KR20180007612A

KR20180007612A - 멀티 어레이 기반의 홀 센서를 이용한 상자성 물체의 위치 측정 장치 및 이를 이용한 방법

Info

Publication number: KR20180007612A
Application number: KR1020160088880A
Authority: KR
Inventors: 홍효봉
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2016-07-13
Filing date: 2016-07-13
Publication date: 2018-01-23

Abstract

멀티 어레이 기반의 홀 센서를 이용한 상자성 물체의 위치 측정 장치 및 이를 이용한 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 위치 측정 장치는 헬름홀츠 코일(Helmholtz coil)에 상응하는 두 개의 솔레노이드 코일들을 이용하여 자기장을 발생시키는 자기장 발생부; 멀티 어레이에 배치된 복수개의 홀 센서들을 기반으로 시료에 의한 자기장의 변화에 상응하는 변화 신호를 감지하는 변화 신호 감지부; 및 상기 복수개의 홀 센서들마다 상기 변화 신호와 디폴트 신호의 신호 강도를 비교하여 상기 시료 상에서 상자성 물체의 위치를 측정하는 위치 측정부를 포함한다.

Description

멀티 어레이 기반의 홀 센서를 이용한 상자성 물체의 위치 측정 장치 및 이를 이용한 방법 {APPARATUS FOR DETECTING LOACTION OF MAGNATIC OBJECT USING HALL SENSOR BASED ON MULTI ARRAY AND METHOD USING THE SAME}

본 발명은 자기장의 변화를 기반으로 상자성 물체의 위치를 측정하는 기술에 관한 것으로, 멀티 어레이에 배치된 복수개의 홀 센서들을 이용하여 시료에 포함된 상자성 물체의 위치를 측정하는 멀티 어레이 기반의 홀 센서를 이용한 상자성 물체의 위치 측정 장치 및 이를 이용한 방법에 관한 것이다.

다양한 공업용 시료에서 철이나 자력을 발생하는 자석 등의 초상자성 물체의 위치를 정확히 파악하는 것은 매우 중요한 기술에 해당할 수 있다. 현재까지 특정 물체 안에 포함된 강자성 또는 상자성 물체를 검출하거나 분석하기 위해서는 X-ray나 금속 탐지기를 이용하여 시료를 분석하는 방법이나 시료를 산으로 녹여 분석하는 습식 분석 방법을 이용하였다.

하지만, 이러한 분석 방법들의 가장 큰 문제점은 강자성 또는 상자성 물체가 정확히 시료의 어느 부분에 존재하는지 확인하기가 어렵거나, X-ray와 같이 다루기 어려운 장비를 사용해야 한다는 점이었다.

금속 파편에 의한 부상 치료의 목적으로 의료용으로 사용될 경우에는 X-ray가 설치된 병원까지 환자를 이동시켜야 파편의 위치를 파악할 수 있기 때문에 응급 상황에 빠르게 대처하기가 어렵다는 단점도 존재하였다.

따라서, X-ray와 같은 장비를 사용하지 않고도 신속하게 상자성 물체의 위치를 파악할 수 있는 새로운 측정 기술의 필요성이 절실하게 대두된다.

한국 공개 특허 제10-2012-0006517호, 2012년 1월 18일 공개(명칭: 코일 구성을 갖는 자기 유도 단층 촬영 시스템들)

본 발명의 목적은 자기장의 변화를 감지하여 시료 상에서 상자성 물체의 위치를 정확하고 신속하게 측정하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 금속 파편에 의한 부상 치료 시 번거로운 X-ray 대신에 수월하게 금속 파편의 위치를 판단할 수 있는 의료 목적의 측정 기술을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 헬름홀츠 코일의 전원을 이용하여 측정하고자 하는 물체가 초상자성 인지 상자성인지 여부를 판별하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 상자성 물체의 위치 측정 장치는, 헬름홀츠 코일(Helmholtz coil)에 상응하는 두 개의 솔레노이드 코일들을 이용하여 자기장을 발생시키는 자기장 발생부; 멀티 어레이에 배치된 복수개의 홀 센서들을 기반으로 시료에 의한 자기장의 변화에 상응하는 변화 신호를 감지하는 변화 신호 감지부; 및 상기 복수개의 홀 센서들마다 상기 변화 신호와 디폴트 신호의 신호 강도를 비교하여 상기 시료 상에서 상자성 물체의 위치를 측정하는 위치 측정부를 포함한다.

