KR20130081393A - Geomagnetic sensor apparatus eliminating shielding effect by using magnetic biasing - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A geomagnetism sensor device which removed the shielding effect by using a magnetic biasing is provided to improve an error, which does not detect the change even when the external magnetism changes, by the magnetic biasing method. CONSTITUTION: A geomagnetism sensor unit (410) comprises a geomagnetism sensor (411), an amplification circuit unit (413), a detection controlling unit (415), and a magnet (430). The geomagnetism sensor comprises a magnetic resistance element and outputs the voltage which corresponds to the change of the external magnetism according to the access of the external magnetic substance. The amplification circuit unit amplifies the voltage which is outputted from the geomagnetism sensor. The detection controlling unit uses the output of the amplification circuit unit to determine the access of the external magnetic substance. The magnetic is fixed by being separated from the geomagnetism sensor and provides the magnetic biasing to the geomagnetism sensor. [Reference numerals] (410) Geomagnetism sensor unit; (411) Geomagnetism sensor; (413) Amplification circuit unit; (415) Detection controlling unit; (430) Magnet; (450) Main body

Description

자기 바이어싱을 이용하여 차폐효과를 제거한 지자기 센서 장치{Geomagnetic Sensor Apparatus Eliminating Shielding Effect by Using Magnetic Biasing}Geomagnetic Sensor Apparatus Eliminating Shielding Effect by Using Magnetic Biasing}

본 발명은, 차량의 접근 등의 이유로 외부 자기장이 변함에도 지자기 센서가 그 변화를 검출하지 못하는 오류를 자기 바이어싱(Magnetic Biasing) 방법을 이용하여 개선한 지자기 센서 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a geomagnetic sensor device that improves an error that a geomagnetic sensor does not detect a change even when an external magnetic field changes due to the approach of a vehicle using a magnetic biasing method.

지자기 센서(Geo-Magnetic Sensor 또는 Earth's Magnetic Sensor)는 자계의 변화에 따라 저항값이 변하는 자기저항 소자를 이용하여 지구 자기장의 변화를 검출하는 센서이다. 지자기 센서에 사용되는 자기저항 소자에는 통상 이방성 자기저항 소자(AMR: Anisotropic Magnetic Resistance)나, 거대 자기저항 소자(GMR: Giant Magnetic Resistance) 등이 적용된다.Geo-Magnetic Sensor (Earth-Magnetic Sensor or Earth's Magnetic Sensor) is a sensor that detects the change in the earth's magnetic field using a magnetoresistive element whose resistance value changes according to the change of the magnetic field. As the magnetoresistive element used for the geomagnetic sensor, anisotropic magnetic resistance (AMR), giant magnetic resistance (GMR) or the like is usually applied.

현재 시중에 판매되고 있는 AMR 또는 GMR 소자도 자기장의 세기에 따라 저항 값이 변하는 성질을 가지는 특별한 소자를 이용한 것으로, 자기장의 측정시 물리적으로 센서가 놓여진 방향과 자기장의 방향에 따른 내부소자의 저항값이 변한다.The AMR or GMR devices currently on the market also use special devices that have a property that changes the resistance value depending on the strength of the magnetic field.The resistance value of the internal device according to the direction in which the sensor is physically placed and the direction of the magnetic field when measuring the magnetic field This changes.

AMR 소자는 니켈과 철로 이루어진 등방 성질을 가진 자기 저항 물질로, 이를 얇고 긴 필름형태로 만들어서 외부 자기장을 가해주면 발생한 마그네틱 모멘텀(Momentum)에 따라 길이 방향의 저항값이 변하는 특징이 있다. 도 1은 통상의 AMR 소자에서의 마그네틱 모멘텀의 변화를 도시한 도면이다. The AMR element is an isotropic magnetoresistance material made of nickel and iron. The AMR device has a characteristic of changing its resistance in the longitudinal direction according to the magnetic momentum generated when an external magnetic field is applied by making it into a thin and long film. 1 is a diagram showing a change in magnetic momentum in a conventional AMR element.

도 1을 참조하면, 외부 자기장(또는 외부 자계력) Hy가 작용할 때에 센서(10) 내부의 마그네틱 모멘텀(Ms)이 자화축(Easy Axis)과 외부 자기력 Hy의 벡터 합으로 나타남을 알 수 있다. 자화축이 AMR 소자(10)의 길이 방향으로 형성된 경우, AMR 소자의 길이 방향의 저항값 및 저항률(Resistivity)은 다음의 수학식 1과 같이 모델링된다.Referring to FIG. 1, it can be seen that when the external magnetic field (or external magnetic force) Hy is applied, the magnetic momentum Ms inside the sensor 10 is represented as a vector sum of an easy axis and an external magnetic force Hy. When the magnetization axis is formed in the longitudinal direction of the AMR element 10, the resistance value and resistivity in the longitudinal direction of the AMR element are modeled as in Equation 1 below.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, R0는 일반 상태(Normal State)의 저항 값, ΔR은 저항 변화량, ρ0는 일반 상태의 저항율, Δρ는 저항율 변화량, φ는 마그네틱 모멘텀(Ms)과 자화축(Easy Axis)이 이루는 각도를 말한다. 여기서, 일반 상태(Normal State)라 함은 외부 자기장 Hy의 세기가 변하지 않고 일정하게 유지되는 상태를 말하는 것으로서, 지구 자기장, 기타 외부에 고정된 자성체에 의한 영향만 존재하는 상태를 말한다. Where R 0 is the resistance value of the normal state, ΔR is the resistance change amount, ρ 0 is the resistivity value of the normal state, Δρ is the resistance change amount, φ is the angle between the magnetic momentum (Ms) and the easy axis. Say. Here, the normal state refers to a state in which the intensity of the external magnetic field Hy is not changed, and refers to a state in which only the influence of the earth's magnetic field and other externally fixed magnetic bodies exist.

