KR20190015984A - 넓은 표면 자기장 센서 어레이 - Google Patents

넓은 표면 자기장 센서 어레이 Download PDF

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Abstract

예를 들어, 어레이(30)에 배열된, 복수의 자기장 센서(26)는 테스트 구조(10)의 표면(들)(18, 24)에 근접한 자기장 강도의 변화를 측정하기 위해 작동된다. 테스트 구조(10)는 항공기 기체, 날개, 등의 기하학적 구조와 비슷할 수 있다. 전류는 테스트 구조(10)에 적용되고, 자기장 센서(26)는 전류에 의해 발생된 자기장의 변화를 감지한다. 대응하는 복수의 적분기(32)는 센서(26) 출력을 자기장 강도 값으로 변환한다. 복수의 자기장 강도 및 대응하는 센서 장소(27)로부터, 표적 표면(10)에 걸쳐 전류 밀도가 추론된다.

Description

넓은 표면 자기장 센서 어레이{Large surface magnetic field sensor array}
본 발명은 일반적으로 전류 감지(current sensing)에 관한 것으로, 특히, 넓은 표면에 걸쳐 전류 밀도를 추론하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 항공기 상에 번개가 치는 것이 발생한다고 알려져있다. 종래에는, 항공기의 기체 및 날개가 알류미늄과 같은 가벼운 중량의 금속으로 만들어졌다. 일반적으로 번개로부터 전류가 이러한 항공기의 외부 표면을 따라 이동하고, 소규모의 손상을 발생시킨다. 종래의 항공기 외부 금속은 등방성 전도도를 보이고, 잘 정의되고 잘 이해되는 방법으로 심지어 대용량의 전류를 전달할 수 있다. 천둥 생존성을 위한 테스트는 비교적 단순하다. 번개가 칠 때 항공기의 외부 표면에 걸친 전류 밀도는 일반적으로 매우 균일하다. 이러한 이유로, 하나의 점에서 측정된 국부 전류는 전체 항공기에 걸쳐 발생한 것과 관련되어있다고 합리적으로 생각될 수 있다.
많은 현대의 항공기는 금속 보다 합성 물질로 구축된다. 더 높은 탄성 및 예를 들어, 안테나와 같은, 합성 물질에 내장된 전자기기에 대한 능력을 갖는, 합성물은 금속보다 더 가볍고 더 잘 구부러질 수 있다. 합성 기체는 종종 레이어로 제작된다. 특히, 예를 들어, 탄소 섬유와 같이, 다양한 합성 수지로 구성된 것들과 같은 유전체 레이어에 의해 분리된, 전도성 레이어를 포함할 수 있다. 전도성 레이어는 일반적으로 예를 들어, 구성 섬유의 방향을 따라, 비-등방성 전도도를 보인다. 결과적으로, 번개가 칠 때 합성 기체에 걸쳐 전류 밀도는 일반적으로 비-균질하고, 꽤 복잡할 수 있다. 넓은 표면 영역에 걸쳐 전류 밀도를 예측 또는 측정하기가 어렵기 때문에, 번개 연구 및 테스트를 매우 복잡하게 만든다.
이 문서의 발명의 배경이 되는 기술 부분은 본 발명의 범위 및 유용성을 이해함에 있어서 당업자를 돕기 위해, 기술적 및 작동상 문맥에 있어서 본 발명의 측면을 나타내도록 제공된다. 명확하게 식별되지 않는 한, 이곳에서 언급된 내용은 발명의 배경이 되는 기술 부분에 포함된 선행기술일 뿐이다.
다음은 당업자에게 기본적인 이해를 제공하기 위해 본 개시의 간략화된 내용이 제시된다. 이 내용은 본 개시의 광범위한 개요가 아니고 본 발명의 측면의 핵심의/중요한 엘리먼트(element)를 식별하기 위해 또는 본 발명의 범위를 기술하기 위해 의도된 것이 아니다. 이 내용의 유일한 목적은 나중에 제시되는 더 상세한 설명에 대한 서문과 같은 간략화된 형식으로 이곳에서 개시된 몇몇 개념을 제시하기 위함이다.
이곳에서 설명 및 청구된 하나 이상의 측면에 따라, 예를 들어, 어레이에 배열되는, 복수의 자기장 센서 테스트 구조의 표면(들)에 근접한 자기장 강도의 변화를 측정하기 위해 작동된다. 테스트 구조는 항공기 기체, 날개, 등등의 기하학적 구조와 비슷할 수 있다. 전류가 테스트 구조에 인가되고, 자기장 센서는 전류에 의해 발생되는 자기장의 변화를 감지한다. 대응하는 복수의 적분기는 센서 출력을 자기장 강도 값으로 변환한다. 복수의 자기장 강도 값 및 대응하는 센서 장소로부터, 표적 표면에 걸쳐 전류 밀도가 추론된다.
하나의 측면은 표적 표면에 걸쳐 전류를 분석하는 방법에 관련된다. 복수의 자기장 센서가 제공된다. 각 센서는 적분기에 작동가능하게 연결된다. 복수의 자기장 센서는 표적 표면에 근접하게 위치된다. 전류가 표적 표면에 인가된다. 자기장 강도의 변화는 하나 이상의 센서 장소에서 감지된다. 자기장 강도의 변화는 각 센서 장소에서 자기장 강도 값을 유도하기 위해 적분된다. 표적 표면에 걸쳐 전류 밀도는 복수의 자기장 강도 값 및 대응하는 센서 장소로부터 추론된다.
또다른 측면은 표적 표면에 걸쳐 전류를 분석하기 위해 작동하는 장치에 관련된다. 장치는 어레이에서 알려진 장소에 위치된 복수의 자기장 센서를 포함한다. 각 자기장 센서는 자기장 강도의 변화를 감지하기 위해 작동된다. 적분기는 각 자기장 센서에 작동가능하게 연결되고 연결된 센서의 출력을 적분함으로써 자기장 강도 값을 유도하기 위해 작동된다. 데이터 처리 시스템은 각 적분기의 출력을 수신하기 위해 작동되고 복수의 자기장 강도 값 및 대응하는 센서 장소로부터 표적 표면에 걸쳐 전류 밀도를 추론하기 위해 작동된다.