이 때, 위치 측정부는 상기 복수개의 홀 센서들에 상응하는 복수개의 신호 강도의 차이를 기반으로 상기 멀티 어레이에 상응하는 2차원 공간에서 상기 상자성 물체의 위치에 상응하는 극좌표를 추출할 수 있다.

이 때, 위치 측정부는 상기 복수개의 홀 센서들 중 상기 신호 강도의 차이가 큰 홀 센서일수록 상기 상자성 물체와 거리가 가까운 것으로 측정할 수 있다.

이 때, 멀티 어레이는 상기 두 개의 솔레노이드 코일들의 정 가운데에 위치할 수 있다.

이 때, 복수개의 홀 센서들은 상기 멀티 어레이에 균일한 간격으로 배치될 수 있다.

이 때, 위치 측정 장치는 상기 시료가 배치되지 않은 상태에서 상기 복수개의 홀 센서들을 기반으로 상기 자기장에 상응하는 상기 디폴트 신호를 감지하는 디폴트 신호 감지부를 더 포함할 수 있다.

이 때, 변화 신호 감지부는 상기 복수개의 홀 센서들에 연결되는 DAQ(Data Acquisition) 시스템을 기반으로 상기 변화 신호를 감지할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상자성 물체의 위치 측정 방법은, 헬름홀츠 코일(Helmholtz coil)에 상응하는 두 개의 솔레노이드 코일들을 이용하여 자기장을 발생시키는 단계; 멀티 어레이에 배치된 복수개의 홀 센서들을 기반으로 시료에 의한 자기장의 변화에 상응하는 변화 신호를 감지하는 단계; 및 상기 복수개의 홀 센서들마다 상기 변화 신호와 디폴트 신호의 신호 강도를 비교하여 상기 시료 상에서 상자성 물체의 위치를 측정하는 단계를 포함한다.

이 때, 위치를 측정하는 단계는 상기 복수개의 홀 센서들에 상응하는 복수개의 신호 강도의 차이를 기반으로 상기 멀티 어레이에 상응하는 2차원 공간에서 상기 상자성 물체의 위치에 상응하는 극좌표를 추출할 수 있다.

이 때, 위치를 측정하는 단계는 상기 복수개의 홀 센서들 중 상기 신호 강도의 차이가 큰 홀 센서일수록 상기 상자성 물체와 거리가 가까운 것으로 측정할 수 있다.

이 때, 위치 측정 방법은 상기 시료가 배치되지 않은 상태에서 상기 복수개의 홀 센서들을 기반으로 상기 자기장에 상응하는 상기 디폴트 신호를 감지하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이 때, 변화 신호를 감지하는 단계는 상기 복수개의 홀 센서들에 연결되는 DAQ(Data Acquisition) 시스템을 기반으로 상기 변화 신호를 감지할 수 있다.

본 발명에 따르면, 자기장의 변화를 감지하여 시료 상에서 상자성 물체의 위치를 정확하고 신속하게 측정할 수 있다.

또한, 본 발명은 금속 파편에 의한 부상 치료 시 번거로운 X-ray 대신에 수월하게 금속 파편의 위치를 판단할 수 있는 의료 목적의 측정 기술을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 헬름홀츠 코일의 전원을 이용하여 측정하고자 하는 물체가 초상자성 인지 상자성인지 여부를 판별할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 위치 측정 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 위치 측정 장치를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 헬름홀츠 코일과 멀티 어레이 기반의 홀 센서의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 상자성 물체를 측정하기 위한 복수개의 홀 센서들을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 위치 측정 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 위치 측정 시스템을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 위치 측정 시스템은 헬름홀츠 코일에 상응하는 두 개의 솔레노이드 코일(110, 111)들과 멀티 어레이 기반 홀 센서(120), 위치 측정 장치(130) 및 전원 장치(140)를 포함할 수 있다.