수학식 1을 참조하면, AMR 소자의 저항값 R은 외부 자기장 Hy의 변화에 따라 변하는 각(φ)에 따라 바뀜을 알 수 있고, 그 관계는 비선형적인 특징이 있다. Referring to Equation 1, it can be seen that the resistance value R of the AMR element changes according to an angle φ that changes according to the change of the external magnetic field Hy, and the relationship has a nonlinear characteristic.

다음의 수학식 2는 수학식 1을 미분하여 각도에 따른 민감도(Sensitivity)를 구한 것으로서, 각(φ)에 따라 센서의 민감도가 상당히 변함을 알 수 있다. The following Equation 2 is obtained by differentiating Equation 1 to obtain a sensitivity (Sensitivity) according to the angle, it can be seen that the sensitivity of the sensor is significantly changed according to the angle (φ).

Figure pat00002
Figure pat00002

수학식 2에 따른 응답곡선이 도 2에 도시되어 있다. 도 2에서 가로축은 외부 자기력 Hy의 세기를 나타낸다. 세로축은 ΔR/Rmax를 나타내며, 외부 자기력 Hy가 0인 지점에서 가로축과 만난다. The response curve according to Equation 2 is shown in FIG. In FIG. 2, the horizontal axis represents the strength of the external magnetic force Hy. The vertical axis represents ΔR / Rmax and meets the horizontal axis at the point where the external magnetic force Hy is zero.

도 2를 참조하면, 기울기는 민감도를 나타내며 45°가 최대이므로, 기울기가 45°인 때에 민감도가 최대임을 알 수 있다. 또한, 외부 자계력 Hy가 0에 가까울수록 저항의 변화율(그래프의 기울기)이 급격히 작아지고, 외부 자계력 Hy가 일정량을 초과하여 포화된 경우에도 저항의 변화율이 급격히 저하되는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 2, since the slope represents the sensitivity and 45 ° is the maximum, it can be seen that the sensitivity is the maximum when the slope is 45 °. In addition, as the external magnetic field force Hy approaches 0, the rate of change of the resistance (the slope of the graph) decreases rapidly, and the rate of change of the resistance decreases rapidly even when the external magnetic field force Hy is saturated over a predetermined amount.

한편, 자기저항소자를 이용하여 지자기의 변화를 감지하는 센서를 구현할 수 있으며, 예컨대 자기저항소자에 일정한 전압 Vb를 걸어주고 그 자기저항소자의 저항값이 변함에 따라 저항분배되는 전압들을 적절히 차동 증폭함으로써 자기장의 변화에 따라 출력전압이 변하는 센서를 구현할 수 있다. 그리고 센서를 이용하여 차량의 접근에 따른 외부 자기장의 변화를 감지하는 방법으로 차량감지 센서를 설계할 수 있다. On the other hand, it is possible to implement a sensor for detecting the change of geomagnetism by using a magnetoresistive element, for example, by applying a constant voltage Vb to the magnetoresistive element and properly differentially amplifies the voltages distributed by resistance as the resistance value of the magnetoresistive element changes. Thus, a sensor in which the output voltage changes according to the change of the magnetic field can be realized. In addition, the vehicle detection sensor may be designed by using a sensor to detect a change in an external magnetic field according to the approach of the vehicle.

지구의 표면에 분포되어 있는 지구 자기장의 자속 밀도는 위치에 따라 차이가 있긴 하지만 대략 평균적으로 0.5 Gauss 정도의 세기로 매우 미약하다. 따라서 센서 주변에 철이나 철 합금 등의 강자성체가 접근하거나 이동하는 것만으로 외부 자기력의 세기, 방향 등을 검출하여 차량의 접근, 멈춤 또는 이동 등을 판단할 수 있다.The magnetic flux density of the Earth's magnetic field, which is distributed on the Earth's surface, varies with location, but is very weak at an intensity of about 0.5 Gauss on average. Therefore, by approaching or moving a ferromagnetic material such as iron or iron alloy around the sensor, it is possible to determine the approach, stop, or movement of the vehicle by detecting the strength and direction of the external magnetic force.

차량은 차량 축, 엔진, 트랜스미션 등 상당히 복잡한 형상의 금속이나 합금으로 이루어져 있어서, 차량 통과시 발생하는 AMR 소자를 이용한 지자기 센서의 검출 신호는 도 3의 예에서처럼 매우 복잡한 형태를 보인다. Since the vehicle is made of a metal or alloy having a fairly complex shape such as a vehicle shaft, an engine, a transmission, and the like, the detection signal of the geomagnetic sensor using the AMR element generated when passing through the vehicle has a very complicated shape as in the example of FIG. 3.

도 3은 차량의 접근에 따른 지자기 센서 출력의 일 예를 도시한 그래프로서, 해당 센서는 두 개의 서로 다른 방향의 자화축(Easy Axis)을 구비하여 2 개의 검출 신호 S1과 S2를 출력한다. 그래프의 가로축은 시간이고 세로축은 두 개의 검출 신호 S1과 S2의 세기이다. 3 is a graph illustrating an example of an output of a geomagnetic sensor according to an approach of a vehicle, and the sensor outputs two detection signals S1 and S2 having two easy directions of magnetization axes. The horizontal axis of the graph is time and the vertical axis is the intensity of two detection signals S1 and S2.

