 자기 센서 배열; 및 상기 차분 자기 센서 모듈들의 각 출력값들로부터 상기 차분 자기 센서 모듈이 위치한 공간상의 자기장 세기 차이를 정량화하는 신호처리부를 포함하고, 상기 차분 자기 센서 모듈의 각각은, 자기장 세기에 대응하는 전기 신호를 출력하는 제1 자기 센서와 제2 자기 센서와 제3 자기 센서와 제4 자기 센서를 포함하고, 상기 제1 자기 센서와 상기 제2 자기 센서와 상기 제3 자기 센서와 상기 제4 자기 센서의 각각은, 전원(Vcc)이 연결되는 제1 전원 단자, 접지(GND)가 연결되는 제2 전원 단자, 자기장 세기에 대응하는 제1 출력값을 출력하는 제1 출력 단자, 및 자기장 세기에 대응하는 제2 출력값을 출력하는 제2 출력 단자를 각각 포함하고, 상기 제1 자기 센서의 제2 출력 단자는 상기 제2 자기 센서의 제2 출력단자와 연결되고, 상기 제3 자기 센서의 제2 출력 단자는 상기 제4 자기 센서의 제2 출력단자와 연결되고, 상기 제2 자기 센서의 제1 출력 단자는 상기 제3 자기 센서의 제1 출력단자와 연결되고, 상기 제1 자기 센서의 제1 출력 단자와 상기 제4 자기 센서의 제1 출력 단자는 상기 신호처리부와 연결되는 것을 특징으로 하는 자기장 검출 장치를 제공한다.The present invention also provides a differential magnetic sensor array comprising a plurality of differential magnetic sensor modules arranged in M rows * N columns; And a signal processing unit for quantifying a difference in magnetic field strength in a space where the differential magnetic sensor module is located from respective output values of the differential magnetic sensor modules, wherein each of the differential magnetic sensor modules outputs an electrical signal corresponding to the magnetic field strength. And a first magnetic sensor, a second magnetic sensor, a third magnetic sensor, and a fourth magnetic sensor, wherein each of the first magnetic sensor, the second magnetic sensor, the third magnetic sensor, and the fourth magnetic sensor , A first power terminal connected to the power supply Vcc, a second power supply terminal connected to the ground GND, a first output terminal outputting a first output value corresponding to the magnetic field strength, and a second output value corresponding to the magnetic field strength. A second output terminal for outputting a second output terminal, the second output terminal of the first magnetic sensor is connected to a second output terminal of the second magnetic sensor, and a second output terminal of the third magnetic sensor Is connected to a second output terminal of the fourth magnetic sensor, a first output terminal of the second magnetic sensor is connected to a first output terminal of the third magnetic sensor, and a first output terminal of the first magnetic sensor And a first output terminal of the fourth magnetic sensor is connected to the signal processor.
본 발명에 의하면, 차분 자기 센서 모듈을 이용하여 공간상의 인접한 미소 영역에서의 자기장 세기 차이를 측정할 수 있으며, 각 자기 센서의 감응 방향으로 강한 자기장이 인가될 때에도 공간상의 인접한 미소 영역에서의 자기장 세기 차이를 측정할 수 있다.According to the present invention, the differential magnetic sensor module can be used to measure the difference in magnetic field strength in adjacent microregions in space, and even when a strong magnetic field is applied in the sensitive direction of each magnetic sensor, the magnetic field strength in adjacent microregions in space The difference can be measured.
또한 본 발명에 의하면, 복수의 차분 자기 센서 모듈을 매트릭스 형태로 배열한 차분 자기 센서 배열을 이용함으로써, 신속하게 넓은 영역에서 인접한 미소 공간상의 자기장의 세기 차이를 측정할 수 있다.In addition, according to the present invention, by using a differential magnetic sensor array in which a plurality of differential magnetic sensor modules are arranged in a matrix form, it is possible to quickly measure the difference in intensity of magnetic fields in adjacent microspaces in a large area.
또한 본 발명에 의하면 스위칭부의 모든 스위치들을 자기 센서가 배치된 곳의 바깥 쪽에 위치시킴으로써, 각 자기 센서를 더욱 조밀하게 배열할 수 있고 각 자기 센서가 배치된 영역 내에서 배선의 개수를 최소화할 수 있다. In addition, according to the present invention, by placing all the switches of the switching unit outside the magnetic sensor arrangement, each magnetic sensor can be arranged more densely and the number of wires can be minimized in the area where each magnetic sensor is arranged. .
도 1은 자기 센서 및 이를 구비한 자기장 검출 장치를 나타낸 블록도.
도 2는 도 1의 자기 센서를 매트릭스 형태로 배열한 자기 센서 배열을 포함하는 자기장 검출 장치를 예시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 차분 자기 센서 모듈과 이를 구비한 자기장 검출 장치를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 차분 자기 센서 배열과 이를 구비한 자기장 검출 장치를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 차분 자기 센서 모듈과 이를 구비한 자기장 검출 장치를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 차분 자기 센서 배열과 이를 구비한 자기장 검출 장치를 예시한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 차분 자기 센서 모듈과 이를 구비한 자기장 검출 장치를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명에 따른 차분 자기 센서 배열과 이를 구비한 자기장 검출 장치를 예시한 도면.
도 9는 본 발명에 따른 자기장 검출 장치를 나타낸 도면.
도 10은 신호처리부를 상세히 나타낸 도면.
도 11은 도 2의 자기 센서 배열에 따른 실험 결과를 나타낸 도면.
도 12는 도 11에서 횡축 방향의 미소 영역에서 자기장 세기의 차이 분포를 나타낸 도면.
도 13은 도 4의 차분 자기 센서 배열에 따른 실험 결과를 나타낸 도면.
도 14는 도 2의 배열 방식에서 자기 센서의 감응 방향으로 자기장이 인가되는 경우의 실험 결과를 나타낸 도면.
도 15는 도 4 내지 도 8의 배열 방식에서 자기 센서의 감응 방향으로 자기장이 인가되는 경우의 실험 결과를 나타낸 도면.1 is a block diagram showing a magnetic sensor and a magnetic field detection device having the same.
FIG. 2 illustrates a magnetic field detection device including the magnetic sensor array in which the magnetic sensors of FIG. 1 are arranged in a matrix form. FIG.
3 is a view showing a differential magnetic sensor module and a magnetic field detection device having the same according to the present invention.
4 is a view showing a differential magnetic sensor array and a magnetic field detection device having the same according to the present invention.
5 is a view showing a differential magnetic sensor module and a magnetic field detection device having the same according to the present invention.
Figure 6 illustrates a differential magnetic sensor array and a magnetic field detection device having the same according to the present invention.
7 is a view showing a differential magnetic sensor module and a magnetic field detection device having the same according to the present invention.
8 illustrates a differential magnetic sensor array and a magnetic field detection device having the same according to the present invention.
9 is a view showing a magnetic field detection device according to the present invention.
10 is a detailed view of a signal processor.
FIG. 11 is a view showing experimental results according to the magnetic sensor arrangement of FIG. 2. FIG.
FIG. 12 is a diagram illustrating a distribution of differences in magnetic field strength in a minute region in the horizontal axis direction in FIG. 11. FIG.
FIG. 13 is a view showing experimental results according to the differential magnetic sensor arrangement of FIG. 4. FIG.
FIG. 14 is a view showing experimental results when a magnetic field is applied in a direction in which a magnetic sensor is sensed in the arrangement of FIG. 2.
FIG. 15 is a view showing an experimental result when a magnetic field is applied in the direction of induction of the magnetic sensor in the arrangement of FIGS. 4 to 8.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements.
도 1은 자기 센서와 이를 구비한 자기장 검출 장치를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a magnetic sensor and a magnetic field detection device having the same.
도 1에 도시된 것처럼, 자기장 검출 장치(60)는 자기 센서(10) 및 신호처리부(30)를 구비하며, 추가로 스위치(20)를 더 구비할 수 있다. As shown in FIG. 1, the magnetic field detection device 60 may include a
자기 센서(10)는 제1 전원 단자(a), 제2 전원 단자(c), 제1 출력 단자(d) 및 제2 출력 단자(b)를 포함한다. 제1 전원 단자(a)는 제1 전원(Vcc)과 연결되고 제2 전원 단자(c)는 접지인 제2 전원(GND)과 연결되며, 제1 출력 단자(d) 및 제2 출력 단자(b)는 각각 제1 출력 전압(V1+) 및 제2 출력 전압(V1-)을 출력한다. The
스위치(20)는 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW1')를 포함하는데, 제1 전원 단자(a)와 제1 전원(Vcc) 사이에는 제1 스위치(SW1)가 연결되고, 제2 전원 단자(c)와 접지(GND) 사이에는 제2 스위치(SW1')가 연결된다. 스위치(20)는 자기 센서(10)에 대한 구동의 개시 및 종료를 수행하는 역할을 수행하며, 복수의 자기 센서(10)를 매트릭스 형태로 배열하는 경우에 각각의 행과 열에 위치한 자기 센서에 대하여 구동의 개시와 종료를 수행한다. The
자기 센서(10)의 제1 전원 단자(a)에 제1 전원(Vcc)이 인가되고 제2 전원 단자(c)에 제2 전원(GND, 접지)이 연결되면, 자기 센서(10)는 자기 센서(10)로 입사되는 자기장의 세기에 대응되는 전기 신호를 제1 출력 단자(d) 및 제2 출력 단자(b)를 통하여 신호 처리부(30)로 출력한다. 자기 센서(10)에서 전기장 및 자기장이 직교하면 제1 출력 단자(d)와 제2 출력 단자(b) 간에 전압 차이가 발생한다. When the first power supply Vcc is applied to the first power supply terminal a of the
즉, 각 스위치(SW1, SW1')가 구동되면, Vcc와 GND가 자기 센서(10)의 a단자와 c단자에 입력된다. 그리고 자기 센서(10)에 입력되는 자기장의 세기에 비례하여 제1 출력 단자(b)에는 V1+, 제2 출력 단자(d)에는 V1-에 해당하는 전압이 출력된다. 신호처리부(30)는 V1+와 V1-의 전기신호를 검출함으로써, 자기 센서(10)가 위치한 공간상의 자기장의 세기를 정량적으로 측정할 수 있다. That is, when the switches SW1 and SW1 'are driven, Vcc and GND are input to the a terminal and the c terminal of the
본 발명에서 자기 센서는 홀 센서(hall sensor), 자기 저항 센서(magneto-resistive sensor, MR sensor) 센서, 거대 자기 저항 센서(giant magneto resistive sensor, GMR sensor) 및 거대 자기 임피던스 센서(giant magneto impedance sensor, GMI sensor)를 포함하는 센서를 의미한다. In the present invention, the magnetic sensor includes a hall sensor, a magneto-resistive sensor (MR sensor) sensor, a giant magneto resistive sensor (GMR sensor), and a giant magneto impedance sensor. , GMI sensor).