헬름홀츠 코일에 상응하는 두 개의 솔레노이드 코일(110, 111)은 전원 장치(140)로부터 전원을 인가 받아, 두 개의 솔레노이드 코일(110, 111) 사이에 일정한 자기력의 분포를 가진 공간을 만들어 낼 수 있다.

이 때, 두 개의 솔레노이드 코일(110, 111)들은 코일이 동일한 방향으로 동일한 횟수가 감긴 것으로, 두 개의 솔레노이드 코일(110, 111)들은 시료가 위치할 실험 영역을 사이에 두고 중심축을 공유하며 서로 나란하게 위치할 수 있다. 이 때, 각각의 솔레노이드 코일(110, 111)에는 전원 장치(140)로부터 여기된 동일한 세기의 전류가 동일한 방향으로 흐를 수 있다.

이 때, 두 개의 솔레노이드 코일(110, 111)들은 서로 각각의 솔레노이드 코일의 반경에 상응하는 거리만큼 떨어져 위치할 수 있다.

예를 들어, 두 개의 솔레노이드 코일(110, 111)들의 반경이 R이라고 가정한다면, 두 개의 솔레노이드 코일(110, 111)들 간의 거리 h는 R의 값에 상응할 수 있다.

또한, 각각의 솔레노이드 코일(110, 111)에 대해서 코일을 감은 수가 n, 코일을 통해 흐르는 전류의 세기가 I라고 가정한다면, 두 개의 솔레노이드 코일(110, 111)들의 사이의 중앙점에서 자기력선속밀도 B는 [수학식 1]에 상응하게 계산될 수 있다.

이 때, μ0는 진공투자율인 4π X 10^{-7 T·m/A}에 상응할 수 있다.

따라서, 헬름홀츠 코일을 이론과 같이 설치하면, 두 개의 솔레노이드 코일(110, 111)들 사이의 공간에는 일정한 자기장이 형성될 수 있다.

이 때, 일정한 자기장이 형성되는 공간에 자력을 가지는 물체가 존재한다고 가정하면, 자력을 가지는 물체에 의해 자력 분포의 균형이 깨지게 되고, 이러한 균형의 깨짐은 신호화되어 멀티 어레이 기반 홀 센서(120)를 통해 감지될 수 있다.

즉, 두 개의 솔레노이드 코일(110, 111)들에 정 가운데에 배치되는 멀티 어레이 기반 홀 센서(120)가 자력을 가지는 물체에 의해 발생하는 신호를 측정하고, DAQ(Data Acquisition) 시스템을 포함하는 위치 측정 장치(130)가 측정된 신호의 강도를 바탕으로 자력을 가지는 물체를 극좌표를 통해 공간상에 배치할 수 있다.

이 때, 위치 측정 장치(130)는 복수개의 홀 센서들에 연결되어 물리적 현상의 데이터를 수집하는 DAQ(Data Acquisition) 시스템을 포함할 수도 있다.

이와 같은 물체의 위치 측정 과정을 통해, 초상자성 물체뿐만 아니라 일반적인 홀 센서로는 분석 측정하기 어려운 상자성 물체의 위치도 측정하는 것이 가능할 수 있다.

또한, 다른 전자기 부품에 대한 헬름홀츠 코일의 자기장 영향을 최소화 하기 위해서, 헬름홀츠 코일의 크기를 시료나 홀 센서의 크기와 유사하게 감소시켜 사용할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 위치 측정 장치를 나타낸 블록도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 위치 측정 장치는 자기장 발생부(210), 디폴트 신호 감지부(220), 변화 신호 감지부(230), 위치 측정부(240) 및 저장부(250)를 포함한다.