일반 상태(Normal State)에서는 두 개 출력 S1, S2의 크기가 모두 0이지만, 차량의 접근에 따라 각 신호 S1, S2가 변하게 된다. 어느 일정 시점에서 두 개 신호 S1과 S2 중 어느 하나라도 0이 아닌 값을 가지게 되면, 센서 인근에 차량이 접근한 것으로 판단할 수 있다. 따라서 도 3에 의하면, 대략 300 ms에 차량이 접근을 시작하였다가 대략 900 ms 시점에 정지하였거나 지나갔음을 확인할 수 있다. In the normal state, the magnitudes of the two outputs S1 and S2 are all 0, but each signal S1 and S2 changes as the vehicle approaches. If any one of the two signals S1 and S2 has a non-zero value at any point in time, it may be determined that the vehicle is near the sensor. Therefore, according to FIG. 3, it can be seen that the vehicle started approaching at about 300 ms and stopped or passed at about 900 ms.

문제는 실제 차량이 접근하여 계속 차량이 검출되어야 하는 상황인데도 두 개 신호 S1과 S2가 모두 0이 되는 순간이 발생하며, 이러한 오류는 상황에 따라 달라지고 고정된 것이 아니라는 것이다. 도 3의 경우에도 두 개 시점에서 신호 S1과 S2가 모두 0이 되는 블랙 아웃(Black out) 현상이 발생하였다. 결국, 검출 신호 자체가 중간에 없어지거나 불안정해지는 이러한 상황은 AMR 소자를 이용한 종래의 차량감지 센서의 오동작을 야기한다. The problem is that even when the actual vehicle is approaching and the vehicle must be detected continuously, there are moments when both signals S1 and S2 become zero, and this error is not fixed and fixed depending on the situation. Also in FIG. 3, a black out phenomenon occurs in which both signals S1 and S2 become 0 at two time points. As a result, this situation in which the detection signal itself disappears or becomes unstable causes a malfunction of the conventional vehicle detection sensor using the AMR element.

한편, 센서가 설치되는 위치 및 방향이 지구자기장의 방향과는 무관한 임의의 방향으로 설치되고 센서 주변에 철골 구조물 등의 커다란 강자성체가 있는 경우에 해당 센서 주변에 지구 자기장의 심각한 왜곡 효과가 발생할 수 있다. 문제는 이러한 경우에도 종래의 차량감지 센서가 비슷한 블랙 아웃 현상을 일으킬 수 있다는 점이다. On the other hand, if a sensor is installed in any direction irrespective of the direction of the earth's magnetic field and there is a large ferromagnetic material such as a steel structure around the sensor, serious distortion effects of the earth's magnetic field may occur around the sensor. have. The problem is that even in this case, a conventional vehicle detection sensor can cause a similar black out phenomenon.

이제까지 지자기 센서를 이용한 차량감지 센서가 제대로 개발되지 못한 여러 가지 이유 중에 이상에서 언급한 문제도 중요한 요인이 되었으며, 이를 해결할 필요가 있었다.
So far, the above-mentioned problem has become an important factor among the various reasons why the vehicle detection sensor using the geomagnetic sensor has not been properly developed, and it was necessary to solve this problem.

본 발명의 목적은 차량의 접근 등의 이유로 외부 자기장이 변함에도 지자기 센서가 그 변화를 검출하지 못하는 오류를 자기 바이어싱(Magnetic Biasing) 방법을 이용하여 개선한 지자기 센서 장치를 제공함에 있다.An object of the present invention is to provide a geomagnetic sensor device that is improved by using a magnetic biasing method that the geomagnetic sensor does not detect the change even when the external magnetic field changes due to the approach of the vehicle.

본 발명의 다른 목적은 센서 주변에 강자성체 구조물 등에 의한 지구 자기장의 심각한 왜곡으로 지자기 센서가 그 검출 대상인 자기장의 변화를 검출하지 못하는 오류를 자기 바이어싱 방법을 이용하여 개선한 지자기 센서 장치를 제공함에 있다. It is another object of the present invention to provide a geomagnetic sensor device that improves an error that a geomagnetic sensor does not detect a change in a magnetic field that is the target of detection by a magnetic biasing method due to severe distortion of the earth's magnetic field due to a ferromagnetic structure around the sensor. .

본 발명의 또 다른 목적은 이상의 개선된 지자기 센서 장치를 이용하여 차량의 접근을 감시하는 차량 감지센서를 제공함에 있다.
Another object of the present invention is to provide a vehicle sensor for monitoring the approach of the vehicle by using the above improved geomagnetic sensor device.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따라 외부 자성체의 접근을 검출하는 지자기 센서 장치는, 적어도 하나의 자기저항소자를 구비하여, 상기 외부 자성체의 접근에 따른 외부 자기장의 변화에 대응하는 전압을 출력하는 지자기 센서; 상기 지자기 센서가 출력하는 전압을 증폭하는 증폭회로부; 상기 증폭회로부의 출력을 이용하여 상기 외부 자성체의 접근 여부를 판단하는 검출제어부; 및 상기 지자기 센서로부터 이격되어 고정되고, 상기 지자기 센서에게 자기 바이어싱을 제공하는 자석을 포함하여 상기 외부 자성체의 접근에 따른 차폐효과를 제거할 수 있다. In order to achieve the above object, according to the present invention, a geomagnetic sensor device for detecting an approach of an external magnetic material includes at least one magnetoresistive element and outputs a voltage corresponding to a change in an external magnetic field according to the approach of the external magnetic material. Geomagnetic sensors; An amplifier circuit unit for amplifying a voltage output from the geomagnetic sensor; A detection control unit which determines whether the external magnetic material is approaching using the output of the amplifying circuit unit; And a magnet which is spaced apart from the geomagnetic sensor and fixed to the geomagnetic sensor, thereby providing magnetic biasing to the geomagnetic sensor.