또다른 측면은 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체에 관련된다. 매체는 데이터 처리 시스템이 표적 표면에 걸쳐 전류를 분석하기 위해 자기장 센서 어레이를 처리하도록 작동하는 프로그램 명령을 저장한다. 명령은 데이터 처리 시스템이, 자기장 센서 어레이가 표적 표면에 근접하게 위치되고 전류가 표적 표면에 인가될 때 어레이 상의 하나 이상의 센서에서 자기장 강도의 변화를 감지하도록; 각 센서 장소에서 자기장 강도 값을 유도하기 위해 자기장 강도의 변화를 적분하도록; 각 자기장 강도 값으로부터 국부 전류 값을 추론하도록; 및 대응하는 센서 장소를 이용하여 표적 표면에 대한 국부 전류 값을 맵핑함으로써 표적 표면에 걸쳐 전류 밀도를 추론하도록; 한다.
본 발명은 이제부터 보여지는 본 발명의 측면에서, 첨부된 도면을 참조하여 더 전체적으로 설명된다. 그러나, 본 발명은 이곳에 설명된 측면에 제한되는 것과 같이 이해되어서는 안된다. 그보다, 이러한 측면은 본 개시가 빈틈없이 완전하도록, 및 당업자가 본 발명의 범위를 전체적으로 따르도록 제공된다.
도 1은 테스트 구조의 단면도이다.
도 2는 테스트 구조에 근접한 자기장 센서의 단면도이다.
도 3은 3개의 직교 방향에서 코일의 투시도이다.
도 4는 자기장 센서를 위한 설치 구조의 투시도이다.
도 5는 테스트 구조에 근접한 자기장 센서의 어레이의 투시도이다.
도 6a는 표적 표면에 걸쳐 전류를 분석하는 방법의 플로우도이다.
도 6b는 도 6a의 방법의 단계를 열거하는 플로우도이다.
도 6c는 표적 표면에 걸쳐 전류 밀도의 고해상도 뷰를 획득하는 방법의 플로우도이다.
도 6d는 개별적인 자기장 센서를 조절하는 방법의 플로우도이다.
도 6e는 대체 표면을 이용하여자기장 센서의 어레이를 조절하는 방법의 플로우도이다.
도 7은 표적 표면에 걸쳐 전류 밀도를 나타내는 2D 플롯이다.
도 8은 대체 표면을 제공하는 테스트 구조 조절의 투시도이다.
도 9는 테스트 구조 및 센서 어레이의 조절의 단면도이다.
도 10은 자기장 센서를 위한 전자 기기 시스템의 블록도이다.
도 11은 활성 적분기 회로의 개략도이다.
간략화 및 설명의 목적을 위해, 본 발명은 예시적인 측면을 주로 지칭하여 설명된다. 다음의 설명에서, 다수의 특정 세부사항은 본 발명의 철저한 이해를 제공하기 위해 제시된다. 그러나, 본 발명은 이러한 특정 세부 사항에 대한 제한 없이 실행될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 이러한 설명에서, 잘 알려진 방법 및 구조는 불필요하게 본 발명을 모호하게 하지 않도록 상세하게 설명되지 않는다.
기체를 포함하는, 레이어드된 합성 물질(layered composite material)에서 전류 밀도는 비-균일하고 기하학적 구조, 전도도, 및 전류 크기(magnitude)에 의해 유도된다. 작은 전류(small current)는 전류가 섬유의 방향(direction)을 따라 강한 선호도를 갖는 경우, 섬유 레이어에 국한될 수 있다. 높은 전압이 절연 합성수지 레이어의 유전체 장벽을 절연파괴(breakdown)할 때, 넓은 전류(large currment)가 레이어를 통해 퍼짐으로써 파괴(destruction)를 발생시킬 수 있다. 결과적으로, 전류 밀도 - 즉, 물질의 표면을 가로지르는 전류의 밀집도(concentration) - 는 복잡하고, 비-균일하며, 측정하기 어렵다.
합성 물질의 전류 밀도를 측정하는 고유한 문제를 떠나, 측정 장비를 손상시킬 수 있는, 인덕턴스 효과 및 높은 에너지 레벨에 기인하여, 매우 넓은 전류의 직접적인 측정 그 자체는 보통 불가능하다. 따라서, 높은 전류는 그것이 발생시킨 자기장을 측정함으로써 흔히 추론된다.
(예를 들어, 플라즈마 실험에서 전류를 측정하기 위해 알려진) 분야에서 알려진 하나의 전류-감지 회로는 B-Dot 센서와 같은 분야에서 알려진, 와이어의 코일이다. 이 이름은
Figure pat00001
와 같이, 코일을 통해 변하는 자속(magnetic flux)에 대해 코일에 유도되는 전압과 관련된, 페러데이의 공식으로부터 유도된다. 전압은 변하는 자기장 또는 정자기장(static magnetic field)의 시동/정지 과도 현상(start-up/shut-down transient)에 의해 고정된 코일(stationary coil)에 유도될 수 있다. 그렇지 않으면, 전압은 정자기장을 통해 코일을 이동시킴으로써 코일에 유도된다. B-dot 센서는 자기장의 변화율 만을 기록하고;이 값은 추론될 수 있는 자기장을 발생시키는 전류로부터, 필드(field;장)를 정량적으로 측정하기 위해 시간에 대해 적분되어야 한다.
더욱 자세하게, 페러데이의 법칙은 다음을 나타낸다:
Figure pat00002
여기서
Figure pat00003
는 코일을 통하는 자속이고,
Figure pat00004
는 코일의 면적에 걸쳐 일정한 자기장 강도의 직각 성분이며, a는 코일 면적이고, N은 코일이 감겨지는(turns;턴) 횟수이며, V는 유도된 전압이다. 자기장 그 자체는 아날로그 적분 회로에 의해 실시간으로, 또는 또는 신호의 디지털화 후에 계수적으로 B-dot 신호를 적분함으로써 결정될 수 있다. 고성능 적분회로는 정확한 측정을 위해 필요하다. 코일은 자석 와이어, 또는 다른 절연 와이어를 형태(form) 주변에 감음으로써 구성될 수 있다. 그렇지 않으면, 코일은 예를 들어, 첨가물 제조(3-D 프린팅과 같이 알려진)와 같이, 인쇄회로배선판 상의 트레이스(trance)와 같이, 또는 집적회로(IC)의 전도성 경로와 같이, 프린트함으로써 제조될 수 있다.
B-dot 센서 및 수반되는 적분 회로의 이용은 예를 들어, (하나의 예시로, 번개 칠 때와 같은) 플라즈마 현상을 연구함에 있어서, 자기장을 측정하기 위해 알려졌지만, 이는 일반적으로 단일 포인트 소스(point source)로부터 전류를 측정한다. 자기 센서는 2D 또는 3D 표면을 가로지르는 전류 밀도를 측정 및 연구하기 위해 이용된 적은 없다.