자기장 발생부(210)는 헬름홀츠 코일(Helmholtz coil)에 상응하는 두 개의 솔레노이드 코일들을 이용하여 자기장을 발생시킨다.

이 때, 헬름홀츠 코일은 두 개의 솔레노이드 코일 사이에 일정한 자기력의 분포를 가진 자기장을 생성하는 형태에 상응하는 것으로, 동일한 두 개의 솔레노이드 코일에 동일한 세기의 전류가 인가되어 자기장을 형성할 수 있다.

이 때, 두 개의 솔레노이드 코일은 솔레노이드 코일의 반경에 상응하는 거리만큼 떨어져 위치할 수 있다.

디폴트 신호 감지부(220)는 시료가 배치되지 않은 상태에서 복수개의 홀 센서들을 기반으로 자기장에 상응하는 디폴트 신호를 감지한다.

이 때, 헬름홀츠 코일이 발생시키는 자기장이 상당한 노이즈 또는 센서의 offset value를 높일 수 있기 때문에 반드시 시료가 없는 상태에서의 디폴트 신호를 먼저 측정해둘 수 있다. 즉, 향후 상자성 물체에 의해 변화된 신호와 비교할 기준이 되는 신호가 디폴트 신호에 상응할 수 있다.

이 때, 복수개의 홀 센서들 각각에 대한 디폴트 신호를 감지하고, 신호의 강도와 같은 정보를 별도의 메모리에 홀 센서 별로 저장해 둘 수 있다.

예를 들어, 홀 센서가 모두 10개 배치되어 있는 경우, 1번부터 10번까지의 홀 센서 별 디폴트 신호의 정보를 저장할 수 있다.

변화 신호 감지부(230)는 멀티 어레이에 배치된 복수개의 홀 센서들을 기반으로 시료에 의한 자기장의 변화에 상응하는 변화 신호를 감지한다.

예를 들어, 일정한 자기장이 형성되는 공간에 자력을 가지는 물체가 존재한다고 가정하면, 자력을 가지는 물체에 의해 자기장의 일정한 자력 분포 균형이 깨질 수 있다. 이러한 균형의 깨짐은 신호화되어 멀티 어레이에 배치된 복수개의 홀 센서들을 통해서 감지될 수 있다.

이 때, 시료에는 강자성체 또는 상자성체 물질이 포함되어 있다고 가정할 수 있다.

이 때, 강자성체 또는 강자성 물체는 외부에서 강한 자기장을 걸어주었을 때, 그 자기장의 방향으로 강하게 자화된 뒤 외부 자기장이 사라져도 자화가 남아 있는 물질에 상응할 수 있다. 따라서, 강자성체 또는 강자성 물체가 자화되는 경우 그 자신이 자석처럼 다른 강자성체를 잡아 당길 수도 있다. 예를 들어, 철, 니켈, 코발트 등이 강자성체에 속한다.

이 때, 상자성체 또는 상자성 물체는 외부 자계에 의해서 매우 약한 자성을 나타내는 자성체로, 진공 중에서 보다 약간 큰 투자율을 갖는 물질에 상응할 수 있다. 예를 들어, 산소, 망간, 백금, 주석, 알루미늄 등이 상자성체에 속한다.

이 때, 멀티 어레이는 두 개의 솔레노이드 코일들의 정 가운데에 위치할 수 있다. 즉, 멀티 어레이는 두 개의 솔레노이드 코일들에 의해 일정하게 자기장이 형성되는 영역에 배치됨으로써 복수개의 홀 센서들이 일정한 자기장 영역을 기반으로 시료에 포함된 물체를 탐지할 수 있도록 할 수 있다.

이 때, 멀티 어레이는 복수개의 홀 센서들이 배치되는 원형 판으로, 본 발명에서 구비되는 홀 센서들의 개수에 따라 다양한 종류의 멀티 어레이가 사용될 수 있다. 또한, 멀티 어레이는 두 개의 솔레노이드 코일이 형성하는 자기장에 영향을 주지 않도록 전혀 자성을 갖지 않는 물질로 형성될 수도 있다.