실시 예에 따라, 상기 자석은 지자기 센서, 증폭회로부 및 검출제어부와 함께 하나의 본체 내에 수용될 수 있다. 이 경우, 지구 자기장의 배치관계에 따라 자기저항소자의 민감도가 떨어지는 것을 방지하기 위해, 상기 자석은 그 N극과 S극을 연결한 축 방향이 상기 지자기 센서의 자기저항소자의 측정방향과 평행하도록 배치될 수 있다. According to an embodiment, the magnet may be accommodated in one main body together with the geomagnetic sensor, the amplifying circuit unit and the detection control unit. In this case, in order to prevent the sensitivity of the magnetoresistive element from dropping according to the arrangement relationship of the earth magnetic field, the magnet has an axial direction connecting the N pole and the S pole to be parallel to the measurement direction of the magnetoresistive element of the geomagnetic sensor. Can be deployed.

다른 실시 예에 따라, 자석이 본체와 분리되어 외부에 설치되는 경우라면, 상기 자석은 그 N극과 S극을 연결한 축 방향이 해당 지역의 지구 자기장이 형성된 방향에 수직하도록 배치되는 것이 바람직하다.According to another embodiment, when the magnet is separated from the main body and installed in the outside, the magnet is preferably arranged such that the axial direction connecting the N pole and the S pole is perpendicular to the direction in which the earth magnetic field of the region is formed. .

본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 지자기 센서, 증폭회로부 및 검출제어부를 구비하여 외부 자성체의 접근을 검출하는 지자기 센서 장치에 대해, 상기 외부 자성체의 접근에 따라 발생하는 차폐효과를 제거하는 방법은, 자석을 상기 지자기 센서로부터 이격시켜 고정시킴으로써 상기 지자기 센서에게 자기 바이어싱을 제공함으로써 차폐효과를 제거할 수 있다.
According to another embodiment of the present invention, the geomagnetic sensor device having the geomagnetic sensor, the amplifying circuit unit and the detection control unit for detecting the approach of the external magnetic material, the method for removing the shielding effect generated by the approach of the external magnetic material The shielding effect can be eliminated by providing magnetic biasing to the geomagnetic sensor by fixing a magnet away from the geomagnetic sensor.

본 발명에 따른 지자기 센서는 외부 자성체의 접근을 감지함과 동시에, 그 외부 강자성체에 의한 차폐효과로 지자기 센서의 감도가 떨어지는 문제를 자기 바이어싱을 통해 해결한다. The geomagnetic sensor according to the present invention detects the approach of the external magnetic material and solves the problem of the sensitivity of the geomagnetic sensor deteriorated due to the shielding effect by the external ferromagnetic material through magnetic biasing.

이에 따라, 외부의 강자성체에 의한 차폐효과로 지자기 센서장치가 차량 접근이나 정차 등을 검출하는 과정에서 발생할 수 있는 불측의 오류를 제거한다.
Accordingly, due to the shielding effect of the external ferromagnetic material, the undesired error that may occur in the process of detecting the approach or stop of the vehicle by the geomagnetic sensor device is removed.

도 1은 통상의 AMR 소자에서의 마그네틱 모멘텀의 변화를 도시한 도면,
도 2는 외부 자기력의 세기에 따른 저항 값의 변화를 도시한 그래프,
도 3은 차량의 접근에 따른 종래의 지자기 센서의 출력을 도시한 그래프,
도 4는 본 발명의 지자기 센서 장치의 일 예를 도시한 도면,
도 5는 차량통과시 지자기 센서에 발생하는 차폐효과를 설명하기 위한 도면, 그리고
도 6은 본 발명의 지자기 센서 장치의 다른 예를 도시한 도면이다.1 is a view showing a change in magnetic momentum in a conventional AMR element,
2 is a graph showing a change in resistance value according to the strength of an external magnetic force,
3 is a graph showing the output of the conventional geomagnetic sensor according to the approach of the vehicle,
4 is a view showing an example of a geomagnetic sensor device of the present invention,
5 is a view for explaining the shielding effect occurring in the geomagnetic sensor when the vehicle passes, and
6 is a view showing another example of the geomagnetic sensor device of the present invention.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도 4는 본 발명의 지자기 센서 장치를 도시한 도면이다. 4 is a view showing a geomagnetic sensor device of the present invention.