도 1은 일반적으로 전자기 환경(EME;Electro-Magnetic Environment) 테스트에서 이용되는, 2개의 화스너 랩 조인트(lap joint)와 같이 지칭되는, 테스트 구조(10)의 측면도이다. 테스트 구조(10)는 화스너(16;fastener)로 함께 볼트로 접합된, 합성 물질의 2개의 시트(12, 14)를 구비하여 구성된다. 시트(12)는 도 1에서 위쪽을 향하는, 프론트 사이드(18;front side), 및 아래쪽을 향하는 백 사이드(20;bag side)를 갖는다. 프론트 사이드(18)는 항공기 기체 또는 날개 상에서 합성 물질의 완성된, 바깥쪽으로 향하는 표면에 해당한다. 제작 과정에서 이용되는 부풀릴 수 있는 주머니(inflatable bladder)에 기인하여 이름지어진, 백 사이드(20)는 안쪽으로 향하는 사이드에 해당한다. 다른 시트(14) 상에서, 프론트 사이드(22)는 아래쪽을 향하고, 백 사이드(24)는 위쪽을 향한다. 시트(12, 14) 양쪽 모두는 합성 물질을 보호하기 위해 비-전도성 프라이머(primer)로 코팅된다. 이들의 연결 지점에서, 이 프라이머는 번개가 치는 것처럼 하기 위해, 높은 전류가 인가될 때 테스트 구조(10)를 가로지르는 전류 밀도에 영향을 줄 수 있는, 단절성(discontinuity)을 나타낸다.
높은 전압이 시트(12)와 같은, 테스트 구조(10)의 하나의 말단에 인가되지만, 시트(14)와 같은, 또다른 말단은 접지된다. 이는 전류가 시트(12)를 갈로질러, 화스너(16)을 통해, 연속적으로 시트(14)를 가로질러 흐르도록 한다. 2개의 화스너(16)를 통과하는 전류가 50 대 50으로 나뉘어 질 것으로 흔히 가정된다. 그러나, 이는 정확하지 않을 수 있다는 것을 몇몇 손상 평가가 내포한다. 실제로화스너(16)를 통과하는 높은 전류를 측정하는 것은 문제가 있고, 어떠한 상황에서도 시트(12, 14)를 가로지르는 전류 밀도에 대한 정보가 나오지는 않을 것이다.
도 2는 전류 흐름 I의 일반적인 방향을 나타내는, 고전압(HV;high voltage) 및 접지가 인가된 테스트 구조(10)를 보여준다. 이곳에서 설명되고 청구된 측면에 따라서, B-dot 센서와 같은, 복수의 자기장 센서(26)는 시트(12)의 프론트 사이드 표면(18) 및 시트(14)의 백 사이드 표면(24)와 같은, 표적 표면에 근접하게 위치된다. 각 센서는 와이어의 코일(25)을 구비하여 구성되고, 적분기(보여지진 않음)에 작동가능하게 연결되며, 출력은 데이터 처리 시스템(보여지진 않음)에 의해 수집된다. 나타낸 바와 같이, 전류는 테스트 구조(10)의 표적 표면(18, 24)에 인가된다. 예를 들어, 온도 변화, 유도된 전압에 의한 손상, 등등에 대한 반응으로, 전류 I 가 증가하고, 혹시 테스트 구조에 걸쳐 변할 때, 자기장 센서(26)는 각각의 센서 장소(27;sensor location)에서 자기장 강도의 변화를 감지한다. 자기장 강도의 검출된 변화는 각 센서 장소(27)에서 자기장 강도 값을 유도하기 위해 적분된다. 테스트 구조(10)의 표적 표면에 걸쳐 전류 밀도는 복수의 자기장 강도 값 및 대응하는 센서 장소(27)로부터 추론된다.
도 2는 오직 단일 방향으로 배열된 듯한 B-dot 코일(26)을 보여준다. 즉, 오직 하나의 코일(26)이 각 센서 장소(27)에서 보여지고, 모든 코일(26)은 동일한 배향(orientation)을 갖는다. 각 코일(26)은 코일의 자속선이 코일 면적에 직각인 - 즉, 자속선이 코일의 중심선 아래로 확장하는 세로축과 평행한, 자기장의 변화만을 검출하기 위해 작동된다. 자기장의 더 완전한 공간 뷰(view)를 위해, 복합 센서(26)가 각각 상이한 배향의 다수의 코일을 갖는 것으로 구성된다. 도 3에서 보여지는 바와 같이, 예를 들어, 3개의 직교축에 대해 배열된, 3개의 코일은 3개의 공간적 방향(예를 들어, x, y, z 방향)의 자속을 측정한다. 합성 자속(composite flux)은 3개의 코일(26) 출력의 벡터 합과 같이 획득될 수 있다. 단일 코일은 코일의 횡단면적에 대해 직각인 2개의 방향의 플럭스 - 하나의 방향의 플럭스는 양 전압을 유도하고, 반대 방향의 플럭스는 음 전압을 유도한다 - 를 측정한다.
도 4는 6개의 B-dot 코일(26)이 감길 수 있는 6개의 기둥 설치 구조(28;mounting structure)을 나타낸다. 하나의 측면에서, 2개의 코일(26)을 각 배향으로 제공하는 것은 더욱 강력한 신호가 차동쌍(differential pair)의 공통 모드와 같이 획득되도록 한다. 이러한 경우에서, 각각의 3개의 축(즉, 방향)에서 2개의 코일(26)은 반대 방향으로 감겨야 한다. 6개의 기둥 구조(26)가 철을 함유하지 않은, 유전체 물질로부터 형성되는 경우, 자속 감지 동작에 영향을 주지 않고, 코일(26)을 위한 구조적인 지원을 제공하도록 제자리에 남겨질 수 있다. 적어도 3개의 코일(26)이 예를 들어, x, y, 및, z 방향의, 각 구조(28)에 설치된 경우, 합성 자기장(resultant magnetic field)이 각 코일(26)(및 관련된 적분기 회로)에 의해 검출된 자기장 구성요소의 벡터 합으로 분해될 수 있다.