단일의 자기 센서(10)를 이용하여 자기장을 검출하려면, 피측정체(미도시)와 평행한 평면상에서 정밀하게 이동시키면서 피측정체(60)에서 발생하는 자기장을 감지할 수 있다. 이와 같은 방법에서는 피측정체(60)를 전체적으로 스캔(scan)할 수 있도록 자기 센서(10)를 이동시켜야 한다. 전술한 것처럼 단일의 자기 센서(10)를 사용하는 경우에는 자기 센서(10)를 피측정체 상에서 이동시켜야 한다. To detect the magnetic field using the single
한편 후술하겠지만 복수의 자기 센서(10)를 매트릭스 형태로 배열함으로써 넓은 면적에 대하여 신속하게 자기장을 검출할 수 있으며, 그 외에도 차분 자기 센서 배열을 이용하는 경우에는 자기 센서를 이동시키지 않고도 피측정체에 인가된 자기장을 검출할 수도 있다. 본 발명에 따른 자기 센서, 자기 센서 배열 및 차분 자기 센서 배열을 이용하여 피측정체의 자기장을 검출함으로써, 피측정체를 파괴하지 않고 비파괴 방식으로 피측정체의 내부 구조를 검사할 수 있으며 그에 따라 피측정체 내부에 존재할 수 있는 균열 등의 결함을 검출할 수 있다.On the other hand, as will be described later, by arranging the plurality of
도 2는 도 1의 자기 센서를 매트릭스 형태로 배열한 자기 센서 배열을 포함하는 자기장 검출 장치를 예시한 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating a magnetic field detection device including a magnetic sensor array in which the magnetic sensors of FIG. 1 are arranged in a matrix form.
도 2에 따른 자기장 검출 장치는 자기 센서 배열(110), 스위칭부(211, 212) 및 신호처리부(미도시)를 포함한다.The magnetic field detecting apparatus according to FIG. 2 includes a
도 2에 따른 자기 센서 배열(110)은 M 행 * N 열(도 2에서는 4 행 * 4 열이지만 본 발명의 실시예가 이에 한정되지 않고 다양한 형태의 행과 열로 배열될 수 있음)의 매트릭스 형태로 자기 센서(1101~1116)가 배열된다. m(m은 1~M) 행에 배치된 각 자기 센서들의 제1 전원 단자(a)는 동일한 전원 라인을 통해 제1 전원(Vcc)과 연결되고, m(m은 1~M) 행에 배치된 각 자기 센서들의 제2 전원 단자(b)는 동일한 전원 라인을 통해 제2 전원(GND)과 연결된다. 그리고 n(n은 1~N) 열에 배치된 각 자기 센서들의 제1 출력 단자(d)는 동일한 출력 라인을 통해 전기 신호(Vn+)를 출력하고, n(n은 1~N) 열에 배치된 각 자기 센서들의 제2 출력 단자(d)는 동일한 출력 라인을 통해 전기 신호(Vn-)를 출력한다. The
스위칭부(211, 212)는 자기 센서 배열(110)에서 각 자기 센서(1101~1116)의 구동을 개시하고 종료한다. 이를 위해 스위칭부(211, 21)는 각 자기 센서(1101~1116)의 제1 전원 단자(a)에 제1 전원(Vcc)을 전달하는 제1 스위치(211)와 각 자기 센서(1101~1116)의 제2 전원 단자(c)에 제2 전원(GND)을 전달하는 제2 스위치(212)를 포함한다. The switching
제1 스위치(211)는 행 별로 자기 센서를 구동하기 위하여 행의 개수와 동일한 개수의 스위치를 구비한다. 유사하게, 제2 스위치(212)도 행 별로 자기 센서를 구동하기 위하여 행의 개수와 동일한 개수의 스위치를 구비한다. 도 2의 자기 센서 배열(110)은 4행으로 구성되었으므로, 도 2의 경우 제1 스위치(211)는 4 개의 스위치(SW1a, SW2a, SW3a, SW4a)로 구성되고, 제2 스위치(212)도 또한 4 개의 스위치(SW1b, SW2b, SW3b, SW4b)로 구성된다. 하나의 스위치가 턴 온되는 경우, 그 스위치와 연결된 행에 속하는 모든 자기 센서로 전원이 공급된다. 자기 센서는 제1 전원(Vcc)과 제2 전원(GND)가 모두 인가되어야 구동되므로, 제1 스위치와 제2 스위치(211, 212)에서 동일한 행에 속하는 스위치는 동시에 턴 온되도록 제어되어야 한다. The
제1 스위치(211)에서 SW1a는 1 행의 자기 센서(1101~1104)의 각 제1 전원 단자들(a)로 제1 전원(Vcc)을 전달하고, SW1b는 1 행의 자기 센서(1101~1104)의 각 제2 전원 단자들(c)로 제2 전원(GND)을 전달한다. SW2a는 2 행의 자기 센서(1105~1108)의 각 제1 전원 단자들(a)로 제1 전원(Vcc)을 전달하고, SW2b는 2 행의 자기 센서(1101~1104)의 각 제2 전원 단자들(c)로 제2 전원(GND)을 전달한다. 스위치 SW3a, SW3b, SW4a, 및 SW4b도 상기와 유사하게 연결된다. In the
도 2에서 m 행에 배치된 자기 센서들은, m 행의 자기 센서들과 연결되는 스위치들(SWma 및 SWmb)이 턴 온되어 m 행에 배치된 자기 센서들로 제1 전원(Vcc) 및 제2 전원(Vg)이 인가되는 경우에, m 행에 배치된 자기 센서들은 각각의 자기 센서로 입사되는 자기장의 세기에 대응되는 전기 신호를 각각 출력한다. In FIG. 2, the magnetic sensors arranged in the m row are the magnetic sensors disposed in the m row with the switches SWma and SWmb connected to the magnetic sensors of the m row turned on. When the power supply Vg is applied, the magnetic sensors arranged in the m row respectively output electrical signals corresponding to the strength of the magnetic field incident on the respective magnetic sensors.
예를 들어, 1 행에 배치된 자기 센서들(1101~1104)은, 스위치 SW1a 및 스위치 SW1b가 턴 온되는 경우에, 자기 센서(1101~1104)로 입사되는 자기장의 세기에 대응되는 전기 신호를 각각의 출력 라인을 통하여 출력한다. 스위치 SW1a 및 스위치 SW1b가 턴 온되는 경우, 1 행의 1 열에 배치된 자기 센서(1101)는 자기장 세기에 대응하는 출력값인 V1+와 V1-를 전기 신호로서 출력하고, 1 행의 2 열에 배치된 자기 센서(1102)는 자기장 세기에 대응하는 출력값인 V2+와 V2-를 전기 신호로서 출력한다. 한편, 1 행의 3 열과 1 행의 4 열에 배치된 자기 센서(1103, 1104)는 각각 V3+와 V3-, V4+와 V4-를 출력한다. For example, the
한편 각각의 출력 라인(Vn+, Vn-)은 신호처리부(30)와 연결되어 있다. 신호처리부(30)는 각각의 출력 라인(Vn+, Vn-)을 통해서 전달되는 전기 신호를 분석하여 자기 센서 배열에서 각각의 자기 센서(1101~1116)의 위치에 해당하는 자기장을 정량적으로 검출한다.The output lines Vn + and Vn− are connected to the
동일한 열에 배치된 자기 센서들의 제1 출력 단자(d)와 제2 출력 단자(b)는 각각 동일한 출력 라인에 연결되어 있으므로, 제1 스위치와 제2 스위치(211, 212)에서 서로 다른 행에 속하는 스위치는 동시에 턴 온되지 않도록 제어되어야 한다.Since the first output terminal d and the second output terminal b of the magnetic sensors arranged in the same column are connected to the same output line, respectively, they belong to different rows in the first switch and the
도 3은 본 발명에 따른 차분 자기 센서 모듈과 이를 구비한 자기장 검출 장치를 나타낸 도면이다.3 is a view showing a differential magnetic sensor module and a magnetic field detection device having the same according to the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 자기장 검출 장치는 차분 자기 센서 모듈(13) 및 신호처리부(30)를 포함하며, 추가로 스위칭부(23)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the magnetic field detecting apparatus according to the present invention may include a differential
도 3에서처럼, 본 발명에 따른 차분 자기 센서 모듈(13)은 한 쌍의 자기 센서로 이루어지며, 제1 자기 센서(131) 및 제2 자기 센서(132)를 포함한다.As shown in FIG. 3, the differential
제1 자기 센서(131) 및 제2 자기 센서(132)는 각각 제1 전원 단자(a), 제2 전원 단자(c), 제1 출력 단자(d) 및 제2 출력 단자(b)를 구비한다.The first
제1 자기 센서(131) 및 제2 자기 센서(132)에서, 제1 전원 단자(a)는 제1 전원(Vcc)과 연결되고 제2 전원 단자(c)는 접지인 제2 전원(GND)과 연결된다. 한편 제1 자기 센서(131)의 제2 출력 단자(b)는 제2 자기 센서(132)의 제2 출력 단자(b)와 연결된다.In the first
제1 자기 센서(131)의 제1 출력 단자(d)는 신호처리부(33)와 연결되며, 제1 출력 전압(V1+)을 출력한다. 그리고 제2 자기 센서(132)의 제1 출력 단자(d)는 신호처리부(33)와 연결되며, 제2 출력 전압(V1-)을 출력한다. The first output terminal d of the first
스위칭부(23)는 차분 자기 센서 모듈(13)에 전원을 공급하는 역할을 수행하며, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW1')를 포함한다. 제1 스위치(SW1)는 제1 전원(Vcc)과 각 자기 센서(131. 132)의 제1 전원 단자(a)의 사이에 위치하고, 제2 스위치(SW1')는 제2 전원(GND)과 각 자기 센서(131. 132)의 제2 전원 단자(c)의 사이에 위치한다.The switching
한 쌍의 자기 센서(131, 132)를 도 3처럼 배열하고 배선하면, 공간상에서 인접한 영역의 자기장의 세기 차이를 측정할 수 있다. 즉, 도 3에서 SW1과 SW1'를 구동하면, Vcc와 GND에 의하여 각 자기 센서(131, 132)의 각 전원 단자들(a와 c)로 전원이 공급된다. 그에 따라 좌측 자기 센서(131)와 우측 자기센서(132)에서, 제1 출력 단자(d)와 제2 출력 단자(b)는 각각 자기장의 세기에 비례한 전기 신호를 출력한다. 이때, 좌측 자기 센서(131)의 제2 출력 단자(b)와 우측 자기 센서(132)의 제2 출력 단자(b)를 서로 연결하면, 좌측 자기 센서(131)의 제1 출력 단자(d)와 우측 자기 센서(132)의 제1 출력 단자(d)로부터 각각 V1+와 V1-에 해당하는 전기 신호가 출력된다. 이러한 전기 신호는 좌측 자기 센서(131)와 우측 자기 센서(132)에 각각 입사된 자기장의 세기와는 무관하며, 2 개의 자기 센서(131, 132)에서의 상대적인 자기장 세기의 차이에 비례한다. 즉, 도 3의 차분 자기 센서 모듈(13)은 인접한 미소 공간, 즉 2 개의 자기 센서(131, 132)가 위치한 공간에서의 자기장의 세기 차이를 전기 신호로 출력한다. By arranging and wiring a pair of
신호처리부(33)는 제1 자기 센서(131)의 제1 출력 단자(d) 및 제2 자기 센서(132)의 제1 출력 단자(d)와 연결되며, 차분 자기 센서 모듈(13)의 제1 출력 전압(V1+)과 제2 출력 전압(V1-)을 수신한다. The
본 발명에 따른 차분 자기 센서 모듈(13)은 제1 자기 센서(131)의 제2 출력 단자(b)와 제2 자기 센서(132)의 제2 출력 단자(b)를 서로 연결함으로써, 결과적으로 제1 자기 센서(131)와 제2 자기 센서(132)의 출력값의 차분에 해당하는 값을 제1 출력 전압(V1+)과 제2 출력 전압(V1-)의 형태로 출력한다. The differential
도 4는 본 발명에 따른 차분 자기 센서 배열과 이를 구비한 자기장 검출 장치를 예시한 도면이다.4 is a diagram illustrating a differential magnetic sensor array and a magnetic field detection device having the same according to the present invention.