본 발명의 지자기 센서 장치(400)는 지자기 센서부(410)와, 지자기 센서부(410)로부터 이격되어 고정된 자석(430)과, 지자기 센서부(410)와 자석(430)을 수용한 본체(450)를 포함한다. 지자기 센서 장치(400)는 외부 자기장의 변화를 일으키는 자성체의 움직임(접근이나 이동 등)을 검출할 수 있다. 움직이면서 외부 자기장의 변화를 일으키는 자성체 중에 대표적인 것이 차량이다. 이하에서는 설명의 편리를 위해 지자기 센서 장치(400)가 차량의 접근/이동 등을 감시하는 것을 가정하고 설명하지만, 지자기 센서 장치(400)가 차량의 감시에 한정되는 것은 아니다. The geomagnetic sensor device 400 of the present invention includes a geomagnetic sensor unit 410, a magnet 430 fixedly spaced apart from the geomagnetic sensor unit 410, and a main body accommodating the geomagnetic sensor unit 410 and the magnet 430. (450). The geomagnetic sensor device 400 may detect a movement (approach, movement, etc.) of a magnetic body causing a change in an external magnetic field. A representative vehicle among magnetic bodies that cause a change in an external magnetic field while moving is a vehicle. Hereinafter, for the convenience of explanation, it is assumed that the geomagnetic sensor device 400 monitors the approach / movement of the vehicle, etc., but the geomagnetic sensor device 400 is not limited to the monitoring of the vehicle.

지자기 센서부(410)는 적어도 하나의 지자기 센서(411), 증폭회로(413) 및 검출제어부(415)를 포함하게 된다. The geomagnetic sensor unit 410 includes at least one geomagnetic sensor 411, an amplifier circuit 413, and a detection control unit 415.

지자기 센서(411)는 내부에 자기저항소자를 포함하여, 외부 자기력 Hy의 변화에 대응되는 전압으로 출력한다. The geomagnetic sensor 411 includes a magnetoresistive element therein and outputs a voltage corresponding to the change of the external magnetic force Hy.

증폭회로(413)는 지자기 센서(411)의 출력을 증폭하여 검출제어부(415)에게 제공하고, 검출제어부(415)는 증폭회로(413)에서 출력되는 증폭신호를 이용하여 감지범위 내에 자성체(예컨대, 차량)의 움직임(접근이나 이동 등)이 있음을 판단한다. The amplification circuit 413 amplifies the output of the geomagnetic sensor 411 and provides it to the detection control unit 415. The detection control unit 415 uses amplified signal output from the amplification circuit 413 to generate a magnetic material (eg Determine whether there is movement (access, movement, etc.) of the vehicle.

자석(430)은 지자기 센서부(410)에 포함된 적어도 하나의 지자기 센서(411)에 대하여 자기 바이어싱(Magnetic Biasing)을 제공함으로써, 지자기 센서 장치(400)가 설치된 일정한 공간 내의 자기 밀도를 균일하게 유지하여 [발명의 배경이 되는 기술]에서 설명한 종래의 지자기 센서의 오류를 제거한다. The magnet 430 provides magnetic biasing to at least one geomagnetic sensor 411 included in the geomagnetic sensor unit 410, thereby uniformizing magnetic density within a predetermined space in which the geomagnetic sensor device 400 is installed. By removing the error of the conventional geomagnetic sensor described in [Background Art of the Invention].

이하에서는, 자석(430)의 역할을 설명한다. 우선, 앞서 [발명의 배경이 되는 기술]에서 설명한 종래의 지자기 센서 오류의 원인을 확인하는데서 출발한다. Hereinafter, the role of the magnet 430 will be described. First, it starts by identifying the cause of the conventional geomagnetic sensor error described in [Background art of the invention].

출원인은 도 3과 같은 블랙 아웃(Black Out) 현상의 원인을 연구를 통해 규명하였다. 지자기 센서(411)를 통과하는 차량은 외형이 강자성체인 금속 합금으로 이루어져 있다. 그런데, 차량 밑면의 어떤 강자성체 부분이 지자기 센서(411)를 통과할 때, 도 5에 도시된 것처럼 지자기 센서(411)에게 일정한 차폐효과가 발생함을 확인하였다. 다시 말해, 차량의 어떤 부분의 강자성체가 지자기 센서(411)에 대해 금속 케이스 역할을 하게 되고, 이러한 가상의 차폐효과에 의해 지자기 센서(411)는 외부 자계력의 변화를 거의 검출하지 못하는 블랙 아웃 현상이 발생하게 되고, 그 순간 지자기 센서(411)의 민감도는 크게 떨어짐을 확인했다. Applicants have identified the cause of the black out phenomenon as shown in FIG. 3 through research. The vehicle passing through the geomagnetic sensor 411 is made of a metal alloy of which the appearance is ferromagnetic. However, when any ferromagnetic portion of the underside of the vehicle passes through the geomagnetic sensor 411, it was confirmed that a certain shielding effect occurs in the geomagnetic sensor 411 as shown in FIG. In other words, a ferromagnetic material of a part of the vehicle acts as a metal case for the geomagnetic sensor 411, and due to this virtual shielding effect, the geomagnetic sensor 411 hardly detects a change in external magnetic force. Was generated, and the sensitivity of the geomagnetic sensor 411 was greatly reduced at that moment.

차폐효과는 차량 밑면의 일부 부위에서 발생하며, 차량 밑면의 구조와 밀접한 관계가 있고 차량의 종류, 지상에서의 높이, 운행 속도 등의 변수에 따라서도 크게 달라질 수 있다. 차폐효과가 발생하면, 지자기 센서(411)의 입장에서는 지구자기장의 세기 자체가 많이 감소하므로, 지자기 센서(411)의 민감도가 크게 떨어지며, 차량 검출신호 자체가 중간에 끊어지거나 불안정해지는 블랙 아웃 현상이 발생한다.The shielding effect occurs at a part of the underside of the vehicle and is closely related to the structure of the underside of the vehicle and can vary greatly depending on variables such as the type of vehicle, the height on the ground, and the driving speed. When the shielding effect occurs, the strength of the earth's magnetic field itself is greatly reduced from the standpoint of the geomagnetic sensor 411, so that the sensitivity of the geomagnetic sensor 411 is greatly reduced, and the black-out phenomenon in which the vehicle detection signal itself is cut off in the middle or becomes unstable. Occurs.

