KR20220094450A

KR20220094450A - 지자기 센서의 자기장 측정 구간 및 범위 자동 조정 방법

Info

Publication number: KR20220094450A
Application number: KR1020200185680A
Authority: KR
Inventors: 정준원; 이성철; 박원기; 서연호
Original assignee: 한국전자기술연구원
Priority date: 2020-12-29
Filing date: 2020-12-29
Publication date: 2022-07-06
Also published as: KR102563390B1

Abstract

지자기 센서의 자기장 측정 구간 및 범위 자동 조정 방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 자기 센서 모듈 자동 제어 방법은, 측정되는 자기장의 세기를 기초로, 자기 센서의 측정 구간과 측정 범위를 자동으로 조정하여, 측정되는 자기장의 범위가 측정 구간의 최대치 또는 최소치를 넘어가는지 여부를 모니터링 하면서 수동으로 조정해야 하는 불편으로부터 해방될 수 있고, 측정 오류를 감소시키면서 측정 해상도를 최적화 할 수 있게 된다.

Description

지자기 센서의 자기장 측정 구간 및 범위 자동 조정 방법{Method for automatically adjusting the magnetic field measurement step and range of a geomagnetic sensor}

본 발명은 지자기 센서 모듈 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지자기 센서의 자기장 측정 구간과 범위를 능동적/적응적으로 조정하는 방법에 관한 것이다.

기존 자기장 측정 제품은 전체 측정 범위에서 몇 개의 측정 가능한 구간으로 나누어져 있다. 예를 들어, ROHM사의 BM1422GMV 제품은 자기장의 전체 측정 범위가 0~1200uT 까지이며, Offset을 컨트롤하여 300uT 구간별로 측정이 가능하다.

자기장의 범위가 각 구간의 최대치 또는 최소치를 넘어갈 경우에는 측정 구간을 조정해야 한다. 이 조정은 외부에서 수동으로 진행해야 하며, 이를 위해 지속적인 모니터링이 필요하다는 불편이 있다.

또한, Δ300uT의 측정 범위가 고정되어 있어, 각 구간별 측정 한계치로 인해 오류가 발생할 확률이 높으며, 이 보다 큰 측정 범위를 처리하기 위해서는 별도의 회로가 추가되어야 한다는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 지자기 센서의 측정 구간과 범위를 자동으로 조정하여, 간편하게 최적의 해상도를 유지시키고 측정 오류를 감소시키기 위한 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 자기 센서 모듈 자동 제어 방법은, 자기장의 세기를 측정하는 단계; 측정되는 자기장의 세기를 기초로, 자기 센서의 측정 구간을 조정하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른, 자기 센서 모듈 자동 제어 방법은, 측정되는 자기장의 세기를 기초로, 자기 센서의 측정 범위를 조정하는 단계;를 더 포함

측정 구간 조정 단계는, 측정되는 자기장의 세기와 현재 측정 구간의 하한 임계치를 비교하는 단계; 자기장의 세기가 하한 임계치 미만이면, 자기장의 세기가 현재 측정 구간에서 최소치인 개수를 카운트하는 단계; 최소치인 개수가 N개를 초과하면, 측정 구간을 한 단계 낮추는 단계;를 포함할 수 있다.

측정 구간 조정 단계는, 최소치인 개수가 N개 이하이면, 측정 구간을 유지하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

측정 범위 조정 단계는, 자기장의 세기가 하한 임계치 이상이면, 자기장의 세기와 현재 측정 구간의 상한 임계치를 비교하는 단계; 자기장의 세기가 상한 임계치 미만이면, 측정 범위를 감소시키는 단계;를 포함할 수 있다.

측정 범위 조정 단계는, 자기장의 세기가 상한 임계치 이상이면, 자기장의 세기가 현재 측정 구간의 최대치인 개수를 카운트하는 단계; 최대치인 개수가 0개이면, 측정 범위를 유지하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

측정 범위 조정 단계는, 최대치인 개수가 N개 미만이면, 측정 범위를 증가시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.