본 발명에 따른 자기장 검출 장치는 차분 자기 센서 배열(130)과 스위칭부(231, 232)와 신호처리부(미도시)를 포함한다.The magnetic field detecting apparatus according to the present invention includes a differential
우선 본 발명에 따른 차분 자기 센서 배열(130)은 도 3과 동일한 차분 자기 센서 모듈(13_1~13_12)이 M 행 * N 열(도 4에서는 4 행 * 3 열이지만 본 발명의 실시예는 이에 한정되지 않고 다양한 형태의 행과 열로 배열될 수 있음)의 매트릭스 형태로 배열된다. 도 4의 차분 자기 센서 모듈(13_1~13_12)은 도 3의 차분 자기 센서 모듈(13)과 동일하므로 중복되는 설명은 생략하도록 한다.First, in the differential
본 발명에 따른 차분 자기 센서 배열(130)에서, n(n은 1~N) 열에 배치된 각 차분 자기 센서 모듈에 포함된 모든 자기 센서들의 제1 전원 단자들(a)은 하나로 연결된 전원 라인을 통해 제1 전원(Vcc)과 연결되고, n(n은 1~N) 열에 배치된 각 차분 자기 센서 모듈에 포함된 모든 자기 센서들의 제2 전원 단자들(b)은 하나로 연결된 전원 라인을 통해 제2 전원(GND)과 연결된다. 한편, 각각의 차분 자기 센서 모듈(13_1~13_12)에서, 좌측 자기 센서(1301~1324에서 홀수인 자기 센서)의 제2 출력 단자들(b)은 우측 자기 센서(1301~1324에서 짝수인 자기 센서)의 제2 출력 단자(b)와 서로 연결된다. 그리고 m(m은 1~M) 행에 배치된 각 차분 자기 센서 모듈에서 좌측 자기 센서(1301~1324에서 홀수인 자기 센서)의 제1 출력 단자들(d)은 동일한 출력 라인을 통해 전기 신호(Vm+)를 출력하고, m(m은 1~M) 행에 배치된 각 차분 자기 센서 모듈에서 우측 자기 센서(1301~1324에서 짝수인 자기 센서)의 제1 출력 단자들(d)은 동일한 출력 라인을 통해 전기 신호(Vn-)를 출력한다. In the differential
그리고 차분 자기 센서 모듈(13_1~13_12)의 각 출력 라인들은 모두 신호처리부(33)와 연결되며, 각 차분 자기 센서 모듈(13_1~13_12)의 출력값들(V1+, V2+, V3+, V4+, V1-, V2-, V3-, V4-)은 각각 신호처리부(33)로 전달된다.Each output line of the differential magnetic sensor modules 13_1 to 13_12 is connected to the
스위칭부(231, 232)는 자기 센서 배열(130)에서 각 자기 센서(1301~1324)의 구동을 개시하고 종료한다. 이를 위해 스위칭부(231, 232)는 각 자기 센서(1301~1324)의 제1 전원 단자(a)에 제1 전원(Vcc)을 전달하는 제1 스위치(231)와 각 자기 센서(1302~1324)의 제2 전원 단자(c)에 제2 전원(GND)을 전달하는 제2 스위치(232)를 포함한다. The switching
제1 스위치(231)는 열 별로 자기 센서를 구동하기 위하여 열의 개수와 동일한 개수의 스위치를 구비한다. 유사하게, 제2 스위치(212)도 열 별로 자기 센서를 구동하기 위하여 열의 개수와 동일한 개수의 스위치를 구비한다. 도 4의 자기 센서 배열(130)은 3열로 구성되었으므로, 도 4에서 제1 스위치(231)는 3개의 스위치(SW1, SW2, SW3)로 구성되고, 제2 스위치(232)도 또한 3개의 스위치(SW1', SW2', SW3')로 구성된다. 3개의 스위치 중에서 어느 하나의 스위치가 턴 온되는 경우, 그 턴 온된 스위치와 연결된 열에 속하는 차분 자기 센서 모듈에 포함된 모든 자기 센서들로 전원(Vcc, GND)이 인가된다. 자기 센서는 제1 전원(Vcc)과 제2 전원(GND)이 모두 인가되어야 구동되므로, 제1 스위치와 제2 스위치(231, 232)에서 동일한 열에 속하는 스위치는 동시에 턴 온되도록 제어되어야 한다. 예를 들어, 첫번째 열에 속하는 차분 자기 센서 모듈(13_1, 13_4, 13_7, 13_10)을 구동하려 하는 경우 SW1과 SW1'가 턴 온되도록 제어되어야 한다. The
제1 스위치(231)에서 첫번째 열과 연결된 스위치(SW1)는 첫번째 열의 차분 자기 센서 모듈(13_1, 13_4, 13_7, 13_10)에 포함된 모든 자기 센서의 각 제1 전원 단자들(a)로 제1 전원(Vcc)을 전달하도록 연결되고, 제2 스위치(232)에서 첫번째 열과 연결된 스위치(SW1')는 첫번째 열의 차분 자기 센서 모듈(13_1, 13_4, 13_7, 13_10)에 포함된 모든 자기 센서의 각 제2 전원 단자들(c)로 제 2 전원(GND)을 전달하도록 연결된다. 한편 스위치 SW2, SW2', SW3, 및 SW3'도 상기와 유사하게 연결된다.The switch SW1 connected to the first row of the
제1 스위치(231)와 제2 스위치(232)에서 동일한 열에 속하는 스위치들은 동일한 시각에 턴 온되고 턴 오프되도록 제어된다. 예를 들어, SW1과 SW1'는 동시에 턴 온되고 턴 오프되도록 제어되고, SW2와 SW2'는 동시에 턴 온되고 턴 오프되도록 제어되며, SW3와 SW3'는 동시에 턴 온되고 턴 오프되도록 제어되어야 한다. The switches belonging to the same column in the
한편 각각의 차분 자기 센서 모듈(13_1~13_12)의 각 출력 라인들에서 출력되는 출력값들(V1+, V2+, V3+, V4+, V1-, V2-, V3-, V4-)이 어떤 차분 자기 센서 모듈에서 출력되었는지를 식별하기 위하여, 상기 스위치들은 2개의 열에서 동시에 턴 온되지 않도록 제어되어야 한다. 어느 한 열의 차분 자기 센서 모듈들을 구동하는 스위치가 턴 온된 경우에는 다른 열의 차분 자기 센서 모듈을 구동하는 스위치는 턴 오프된 상태로 있도록 제어되어야 한다. On the other hand, the output values V1 +, V2 +, V3 +, V4 +, V1-, V2-, V3-, and V4- output from the respective output lines of the respective differential magnetic sensor modules 13_1 to 13_12 are not equal to each other. In order to identify the output, the switches must be controlled so that they are not turned on simultaneously in two rows. When the switch driving the differential magnetic sensor modules of one row is turned on, the switch driving the differential magnetic sensor modules of another row must be controlled to be turned off.