한편, 도 2를 참고하면, 동일한 외부 자계력 변화량 ΔHy에 대하여, 저항의 변화율은 외부 자계력 Hy가 일정한 세기를 가진 상황에서 ΔHy가 발생한 경우가 그렇지 못한 때(예컨대, 원점 근처에서 발생한 경우)보다 훨씬 크다는 사실을 확인할 수 있다. 다시 말해, AMR 소자의 외부 자기력에 대한 저항값의 변화로 표시되는 지자기 센서(411)의 민감도는 외부 자기장 Hy의 강도가 어느 정도의 세기를 유지한 상황에서 훨씬 크다는 것을 알 수 있다.On the other hand, referring to Figure 2, for the same external magnetic force change amount ΔHy, the change rate of the resistance is higher than when the ΔHy does not occur when the external magnetic force Hy has a constant intensity (for example, near the origin) You can see that it is much larger. In other words, it can be seen that the sensitivity of the geomagnetic sensor 411, which is expressed as a change in the resistance value of the AMR element to the external magnetic force, is much greater in the situation where the intensity of the external magnetic field Hy is maintained to a certain intensity.

차량 이동시의 차폐효과는 지자기 센서(411) 주위의 지구 자기장을 급격하게 줄이는 것이므로, 일정한 크기의 외부 자기장이 지자기 센서(411) 주위에 상시로 존재한다면 차량 이동시의 차폐효과를 줄이는 데에도 기여할 수 있다는 결론을 얻을 수 있다. 도 6에 도시된 것처럼, 지자기 센서(411) 주위에 차폐 효과가 발생하더라도 자석(430)이 일정한 자기력을 제공한다면, 차폐효과에 의한 지자기 센서(411)의 민감도 감소가 상당부분 제거될 수 있다. Since the shielding effect when moving the vehicle is to rapidly reduce the earth's magnetic field around the geomagnetic sensor 411, if an external magnetic field of constant size is constantly around the geomagnetic sensor 411, it may also contribute to reducing the shielding effect when the vehicle is moving. The conclusion can be drawn. As shown in FIG. 6, even if a shielding effect occurs around the geomagnetic sensor 411, if the magnet 430 provides a constant magnetic force, a decrease in sensitivity of the geomagnetic sensor 411 due to the shielding effect may be substantially eliminated.

이에 따라, 출원인은 지자기 센서부(410)의 지자기 센서(411)에게 일정한 크기 이상의 자기장 밀도를 상시로 유지시키기 위해 일정한 크기의 자력 바이어스를 거는 방법을 고려하였으며, 그 자력 바이어싱은 지자기 센서(411)의 주위에 자석(430)을 배치하는 것이 된다.
Accordingly, the applicant has considered a method of applying a magnetic bias of a certain size to the geomagnetic sensor 411 of the geomagnetic sensor unit 410 to maintain the magnetic field density of a predetermined size or more at all times, and the magnetic force biasing is the geomagnetic sensor 411. It becomes to arrange the magnet 430 around).

<실시 예 1>&Lt; Example 1 >

도 4에 도시된 본 발명의 실시 예는 자석(430)을 본체(450) 내부에 배치하는 것이다. 자석(430)은 지자기 센서(411)와는 최대한 이격될 필요가 있다. 그것은 지자기 센서(411) 주위의 자기장 밀도가 너무 커서 포화되는 상태(도 2의 우측 편)에 도달하지 않도록 하기 위한 것이다. An embodiment of the present invention shown in FIG. 4 is to place the magnet 430 inside the body 450. The magnet 430 needs to be spaced apart from the geomagnetic sensor 411 as much as possible. It is to ensure that the magnetic field density around the geomagnetic sensor 411 is too large to reach a saturated state (on the right side of FIG. 2).

자석(430)은 지자기 센서(411) 주위에 일정량의 자기장 밀도를 항상 제공하여, 차량 통과 중에 차폐효과가 발생하더라도 지자기 센서(411)가 정상적으로 동작할 수 있도록 한다. 지자기 센서(411)는 차량 통과 시의 자기장의 변화를 검출하는 것이므로, 자석(430)은 지자기 센서(411)의 차량 감지를 방해하지 않으며 민감도만 전체적으로 향상시킨다.The magnet 430 always provides a certain amount of magnetic field density around the geomagnetic sensor 411 so that the geomagnetic sensor 411 can operate normally even when a shielding effect occurs during the passage of the vehicle. Since the geomagnetic sensor 411 detects a change in the magnetic field when passing through the vehicle, the magnet 430 does not interfere with the vehicle detection of the geomagnetic sensor 411 and improves overall sensitivity only.

자석(430)은 영구자석뿐만 아니라 전자석도 가능하다.
The magnet 430 may be an electromagnet as well as a permanent magnet.

<실시 예 2><Example 2>

도 4의 실시 예와 달리, 자석(430)은 본체(450) 외부에 설치될 수 있다. 이 경우, 지자기 센서 장치(400)는 지자기 센서부(410)와, 지자기 센서부(410)를 수용하는 본체(450)와, 본체(450) 외부에 배치된 자석(430)을 포함한다. Unlike the embodiment of FIG. 4, the magnet 430 may be installed outside the main body 450. In this case, the geomagnetic sensor device 400 includes a geomagnetic sensor unit 410, a body 450 accommodating the geomagnetic sensor unit 410, and a magnet 430 disposed outside the body 450.

