KR20230095640A

KR20230095640A - 피드백 온도를 이용한 자기장 세기 정밀 제어 시스템

Info

Publication number: KR20230095640A
Application number: KR1020210185312A
Authority: KR
Inventors: 김철기; 김재헌; 이택진; 한상욱; 전승우; 서민아; 송현석; 박유신; 김가영; 송현규; 전영민; 우덕하; 변영태
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2021-12-22
Filing date: 2021-12-22
Publication date: 2023-06-29
Also published as: KR102591185B1

Abstract

실시예들은 온도 조절부를 제어하여 자석의 온도를 조절하고, 각 온도 센서의 온도 측정 값을 수신하여 자석의 온도를 결정하며, 사용자 입력에 따라 설정된 목표 온도 및 결정된 자석의 온도에 기초하여 자석에 피드백 온도를 적용하는 제어부를 포함한 자기장 세기 정밀 제어 시스템에 관련된다.

Description

피드백 온도를 이용한 자기장 세기 정밀 제어 시스템 {SYSTEM FOR PRECISELY CONTROLING INTENSITY OF MAGNETIC FIELD USING FEEDBACK TEMPERATURE}

본 출원의 실시예들은 피드백 온도를 이용하여 자기장 세기를 정밀하게 제어하는 시스템 및 방법에 관련된다.

다이아몬드와 같은 탄소 격자 구조는 주변과 상이 다른 결함(defection)과 아무 것도 없는 공석(vacancy)이 일부 존재할 수도 있다. 질소(Nitride)를 탄소 격자 구조에 주입하면, 질소는 빈자리 옆에 위치하는 것이 에너지 측면에서 안정하기 때문에 NV 중심(NV center)이 형성된다.

NV 중심의 전자 스핀 에너지 레벨은 외부 자기장 세기에 따라 달라지는데, 이러한 현상은 제만 효과(Zeeman effect)로 지칭된다. NV 중심의 양자 상태를 제어, 센싱하기 위해 자기장을 정밀하게 제어하는 기술이 요구된다.

자기장 세기를 제어하기 위해 전자석 또는 영구자석을 이용하는 방식이 활용되고 있다.

전자석 기반 자기장 제어 방식은 전자석의 전류를 조절하여 자기장 세기를 제어한다. 영구자석 기반 자기장 제어 방식은 영구자석의 위치를 조절하여 자기장 세기를 제어한다.

그러나 전자석 기반 자기장 제어 방식은 자기장 방향을 정확하게 유지하면서 자기장 세기를 제어하는데 한계가 있다. 또한, 영구자석 기반 자기장 제어 방식은 0.1G 단위로 자기장 세기를 제어하는데 한계가 있다.

자기장 방향을 정확하게 유지하면서 높은 해상도의 세기 단위로 자기장 세기를 정밀하게 제어하는 기술 개발이 필요하다.

특허등록공보 제10-1331074호 (2013.11.13.)

본 출원의 일 측면에 따르면 피드백 온도를 이용하여 자기장 세기를 정밀하게 제어하는 시스템을 제공하고자 한다.

본 출원의 일 측면에 따른 자기장 세기 정밀 제어 시스템은, 자석의 온도를 상승 또는 하강하기 위한 온도 조절부; 자석의 온도를 측정하는 하나 이상의 온도 센서; 및 온도 조절부를 제어하여 자석의 온도를 조절하고, 각 온도 센서의 온도 측정 값을 수신하여 자석의 온도를 결정하며, 사용자 입력에 따라 설정된 목표 온도 및 결정된 자석의 온도에 기초하여 자석에 피드백 온도를 적용하도록 온도 조절부를 제어하는 제어부를 포함할 수도 있다.

일 실시예에서, 상기 온도 조절부는, 자석을 통해 온도 센서로 열기를 간접적으로 공급하는 비중이 상대적으로 크도록 상기 자석에 설치될 수도 있다.

일 실시예에서, 상기 온도 센서는 상기 자석에서 온도 조절부가 설치된 일 표면과 다른 표면 상에 접촉하거나 인접하도록 설치될 수도 있다.

일 실시예에서, 상기 자기장 정밀 제어 시스템이 복수의 온도 센서를 포함할 경우, 상기 제어부는, 각 센서별 측정 값을 획득하고, 그리고 각 센서별 측정 값에 기초하여 자석(10)의 온도를 결정하도록 구성될 수도 있다.