예를 들어, 제1 열의 차분 자기 센서 모듈(13_1, 13_4, 13_7, 13_10)을 구동하는 스위치인 SW1과 SW1'가 턴 온된 경우, 나머지 스위치들(SW2, SW2', SW3, SW3')은 턴 오프된 상태로 있게 된다. 각 열의 차분 자기 센서 모듈을 구동하는 스위치가 순서대로 주기적으로 턴 온/턴 오프하도록 제어됨으로써, 차분 자기 센서 배열(130)이 위치한 공간에서의 상대적인 자기장 세기의 차이를 신속하게 검출할 수 있다. For example, when SW1 and SW1 ', which are switches for driving the differential magnetic sensor modules 13_1, 13_4, 13_7, and 13_10 of the first row, are turned on, the remaining switches SW2, SW2', SW3, and SW3 'are turned on. Will remain off. Since the switches for driving the differential magnetic sensor modules of the respective rows are controlled to be periodically turned on / off in order, the difference in the relative magnetic field strength in the space in which the differential
한편 본 발명에서, 스위칭부(231, 232)의 모든 스위치들(SW1~SW3, SW1'~SW3')은 차분 자기 센서 배열(130)의 바깥쪽에 위치하는 것이 바람직하다, 그럼으로써, 각 자기 센서들(1301~1324)이 더욱 조밀하게 배열될 수 있고, 각 자기 센서(1301~1324)가 배열된 영역 내에서 배선의 개수가 최소화될 수 있다. On the other hand, in the present invention, all the switches SW1 to SW3 and SW1 'to SW3' of the switching
또한, 이러한 배열에서는 SW1과 SW1', SW2와 SW2', SW3와 SW3'이 순차적으로 스위칭 구동되고, V1+와 V1-, V2+와 V2-, V3+와 V3-, 및 V4+와 V4-의 출력값들이 신호처리부(33)에 의하여 병렬로 측정됨으로써, 신속하게 넓은 영역에서 인접한 미소 공간상의 자기장의 세기 차이가 측정될 수 있다. 이러한 원리에 의하면 상기 도 4의 4행 * 3열의 차분 자기 센서 모듈(13_1~13_12)의 배열뿐만 아니라 더 많은 행과 열을 가지도록 차분 자기 센서 모듈을 2차원적으로 배열하고 이를 이용하여 공간상의 자기장의 세기 차이를 측정할 수 있다.In this arrangement, SW1 and SW1 ', SW2 and SW2', SW3 and SW3 'are sequentially switched and driven, and output values of V1 + and V1-, V2 + and V2-, V3 + and V3-, and V4 + and V4- are signaled. By measuring in parallel by the
도 5는 본 발명에 따른 차분 자기 센서 모듈을 구비한 자기장 검출 장치를 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 차분 자기 센서 배열과 이를 구비한 자기장 검출 장치를 예시한 도면이다. 5 is a view showing a magnetic field detection device having a differential magnetic sensor module according to the present invention, Figure 6 is a view illustrating a differential magnetic sensor array and a magnetic field detection device having the same according to the present invention.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 차분 자기 센서 모듈(14)은 도 3의 차분 자기 센서 모듈(13)과 배선 연결 방식이 동일하지만, 자기 센서들(141, 142)의 각 단자들(a, b, c, d)의 배치 방식이 상이한 실시예이다.Referring to FIG. 5, the differential
또한 도 6의 차분 자기 센서 배열(140)은 도 4의 차분 자기 센서 배열(130)과 배선 연결 방식이 동일하지만, 자기 센서들(1401~1424)의 각 단자들(a, b, c, d)의 배치 방식이 상이한 실시예이다.In addition, although the differential
도 5 및 도 6에서 차분 자기 센서 모듈(14) 및 차분 자기 센서 배열(140)은 도 3 및 도 4의 차분 자기 센서 모듈(13) 및 차분 자기 센서 배열(130)과 그 구성 요소 및 기능이 동일하므로 중복되는 설명은 생략하도록 한다.In FIGS. 5 and 6, the differential
이처럼, 본 발명에 따른 차분 자기 센서 모듈(13, 14) 및 차분 자기 센서 배열(130, 140)에서 각 자기 센서들에 포함된 단자들은 도 3 내지 도 6의 실시예에 한정되지 않고 다양한 형태로 배치될 수 있으며, 각 단자와 전원 라인과 출력 라인 간도 다양한 형태로 연결될 수 있다. As such, the terminals included in the respective magnetic sensors in the differential
도 7은 본 발명에 따른 차분 자기 센서 모듈과 이를 구비한 자기장 검출 장치를 나타낸 도면이다.7 is a view showing a differential magnetic sensor module and a magnetic field detection device having the same according to the present invention.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 자기장 검출 장치는 차분 자기 센서 모듈(15) 및 신호처리부(35)를 포함하며, 추가로 스위칭부(25)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7, the magnetic field detecting apparatus according to the present invention may include a differential
도 7에서처럼, 본 발명에 따른 차분 자기 센서 모듈(15)은 4 개의 자기 센서를 구비하며, 제1 자기 센서(151), 제2 자기 센서(152), 제3 자기 센서(153), 및 제4 자기 센서(154)를 포함한다. 제1 자기 센서 내지 제4 자기 센서(151~154)는 각각 제1 전원 단자(a), 제2 전원 단자(c), 제1 출력 단자(d) 및 제2 출력 단자(b)를 포함한다.As shown in FIG. 7, the differential
제1 자기 센서 내지 제4 자기 센서(151~154)에서, 모든 제1 전원 단자(a)는 하나로 연결된 전원 라인을 통해 제1 전원(Vcc)과 연결되고, 모든 제2 전원 단자(c)는 하나로 연결된 전원 라인을 통해 접지인 제2 전원(GND)과 연결된다. 그리고 제1 자기 센서(151)의 제2 출력 단자(b)는 제2 자기 센서(152)의 제2 출력 단자(b)와 연결되고, 제3 자기 센서(153)의 제2 출력 단자(b)는 제4 자기 센서(152)의 제2 출력 단자(b)와 연결된다. 그리고 제2 자기 센서(152)의 제1 출력 단자(d)는 제3 자기 센서(153)의 제1 출력 단자(d)와 연결된다. In the first to fourth
제1 자기 센서(151)의 제1 출력 단자(d)는 신호처리부(33)와 연결되며, 제1 출력 전압(V1+)을 출력한다. 그리고 제4 자기 센서(132)의 제1 출력 단자(d)는 신호처리부(35)와 연결되며, 제2 출력 전압(V1-)을 출력한다. The first output terminal d of the first
스위칭부(25)는 차분 자기 센서 모듈(15)에 포함된 각 자기 센서(151~154)에 전원을 공급하는 역할을 수행하며, 제1 전원(Vcc)과 각 자기 센서(151~154)의 제1 전원 단자(a)의 사이에 위치하는 제1 스위치(SW1) 및 제2 전원(GND)과 각 자기 센서(151~154)의 제2 전원 단자(c)의 사이에 위치하는 제2 스위치(SW1')를 포함한다.The switching
4 개의 자기 센서(151~154)를 도 7처럼 배치하고 배선하면, 공간상에서 횡방향과 종방향의 자기장의 세기 차이를 측정할 수 있다. 도 7의 차분 자기 센서 모듈(15)에서 상단 2 개의 자기 센서(151, 152)와 하단 2 개의 자기 센서(153, 154)의 단자 배치 및 배선 연결은 도 3의 차분 자기 센서 모듈(13)과 유사하다. 그러나 도 7의 차분 자기 센서 모듈(15)은 상단 우측 자기 센서(152)의 제1 출력 단자(d)와 하단 좌측(153)의 제1 출력 단자(d)를 서로 연결함으로써, 결과적으로 상단 자기 센서(151, 152)에서의 자기장 세기 차이와 하단 자기 센서(153, 154)에서의 자기장 세기 차이의 차분값을 제1 출력 전압(V1+)과 제2 출력 전압(V1-)의 형태로 출력한다.When four
즉, 도 7의 실시예에 따른 차분 자기 센서 모듈(15)은 제1 자기 센서(151)와 제2 자기 센서(152)의 출력값의 차분값과 제3 자기 센서(153)와 제4 자기 센서(153)의 출력값의 차분값의 차분값을 출력값으로서 출력한다. That is, the differential
도 8은 본 발명에 따른 차분 자기 센서 배열을 구비한 자기장 검출 장치를 나타낸 도면이다.8 shows a magnetic field detection device having a differential magnetic sensor arrangement in accordance with the present invention.
본 발명에 따른 자기장 검출 장치는 차분 자기 센서 배열(150)과 스위칭부(251, 252)와 신호처리부(미도시)를 포함한다.The magnetic field detecting apparatus according to the present invention includes a differential
본 발명에 따른 차분 자기 센서 배열(150)은 도 7과 동일한 차분 자기 센서 모듈(15_1~15_6)이 M 행 * N 열(도 8에서는 2 행 * 3 열이지만 본 발명의 실시예는 이에 한정되지 않고 다양한 형태의 행과 열로 배열될 수 있음)의 매트릭스 형태로 배열된다. In the differential
도 8의 차분 자기 센서 모듈(15_1~15_6)은 도 7의 차분 자기 센서 모듈(15)과 그 기능, 단자의 배치 및 배선의 연결 방식이 동일하므로 중복되는 설명은 생략하도록 한다. 한편 도 8의 차분 자기 센서 배열(150)에서, 각 모듈(15_1~15_6) 내에 존재하는 자기 센서(1501~1524)의 단자 배치, 단자 간 연결, 각 단자와 전원 라인과 출력 라인 간의 연결은 도 8의 실시예에 한정되지 않고 다양한 형태로 변형될 수 있다.Since the differential magnetic sensor modules 15_1 to 15_6 of FIG. 8 have the same function as that of the differential
본 발명에 따른 차분 자기 센서 배열(150)에서, n(n은 1~N) 열에 배치된 각 차분 자기 센서 모듈에 포함된 모든 자기 센서들의 제1 전원 단자들(a)은 하나로 연결된 전원 라인을 통해 제1 전원(Vcc)과 연결되고, n(n은 1~N) 열에 배치된 각 차분 자기 센서 모듈에 포함된 모든 자기 센서들의 제2 전원 단자들(b)은 하나로 연결된 전원 라인을 통해 제2 전원(GND)과 연결된다. 그리고 m(m은 1~M) 행에 배치된 각 차분 자기 센서 모듈에서 상단 좌측 자기 센서의 제1 출력 단자들(d)은 동일한 출력 라인에 접속되어 전기 신호(Vm+)를 출력하고, m(m은 1~M) 행에 배치된 각 차분 자기 센서 모듈에서 하단 우측 자기 센서(1301~1324에서 짝수인 자기 센서)의 제1 출력 단자들(d)은 동일한 출력 라인에 접속되어 전기 신호(Vn-)를 출력한다. In the differential
한편, 각각의 차분 자기 센서 모듈(15_1~15_6)에서, 상단 좌측 자기 센서(1501, 1505, 1509, 1513, 1517, 1521)의 제2 출력 단자(b)는 상단 우측 자기 센서(1502, 1506, 1510, 1514, 1518, 1522)의 제2 출력 단자(b)와 서로 연결되고, 하단 좌측 자기 센서(1503, 1507, 1511, 1515, 1519, 1523)의 제2 출력 단자(b)는 상단 우측 자기 센서(1504, 1508, 1512, 1516, 1520, 1524)의 제2 출력 단자(b)와 서로 연결된다. Meanwhile, in each of the differential magnetic sensor modules 15_1 to 15_6, the second output terminal b of the upper left
차분 자기 센서 모듈(15_1~15_6)의 각 출력 라인들은 신호처리부(33)와 연결되며, 각 차분 자기 센서 모듈(15_1~15_6)의 출력값들(V1+, V2+, V1-, V2-)을 동시에 신호처리부(33)로 전달한다.Output lines of the differential magnetic sensor modules 15_1 to 15_6 are connected to the
스위칭부(251, 252)는 차분 자기 센서 배열(150)에서 각 자기 센서(1501~1524)의 구동을 개시하고 종료한다. 이를 위해 스위칭부(251, 252)는 각 자기 센서(1501~1524)의 제1 전원 단자(a)에 제1 전원(Vcc)을 전달하는 제1 스위치(251)와 각 자기 센서(1501~1524)의 제2 전원 단자(c)에 제2 전원(GND)을 전달하는 제2 스위치(232)를 포함한다. The switching
차분 자기 센서 모듈(15_1~15_6)을 각각의 열마다 순차적으로 구동시키기 위해, 제1 스위치(251)는 각각의 열마다 구비되는 스위치들(SW1, SW2, SW3)을 포함하며, 유사하게 제2 스위치(252)도 각각의 열마다 구비되는 스위치들(SW1', SW2', SW3')을 포함한다. 즉, 제1 스위치(251)와 제2 스위치(252)는 열 별로 자기 센서를 구동하기 위하여 열의 개수와 동일한 개수의 스위치들을 각각 구비한다.In order to sequentially drive the differential magnetic sensor modules 15_1 to 15_6 for each column, the
한편, 각 열에 구비된 스위치는 동시에 턴 온/턴 오프하도록 제어되어야 하며, 동시에 상이한 2개 열에서 스위치가 턴 온되지 않도록 제어되어야 한다. On the other hand, the switches provided in each row should be controlled to turn on / off at the same time, and at the same time, the switches should not be turned on in two different rows.