예컨대, 지자기 센서 장치(400)가 도로 바닥에 매립 설치될 경우, 지자기 센서부(410)를 수용한 본체(450)와 자석(430)이 상호 일정거리 이격되어 도로 상에 매립될 수 있는 것이다.
For example, when the geomagnetic sensor device 400 is buried on the road floor, the main body 450 and the magnet 430 accommodating the geomagnetic sensor unit 410 may be buried on the road at a predetermined distance from each other.

<실시 예 3>&Lt; Example 3 >

자기저항소자에 대해 작용하게 되는 지구 자기장의 방향은 위도에 따라 달라서, 적도에서는 지축에 평행한 방향(지면과 수평)으로 배치되지만 극지방에서는 지면과 직각인 방향으로 배치된다. 이러한 이유로, 예컨대 위도 90°부근의 북극점 부근에서는 지축 방향의 The direction of the earth's magnetic field acting on the magnetoresistive element depends on the latitude, so that it is disposed in the direction parallel to the earth axis (horizontal to the ground) at the equator, but at a right angle to the ground at the poles. For this reason, for example, near the North Pole near 90 ° latitude, 자속Magnetic flux 밀도가 지축에  Dense axis 수직한Vertical 방향에 비해 상당히 크다.  It is quite large compared to the direction.

한편, 지자기 센서 장치(400)의 지자기 센서(411) 내에 포함된 자기저항소자는 그 측정방향(도 1의 y 방향)이 인쇄회로기판에 On the other hand, the magnetoresistive element included in the geomagnetic sensor 411 of the geomagnetic sensor device 400 has a measuring direction (y direction in FIG. 1) on the printed circuit board. 수평하게Horizontally 설치될 수도 있고,  Can be installed, 수직하게Vertically 설치될 수도 있다.  It may be installed.

만약, 적도 부근에서 지자기 센서 장치(400)의 자기저항소자는 그 측정방향이 지축에 If the magnetoresistive element of the geomagnetic sensor device 400 near the equator, the measuring direction is 수직한Vertical 방향으로 배치되었고 지자기 센서 장치(400)가 위치한 공간의 지구 자기장이 지축방향에 비해 지축에  Direction and the earth's magnetic field in the space where the geomagnetic sensor device 400 is located 수직한Vertical 방향이 훨씬 작다고 가정해보자. 지구 자기장이 자기저항소자에 작용하는  Suppose the direction is much smaller. Earth's magnetic field acts on the magnetoresistive element 자속Magnetic flux 밀도는 지축방향, 즉  Density is the axis direction, 자기저Self 항소자의 측정방향에 대해 상대적으로 작게 작용하는 것이 되므로, 낮은 Since it acts relatively small with respect to the measuring direction of the anti-element, 자속Magnetic flux 밀도에 의해 자기저항소자가 측정하게 되는 지축과 수직방향의 센서 민감도가 크게 떨어진다.  The sensitivity greatly reduces the sensor sensitivity in the direction perpendicular to the axis of the magnetoresistive element measured by the density.

이에 따라, 본 발명의 지자기 센서 장치(400)는 자기저항소자의 측정방향이 지구자기장이 작용하는 방향과 수직인 경우(또는 수직으로부터 임의의 각도 이내에 포함될 경우)에, 자기저항소자의 측정방향에 대해 Accordingly, the geomagnetism sensor device 400 of the present invention is in the measurement direction of the magnetoresistive element when the direction of measurement of the magnetoresistive element is perpendicular to the direction in which the earth magnetic field acts (or is included within an arbitrary angle from the vertical). about 감소되는Reduced 민감도를 보 Sensitivity 상하Up and down 기 위하여 자석(430)의 배치를 적절히 조정할 수 있다. In order to properly adjust the arrangement of the magnets 430.

예컨대, 지자기 센서 장치(400)에 포함된 자석(430)은 N극-S극을 연결한 축 방향이 지자기 센서(411) 내에 포함된 자기저항소자의 측정 방향(도 1의 y 방향)과 For example, the magnet 430 included in the geomagnetic sensor device 400 has an axial direction connecting the N pole and the S pole to a measurement direction (y direction in FIG. 1) of the magnetoresistive element included in the geomagnetic sensor 411. 평행이도록Parallel 배치되어 수직방향의 낮은  Placed vertically low 자속밀도를Magnetic flux density 보상한다. 이러한 방향성은 위도에 따른  To compensate. This directionality depends on latitude 자속밀도의Magnetic flux density 배치에 다소 차이가 있더라도 일정한 보상 효과를 거둘 수 있는 장점이 있다.  Even if the layout is slightly different, there is an advantage that a certain compensation effect can be obtained.

다만, 앞서 설명한 바와 같이, 자기저항소자가 인쇄회로기판에 설치되는 방향이 달라지거나 지자기 센서 장치(400)가 설치되는 방향 또는 그 위도에 따라 자석의 방향도 달라질 수 있다. 중요한 것은, 지구자기장이 작용하는 방향과 이루는 각도가 클수록 떨어지는 자기저항소자의 민감도를 보상하는 방향으로 자석이 배치되어야 하는 것이다. However, as described above, the direction in which the magnetoresistive element is installed on the printed circuit board may be different, or the direction of the magnet may also be changed depending on the direction in which the geomagnetic sensor device 400 is installed or the latitude thereof. The important thing is that the magnet should be placed in a direction that compensates for the sensitivity of the magnetoresistive element falling as the angle formed by the direction of the earth's magnetic field increases .