도 5는 기판(31;substrate)에 부착(affix)된 복수의 설치 구조(28)에 대한 어레이(30;array)를 보여준다. 각 설치 구조(28)는 센서 장소(27)를 정의한다. B-dot 코일과 같은, 적어도 하나의 자기장 센서(26)는 각 센서 장소(27)에 위치된다. 복수의 자기장 센서(26)는 테스트 구조(10)의 하나의 사이드와 같은, 표적 표면(18, 24)에 근접하게 위치된다. (도 5의 테스트 구조(10)의 배향에서, 표적 표면(18, 24)은 어레이(30)를 마주하고 있고 보이지 않는다는 것에 유의해야 한다.) 바람직한 측면에서, 자기장 센서(26)의 어레이(30)는 테스트 구조(10)의 각 상대적인 가장자리(11;relevant edge)를 통과하는 적어도 여러개의 코일(26)에서 확장된다. 이는 테스트 구조(10)의 가장자리(11)에서 필드의 움직임(behavior)이 반드시 캡쳐되게 한다. 특히, 테스트 구조(10)의 가장자리(11)를 통과하는 B-dot 코일(26)을 배치(place)함으로써, 가장자리(11)에서의 자기장 움직임은 아래에서 설명되는 바와 같이, 보간법(interpolation)에 의해 유도 될 수 있다. 하나의 측면에서, 클립(clip)(보여지진 않음)과 같은, 하나 이상의 인덱스 피쳐(index feature)는 표적 표면(18, 24)에 근접한 어레이(30)를 위치시킴(position)에 있어서 반복성(repeatability)을 보장한다. 이는 고정된 물리적인 위치를 보장함으로써 보정 처리(calibration process)(예를 들어, X-Y 장소에 있어서의 변화, 회전/비틀림, 등)을 돕는다. 이곳에서 나중에 설명될, 보정 처리 절차(calibration procedure)가 어레이(30) 배치(placement) 및 배향에서의 변형을 보정할 수 있지만, 어레이(30)의 고정된 위치는 여전히 장점이다.
도 6a는 표적 표면에 걸쳐 전류를 분석하는 방법(100)의 단계를 보여준다. 어레이(30)에서 바람직하게 배열된, 복수의 자기장 센서(26)가 제공된다(블록(102)). 각 센서(26)는 적분기(32)에 작동가능하게 연결된다. 복수의 자기장 센서(26)는 표적 표면(18, 24)에 근접하게 위치되고(블록(104)), 및 전류는 도 2에서 보여지는 바와 같이, 표적 표면(18, 24)에 인가된다(블록(106)). 자기장 강도의 변화는 하나 이상의 센서 장소(27)에서 감지된다(블록(108)). 자기장 강도의 변화는 각 센서 장소(27)에서 자기장 강도 값을 유도하기 위해 적분된다(블록(110)). 표적 표면(28, 24)에 걸쳐 전류 밀도는 복수의 자기장 강도 값 및 대응하는 센서 장소(27)로부터 추론된다(블록(112)).
도 6B는, 더 자세하게, 복수의 자기장 강도 값 및 대응하는 센서 장소(27)로부터 표적 표면(18, 24)에 걸쳐 전류 밀도를 추론하는 - 도 6a의 블록(112)를 구현하기 위한 하나의 측면에 따라 취해진 단계를 보여준다. 이러한 단계는 먼저 각 자기장 강도 값으로부터 국부 전류 값(local current value)을 추론하는 단계(블록(114))를 포함하고, 그 다음에 대응하는 센서 장소(27)를 이용하여 표적 표면(18, 24)에 대해 국부 전류 값을 맵핑(mapping)하는 단계를 포함한다.
도 6c는 표적 표면(18, 24)에 걸쳐 전류 밀도의 고해상도 뷰를 획득하는 방법(200)의 단계를 보여준다. 먼저, 자기장 강도 값은 센서 장소(27) 사이에서 보간된다(블록(118)). 보강된 자기장 강도 값에 대응하는, 대응하는 가상 센서 장소(virtual sensor location)가 계산된다(블록(120)). 국부 가상 전류 값은 보간된 자기장 강도 값으로부터 추론된다(블록(122)). 국부 가상 전류 값은 그 다음에, 대응하는 가상 센서 장소를 이용하여 표적 표면(18, 24)에 대해 맵핑된다(블록(124)).
도 7은 테스트 구조(10) 상에 오버레이된 전류 밀도를 나타낸다. 전류 밀도그래프(plot)는 전류 밀도를 추론하기 위한 자기장 센서(26) 출력을 보간 및 추후-처리(및 선택적으로 센서(26)사이의 보간)한 결과로서 나타난다. 예상되는 바와 같이, 전류는 화스너(16)에 집중되지만, 예상할수 없는 방법으로 그 주위에 분포된다.
여러 이유를 위해, B-dot 코일(16)은 정확한 필드 측정을 달성하기 위해 보정되어야 한다. 코일(26)의 작아지려는 경향 때문에, 코일 면적의 물리적인 측정은 부정확하다. 일반적인 제조 허용오차(manufacturing tolerance)는 코일이 감겨지는 (부분적인) 횟수, 코일 표면적, 등등과 같은 몇몇 매개변수에서 코일-대-코일 간의 차이가 나타난다. 추가적으로, 비-이상적인 전자기기 효과는 특히 코일(26) 또는 케이블류의 자기-인덕턴스(self-inductance)를 수반하며, 발생한다. 보정은 예를 들어, 단일 발생기에 의해 구동되는 헬름홀츠 코일로부터, 알려진 사인곡선 자기장을 인가함으로써, 및 오실로스코프를 이용하여 주파수의 기능과 같은 코일 응답(coil response)의 진폭을 결정함으로써, 이뤄질 수 있다. 그렇지 않으면, 데이터 수집을 간략화하고 프로브(probe)의 응답 위상또한 결정되도록, 네트워크 분석기(network analyzer)가 이용될 수 있다. 당업자는 이러한 보정이 장비를 측정하기 위한 루틴(routine)임을 이해할 것이며, 본 개시의 가르침이 준, 적절한 보정 처리 절차의 임의의 수를 고안할 수 있다. 도 6d는 제조 허용오차에 기인하여 개별적인 센서 차이를 보상하기 위해 각 자기장 센서를 보정하는 방법(300)의 단계를 보여준다(블록(126)).