예를 들어, SW1과 SW1'는 동시에 턴 온되고 턴 오프되도록 제어되고, SW2와 SW2'는 동시에 턴 온되고 턴 오프되도록 제어되며, SW3와 SW3'는 동시에 턴 온되고 턴 오프되도록 제어되어야 한다. For example, SW1 and SW1 'are controlled to be turned on and off at the same time, SW2 and SW2' are controlled to be turned on and off at the same time, and SW3 and SW3 'should be controlled to be turned on and off at the same time.
또한, 어느 한 열과 연결된 스위치가 턴 온된 경우에는 다른 열과 연결된 스위치는 턴 오프되어 있어야 한다. 만일 SW1과 SW1'가 턴 온되어 있는 경우, SW2, SW2', SW3, SW3'는 턴 오프되어 있어야 한다.In addition, when a switch connected to one column is turned on, the switch connected to the other column should be turned off. If SW1 and SW1 'are turned on, SW2, SW2', SW3, SW3 'should be turned off.
도 9는 본 발명에 따른 자기장 검출 장치를 설명한 도면이다.9 is a view illustrating a magnetic field detection apparatus according to the present invention.
본 발명에 따른 자기장 검출 장치(600)는 차분 자기 센서(100), 스위칭부(200), 신호처리부(300), 및 제어부(400)를 포함하며, 추가로 자기장 인가부(500)를 더 포함할 수 있다.The magnetic
차분 자기 센서(100)는 도 3과 도 5와 도 7의 차분 자기 센서 모듈들(13, 14, 15) 및 도 4와 도 6과 도 8의 차분 자기 센서 배열들(130, 140, 150) 중의 어느 하나가 될 수 있다. 차분 자기 센서(100)는 자화된 피측정체(70)에 대하여 공간상의 자기장 세기 차이를 출력값으로서 출력한다.The differential
신호처리부(300)는 차분 자기 센서(100)의 출력값을 기초로 차분 자기 센서(100)가 위치한 공간상의 자기장 세기 차이에 대한 정보를 획득한다. 도 4, 도 6 및 도 8처럼 매트릭스 형태로 차분 자기 센서 모듈이 배열되는 경우, 차분 자기 센서(100)는 그 행의 개수에 따라 복수 개의 출력값들을 출력할 수 있다. The
예를 들어 차분 자기 센서(100)가 5 행 * N 열의 차분 자기 센서 모듈로 구성되는 경우 V1+ ~ V5+ 및 V1- ~ V5-가 출력될 수 있다. 신호처리부(300)는 복수의 출력값들을 병렬로 입력받아 각 행에 배치된 자기 센서가 위치한 공간상의 자기장 세기 차이를 각각 정량화한다.For example, when the differential
한편, 본 발명에 따른 자기장 검출 장치(600)는 피측정체(70)를 자화시키기 위해 자기장 인가부(500)를 더 포함할 수 있다. 자기장 인가부(500)는 교류 또는 직류 전류를 이용하여 피측정체(70)를 자화시킨다. On the other hand, the magnetic
스위칭부(200)는 차분 자기 센서(100) 내에 포함된 각 자기 센서들을 구동하는 스위치를 포함한다. 스위칭부(200)에 포함된 모든 스위치는 차분 자기 센서(100)의 바깥쪽에 위치하는 것이 바람직하다. 스위칭부(200)는 제1 전원(Vcc)과 차분 자기 센서(100) 사이에 위치하며, 또한 제2 전원(GND)과 차분 자기 센서(100) 사이에 위치한다. 스위칭부(200)는 차분 자기 센서(100) 내에 포함된 각 자기 센서들로 제1 전원(Vcc)과 제2 전원(GND)을 전달한다. The
제어부(400)는 스위칭부(200)의 스위칭 동작과 신호처리부(300)의 동작을 제어한다. 또한 제어부(400)는 신호처리부(300)로 스위칭부(200)에 포함된 각 스위치의 동작 상태에 대한 정보를 전달한다. 도 3과 도 5와 도 7에서처럼 차분 자기 센서 모듈이 하나만 있는 경우에는 스위칭부(200)의 제어가 필수적이지 않지만, 도 4와 도 6과 도 8에서처럼 차분 자기 센서 모듈이 매트릭스 형태로 배열되는 경우에는 각 스위치와 신호처리부의 동작이 제어부(400)에 의해 순차적으로 제어되어야 한다. The
예를 들어, 도 8의 차분 자기 센서 배열(150) 방식에 의하는 경우, 제어부(400)는 차분 자기 센서 모듈(15_1~15_6)들이 횡방향으로 순차적으로 구동되도록 각 스위치들을 제어할 수 있다. 이를 위해 제어부(400)는 SW1과 SW1'를 턴 온시켜 첫번째 열에 위치한 차분 자기 센서 모듈(15_1, 15_4)을 구동시킨다. 첫번째 열에 위치한 차분 자기 센서 모듈(15_1, 15_4)이 구동되면, 첫번째 열에 위치한 각 차분 자기 센서 모듈(15_1, 15_4)은 V1+, V1-, V2+, V2-를 출력값으로서 출력하고, 상기 출력값들(V1+, V1-, V2+, V2-)은 신호처리부(300)로 전달된다. 한편 제어부(400)는 첫번째 열의 스위치가 턴 온되었음을 신호처리부(300)로 알려준다. 그에 따라 신호처리부(300)는 상기 출력값들(V1+, V1-, V2+, V2-)에 대한 연산을 처리하여 첫번째 열에 위치한 각 차분 자기 센서 모듈(15_1, 15_4)이 위치한 공간에서의 자기장 세기 차이를 정량화하고, 정량화한 데이터를 저장한다.For example, according to the differential
그리고 나서 제어부(400)는 SW1과 SW1'를 턴 오프시키고, SW2와 SW2'를 턴 온시켜 두번째 열에 위치한 차분 자기 센서 모듈(15_2, 15_5)을 구동시킨다. 상기와 동일하게 두번째 열에 위치한 차분 자기 센서 모듈(15_2, 15_5)이 구동되면, 두번째 열에 위치한 각 차분 자기 센서 모듈(15_2, 15_5)은 V1+, V1-, V2+, V2-를 출력값으로서 출력하고, 상기 출력값들(V1+, V1-, V2+, V2-)은 신호처리부(300)로 전달된다. 제어부(400)는 두번째 열의 스위치가 턴 온되었음을 신호처리부(300)로 알려주며, 그에 따라 신호처리부(300)는 출력값들(V1+, V1-, V2+, V2-)에 대한 연산을 처리하여 두번째 열에 위치한 각 차분 자기 센서 모듈(15_2, 15_5)이 위치한 공간에서의 자기장 세기 차이를 정량화하고, 정량화한 데이터를 저장한다.Then, the
그리고 나서, 상기와 동일한 방식으로 제어부(400)는 SW2과 SW2'를 턴 오프시키고, SW3와 SW3'를 턴 온시켜 세번째 열에 위치한 차분 자기 센서 모듈(15_3, 15_6)를 구동시킨다. 상기와 같은 과정을 거치고 나면, 신호처리부(300)는 차분 자기 센서 배열(150)이 점유하는 모든 공간상에서의 자기장 세기 차이에 대한 정보를 획득하고 저장할 수 있다.Then, in the same manner as described above, the
도 4와 도 6의 차분 자기 센서 배열(130, 140)도 상기와 유사하게 제어된다.The differential
도 10은 신호처리부를 상세히 나타낸 도면이다.10 is a diagram illustrating in detail a signal processor.