일 실시예에서, 상기 복수의 온도 센서는 자석의 측면을 따라 균일한 간격으로 설치될 수도 있다.

일 실시예에서, 상기 제어부는 온도와 자기장 세기 사이의 대응 관계를 기록한 기준 테이블을 저장할 수도 있다. 상기 기준 테이블은 단위 온도 변화 당 자기장 세기의 변화량을 표현한 상대적 대응 관계 및 온도와 자기장 세기를 매핑한 절대적 대응 관계 중 하나 이상을 포함한다.

일 실시예에서, 상기 기준 테이블은 자기장 세기와 공진주파수 사이의 대응 관계를 더 포함할 수도 있다.

일 실시예에서, 상기 제어부는 사용자 입력을 수신하여 목표 온도 정보를 설정할 수도 있다. 상기 사용자 입력은 목표 자기장 세기를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 제어부는, 결정된 자석의 온도가 설정된 목표 온도 보다 낮다면, 자석의 온도가 목표 온도에 도달하도록 상기 온도 조절부를 제어하여 자석을 가열하고, 그리고 결정된 자석의 온도가 설정된 목표 온도 보다 높다면, 자석의 온도가 목표 온도로 도달하도록 상기 온도 조절부를 제어하여 자석을 냉각하도록 구성될 수도 있다.

일 실시예에서, 상기 제어부는, 결정된 자석의 온도가 설정된 목표 온도에 매칭하면, 제어부는 온도 조절부를 제어하여 자석의 온도를 유지하도록 더 구성될 수도 있다.

본 출원의 일 측면에 따르면 자기장 방향을 정확하게 유지하면서 0.1G 이하의 높은 해상도의 세기 단위로 자기장 세기를 보다 정밀하게 제어할 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명 또는 종래 기술의 실시예의 기술적 해결책을 보다 명확하게 설명하기 위해, 실시예에 대한 설명에서 필요한 도면이 아래에서 간단히 소개된다. 아래의 도면들은 본 명세서의 실시예를 설명하기 목적일 뿐 한정의 목적이 아니라는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 설명의 명료성을 위해 아래의 도면들에서 과장, 생략 등 다양한 변형이 적용된 일부 요소들이 도시될 수 있다.
도 1은, 본 출원의 일 측면에 따른, 자기장 세기 정밀 제어 시스템의 개략도이다.
도 2a 및 도 2b는, 본 출원의 일 실시예에 따른, 온도 조절부(100) 및 온도 센서(300)의 설치 구조를 도시한 도면이다.
도 3은, 본 출원의 일 실시예에 따른, 피드백 온도를 이용한 자기장 세기 정밀 제어 방법의 흐름도이다.
도 4는, 도 1의 자기장 세기 정밀 제어 시스템(1)의 제어 동작 결과를 도시한 도면이다.

본 명세서에서, “가진다,” “가질 수 있다,”“포함한다,” 또는 “포함할 수 있다” 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 단계, 부품, 요소 및/또는 성분 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재나 부가를 제외시키는 것이 아니다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

다양한 실시예에서 사용된 “제 1”, “제 2”, “첫째” 또는 “둘째” 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 상기 표현들은 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 제1 구성요소와 제2 구성요소는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 구성요소를 나타낼 수 있다.

본 명세서에서 사용된 표현 “~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)”은 상황에 따라, 예를 들면, “~에 적합한(suitable for),” “~하는 능력을 가지는(having the capacity to),” “~하도록 설계된(designed to),” “~하도록 변경된(adapted to),” “~하도록 만들어진(made to),”또는 “~를 할 수 있는(capable of)”과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 “~하도록 구성(또는 설정)된”은 하드웨어적으로 “특별히 설계된(specifically designed to)”것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, “~하도록 구성된 장치”라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 “~할 수 있는” 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 “A, B, 및 C를 수행하도록 구성(또는 설정)된 프로세서”는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(generic-purpose processor)(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.

이하에서, 도면을 참조하여 본 출원의 실시예들에 대하여 상세히 살펴본다.

도 1은, 본 출원의 일 측면에 따른, 자기장 세기 정밀 제어 시스템의 개략도이다.

도 1을 참조하면, 자기장 세기 정밀 제어 시스템(1)은 자석(10), 온도 조절부(100), 온도 센서(300) 및 제어부(500)를 포함한다.