측정 구간 조정 단계는, 최대치인 개수가 N개 이상이면, 측정 구간을 한 단계 높이는 단계;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른, 자기 센서 모듈 자동 제어 방법은, 초기 모드로, 측정 구간을 가장 낮은 단계로 설정하고, 측정 범위를 가장 좁은 범위로 설정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 자기 센서 모듈은, 자기장의 세기를 측정하는 자기 센서; 자기 센서의 출력 신호를 증폭하는 제1 증폭기; 및 측정되는 자기장의 세기를 기초로 제1 증폭기의 오프셋을 제어하여, 자기 센서의 측정 구간을 조정하는 제어기;를 포함한다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 자기 센서 모듈 자동 제어 방법은, 자기 센서로 측정되는 자기장의 세기를 기초로, 자기 센서의 측정 구간을 조정하는 단계; 측정되는 자기장의 세기를 기초로, 자기 센서의 측정 범위를 조정하는 단계;를 포함한다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 자기 센서 모듈은, 자기장의 세기를 측정하는 자기 센서; 자기 센서의 출력 신호를 증폭하는 제1 증폭기; 제1 증폭기의 출력 신호를 증폭하는 제2 증폭기; 및 측정되는 자기장의 세기를 기초로 제1 증폭기의 오프셋을 제어하여 자기 센서의 측정 구간을 조정하고, 측정되는 자기장의 세기를 기초로 제2 증폭기의 이득을 제어하여 자기 센서의 측정 범위를 조정하는 제어기;를 포함한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 지자기 센서의 측정 구간을 자동으로 조정할 수 있게 되어, 측정되는 자기장의 범위가 측정 구간의 최대치 또는 최소치를 넘어가는지 여부를 모니터링 하면서 수동으로 조정해야 하는 불편으로부터 해방될 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 지자기 센서의 측정 범위를 자동으로 조정할 수 있게 되어, 측정 오류를 감소시키고 측정 해상도를 최적화 할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지자기 센서 모듈의 블럭도
도 2 내지 도 5는, 자기장 측정 구간과 범위의 설명에 제공되는 도면들, 그리고,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지자기 센서 모듈 자동 제어 방법의 설명에 제공되는 흐름도이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명의 실시예에서는, 지자기 센서의 자기장 측정 구간을 자기장 측정 세기에 따라 자동으로 조정하고, 나아가 자기장 측정 범위도 자기장 측정 세기에 따라 자동으로 조정하는 방법을 제시한다.

본 발명의 실시예에서, 측정 구간과 범위의 조정은 수동이 아닌 자동으로 능동적/적응적으로 수행되며, 자기장 측정 세기를 기초로 측정 해상도를 최적으로 유지시켜 주게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지자기 센서 모듈의 블럭도이다. 본 발명의 실시예에 따른 지자기 센서 모듈은, 자기장 측정 구간과 범위를 자동으로 조정한다.

이와 같은 기능을 수행하는, 본 발명의 실시예에 따른 지자기 센서 모듈은, MI 센서(Magneto-Impedance Sensor)(110), 센서 바이어스(Sensor Bias)(120), AMP(Amplifier)(130), PGA(Programmable Gain Amplifier)(140), ADC(Analog to Digital Converter)(150), 제어기(Automatic Offset & Gain Control)(160) 및 I2C 인터페이스(170)를 포함하여 구성된다.

MI 센서(110)는 지자기 센서의 일종으로 자기장의 세기를 측정한다. 센서 바이어스(120)는 MI 센서(110)를 동작시키기 위한 구동 신호를 생성하여, MI 센서(110)로 인가한다.

AMP(130)는 MI 센서(110)의 출력 신호(자기장 세기)를 증폭한다. AMP(130)는 후술할 제어기(160)에 의해 MI 센서(110)의 오프셋(Offset)을 조정하는데, 이에 의해 자기장 측정 구간이 조정된다.