도 10에서 차분 자기 센서(100)는 도 9에서 설명한 것처럼 도 3과 도 5와 도 7의 차분 자기 센서 모듈들(13, 14, 15) 및 도 4와 도 6과 도 8의 차분 자기 센서 배열들(130, 140, 150) 중의 어느 하나가 될 수 있다. 도 4, 도 6 및 도 8처럼 매트릭스 형태로 차분 자기 센서 모듈이 배열되는 경우, 차분 자기 센서(100)는 그 행의 개수에 따라 복수 개의 출력값들을 출력할 수 있다. In FIG. 10, the differential
신호처리부(300)는 차분 자기 센서(100)로부터 출력되는 전기 신호(V+, V-)로부터 차분 자기 센서(100)가 위치한 공간상의 자기장 세기 차이에 대한 정보를 획득한다. 이를 위해 신호처리부(300)는 차분 자기 센서(100)에서 출력되는 출력값들을 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환부(analog to dogital converter, AD converter, 330)를 포함하며, 디지털 신호를 처리하여 차분 자기 센서(100)가 위치한 공간상의 자기장 세기 차이에 대한 정보를 획득하는 데이터 처리부(340)를 더 포함할 수 있다.The
도 9에서 설명한 것처럼, 신호처리부(300)는 제어부(400)로부터 스위칭부(200)에 포함된 각 스위치의 동작 상태에 대한 정보를 전달받는다. 따라서 신호처리부(300)는 차분 자기 센서(100)에서 출력되는 출력값들 및 그 출력값들에 대한 디지털 신호들이 어떤 차분 자기 센서 모듈에서 생성된 신호인지를 각각 식별할 수 있다.As described with reference to FIG. 9, the
데이터 처리부(340)는 AD 변환부(330)의 출력 신호를 저장 및 연산 처리하여 공간상에서 정량적으로 수치화된 자기장 세기 차이에 대한 정보를 획득하고 이를 기초로 공간상의 자기장 세기 차이의 분포를 영상화할 수 있다.The
또한 데이터 처리부(340)는 공간상의 자기장 세기 차이의 분포를 각 세기 차이에 따라 다양한 색깔로 공간상에 채색하여 표현함으로써 공간상의 자기장 세기 차이의 분포를 용이하게 구별하도록 할 수 있다.In addition, the
한편, 신호처리부(300)는 노이즈를 제거하기 위하여 차분 자기 센서(100)로부터 출력되는 전기 신호(V+, V-)를 필터링하는 필터(310) 및 필터링된 전기 신호를 증폭하는 증폭부(320)를 더 포함할 수도 있다.On the other hand, the
피측정체(70)에 자기장을 인가하기 위해 교류 전류 또는 직류 전류가 이용될 수 있으므로, 자기장 인가를 위해 이용되는 전원 및 노이즈 특성에 따라 고역 통과 필터(high pass filter), 저역 통과 필터(low pass filter) 및 대역 통과 필터(band pass filter) 등의 다양한 필터가 이용될 수 있다. 또한 신호처리부(300)는 맥류를 일정한 전압으로 유지시켜주는 평활회로(미도시)를 더 포함할 수 있다. Since an alternating current or direct current may be used to apply the magnetic field to the object under
이하에서는 상기 실시예들을 실제 제작하여 도출된 실험 결과를 도면으로서 설명하도록 한다. Hereinafter, the experimental results derived by actually manufacturing the above embodiments will be described as drawings.
도 11은 도 2의 자기 센서 배열에 따른 실험 결과를 나타낸 도면이다.FIG. 11 is a diagram illustrating an experiment result according to the magnetic sensor arrangement of FIG. 2.
도 11은 직경 15mm의 원형 영구자석에 의하여 형성되는 자기장의 세기 분포를 도 2의 배열 방식을 가지는 자기 센서 배열에 의하여 측정한 자기 영상의 한 예를 나타낸다. 좌측과 우측의 각각의 반구형은 원형 영구자석의 N극과 S극에 대응한다. 도 2의 자기 센서 배열에 의한 배열 방식에 따라 총 1024개의 자기 센서를 0.78mm 간격으로 32행 * 32열의 매트릭스 방식으로 배치하고 배선하였다. 자기 센서 간의 간격 및 행과 열의 개수는 일 예로서 본 발명의 한계를 나타내는 것은 아니다.FIG. 11 illustrates an example of a magnetic image in which the intensity distribution of a magnetic field formed by a circular permanent magnet having a diameter of 15 mm is measured by a magnetic sensor array having the arrangement of FIG. 2. Each hemispherical shape on the left and right sides corresponds to the north pole and south pole of the circular permanent magnet. According to the arrangement by the arrangement of the magnetic sensors of FIG. 2, a total of 1024 magnetic sensors were arranged and wired in a matrix manner of 32 rows by 32 columns at 0.78 mm intervals. The spacing between the magnetic sensors and the number of rows and columns are not illustrative of the limitations of the present invention as an example.
도 12는 도 11에서 횡축 방향의 미소 영역에서 자기장 세기의 차이 분포를 나타낸 도면이다.FIG. 12 is a diagram illustrating a difference distribution of magnetic field intensities in the minute region in the horizontal axis direction in FIG. 11.
도 12는 도 11의 자기장 세기 분포에서 횡축 방향으로 인접한 미소 영역별로 자기장 세기의 차이를 계산하여 도시한 결과를 나타낸다. 도 12를 참조하면, 자기장의 변화가 급격한 곳(예를 들어, 공기와 자극의 경계 그리고 N극과 S극의 경계)에서 자기장 세기의 차이가 더욱 명확하게 나타나고 있음을 알 수 있다. FIG. 12 illustrates a result of calculating a difference in magnetic field strength for each of the minute regions adjacent to the horizontal axis in the magnetic field intensity distribution of FIG. 11. Referring to FIG. 12, it can be seen that the difference in magnetic field strength is more clearly shown at the place where the change of the magnetic field is sharp (for example, the boundary between air and magnetic pole and the boundary between N pole and S pole).
도 13은 도 4의 차분 자기 센서 배열에 따른 실험 결과를 나타낸 도면이고, 도 14는 도 2의 배열 방식에서 자기 센서의 감응 방향으로 자기장이 인가되는 경우의 실험 결과를 나타낸 도면이며, 도 15는 도 4 내지 도 8의 배열 방식에서 자기 센서의 감응 방향으로 자기장이 인가되는 경우의 실험 결과를 나타낸 도면이다.FIG. 13 is a diagram illustrating an experiment result according to the differential magnetic sensor arrangement of FIG. 4, and FIG. 14 is a diagram illustrating an experiment result when a magnetic field is applied in the direction of response of the magnetic sensor in the arrangement method of FIG. 2. 4 to 8 are diagrams showing experimental results when a magnetic field is applied in the direction of response of the magnetic sensor.
도 13은 직경 15mm의 원형 영구자석에 의하여 형성되는 자기장의 세기 분포를 상기 도 4의 배열 방식을 가지는 차분 자기 센서 배열에 의하여 측정한 자기 영상의 한 예를 나타낸다. FIG. 13 shows an example of a magnetic image obtained by measuring the intensity distribution of a magnetic field formed by a circular permanent magnet having a diameter of 15 mm by the differential magnetic sensor array having the arrangement of FIG. 4.
도 4의 배열 방식과 유사한 방식으로 총 2,048개의 자기 센서를 횡축 방향으로 0.52mm, 종축 방향으로 0.78mm 간격을 유지하여 32행 * 64열의 매트릭스 방식으로 배치하고 배선하였다. 횡축 방향으로 인접한 2개의 자기 센서를 도 3 및 도 4의 차분 자기 센서 모듈의 형태로 연결하여, 총 32행 * 32열의 데이터가 출력되도록 배치/배선되었다. 여기에서 자기 센서들 간의 간격 및 행과 열의 수는 이해를 돕기 위한 예로서, 본 발명의 한계를 나타내는 것은 아니다. In a manner similar to the arrangement of FIG. 4, a total of 2,048 magnetic sensors were spaced 0.52 mm in the horizontal axis and 0.78 mm in the vertical axis, and were arranged and wired in a matrix manner of 32 rows * 64 columns. Two magnetic sensors adjacent in the horizontal axis direction were connected in the form of the differential magnetic sensor modules of FIGS. 3 and 4 to arrange and wire 32 rows * 32 columns of data. Here, the distance between the magnetic sensors and the number of rows and columns are merely examples for understanding, and do not represent a limitation of the present invention.
도 13의 결과는 상기 도 12의 횡축 방향으로 인접한 자기 센서 간의 측정값의 차이를 계산하여 도시한 결과와 유사하다. 따라서, 도 4처럼 자기 센서를 배열하면, 별도의 계산 과정 없이 원하는 결과가 획득될 수 있음을 알 수 있다. The result of FIG. 13 is similar to the result of calculating and calculating a difference of measured values between adjacent magnetic sensors in the horizontal axis direction of FIG. 12. Therefore, when the magnetic sensor is arranged as shown in FIG. 4, it can be seen that a desired result can be obtained without a separate calculation process.
도 4 내지 도 8에서와 같이 자기 센서를 배치하고 배선을 연결하는 방식은 외부 자기장의 세기가 각 자기 센서의 자기 감응 방향과 같은 방향이고, 또한 인접한 자기장 세기의 차이를 측정할 때 유리하다. As shown in FIGS. 4 to 8, the method of arranging the magnetic sensors and connecting the wirings is advantageous when the intensity of the external magnetic field is in the same direction as the magnetic response direction of each magnetic sensor, and also when measuring the difference between the adjacent magnetic field intensities.
일예로, 자기 센서는 자기 센서에 수직인 방향의 자기장의 세기에 민감하다. 따라서, 도 2와 같은 형태의 배치 방식에 의하면, 그림 면의 법선 방향의 자기장이 가장 민감한 감응방향이 된다. 결과적으로 그림 면의 법선 방향으로 강한 자기장이 인가될 때, 공간상의 인접한 미소 영역에서의 자기장의 세기 차이를 측정하고자 하는 경우, 자기 센서의 측정 영역을 초과하기 때문에, 도 14의 결과처럼 원하는 값, 즉 공간상의 인접한 미소 영역에서의 자기장의 세기 차이를 측정할 수 없다. In one example, the magnetic sensor is sensitive to the strength of the magnetic field in a direction perpendicular to the magnetic sensor. Therefore, according to the arrangement | positioning system of the form like FIG. 2, the magnetic field of the normal direction of a figure surface becomes a sensitive sensitive direction. As a result, when a strong magnetic field is applied in the normal direction of the drawing plane, when a difference in intensity of the magnetic field in the adjacent microscopic area in the space is to be measured, the desired value is obtained as in the result of FIG. In other words, it is not possible to measure the difference in the strength of the magnetic field in the adjacent minute region in space.
그러나 도 4 내지 도 8의 배열 방법 및 배선 방법에 의한 차분 자기 센서 모듈 및 차분 자기 센서 배열을 이용하면, 자기 센서의 감응 방향(그림 면의 법선 방향)으로 강한 자기장이 인가될 때에도 도 14와는 달리 공간상의 인접한 미소 영역에서의 자기장의 세기 차이를 측정할 수 있음을 도 15를 통해 알 수 있다.However, when the differential magnetic sensor module and the differential magnetic sensor array according to the arrangement method and the wiring method of FIGS. 4 to 8 are used, even when a strong magnetic field is applied in the response direction of the magnetic sensor (normal direction in the drawing plane), unlike FIG. It can be seen from FIG. 15 that the difference in the intensity of the magnetic field in the adjacent minute regions in space can be measured.