또한, 실시 예 2에서처럼, 자석(430)이 본체(450)로부터 분리되어 별도로 설치되는 경우라면, 자석(430)은 그 N극-S극을 연결한 축 방향이 해당 지역의 지구 자기장이 형성되는 방향에 In addition, as in the second embodiment, when the magnet 430 is separated from the main body 450 and installed separately, the magnet 430 has an axial direction connecting the N pole-S pole to form an earth magnetic field of a corresponding region. In the direction 수직한Vertical 방향이 되도록 배치되는 것이 바람직하다. It is preferable to arrange | position so that it may become a direction.

<실시 예 4><Example 4>

본 발명의 지자기 센서 장치(400)는 차량이 통과하거나 정차/주차하는 도로면이나 건물의 바닥에 설치될 수 있으며, 그 도로면이나 건물 바닥으로부터 일정 높이에 설치되어도 무방하다.
The geomagnetic sensor device 400 of the present invention may be installed on a road surface or a floor of a building through which a vehicle passes or stops / parks, and may be installed at a predetermined height from the road surface or a building floor.

이상의 실시 예들에 따른 지자기 센서 장치(400)를 실험한 결과, 종래 지자기 센서에 대해 블랙 아웃 현상이 발생한 차량에 대해서 블랙 아웃 현상이 발생하지 않고 제거됨을 확인할 수 있었다. As a result of experimenting with the geomagnetic sensor device 400 according to the above embodiments, it can be confirmed that the blackout phenomenon is removed without the blackout phenomenon for a vehicle in which the blackout phenomenon occurs in the conventional geomagnetic sensor.

나아가, 지자기 센서 장치(400) 주변에 철골 구조물 등의 커다란 강자성체가 있는 경우에도, 자기 바이어싱 방법이 효과가 있었음을 확인하였다. 강자성체에 의한 주변 자기장의 왜곡은 자기장의 단순한 형태적 변화뿐만 아니라 밀도의 저하를 동반할 수 있으므로 상기한 차폐효과와 유사한 현상을 발생시킬 수 있다. 그러므로, 자기 바이어싱에 의해 지자기 센서(411) 주변에 일정한 크기의 자기장 밀도를 유지함으로써 강자성체에 의한 문제도 해결할 수 있었다. Further, even when there is a large ferromagnetic material such as steel structure around the geomagnetic sensor device 400, it was confirmed that the magnetic biasing method was effective. The distortion of the surrounding magnetic field by the ferromagnetic material may be accompanied by a decrease in density as well as a simple morphological change of the magnetic field, and thus may cause a phenomenon similar to the above shielding effect. Therefore, the problem caused by the ferromagnetic material can be solved by maintaining a constant magnetic field density around the geomagnetic sensor 411 by magnetic biasing.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the invention as defined by the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention.

Claims (4)

외부 자성체의 접근을 검출하는 지자기 센서 장치에 있어서,
적어도 하나의 자기저항소자를 구비하여, 상기 외부 자성체의 접근에 따른 외부 자기장의 변화에 대응하는 전압을 출력하는 지자기 센서;
상기 지자기 센서가 출력하는 전압을 증폭하는 증폭회로부;
상기 증폭회로부의 출력을 이용하여 상기 외부 자성체의 접근 여부를 판단하는 검출제어부; 및
상기 지자기 센서로부터 이격되어 고정되고, 상기 지자기 센서에게 자기 바이어싱을 제공하는 자석을 포함하여 상기 외부 자성체의 접근에 따른 차폐효과를 제거하는 것을 특징으로 하는 지자기 센서 장치.
In the geomagnetic sensor device for detecting the approach of an external magnetic material,
A geomagnetic sensor having at least one magnetoresistive element and outputting a voltage corresponding to a change in an external magnetic field according to the approach of the external magnetic material;
An amplifier circuit unit for amplifying a voltage output from the geomagnetic sensor;
A detection control unit which determines whether the external magnetic material is approaching using the output of the amplifying circuit unit; And
And a magnet which is spaced apart from and fixed to the geomagnetic sensor to remove the shielding effect due to the approach of the external magnetic material, including a magnet providing magnetic biasing to the geomagnetic sensor.
제1항에 있어서,
상기 지자기 센서, 증폭회로부, 검출제어부 및 자석이 하나의 본체 내에 수용된 것을 특징으로 하는 지자기 센서 장치.
The method of claim 1,
And the geomagnetic sensor, the amplifying circuit unit, the detection control unit, and the magnet are housed in one main body.
제2항에 있어서,
상기 자석은 그 N극과 S극을 연결한 축 방향이 상기 지자기 센서의 자기저항소자의 측정방향과 평행하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 지자기 센서 장치.
The method of claim 2,
And the magnets are arranged such that an axial direction connecting the N pole and the S pole is parallel to the measurement direction of the magnetoresistive element of the geomagnetic sensor.
제1항에 있어서,
상기 자석은 그 N극과 S극을 연결한 축 방향이 해당 지역의 지구 자기장이 형성된 방향에 수직하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 지자기 센서 장치.



The method of claim 1,
The magnet is geomagnetic sensor device characterized in that the axial direction connecting the N pole and the S pole is arranged so as to be perpendicular to the direction in which the earth magnetic field of the region is formed.



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