개별적인 B-dot 코일(26)을 보정하는 것을 떠나서, 복수의 코일(26)을 지지하는 어레이(30)는 반드시 보정되어야 한다. 도 2를 참고해서, B-dot 코일(26)의 어레이(30)가 평평하다는 것을 가정하면, 2개의 시트(12, 14)의 오프세트에 기인하여, 시트(12)에 걸쳐 위치된 코일(26)은 표면(24)에 대한 시트(14)에 걸쳐 위치된 코일(26)보다 표면(18)에 더 가깝다는 것이 명백하다. 따라서, 시트(14)에 걸쳐 위치된 모든 코일(26)은 더 낮은 세기의 자기장을 기록할 것이다. 표적 표면(18, 24)으로부터 각 코일(26)의 거리의 이러한 차이는, 표적 표면(18, 24)에 걸쳐 전류를 추론하는, 자기장의 정확한 측정을 획득하기 위해 반드시 고려되어야 한다. 각 코일(26)에서 표적 표면(18, 24)까지의 거리가 표적 표면(18, 24)의 확장보다 매우 작을 경우를 가정하면, 표적 표면(18, 24)는 무한한 전류 시트와 같은 모델이 될 수 있고, 자기장 강도는 다음과 같다:
Figure pat00005
여기서
Figure pat00006
는 공기의 투자율 및 r은 표적 표면(18, 24)로부터 코일(26)의 거리이다.
하나의 측면에서, 자기장 센서(26)의 어레이(30)는 대체 표면(proxy surface)을 이용함으로써 보정된다. 도 8은 항공기 날개와 같은, 표적 표면의 기하학적 구조(예를 들어, 모양 또는 형태)를 갖는 대체 표면(52)을 나타내는, 보정 테스트 구조(50)를 보여준다. 보정 테스트 구조(50), 및 지금부터 대체 표면(52)은 유전 물질로 형성되고, 하나 이상의 전도체(54)를 포함한다. 전도체(54)는 높은 전압 소스(+HV)에 연결되고, 전류는 이 주변에 자기장을 발생시키며, 전도체(54)를 통하여 보내진다.
도 9는 대체 표면(52)를 따라 놓인, 또는 이 안에 내장된 전도체(54)에서 취해지는 단면선을 갖는, 보정 테스트 구조(50)의 단면도를 보여준다. 도9는 또한 자기장 센서(26)의 어레이(30)를 보여준다. 도 2에 대해 위에서 설명된 바와 같이, 상이한 자기장 센서(26)와 대체 표면상의 대응하는 장소 사이의 변하는 거리가 명백하다. 보정 처리 절차는 이렇게 상이한 거리를 보상하기 위해 설명된다.
도 6e는 고정된 어레이(30)에 위치된 복수의 자기장 센서(26)를 보정하는 방법(400)을 보여준다. 대체 표면(52)은 위에서 설명된 바와 같이, 제공된다(블록(128)). 대체 표면(52)는 유전체 물질로 형성되고, 하나 이상의 전도체(54)를 포함하며, 항공기 날개와 같은, 표적 표면의 기하학적 구조와 비슷(approximate)하다. 자기장 센서(26)의 어레이(30)는 대체 표면(52)에 근접하게 위치되고(블록(130)), 전류가 도체(54)를 통해 인가된다(블록(132)). 위에서 언급한 바와 같이, 자기장 센서(26)의 어레이(30)는 대체 표면(52)의 날개 앞전(56;leading edge) 및 날개 뒷전(58;trailing edge)을 지나며 확장된다. 복수의 자기장 센서(26) 각각은 그 각각의 센서 장소(27)에서 자기장 강도의 변화를 감지한다(블록(134)). 자기장 강도의 변화는 각 센서 장소(27)에서 자기장 강도 값을 유도하기 위해 적분된다(블록(136)). 자기장 센서(26)의 어레이(30)의 출력은 대체 표면(52)과 센서 어레이(30) 사이의 기하학적 구조가 일치하지 않은 것에 기인한 개별적인 센서(26) 차이를 보상하기 위해 보정된다(블록(139)).
도 10은 자기장 센서(26)의 어레이(30)를 위한 전자기기의 하나의 측면의 간략화된 뷰를 보여준다. 각 자기장 센서(26a, 26b, ..., 26n)는 대응하는 적분기(32a,　32b, ..., 32n)에 연결된다. 각 적분기(32)는 도 11에서 보여지는 바와 같이, RC 회로와 함께 연산 증폭기(A;operational amplifier)와 같은, 아날로그 회로를 포함할 수 있다. 그렇지 않으면, 각 자기장 센서(26)의 출력은 디지털화 될 수 있고, 적분은 DSP(Digital Signal Processor)에 의해 수행될 수 있다. 또다른 경우, 적분기(32)는 바람직하게 드룹 정정(droop correction) 및 높은 민감도를 갖는, 고성능이다. 도 8의 대표적인 시스템은, 적분기(32)의 출력이 ADC(36;Analog to Digital Converter)로 유닛(34)을 교환함으로써 연속적으로 (또는 미리 정해진 임의의 순서로) 멀티플렉스(multiplex)된다. 디지털 데이터는 메모리(28)(예를 들어, RAM, ROM, Flash, SSD, HDD, 자기 테이프, 등)와 같은, 비-일시적인 컴퓨터 판독가능 매체에 저장된다. 그 다음, 마이크로프로세서 또는 DSP와 같은, 컨트롤러(40)가 보정 계산을 수행하고, 국부 전류 값을 계산하며, 센서 장소(27)에 대한 국부 전류 값을 맵핑하고, 표적 표면(18, 24)에 걸쳐 전류 밀도의 모델 또는 뷰를 발생하도록 저장된 데이터에 접근한다. 표적 표면(18, 24)에 걸쳐 전류 및도는 예를 들어, 디스플레이, 프린터, 등에 출력될 수 있다. 컨트롤러(40)는 또한 시스템 구성요소의 동작을 제어할 수 있다. 당업자는 개별의 컨트롤러(40)가 예를 들어, 시스템 구성요소를 제어하는 하나의 컨트롤러(40) 및 전류 밀도를 계산하는 또다른 컨트롤러(40)과 같이, 계산 부하(computational load)의 일부분을 각각 수행할 수 있다는 것을 쉽게 알아챌 것이다.