이상에서는 도면에 도시된 구체적인 실시예를 참고하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하므로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자라면 이로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하고, 그와 동등 및 균등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 보호 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention. Accordingly, the scope of protection of the present invention should be construed in accordance with the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents and equivalents thereof should be construed as being covered by the scope of the present invention.
스위칭부(20) 신호처리부(30) 제어부(400)
자기장 인가부(500) 필터(310) 증폭부(320)
AD 변환부(330)
Magnetic
Claims (14)
상기 출력 신호를 필터링하고 증폭하여 상기 제1 자기 센서 및 상기 제2 자기 센서가 위치한 공간상의 자기장 세기 차이에 대한 정보를 획득하는 신호처리부를 포함하고,
상기 제1 자기 센서와 상기 제2 자기 센서의 각각은, 전원(Vcc)이 연결되는 제1 전원 단자, 접지(GND)가 연결되는 제2 전원 단자, 자기장 세기에 대응하는 제1 출력값을 출력하는 제1 출력 단자, 및 자기장 세기에 대응하는 제2 출력값을 출력하는 제2 출력 단자를 각각 포함하고,
상기 제1 자기 센서의 제2 출력 단자는 상기 제2 자기 센서의 제2 출력단자와 연결되며, 상기 제1 자기 센서의 제1 출력 단자와 상기 제2 자기 센서의 제1 출력 단자는 상기 신호처리부와 연결되는 것을 특징으로 하는 자기장 검출 장치.A differential magnetic sensor comprising a first magnetic sensor and a second magnetic sensor respectively outputting an electric signal corresponding to a magnetic field, and outputting a difference value between an output value of the first magnetic sensor and an output value of the second magnetic sensor as an output signal; module; And
A signal processor for filtering and amplifying the output signal to obtain information about a difference in magnetic field strength in a space where the first magnetic sensor and the second magnetic sensor are located;
Each of the first magnetic sensor and the second magnetic sensor outputs a first power terminal connected to a power supply Vcc, a second power supply terminal connected to a ground GND, and a first output value corresponding to a magnetic field strength. A first output terminal and a second output terminal for outputting a second output value corresponding to the magnetic field strength, respectively,
The second output terminal of the first magnetic sensor is connected to the second output terminal of the second magnetic sensor, and the first output terminal of the first magnetic sensor and the first output terminal of the second magnetic sensor are the signal processor. Magnetic field detection device characterized in that connected with.
상기 차분 자기 센서 모듈들의 각 출력값들로부터 상기 차분 자기 센서 모듈이 위치한 공간상의 자기장 세기 차이에 대한 정보를 획득하는 신호처리부를 포함하고,
상기 차분 자기 센서 모듈의 각각은, 자기장 세기에 대응하는 전기 신호를 각각 출력하는 제1 자기 센서와 제2 자기 센서를 포함하고,
상기 제1 자기 센서와 상기 제2 자기 센서의 각각은, 전원(Vcc)이 연결되는 제1 전원 단자, 접지(GND)가 연결되는 제2 전원 단자, 자기장 세기에 대응하는 제1 출력값을 출력하는 제1 출력 단자, 및 자기장 세기에 대응하는 제2 출력값을 출력하는 제2 출력 단자를 각각 포함하며,
상기 제1 자기 센서의 제2 출력 단자는 상기 제2 자기 센서의 제2 출력 단자와 연결되며, 상기 제1 자기 센서의 제1 출력 단자와 상기 제2 자기 센서의 제1 출력 단자는 상기 신호처리부와 연결되는 것을 특징으로 하는 자기장 검출 장치.A differential magnetic sensor arrangement in which a plurality of differential magnetic sensor modules are arranged in M rows * N columns; And
A signal processor configured to obtain information on a difference in magnetic field strength in a space in which the differential magnetic sensor module is located from respective output values of the differential magnetic sensor modules;
Each of the differential magnetic sensor modules includes a first magnetic sensor and a second magnetic sensor, respectively, which output electrical signals corresponding to magnetic field strengths,
Each of the first magnetic sensor and the second magnetic sensor outputs a first power terminal connected to a power supply Vcc, a second power supply terminal connected to a ground GND, and a first output value corresponding to a magnetic field strength. A first output terminal and a second output terminal for outputting a second output value corresponding to the magnetic field strength, respectively,
The second output terminal of the first magnetic sensor is connected to the second output terminal of the second magnetic sensor, and the first output terminal of the first magnetic sensor and the first output terminal of the second magnetic sensor are the signal processor. Magnetic field detection device characterized in that connected with.
상기 N 열의 각 열마다 배치되고, 각 열에 배치된 차분 자기 센서 모듈에 포함된 제1 자기 센서 및 제2 자기 센서의 제1 전원 단자와 상기 전원 사이에 연결되는 N 개의 제1 스위치; 및
상기 N 열의 각 열마다 배치되고, 각 열에 배치된 차분 자기 센서 모듈에 포함된 제1 자기 센서 및 제2 자기 센서의 제2 전원 단자와 상기 접지 사이에 연결되는 N 개의 제2 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 검출 장치. The magnetic field detection device of claim 2, wherein
N first switches disposed in each column of the N columns and connected between the first power terminal of the first magnetic sensor and the second magnetic sensor included in the differential magnetic sensor module disposed in each column and the power source; And
N second switches disposed in each column of the N columns and connected between the first power sensor and the second power terminal of the second magnetic sensor included in the differential magnetic sensor module disposed in each column, and the ground. Magnetic field detection device, characterized in that.
상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치의 스위칭 동작을 제어하고, 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치의 스위칭 동작에 대한 정보를 상기 신호처리부로 제공하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 검출 장치. The magnetic field detection device of claim 3, wherein
And a controller configured to control a switching operation of the first switch and the second switch and to provide information about the switching operation of the first switch and the second switch to the signal processor. .
각 열마다 배치된 스위치들이 열의 순서대로 순차적이고 주기적으로 턴 온되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 자기장 검출 장치.The method of claim 4, wherein the control unit
Magnetic field detection device, characterized in that for controlling the switches arranged in each row to turn on sequentially and periodically in the order of the columns.
n((n은 1~N인 자연수) 열에 위치한 제1 스위치와 제2 스위치가 동시에 턴 온되고, 상기 n 열을 제외한 다른 열의 스위치들은 턴 오프되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 자기장 검출 장치. The method of claim 4 or 5, wherein the control unit
The first field and the second switch located in the n ((n is a natural number of 1 ~ N)) is turned on at the same time, the magnetic field detection device, characterized in that for controlling the switches in the other rows except the n column.
상기 차분 자기 센서 모듈들의 출력값들을 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환부를 포함하며, 상기 디지털 신호를 이용하여 상기 차분 자기 센서 배열이 위치한 공간상의 자기장 세기 차이의 분포를 정량화하는 것을 특징으로 하는 자기장 검출 장치.The method of claim 2, wherein the signal processing unit
And an analog-to-digital converter for converting output values of the differential magnetic sensor modules into a digital signal, and using the digital signal to quantify a distribution of a difference in magnetic field strength in a space where the differential magnetic sensor array is located. .
상기 출력 신호를 필터링하고 증폭하여 상기 차분 자기 센서 모듈이 위치한 공간상의 자기장 세기 차이에 대한 정보를 획득하는 신호처리부를 포함하고,
상기 제1 자기 센서와 상기 제2 자기 센서와 상기 제3 자기 센서와 상기 제4 자기 센서의 각각은, 전원(Vcc)이 연결되는 제1 전원 단자, 접지(GND)가 연결되는 제2 전원 단자, 자기장 세기에 대응하는 제1 출력값을 출력하는 제1 출력 단자, 및 자기장 세기에 대응하는 제2 출력값을 출력하는 제2 출력 단자를 각각 포함하고,
상기 제1 자기 센서의 제2 출력 단자는 상기 제2 자기 센서의 제2 출력단자와 연결되고, 상기 제3 자기 센서의 제2 출력 단자는 상기 제4 자기 센서의 제2 출력단자와 연결되고, 상기 제2 자기 센서의 제1 출력 단자는 상기 제3 자기 센서의 제1 출력단자와 연결되고
상기 제1 자기 센서의 제1 출력 단자와 상기 제4 자기 센서의 제1 출력 단자는 상기 신호처리부와 연결되는 것을 특징으로 하는 자기장 검출 장치.And a first magnetic sensor, a second magnetic sensor, a third magnetic sensor, and a fourth magnetic sensor, each of which outputs an electrical signal corresponding to a magnetic field, wherein the difference value between the first magnetic sensor and the second magnetic sensor A differential magnetic sensor module for outputting a difference value between the difference between the third magnetic sensor and the fourth magnetic sensor as an output signal; And
A signal processor for filtering and amplifying the output signal to obtain information about a difference in magnetic field strength in a space where the differential magnetic sensor module is located;
Each of the first magnetic sensor, the second magnetic sensor, the third magnetic sensor, and the fourth magnetic sensor may include a first power terminal connected to a power supply Vcc and a second power supply terminal connected to a ground GND. A first output terminal for outputting a first output value corresponding to the magnetic field strength, and a second output terminal for outputting a second output value corresponding to the magnetic field strength, respectively.
A second output terminal of the first magnetic sensor is connected to a second output terminal of the second magnetic sensor, a second output terminal of the third magnetic sensor is connected to a second output terminal of the fourth magnetic sensor, The first output terminal of the second magnetic sensor is connected to the first output terminal of the third magnetic sensor
And a first output terminal of the first magnetic sensor and a first output terminal of the fourth magnetic sensor are connected to the signal processor.