PGA(140)는 AMP(130)의 출력 신호를 증폭한다. PGA(140)는 제어기(160)에 의해 이득(Gain)이 조정되는데, 이에 의해 자기장 측정 범위가 조정된다.

ADC(150)는 PGA(140)의 출력 신호를 아날로그에서 디지털로 변환한다. ADC(150)에 의해 자기장 세기가 디지털화 된다.

제어기(160)는 ADC(150)에서 출력되는 자기장 세기를 기초로 센서 바이어스(120)와 AMP(130)의 오프셋을 제어하여, MI 센서(110)에 의한 자기장 측정 구간을 조정한다.

또한, 제어기(160)는 자기장 세기를 기초로 PGA(140)의 이득을 제어하여, MI 센서(110)에 의한 자기장 측정 범위를 조정한다. 자기장 측정 구간과 자기장 측정 범위에 대해서는, 도 2 내지 도 5를 참조하여 상세히 후술한다.

I2C 인터페이스(170)는 지자기 센서 모듈과 외부 기기 간 통신을 지원하기 위한 인터페이스이다. I2C 인터페이스(170)를 통해, 자기장 세기에 대한 정보를 지자기 센서 모듈의 외부로 전달할 수 있다.

이하에서는, 자기장 측정 구간과 범위에 대해, 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한다.

도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 자기장 측정 구간(Step)은 총 4개로 구분되어 있다. 구체적으로, 1번째 구간[Step0]은 최소치(0) 부터 최대치의 1/4 까지 측정할 수 있는 구간이고, 2번째 구간[Step1]은 최대치의 1/4 부터 최대치의 2/4 까지 측정할 수 있는 구간이며, 3번째 구간[Step2]은 최대치의 2/4 부터 최대치의 3/4 까지 측정할 수 있는 구간이며, 4번째 구간[Step3]은 최대치의 3/4 부터 최대치(1) 까지 측정할 수 있는 구간이다.

또한, 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 자기장 측정 범위(Range)는 자기장 측정 구간(Step) 마다 다르다.

구체적으로, 1번째 구간[Step0]에서 측정 범위는 1) 최소치(0) 부터 최대치의 1/4 까지 측정할 수 있는 범위[00], 2) 최대치의 1/4 부터 최대치의 2/4 까지 측정할 수 있는 범위[01], 3) 최대치의 2/4 부터 최대치의 3/4 까지 측정할 수 있는 범위[10], 또는 4) 최대치의 3/4 부터 최대치(1) 까지 측정할 수 있는 범위[11] 로, 총 4개의 범위 중 하나로 결정된다.

그리고, 2번째 구간[Step1]에서 측정 범위는 1) 최대치의 1/4 부터 최대치의 2/4 까지 측정할 수 있는 범위[00], 2) 최대치의 2/4 부터 최대치의 3/4 까지 측정할 수 있는 범위[01], 또는 3) 최대치의 3/4 부터 최대치(1) 까지 측정할 수 있는 범위[10]로, 총 3개의 범위 중 하나로 결정된다.

또한, 3번째 구간[Step2]에서 측정 범위는 1) 최대치의 2/4 부터 최대치의 3/4 까지 측정할 수 있는 범위[00]와 2) 최대치의 3/4 부터 최대치(1) 까지 측정할 수 있는 범위[01]로, 총 2개의 범위 중 하나로 결정된다.

한편, 4번째 구간[Step3]에서 측정 범위는 최대치의 3/4 부터 최대치(1) 까지 측정할 수 있는 범위[00]로 총 1개이다.

이와 같이, 측정 범위는 측정 구간의 단계가 증가함에 따라 변동 가능한 개수가 감소하고, 반대로 측정 구간의 단계가 감소함에 따라 변동 가능한 개수가 늘어난다.

이하에서, 제어기(160)에 의해 자기장 측정 구간과 범위를 자동으로 조정하는 과정에 대해, 도 6을 참조하여 상세히 설명한다. 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지자기 센서 모듈 자동 제어 방법의 설명에 제공되는 흐름도이다.