게다가, 본 개시는 다음의 조항에 따른 예시를 포함한다:
조항 1. 표적 표면에 걸쳐 전류를 분석하는 방법은: 복수의 자기장 센서를 제공하는 단계로, 각 센서는 적분기에 작동가능하게 연결되는, 단계;와 복수의 자기장 센서를 표적 표면에 근접하게 위치시키는 단계; 표적 표면에 전류를 인가시키는 단계; 하나 이상의 센서 장소에서 자기장 강도의 변화를 감지하는 단계; 각 센서 장소에서 자기장 강도 값을 유도하기 위해 자기장 강도의 변화를 적분하는 단계; 복수의 자기장 강도 값 및 대응하는 센서 장소로부터 표적 표면에 걸쳐 전류 밀도를 추론하는 단계;를 갖추어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
조항 2. 조항 1에 있어서, 표적 표면에 걸쳐 전류 밀도를 추론하는 단계가 각 자기장 강도 값으로부터 국부 전류 값을 추론하는 단계, 및 대응하는 센서 장소를 이용하여 표적 표면에 대해 국부 전류 값을 맵핑하는 단계를 더 갖추어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
조항 3. 조항 2에 있어서, 센서 장소 사이에서 자기장 강도 값을 보간하는 단계;와 보간된 자기장 강도 값에 대응하는 가상 센서 장소를 계산하는 단계; 각 보간된 자기장 강도 값으로부터 국부 가상 전류 값을 추론하는 단계; 대응하는 가상 센서 장소를 이용하여 표적 표면에 대해 국부 가상 전류 값을 맵핑하는 단계;를 더 갖추어 이루어 지는 것을 특징으로 한다.
조항 4. 조항 1에 있어서, 하나 이상의 센서 장소에서 자기장 강도의 변화를 감지하는 단계 이전에, 제조 허용오차에 기인하여 개적인 센서 차이를 보상하기 위해 각 자기장 센서를 보정하는 단계를 더 갖추어 이루어 지는 것을 특징으로 한다.
조항 5. 조항 4에 있어서, 자기장 센서 각각은 와이어 코일을 구비하여 구성되고, 제조 허용오차는 코일의 적어도 하나의 유형의 와이어, 코일의 와이어를 감는 횟수, 및 코일의 면적을 포함하는 것을 특징으로 한다.
조항 6. 조항 1에 있어서, 복수의 자기장 센서는 고정된 어레이에 위치되고, 하나 이상의 센서 장소에서 자기장 강도의 변화를 감지하는 단계 이전에, 방법은:
하나 이상의 전도체를 포함하고 유전체 물질로 형성된, 대체 표면을 제공하는 단계로서, 대체 표면은 표적 표면의 기하학적 구조와 비슷한, 단계;와
자기장 센서의 어레이를 대체 표면에 근접하게 위치시키는 단계;
대체 표면의 전도체를 통해 전류를 인가시키는 단계;
하나 이상의 센서 장소에서 자기장 강도의 변화를 감지하는 단계;
각 센서 장소에서 자기장 강도 값을 유도하기 위해 자기장 강도의 변화를 적분하는 단계;
대체 표면 및 센서 어레이의 기하학적 구조에 기인하여 개별적인 센서 차이를 보상하기 위해 자기장 센서의 어레이를 보정하는 단계;에 의해 복수의 자기장 센서를 보정하는 단계를 더 갖추어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
조항 7. 조항 1에 있어서, 하나 이상의 자기장 센서가 다른 방향의 자기장 강도의 변화를 감지하기 위해 배향된 2개 이상의 와이어 코일을 구비하고, 각 센서 장소에서 자기장 강도를 유도하는 단계가 2개 이상의 와이어 코일의 자기장 강도 값 및 와이어 코일 배향을 결합함으로써 각 자기장 센서에 대한 합성 자기장 강도 및 방향을 유도하는 단계를 더 갖추어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
조항 8. 조항 7에 있어서, 와이어 코일 배향 방향이 서로 직교인 것을 특징으로 한다.
조항 9. 조항 8에 있어서, 하나 이상의 자기장 센서가 3개의 직교 방향에서 자기장 강도의 변화를 감지하기 위해 배향된 3개의 와이어 코일을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
조항 10. 조항 1에 있어서, 하나 이상의 자기장 센서가 반대로 감겼지만 동일한 방향을 따라 배향된 2개의 와이어 코일을 구비하고, 각 센서 장소에서 자기장 강도 값을 유도하는 단계가 2개의 와이어 코일의 공통 모드로부터 자기장 강도를 유도하는 단계를 갖추어 이루어지며, 그외 자기장은 받아들여지지 않는 것을 특징으로 한다.
조항 11. 표적 표면에 걸쳐 전류를 분석하기 위해 작동하는 장치는: 어레이의 알려진 장소에 위치된 복수의 자기장 센서로서, 각 자기장 센서가 자기장 강도의 변화를 감지하기 위해 작동되는, 복수의 자기장 센서;와 각 자기장 센서에 작동가능하게 연결되고 연결된 센서의 출력을 적분함으로써 자기장 강도를 유도하기 위해 작동되는 적분기; 각 적분기의 출력을 수신하기 위해 작동하고, 복수의 자기장 강도 값 및 대응하는 센서 장소로부터 표적 표면에 걸쳐 전류 밀도를 추론하기 위해 더 작동되는 데이터 처리 시스템;을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
조항 12. 조항 11에 있어서, 하나 이상의 자기장 센서가 상이한 방향에서 자기장 강도의 변화를 감지하기 위해 배향된 2개 이상의 와이어 코일을 구비하고, 데이터 처리 시스템은 2개의 와이어 코일의 자기장 강도 값 및 와이어 코일 배향을 결합함으로써 각 자기장 센서에 대한 합성 자기장 강도 및 방향을 유도하기 위해 더 작동되는 것을 특징으로 한다.
조항 13. 조항 12에 있어서, 와이어 코일 배향 방향이 서로 직교인 것을 특징으로 한다.
조항 14. 조항 13에 있어서, 하나 이상의 자기장 센서가 3개의 직교 방향에서 자기장 강도의 변화를 감지하기 위해 배향된 3개의 와이어 코일을 더 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
조항 15. 조항 12에 있어서, 자기장 센서의 어레이는: 기판; 및 알려진 자기장 센서 장소에서 기판에 부착된 복수의 설치 구성요소(mounting member)로서, 각 설치 구성요소는 와이어 코일이 자기장 센서를 형성하기 위해 감긴 곳에 적어도 2개의 확장 구성요소를 포함하는, 복수의 설치 구성요소;를 구비하고, 복수의 설치 구성요소는 대응하는 확장 구성요소가 동일한 방향으로 배향되도록 기판에 부착되는 것을 것을 특징으로 한다.
조항 16. 조항 15에 있어서, 확장 구성요소가 180°떨어져 배향된 확장 구성요소의 대응하는 짝을 구비하고; 코일의 짝은 각 확장 구성요소의 짝 상의 반대 방향으로 감기며, 적분기는 와이어 코일의 각 짝의 공통 모드로부터 각 센서 장소에서 자기장 강도 값을 유도하기 위해 더 작동되며, 그 외 자기장은 받아들여지지 않는 것을 특징으로 한다.