상기 차분 자기 센서 모듈들의 각 출력값들로부터 상기 차분 자기 센서 모듈이 위치한 공간상의 자기장 세기 차이에 대한 정보를 획득하는 신호처리부를 포함하고,
상기 차분 자기 센서 모듈의 각각은, 자기장 세기에 대응하는 전기 신호를 출력하는 제1 자기 센서와 제2 자기 센서와 제3 자기 센서와 제4 자기 센서를 포함하고,
상기 제1 자기 센서와 상기 제2 자기 센서와 상기 제3 자기 센서와 상기 제4 자기 센서의 각각은, 전원(Vcc)이 연결되는 제1 전원 단자, 접지(GND)가 연결되는 제2 전원 단자, 자기장 세기에 대응하는 제1 출력값을 출력하는 제1 출력 단자, 및 자기장 세기에 대응하는 제2 출력값을 출력하는 제2 출력 단자를 각각 포함하고,
상기 제1 자기 센서의 제2 출력 단자는 상기 제2 자기 센서의 제2 출력단자와 연결되고, 상기 제3 자기 센서의 제2 출력 단자는 상기 제4 자기 센서의 제2 출력단자와 연결되고, 상기 제2 자기 센서의 제1 출력 단자는 상기 제3 자기 센서의 제1 출력단자와 연결되며,
상기 제1 자기 센서의 제1 출력 단자와 상기 제4 자기 센서의 제1 출력 단자는 상기 신호처리부와 연결되는 것을 특징으로 하는 자기장 검출 장치.A differential magnetic sensor arrangement in which a plurality of differential magnetic sensor modules are arranged in M rows * N columns; And
A signal processor configured to obtain information on a difference in magnetic field strength in a space in which the differential magnetic sensor module is located from respective output values of the differential magnetic sensor modules;
Each of the differential magnetic sensor modules includes a first magnetic sensor, a second magnetic sensor, a third magnetic sensor, and a fourth magnetic sensor for outputting an electrical signal corresponding to magnetic field strength,
Each of the first magnetic sensor, the second magnetic sensor, the third magnetic sensor, and the fourth magnetic sensor may include a first power terminal connected to a power supply Vcc and a second power supply terminal connected to a ground GND. A first output terminal for outputting a first output value corresponding to the magnetic field strength, and a second output terminal for outputting a second output value corresponding to the magnetic field strength, respectively.
A second output terminal of the first magnetic sensor is connected to a second output terminal of the second magnetic sensor, a second output terminal of the third magnetic sensor is connected to a second output terminal of the fourth magnetic sensor, The first output terminal of the second magnetic sensor is connected to the first output terminal of the third magnetic sensor,
And a first output terminal of the first magnetic sensor and a first output terminal of the fourth magnetic sensor are connected to the signal processor.
상기 N 열의 각 열마다 배치되며, 각 열에 배치된 차분 자기 센서 모듈에 포함된 제1 자기 센서 내지 제4 자기 센서의 제1 전원 단자와 상기 전원 사이에 연결되는 N 개의 제1 스위치; 및
상기 N 열의 각 열마다 배치되며, 각 열에 배치된 차분 자기 센서 모듈에 포함된 제1 자기 센서 내지 제4 자기 센서의 제2 전원 단자와 상기 접지 사이에 연결되는 N 개의 제2 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 검출 장치. The magnetic field detection device of claim 9, wherein
N first switches arranged in each column of the N columns and connected between the first power terminals of the first to fourth magnetic sensors included in the differential magnetic sensor module disposed in each column and the power source; And
It is disposed in each column of the N column, and further comprises N second switches connected between the second power terminal and the ground of the first magnetic sensor to the fourth magnetic sensor included in the differential magnetic sensor module disposed in each column Magnetic field detection device, characterized in that.
상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치의 스위칭 동작을 제어하고, 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치의 스위칭 동작에 대한 정보를 상기 신호처리부로 제공하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 검출 장치. The magnetic field detection device of claim 10, wherein
And a controller configured to control a switching operation of the first switch and the second switch and to provide information about the switching operation of the first switch and the second switch to the signal processor. .
각 열마다 배치된 스위치들이 열의 순서대로 순차적이고 주기적으로 턴 온되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 자기장 검출 장치.The method of claim 11, wherein the control unit
Magnetic field detection device, characterized in that for controlling the switches arranged in each row to turn on sequentially and periodically in the order of the columns.
n(n은 1~N인 자연수) 열에 위치한 제1 스위치와 제2 스위치가 동시에 턴 온되고, 상기 n 열을 제외한 다른 열의 스위치들은 턴 오프되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 자기장 검출 장치. The method of claim 11 or 12, wherein the control unit
The first field and the second switch located in the n (n is a natural number of 1 ~ N) is turned on at the same time, the switch in the other columns except for the n column is controlled to turn off the magnetic field detection device.
상기 차분 자기 센서 모듈들의 출력값들을 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환부를 포함하며, 상기 디지털 신호를 이용하여 상기 차분 자기 센서 배열이 위치한 공간상의 자기장 세기 차이의 분포를 정량화하는 것을 특징으로 하는 자기장 검출 장치.The method of claim 9, wherein the signal processing unit
And an analog-to-digital converter for converting output values of the differential magnetic sensor modules into a digital signal, and using the digital signal to quantify a distribution of a difference in magnetic field strength in a space where the differential magnetic sensor array is located. .
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020100071612A KR101174483B1 (en) | 2010-07-23 | 2010-07-23 | Magnetic-field detecting apparatus having differnetial-magetic-sensor-module |
PCT/KR2010/006023 WO2012011631A1 (en) | 2010-07-23 | 2010-09-06 | Apparatus for detecting magnetic field including a differential magnetic sensor module |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020100071612A KR101174483B1 (en) | 2010-07-23 | 2010-07-23 | Magnetic-field detecting apparatus having differnetial-magetic-sensor-module |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20120010051A true KR20120010051A (en) | 2012-02-02 |
KR101174483B1 KR101174483B1 (en) | 2012-08-16 |
Family
ID=45497029
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020100071612A KR101174483B1 (en) | 2010-07-23 | 2010-07-23 | Magnetic-field detecting apparatus having differnetial-magetic-sensor-module |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101174483B1 (en) |
WO (1) | WO2012011631A1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101376541B1 (en) * | 2012-05-22 | 2014-03-19 | 조선대학교산학협력단 | Apparatus for detection defect using the different kind magnetic sensor |
KR101480827B1 (en) * | 2013-11-25 | 2015-01-13 | 조선대학교산학협력단 | Apparatus for detection defect using the different kind magnetic sensor |
US9841470B2 (en) | 2015-02-23 | 2017-12-12 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Triaxial coil sensor and magnetic field measuring device including the same |
WO2022145508A1 (en) * | 2020-12-29 | 2022-07-07 | 한국전자기술연구원 | Dual mode readout integrated circuit for magnetic impedance sensor |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20160127385A (en) | 2015-04-27 | 2016-11-04 | 인하대학교 산학협력단 | Magnetorheological elastomer magnetic sensor |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06148139A (en) * | 1992-11-02 | 1994-05-27 | Mitsubishi Materials Corp | Defect detecting device |
KR20030092970A (en) * | 2002-05-31 | 2003-12-06 | 박관수 | Apparatus detecting a foreign substance by magnetic non-contact sensor and method thereof |
US9170234B2 (en) * | 2006-11-01 | 2015-10-27 | Industry-Academic Cooperation Foundation, Chosun University | Magnetic sensor array and apparatus for detecting defect using the magnetic sensor array |
-
2010
- 2010-07-23 KR KR1020100071612A patent/KR101174483B1/en active IP Right Grant
- 2010-09-06 WO PCT/KR2010/006023 patent/WO2012011631A1/en active Application Filing
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101376541B1 (en) * | 2012-05-22 | 2014-03-19 | 조선대학교산학협력단 | Apparatus for detection defect using the different kind magnetic sensor |
US9279783B2 (en) | 2012-05-22 | 2016-03-08 | Indusrty-Academic Cooperation Foundation Chosun University | Apparatus for detecting crack using heterogeneous magnetic sensors |
KR101480827B1 (en) * | 2013-11-25 | 2015-01-13 | 조선대학교산학협력단 | Apparatus for detection defect using the different kind magnetic sensor |
US9841470B2 (en) | 2015-02-23 | 2017-12-12 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Triaxial coil sensor and magnetic field measuring device including the same |
WO2022145508A1 (en) * | 2020-12-29 | 2022-07-07 | 한국전자기술연구원 | Dual mode readout integrated circuit for magnetic impedance sensor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2012011631A1 (en) | 2012-01-26 |
KR101174483B1 (en) | 2012-08-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100956163B1 (en) | Apparatus for detecting defect using the magnetic sensor array | |
KR101174483B1 (en) | Magnetic-field detecting apparatus having differnetial-magetic-sensor-module | |
EP3346298B1 (en) | Micro magnetic substance detection sensor and foreign object detection apparatus | |
CN101802603A (en) | Eddy-current flaw detecting method, eddy-current flaw detecting device, and eddy-current flaw detecting probe | |
KR101376541B1 (en) | Apparatus for detection defect using the different kind magnetic sensor | |
CN100587510C (en) | Magnetic field distribution test method and its device | |
KR101085563B1 (en) | Apparatus for detecting inclusions of cold rolled coil using the magnetic sensor | |
CN103777152A (en) | Alternating magnetic field three-dimensional distribution measuring device | |
US8884614B2 (en) | Eddy current array probe | |
CN107389782A (en) | Spiral nonmagnetic matrix high accuracy imaging detection device for the detection of pipeline tiny flaw | |
JP2017528737A (en) | Apparatus and method for magnetic sensor based surface shape analysis | |
CN113390954B (en) | Underwater structure crack growth visual monitoring system based on alternating current electromagnetic field | |
WO2018128225A1 (en) | Eddy current array probe having an insulted transceiver unit and eddy current examination method using same | |
CN105874329B (en) | Detect the device and method of the defect of steel plate | |
KR101480827B1 (en) | Apparatus for detection defect using the different kind magnetic sensor | |
JP5008697B2 (en) | Nondestructive inspection equipment | |
RU93539U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING MAGNETIC FIELD PARAMETERS | |
Christides et al. | Fast magnetic field mapping of permanent magnets with GMR bridge and Hall-probe sensors | |
WO2011052856A1 (en) | Magnetocardiogram measuring system for small animals, and a method for the same | |
EP2674772B1 (en) | A system for evaluating ferromagnetic objects and a method therefor | |
CN116298472A (en) | Busbar current determining method, device and system | |
Bui et al. | High-Resolution Flaw Detection Using Eddy-Current Probe Array Based on Giant Magnetoresistance Sensors | |
RU114372U1 (en) | Vortex defectoscope | |
JP2018009873A (en) | Probe and leakage flux flaw detection device equipped with the same | |
JP2018009872A (en) | Probe, flaw detection tool, leakage flux flaw detection device, and leakage flux flaw detection method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150728 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160718 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170628 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180531 Year of fee payment: 7 |