이 때, 복수개의 홀 센서들은 멀티 어레이에 균일한 간격으로 배치될 수 있다. 즉, 복수개의 홀 센서들은 배치되는 개수에 따라 멀티 어레이 상에서 균일한 간격을 가지고 배치될 수 있다. 예를 들어, 원 형의 멀티 어레이에 총 10개의 홀 센서들이 배치된다고 가정한다면, 10개의 홀 센서들이 36도의 각도 차이로 위치하도록 배치할 수 있다.

이 때, 홀 센서(Hall sensor)는 전류가 흐르는 도체에 자기장을 걸어주면, 전류와 자기장에 수직 방향으로 전압이 발생하는 홀 효과를 이용하여 자기장의 방향과 크기를 알아낼 수 있다.

이 때, 복수개의 홀 센서들에 연결되는 DAQ(Data Acquisition) 시스템을 기반으로 변화 신호를 감지할 수 있다.

이 때, DAQ 시스템은 물리적 현상의 수집이 목적이며, 센서, DAQ 하드웨어, 신호 컨디셔닝, DAQ 소프트웨어로 구성될 수 있다. 예를 들어, 온도, 빛, 소리, 힘과 압력, 위치, 유체이동, pH와 같이 물리적인 현상의 데이터를 수집할 수 있다.

이 때, DAQ 시스템은 본 발명에 따른 위치 측정 장치에 포함될 수 있으며, 본 발명에 따른 위치 측정 장치와는 독립적으로 구비될 수도 있다.

위치 측정부(240)는 복수개의 홀 센서들마다 변화 신호와 디폴트 신호의 신호 강도를 비교하여 시료 상에서 상자성 물체의 위치를 측정한다.

즉, 상자성 물체가 있는 경우에는 자기장의 자력 분포의 균형이 깨지기 때문에 상자성 물질이 없을 때 측정된 디폴트 신호와 변화 신호는 차이가 발생할 수 있다. 따라서, 복수개의 홀 센서들 각각에서 측정되는 차이를 분석하여 시료 상에서 상자성 물체의 위치가 어느 곳인지 판단하는 것이 가능할 수 있다.

이 때, 복수개의 홀 센서들에 상응하는 복수개의 신호 강도의 차이를 기반으로 멀티 어레이에 상응하는 2차원 공간에서 상자성 물체의 위치에 상응하는 극좌표를 추출할 수 있다.

예를 들어, 복수개의 홀 센서들 각각에 대해서 신호 강도의 차이를 측정하고, 신호 강도의 차이와 홀 센서로부터 상자성 물체까지의 거리의 비율을 고려하여 멀티 어레이에 상응하는 2차원 공간에서의 상자성 물체의 위치를 극좌표로 추출할 수 있다.

이 때, 복수개의 홀 센서들 중 신호 강도의 차이가 큰 홀 센서일수록 상자성 물체와 거리가 가까운 것으로 측정할 수 있다.

즉, 디폴트 신호와 변화 신호 간의 신호 강도의 차이가 크게 검출되는 홀 센서에서 가까운 곳에 상자성 물체가 위치한다고 판단할 수 있다.

따라서, 신호 강도의 차이와 홀 센서로부터 상자성 물체까지의 거리의 비율을 고려할 때, 신호 강도 차이가 클수록 거리가 짧아지는 것에 상응하게 비율을 고려할 수 있다.

저장부(250)는 상술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 위치 측정 과정에서 발생되는 다양한 정보를 저장한다.

실시예에 따라, 저장부(250)는 위치 측정 장치와 독립적으로 구성되어 상자성 물체의 위치 측정을 위한 기능을 지원할 수 있다. 이 때, 저장부(250)는 별도의 대용량 스토리지로 동작할 수 있고, 동작 수행을 위한 제어 기능을 포함할 수 있다.