도시된 바와 같이, 먼저, 제어기(160)는 측정 구간이 가장 낮은 단계[step0]로 설정되도록 센서 바이어스(120)와 AMP(130)의 오프셋을 제어하고, 측정 범위가 가장 좁은 범위[00]로 설정되도록 PGA(140)의 이득을 제어하여, 초기 모드를 설정한다(S205).

다음, 제어기(160)는 ADC(150)에서 출력되는 자기장의 세기와 REFL를 비교한다(S210). REFL는 하한 임계치로써, 이를 테면, 현재 측정 구간의 최소치의 110%(수치 변경 가능함)로 설정할 수 있다.

S210단계에서 자기장의 세기가 REFL 미만으로 판단되면(S210-NO), 제어기(160)는 특정 시간 동안 ADC(150)에서 출력되는 자기장의 세기가 0인 개수를 카운트 한다(S215).

ADC(150)에서 출력되는 자기장의 세기가 0인 것은, 측정되는 자기장의 세기가 현재 측정 범위에서 최소치인 것을 의미한다.

S215단계에서 0인 개수가 N개를 초과하면(S215-NO), 제어기(160)는 측정 구간이 한 단계 낮아지도록 센서 바이어스(120)와 AMP(130)의 오프셋을 감소시킨다(S220).

반면, S215단계에서 0인 개수가 N개 이하이면(S215-YES), 제어기(160)는 측정 구간이 유지되도록 센서 바이어스(120)와 AMP(130)의 오프셋을 유지시킨다(S225).

한편, S210단계에서 자기장의 세기가 REFL 이상으로 판단되면(S210-YES), 제어기(160)는 자기장의 세기와 REFH를 비교한다(S230). REFH는 상한 임계치로써, 이를 테면, 현재 측정 구간의 최대치의 90%(수치 변경 가능함)로 설정할 수 있다.

S230단계에서 자기장의 세기가 REFH 미만으로 판단되면(S230-NO), 제어기(160)는 제어기(160)는 측정 범위가 한 단계 감소되도록 PGA(140)의 이득을 감소시킨다(S235).

반면, S230단계에서 자기장의 세기가 REFH 이상으로 판단되면(S230-YES), 제어기(160)는 특정 시간 동안 ADC(150)에서 출력되는 자기장의 세기가 최대치인 개수를 카운트 한다(S240,S250).

ADC(150)에서 출력되는 자기장의 세기가 최대치인 것은, 측정되는 자기장의 세기가 현재 측정 범위에서 최대치인 것을 의미한다.

최대치인 개수가 0개로 판단되면(S240-YES), 제어기(160)는 측정 범위가 유지되도록 PGA(140)의 이득을 유지시킨다(S245).

한편, 최대치인 개수가 N개 미만으로 판단되면(S250-NO), 제어기(160)는 제어기(160)는 측정 범위가 증가되도록 PGA(140)의 이득을 증가시킨다(S255).

반면, 최대치인 개수가 N개 이상으로 판단되면(S250-YES), 제어기(160)는 측정 구간이 한 단계 증가하도록 센서 바이어스(120)와 AMP(130)의 오프셋을 증가시킨다(S260).

지금까지, 지자기 센서의 자기장 측정 구간 및 범위 자동 조정 방법에 대해 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였다.

위 실시예에서는 지자기 센서의 자기장 측정 구간과 범위를 자동 조정하는 것을 언급하였는데 예시적인 것에 불과하다. 그 밖의 다른 자기 센서에 대해 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.

또한, 위 실시예에서 측정 구간과 측정 범위는 모두 4가지로 구분하였는데, 이해와 설명의 편의를 위한 일 예에 불과하다. 측정 구간과 측정 범위를 다르게 구분하는 경우도 본 발명의 범주에 포함될 수 있음은 물론이다.