조항 17. 조항 11에 있어서, 어레이는, 어레이가 표적 표면에 근접하게 위치될 때, 자기장 센서의 서브세트(subset)가 표적 표면의 바깥쪽 가장자리(outer edge)를 넘어 위치되는 표적 표면보다 충분하게 더 큰 것을 특징으로 한다.
조항 18. 비-일시적인 컴퓨터-판독가능 매체는, 자기장 센서 어레이가 표적 표면에 근접하게 위치되고 전류가 표적 표면에 인가될 때, 어레이 상에 하나 이상의 센서 장소에서 자기장 강도의 변화를 감지하는 단계;와 각 센서 장소에서 자기장 강도 값을 유도하기 위해 자기장 강도의 변화를 적분하는 단계; 각 자기장 강도 값으로부터 국부 전류 값을 추론하는 단계; 대응하는 센서 장소를 이용하여 표적 표면에 대한 국부 전류 값을 맵핑함으로써 표적 표면에 걸쳐 전류 밀도를 추론하는 단계;를 수행함으로써 표적 표면에 걸쳐 전류를 분석하기 위해 데이터 처리 시스템이 자기장 센서 어레이 출력을 처리하도록 작동되는 프로그램 명령을 저장하는 것을 특징으로 한다.
조항 19. 조항 18에 있어서, 프로그램 명령은 데이터 처리 시스템이, 센서 장소 사이에서 자기장 강도 값을 보간하는 단계;와 보간된 자기장 강도 값에 대응하는 가상 센서 장소를 계산하는 단계; 각 보간된 자기장 강도 값으로부터 국부 가상 전류 값을 추론하는 단계; 대응하는 가상 센서 장소를 이용하여 표적 표면에 대한 국부 가상 값을 추가적으로 맵핑함으로써 표적 표면에 걸쳐 높은 손실 특성(high-granularity)의 전류 밀도를 발생시키는 단계;를 수행하도록 더 작동되는 것을 특징으로 한다.
조항 20. 조항 18에 있어서, 프로그램 명령은 데이터 처리 시스템이, 센서 어레이가 하나 이상의 전도체를 포함하고, 표적 표면의 기하학적 구조와 비슷한, 유전체 물질로 형성된 대체 표면에 근접하게 위치되고, 전류가 전도체를 통해 흐를 때, 하나 이상의 센서 장소에서 자기장 강도의 변화를 감지하고; 각 센서 장소에서 자기장 강도 값을 유도하기 위해 자기장 강도의 변화를 적분하며; 대체 표면 및 센서 어레이의 기하학적 구조에 기인하여 개별적인 센서 차이를 보상하기를 위해 자기장 센서의 어레이를 보정함으로써; 자기장 센서 어레이를 보정하도록 더 작동되는 것을 특징으로 한다.
이곳에서 설명되는 시스템 및 방법의 기술적 효과는 i) 복수의 자기장 센서를 제공하는 단계로서, 각 센서는 적분기에 작동가능하게 연결되는, 단계; ii) 표적 표면에 근접하게 복수의 자기장 센서를 위치시키는 단계; iii) 표적 표면에 전류를 인가시키는 단계; iv) 하나 이상의 센서 장소에서 자기장 강도의 변화를 감지하는 단계; v) 각 센서 장소에서 자기장 강도 값을 유도하기 위해 자기장 강도의 변화를 적분하는 단계; 및 vi) 복수의 자기장 강도 값 및 대응하는 센서 장소로부터 표적 표면에 걸쳐 전류 밀도를 추론하는 단계; 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 측면은 선행 기술을 넘어 다양한 장점을 제공한다. 현재, 현실적으로 넓은 면적의 표면에 걸쳐 전류를 정확하게 측정하는 방버이 없다. 예를 들어, 항공기 날개 및 기체가 금속에서 합성 구조(composite construction)로 발전함에 따라, 번개가 칠 때의 효과를 모델링 및 연구하기 위해 이러한 기능에 대한 필요성은 매우 시급하다.
물론, 본 발명은 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않으면서 이곳에서 구체적으로 설명된 것들 이외의 방법으로 수행될 수 있다. 본 발명의 측면은 제한적이지 않고, 예시적인 것으로 모든 측면에서 고려될 수 있고, 첨부된 청구항의 의미 및 균등 범위 내에 있는 모든 변경이 여기에 포함되도록 의도된다.

Claims (15)

  1. 표적 표면(18, 24)에 걸쳐 전류를 분석하는 방법(100)으로, 방법은:
    복수의 자기장 센서(26)를 제공하는 단계로, 각 센서는 적분기(32)에 작동가능하게 연결되는, 단계(102);와
    복수의 자기장 센서를 표적 표면에 근접하게 위치시키는 단계(104);
    표적 표면에 전류를 인가시키는 단계(106);
    하나 이상의 센서 장소(27)에서 자기장 강도의 변화를 감지하는 단계(108);
    각 센서 장소에서 자기장 강도 값을 유도하기 위해 자기장 강도의 변화를 적분하는 단계(110);
    복수의 자기장 강도 값 및 대응하는 센서 장소로부터 표적 표면에 걸쳐 전류 밀도를 추론하는 단계(112);를 갖추어 이루어지는 것을 특징으로 하는 표적 표면에 걸쳐 전류를 분석하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 표적 표면에 걸쳐 전류 밀도를 추론하는 단계가 각 자기장 강도 값으로부터 국부 전류 값을 추론하는 단계(114); 및 대응하는 센서 장소를 이용하여 표적 표면에 대해 국부 전류 값을 맵핑하는 단계(116);를 더 갖추어 이루어지는 것을 특징으로 하는 표적 표면에 걸쳐 전류를 분석하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 센서 장소 사이에서 자기장 강도 값을 보간하는 단계(118);와
    보간된 자기장 강도 값에 대응하는 가상 센서 장소를 계산하는 단계(120);
    각 보간된 자기장 강도 값으로부터 국부 가상 전류 값을 추론하는 단계(122);
    대응하는 가상 센서 장소를 이용하여 표적 표면에 대해 국부 가상 전류 값을 맵핑하는 단계(124);를 더 갖추어 이루어 지는 것을 특징으로 하는 표적 표면에 걸쳐 전류를 분석하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 하나 이상의 센서 장소에서 자기장 강도의 변화를 감지하는 단계 이전에, 제조 허용오차에 기인하여 개적인 센서 차이를 보상하기 위해 각 자기장 센서를 보정하는 단계(126)를 더 갖추고, 자기장 센서 각각은 와이어 코일(25)을 구비하여 구성되며, 제조 허용오차는 코일의 적어도 하나의 유형의 와이어, 코일의 와이어를 감는 횟수, 및 코일의 면적을 포함하는 것을 특징으로 하는 표적 표면에 걸쳐 전류를 분석하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 복수의 자기장 센서는 고정된 어레이(30)에 위치되고, 하나 이상의 센서 장소에서 자기장 강도의 변화를 감지하는 단계 이전에, 방법은:
    하나 이상의 전도체(54)를 포함하고 유전체 물질로 형성된, 대체 표면(52)을 제공하는 단계로서, 대체 표면은 표적 표면의 기하학적 구조와 비슷한, 단계(128);와
    자기장 센서의 어레이를 대체 표면에 근접하게 위치시키는 단계(130);
    대체 표면의 전도체를 통해 전류를 인가시키는 단계(132);
    하나 이상의 센서 장소에서 자기장 강도의 변화를 감지하는 단계(134);
    각 센서 장소에서 자기장 강도 값을 유도하기 위해 자기장 강도의 변화를 적분하는 단계(136);
    대체 표면 및 센서 어레이의 기하학적 구조에 기인하여 개별적인 센서 차이를 보상하기 위해 자기장 센서의 어레이를 보정하는 단계(138);에 의해 복수의 자기장 센서를 보정하는 단계를 더 갖추어 이루어지는 것을 특징으로 하는 표적 표면에 걸쳐 전류를 분석하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 하나 이상의 자기장 센서가 다른 방향의 자기장 강도의 변화를 감지하기 위해 배향된 2개 이상의 와이어 코일을 구비하고, 각 센서 장소에서 자기장 강도를 유도하는 단계가 2개 이상의 와이어 코일의 자기장 강도 값 및 와이어 코일 배향을 결합함으로써 각 자기장 센서에 대한 합성 자기장 강도 및 방향을 유도하는 단계를 더 갖추어 이루어지는 것을 특징으로 하는 표적 표면에 걸쳐 전류를 분석하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 와이어 코일 배향 방향이 서로 직교이고,
    하나 이상의 자기장 센서가 3개의 직교 방향에서 자기장 강도의 변화를 감지하기 위해 배향된 3개의 와이어 코일(25)을 구비하는 것을 특징으로 하는 표적 표면에 걸쳐 전류를 분석하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 하나 이상의 자기장 센서가 반대로 감겼지만 동일한 방향을 따라 배향된 2개의 와이어 코일(25)을 구비하고, 각 센서 장소에서 자기장 강도 값을 유도하는 단계가 2개의 와이어 코일의 공통 모드로부터 자기장 강도를 유도하는 단계를 갖추어 이루어지며, 그외 자기장은 받아들여지지 않는 것을 특징으로 하는 표적 표면에 걸쳐 전류를 분석하는 방법.
  9. 표적 표면(18, 24)에 걸쳐 전류를 분석하기 위해 작동하는 장치는:
    어레이(30)의 알려진 장소(27)에 위치된 복수의 자기장 센서(26)로서, 각 자기장 센서가 자기장 강도의 변화를 감지하기 위해 작동되는, 복수의 자기장 센서(26);와
    각 자기장 센서에 작동가능하게 연결되고 연결된 센서의 출력을 적분함으로써 자기장 강도를 유도하기 위해 작동되는 적분기(32);
    각 적분기의 출력을 수신하기 위해 작동하고, 복수의 자기장 강도 값 및 대응하는 센서 장소로부터 표적 표면에 걸쳐 전류 밀도를 추론하기 위해 더 작동되는 데이터 처리 시스템(40);을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 표적 표면에 걸쳐 전류를 분석하기 위해 작동하는 장치.
  10. 제9항에 있어서, 하나 이상의 자기장 센서가 상이한 방향에서 자기장 강도의 변화를 감지하기 위해 배향된 2개 이상의 와이어 코일을 구비하고, 데이터 처리 시스템은 2개의 와이어 코일의 자기장 강도 값 및 와이어 코일 배향을 결합함으로써 각 자기장 센서에 대한 합성 자기장 강도 및 방향을 유도하기 위해 더 작동되는 것을 특징으로 하는 표적 표면에 걸쳐 전류를 분석하기 위해 작동하는 장치.
  11. 제10항에 있어서, 와이어 코일 배향 방향이 서로 직교인 것을 특징으로 하는 표적 표면에 걸쳐 전류를 분석하기 위해 작동하는 장치.
  12. 제11항에 있어서, 하나 이상의 자기장 센서가 3개의 직교 방향에서 자기장 강도의 변화를 감지하기 위해 배향된 3개의 와이어 코일(25)을 더 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 표적 표면에 걸쳐 전류를 분석하기 위해 작동하는 장치.
  13. 제10항에 있어서, 자기장 센서의 어레이는:
    기판(31); 및
    알려진 자기장 센서 장소에서 기판에 부착된 복수의 설치 구성요소(28)로서, 각 설치 구성요소는 와이어 코일이 자기장 센서를 형성하기 위해 감긴 곳에 적어도 2개의 확장 구성요소를 포함하는, 복수의 설치 구성요소;를 구비하고,
    복수의 설치 구성요소는 대응하는 확장 구성요소가 동일한 방향으로 배향되도록 기판에 부착되는 것을 것을 특징으로 하는 표적 표면에 걸쳐 전류를 분석하기 위해 작동하는 장치.
  14. 제13항에 있어서, 확장 구성요소가 180°떨어져 배향된 확장 구성요소의 대응하는 짝을 구비하고; 코일의 짝은 각 확장 구성요소의 짝 상의 반대 방향으로 감기며, 적분기는 와이어 코일의 각 짝의 공통 모드로부터 각 센서 장소에서 자기장 강도 값을 유도하기 위해 더 작동되며, 그 외 자기장은 받아들여지지 않는 것을 특징으로 하는 표적 표면에 걸쳐 전류를 분석하기 위해 작동하는 장치.
  15. 제9항에 있어서, 어레이는, 어레이가 표적 표면에 근접하게 위치될 때, 자기장 센서의 서브세트가 표적 표면의 바깥쪽 가장자리(11)를 넘어 위치되는 표적 표면보다 충분하게 더 큰 것을 특징으로 하는 표적 표면에 걸쳐 전류를 분석하기 위해 작동하는 장치.
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