한편, 위치 측정 장치는 메모리가 탑재되어 그 장치 내에서 정보를 저장할 수 있다. 일 구현예의 경우, 메모리는 컴퓨터로 판독 가능한 매체이다. 일 구현 예에서, 메모리는 휘발성 메모리 유닛일 수 있으며, 다른 구현예의 경우, 메모리는 비휘발성 메모리 유닛일 수도 있다. 일 구현예의 경우, 저장장치는 컴퓨터로 판독 가능한 매체이다. 다양한 서로 다른 구현 예에서, 저장장치는 예컨대 하드디스크 장치, 광학디스크 장치, 혹은 어떤 다른 대용량 저장장치를 포함할 수도 있다.

이와 같은 위치 측정 장치를 통해서 자기장의 변화를 감지하여 시료 상에서 상자성 물체의 위치를 정확하고 신속하게 측정할 수 있다.

또한, 금속 파편에 의한 부상 치료 시 번거로운 X-ray 대신에 수월하게 금속 파편의 위치를 판단할 수 있는 의료 목적의 측정 기술을 제공할 수 있다.

또한, 헬름홀츠 코일의 전원을 이용하여 측정하고자 하는 물체가 초상자성 인지 상자성인지 여부를 판별할 수도 있다.

도 3은 본 발명에 따른 헬름홀츠 코일과 멀티 어레이 기반의 홀 센서의 일 예를 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 멀티 어레이(320)에 배치된 홀 센서(331~ 336)는 헬름홀츠 코일에 상응하는 두 개의 솔레노이드 코일(310, 311)들의 가운데에 위치할 수 있다.

이 때, 멀티 어레이(320)는 두 개의 솔레노이드 코일(310, 311)들의 위치를 고려하여 별도의 고정장치로 고정될 수 있다.

이 때, 멀티 어레이(320)에 배치된 복수개의 홀 센서들로부터 측정되는 신호 정보는 위치 측정 장치에 포함되거나 독립적으로 존재하는 DAQ(Data Acquisition) 시스템을 통해 수집될 수 있다.

도 4 내지 도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 상자성 물체를 측정하기 위한 복수개의 홀 센서들을 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 멀티 어레이에 총 32개의 홀 센서들이 배치된 것을 확인할 수 있다.

이 때, 홀 센서들은 멀티 어레이 상에 균일한 간격으로 위치할 수 있다.

이 때, 32개의 홀 센서들은 각각 상자성 물체(440)에 의해 균형이 깨진 자기장에 상응하게 변화 신호를 측정할 수 있다. 이와 같이 측정된 변화 신호를 이용하여 도 5에 도시된 것과 같이 상자성 물체(440)의 측정 위치(510)를 검출할 수 있다.

예를 들어, 도 4에 도시된 멀티 어레이에서 12시 위치에 배치된 홀 센서(401)를 1번 홀 센서, 1번 홀 센서에서 시계방향으로 홀 센서(402)가 2번 홀 센서, 홀 센서(403)가 3번 홀 센서, ..., 홀 센서(431)가 31번 홀 센서, 홀 센서(432)가 32번 홀 센서라고 가정할 수 있다.

이 때, 32개의 홀 센서들 각각에 대해서 먼저 상자성 물체(440)가 없는 상태에서의 자기장에 의한 디폴트 신호를 측정할 수 있다. 즉, 1번 홀 센서에 상응하는 제1 디폴트 신호, 2번 홀 센서에 상응하는 제2 디폴트 신호와 같이 총 32개의 홀 센서들 각각에 대한 디폴트 신호를 측정하여 저장할 수 있다.