한편, 본 실시예에 따른 장치와 방법의 기능을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램을 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기술적 사상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 형태로 구현될 수도 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의해 읽을 수 있고 데이터를 저장할 수 있는 어떤 데이터 저장 장치이더라도 가능하다. 예를 들어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광디스크, 하드 디스크 드라이브, 등이 될 수 있음은 물론이다. 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 또는 프로그램은 컴퓨터간에 연결된 네트워크를 통해 전송될 수도 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

110 : MI 센서(Magneto-Impedance Sensor)
120 : 센서 바이어스(Sensor Bias)
130 : AMP(Amplifier)
140 : PGA(Programmable Gain Amplifier)
150 : ADC(Analog to Digital Converter)
160 : 제어기
170 : I2C 인터페이스

Claims

자기장의 세기를 측정하는 단계;
측정되는 자기장의 세기를 기초로, 자기 센서의 측정 구간을 조정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 센서 모듈 자동 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
측정되는 자기장의 세기를 기초로, 자기 센서의 측정 범위를 조정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 센서 모듈 자동 제어 방법.
청구항 2에 있어서,
측정 구간 조정 단계는,
측정되는 자기장의 세기와 현재 측정 구간의 하한 임계치를 비교하는 단계;
자기장의 세기가 하한 임계치 미만이면, 자기장의 세기가 현재 측정 구간에서 최소치인 개수를 카운트하는 단계;
최소치인 개수가 N개를 초과하면, 측정 구간을 한 단계 낮추는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 센서 모듈 자동 제어 방법.
청구항 3에 있어서,
측정 구간 조정 단계는,
최소치인 개수가 N개 이하이면, 측정 구간을 유지하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 센서 모듈 자동 제어 방법.
청구항 3에 있어서,
측정 범위 조정 단계는,
자기장의 세기가 하한 임계치 이상이면, 자기장의 세기와 현재 측정 구간의 상한 임계치를 비교하는 단계;
자기장의 세기가 상한 임계치 미만이면, 측정 범위를 감소시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 센서 모듈 자동 제어 방법.
청구항 5에 있어서,
측정 범위 조정 단계는,
자기장의 세기가 상한 임계치 이상이면, 자기장의 세기가 현재 측정 구간의 최대치인 개수를 카운트하는 단계;
최대치인 개수가 0개이면, 측정 범위를 유지하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 센서 모듈 자동 제어 방법.
청구항 6에 있어서,
측정 범위 조정 단계는,
최대치인 개수가 N개 미만이면, 측정 범위를 증가시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 센서 모듈 자동 제어 방법.
청구항 6에 있어서,
측정 구간 조정 단계는,
최대치인 개수가 N개 이상이면, 측정 구간을 한 단계 높이는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 센서 모듈 자동 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
초기 모드로, 측정 구간을 가장 낮은 단계로 설정하고, 측정 범위를 가장 좁은 범위로 설정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 센서 모듈 자동 제어 방법.
자기장의 세기를 측정하는 자기 센서;
자기 센서의 출력 신호를 증폭하는 제1 증폭기; 및
측정되는 자기장의 세기를 기초로 제1 증폭기의 오프셋을 제어하여, 자기 센서의 측정 구간을 조정하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 센서 모듈.
자기 센서로 측정되는 자기장의 세기를 기초로, 자기 센서의 측정 구간을 조정하는 단계;
측정되는 자기장의 세기를 기초로, 자기 센서의 측정 범위를 조정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 센서 모듈 자동 제어 방법.
자기장의 세기를 측정하는 자기 센서;
자기 센서의 출력 신호를 증폭하는 제1 증폭기;
제1 증폭기의 출력 신호를 증폭하는 제2 증폭기;
측정되는 자기장의 세기를 기초로 제1 증폭기의 오프셋을 제어하여 자기 센서의 측정 구간을 조정하고, 측정되는 자기장의 세기를 기초로 제2 증폭기의 이득을 제어하여 자기 센서의 측정 범위를 조정하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 센서 모듈.