이 후, 상자성 물체(440)를 도 4와 같이 배치시킨 후, 다시 32개의 홀 센서들을 이용하여 자기장에 의한 신호를 측정할 수 있다. 이 때, 측정되는 신호는 상자성 물체(440)에 의해 자기장의 자력 분포가 깨진 상태로 측정되는 변화 신호에 상응할 수 있다. 이 때, 변화 신호도 32개의 홀 센서들 각각에 대해서 측정할 수 있다. 즉, 1번 홀 센서에 상응하는 제1 변화 신호, 2번 홀 센서에 상응하는 제2 변화 신호와 같이 총 32개의 변화 신호들을 측정하여 저장할 수 있다.

이 후, 위치 측정 장치에서는 32개의 디폴트 신호들과 32개의 변화 신호들의 신호 강도의 차이를 계산하여 상자성 물체(440)의 위치를 측정할 수 있다.

예를 들어, 도 4와 같이 상자성 물체(440)가 17번 홀 센서에 가깝게 배치되어 있다면, 제17 디폴트 신호와 제17 변화 신호의 신호 강도 차이가 가장 크게 나타날 수 있다. 또한, 상자성 물체(440)와 멀리 떨어져 있는 1번 홀 센서에서는 17번 홀 센서에 비해 신호 강도의 차이가 크지 않게 나타날 수 있다.

따라서, 이와 같은 신호 강도의 차이를 고려하여 도 5와 같이 상자성 물체(440)의 측정 위치(510)를 검출할 수 있다.

이 때, 측정 위치(510)는 32개의 홀 센서들의 배치에 상응하는 원의 중심, 즉 멀티 어레이 중심(500)을 기준으로 극좌표를 추출하여 측정될 수 있다.

다른 예를 들면, 도 6과 같이 상자성 물체(640)가 5번 홀 센서와 6번 홀 센서에 가깝게 위치한다고 가정할 수 있다.

이 때, 32개의 홀 센서들에서 각각 신호 강도의 차이를 계산해보면, 5번, 6번, 7번 홀 센서에서의 신호 강도 차이가 다른 홀 센서들보다 크게 나타날 수 있다.

따라서, 이러한 신호 강도의 차이를 기반으로 도 7과 같이 상자성 물체(640)의 측정 위치(710)를 검출할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 위치 측정 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 위치 측정 방법은 헬름홀츠 코일(Helmholtz coil)에 상응하는 두 개의 솔레노이드 코일들을 이용하여 자기장을 발생시킨다(S810).

또한, 도 8에는 도시하지 아니하였으나, 본 발명의 일실시예에 따른 위치 측정 방법은 시료가 배치되지 않은 상태에서 복수개의 홀 센서들을 기반으로 자기장에 상응하는 디폴트 신호를 감지한다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 위치 측정 방법은 멀티 어레이에 배치된 복수개의 홀 센서들을 기반으로 시료에 의한 자기장의 변화에 상응하는 변화 신호를 감지한다(S820).

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 위치 측정 방법은 복수개의 홀 센서들마다 변화 신호와 디폴트 신호의 신호 강도를 비교하여 시료 상에서 상자성 물체의 위치를 측정한다(S830).

또한, 도 8에는 도시하지 아니하였으나, 본 발명의 일실시예에 따른 위치 측정 방법은 상술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 위치 측정 과정에서 발생되는 다양한 정보를 저장한다.

이와 같은 위치 측정 방법을 이용함으로써 자기장의 변화를 감지하여 시료 상에서 상자성 물체의 위치를 정확하고 신속하게 측정할 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 멀티 어레이 기반의 홀 센서를 이용한 상자성 물체의 위치 측정 장치 및 이를 이용한 방법은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

110, 111, 310, 311: 솔레노이드 코일
120: 멀티 어레이 기반 홀 센서 130: 위치 측정 장치
140: 전원 장치 210: 자기장 발생부
220: 디폴트 신호 감지부 230: 변화 신호 감지부
240: 위치 측정부 250: 저장부
320: 멀티 어레이 331~ 336: 홀 센서
401, 402, 403, 431, 432: 홀 센서 440, 640: 상자성 물체
500, 700: 멀티 어레이 중심 510, 710: 측정 위치

Claims

헬름홀츠 코일(Helmholtz coil)에 상응하는 두 개의 솔레노이드 코일들을 이용하여 자기장을 발생시키는 자기장 발생부;
멀티 어레이에 배치된 복수개의 홀 센서들을 기반으로 시료에 의한 자기장의 변화에 상응하는 변화 신호를 감지하는 변화 신호 감지부; 및
상기 복수개의 홀 센서들마다 상기 변화 신호와 디폴트 신호의 신호 강도를 비교하여 상기 시료 상에서 상자성 물체의 위치를 측정하는 위치 측정부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 상자성 물체의 위치 측정 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 위치 측정부는
상기 복수개의 홀 센서들에 상응하는 복수개의 신호 강도의 차이를 기반으로 상기 멀티 어레이에 상응하는 2차원 공간에서 상기 상자성 물체의 위치에 상응하는 극좌표를 추출하는 것을 특징으로 하는 상자성 물체의 위치 측정 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 위치 측정부는
상기 복수개의 홀 센서들 중 상기 신호 강도의 차이가 큰 홀 센서일수록 상기 상자성 물체와 거리가 가까운 것으로 측정하는 것을 특징으로 하는 상자성 물체의 위치 측정 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 멀티 어레이는
상기 두 개의 솔레노이드 코일들의 정 가운데에 위치하는 것을 특징으로 하는 상자성 물체의 위치 측정 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 복수개의 홀 센서들은
상기 멀티 어레이에 균일한 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 상자성 물체의 위치 측정 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 위치 측정 장치는
상기 시료가 배치되지 않은 상태에서 상기 복수개의 홀 센서들을 기반으로 상기 자기장에 상응하는 상기 디폴트 신호를 감지하는 디폴트 신호 감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상자성 물체의 위치 측정 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 변화 신호 감지부는
상기 복수개의 홀 센서들에 연결되는 DAQ(Data Acquisition) 시스템을 기반으로 상기 변화 신호를 감지하는 것을 특징으로 하는 상자성 물체의 위치 측정 장치.
헬름홀츠 코일(Helmholtz coil)에 상응하는 두 개의 솔레노이드 코일들을 이용하여 자기장을 발생시키는 단계;
멀티 어레이에 배치된 복수개의 홀 센서들을 기반으로 시료에 의한 자기장의 변화에 상응하는 변화 신호를 감지하는 단계; 및
상기 복수개의 홀 센서들마다 상기 변화 신호와 디폴트 신호의 신호 강도를 비교하여 상기 시료 상에서 상자성 물체의 위치를 측정하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 상자성 물체의 위치 측정 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 위치를 측정하는 단계는
상기 복수개의 홀 센서들에 상응하는 복수개의 신호 강도의 차이를 기반으로 상기 멀티 어레이에 상응하는 2차원 공간에서 상기 상자성 물체의 위치에 상응하는 극좌표를 추출하는 것을 특징으로 하는 상자성 물체의 위치 측정 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 위치를 측정하는 단계는
상기 복수개의 홀 센서들 중 상기 신호 강도의 차이가 큰 홀 센서일수록 상기 상자성 물체와 거리가 가까운 것으로 측정하는 것을 특징으로 하는 상자성 물체의 위치 측정 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 멀티 어레이는
상기 두 개의 솔레노이드 코일들의 정 가운데에 위치하는 것을 특징으로 하는 상자성 물체의 위치 측정 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 복수개의 홀 센서들은
상기 멀티 어레이에 균일한 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 상자성 물체의 위치 측정 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 위치 측정 방법은
상기 시료가 배치되지 않은 상태에서 상기 복수개의 홀 센서들을 기반으로 상기 자기장에 상응하는 상기 디폴트 신호를 감지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상자성 물체의 위치 측정 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 변화 신호를 감지하는 단계는
상기 복수개의 홀 센서들에 연결되는 DAQ(Data Acquisition) 시스템을 기반으로 상기 변화 신호를 감지하는 것을 특징으로 하는 상자성 물체의 위치 측정 방법.