실시예들에 따른 자기장 세기 정밀 제어 시스템(1)은 전적으로 하드웨어이거나, 전적으로 소프트웨어이거나, 또는 부분적으로 하드웨어이고 부분적으로 소프트웨어인 측면을 가질 수 있다. 예컨대, 시스템은 데이터 처리 능력이 구비된 하드웨어 및 이를 구동시키기 위한 운용 소프트웨어를 통칭할 수 있다. 본 명세서에서 "부(unit)", “모듈(module)”“장치”, 또는 "시스템" 등의 용어는 하드웨어 및 해당 하드웨어에 의해 구동되는 소프트웨어의 조합을 지칭하는 것으로 의도된다. 예를 들어, 하드웨어는 CPU(Central Processing Unit), GPU(Graphic Processing Unit) 또는 다른 프로세서(processor)를 포함하는 데이터 처리 기기일 수 있다. 또한, 소프트웨어는 실행중인 프로세스, 객체(object), 실행파일(executable), 실행 스레드(thread of execution), 프로그램(program) 등을 지칭할 수 있다.

자석(10)은 자성을 갖는 물질로 이루어진다. 상기 자석은 영구자석 또는 기타 자성 특성을 갖는 객체일 수도 있다. 자기장 세기 정밀 제어 시스템(1)은 자석(10)에 의해 자기장 방향을 일정하게 유지한다.

온도 조절부(100)는 자석(10)의 온도를 상승 또는 하강시켜 자석(10)의 온도를 변화한다. 상기 온도 조절부(100)는 자석(10)으로 열기 또는 열기를 공급/차단하여 온도를 조절할 수도 있다. 자기장 세기 정밀 제어 시스템(1)은 시스템의 자기장 세기를 목표 자기장 세기로 정밀 제어하기 위해, 온도 조절부(100)에 의해 자석(10)에 피드백 온도를 적용한다.

상기 온도 조절부(100)는 열기를 공급하는 발열기(heater) 및/또는 냉기를 공급하는 냉각기(cooler)를 포함할 수도 있다.

일 실시예에서, 상기 온도 조절부(100)는 열기를 공급하는 발열기만을 포함할 수도 있다. 이 경우, 자석(10)의 냉각은 발열기(100)의 구동을 정지함으로써 구현된다.

다른 일 실시예에서, 상기 온도 조절부(100)는 발열기 및 냉각기를 포함할 수도 있다. 이 경우, 자석(10)의 냉각은 발열기를 정지하는 것 및/또는 냉각기를 구동하는 것에 의해 구현된다.

이하, 설명의 명료성을 위해, 온도 조절부(100)는 발열기만을 포함하는 실시예들로 본 출원을 보다 상세히 서술한다.

상기 온도 조절부(100)는 자석(10)의 온도를 상대적으로 정밀하게 조절할 수도 있다. 상기 온도 조절부(100)는 자석(10)의 온도를 ±0.1℃ 이하의 단위로 변화하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 상기 온도 조절부(100)는 대략 ±0.01℃ 단위로 상기 자석(10)의 온도를 변화하도록 구성될 수도 있다.

일 실시예에서, 상기 온도 조절부(100)는 자석(10)의 온도를 0.005℃ 내지 0.015℃ 단위, 특히 ±0.01℃ 단위로 변화하도록 구성될 수도 있다.

온도 센서(300)는 자석(10)의 온도를 측정한다. 상기 온도 센서(300)는 자석(10)에 접촉하거나 인접하여 설치된다. 상기 자기장 세기 정밀 제어 시스템(1)은 하나 이상의 온도 센서(300)를 포함할 수도 있다.

도 2a 및 도 2b는, 본 출원의 일 실시예에 따른, 온도 조절부(100) 및 온도 센서(300)의 설치 구조를 도시한 도면이다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 온도 조절부(100)에 의해 자석(10)에 열기(또는 냉기)가 공급/차단됨으로써 자석(10)의 내부 온도가 조절된다. 조절되는 자석(10)의 내부 온도는 복수의 온도 센서(300)에 의해 측정된다.

일 실시예에서, 온도 조절부(100)는, 자석(10)을 통해 온도 센서(300)로 열기(또는 냉기)를 간접적으로 공급하는 비중이 상대적으로 크도록 상기 자석(10)에 설치될 수도 있다. 온도 센서(300)는 자석(10)을 통해 간접 수신되는 열 에너지 비중이 자석(10)로부터 직접 수신되는 열 에너지 비중 보다 상대적으로 크도록 설치됨으로써, 온도 센서(300)의 측정 결과가 자석(10)의 온도를 보다 정확히 가리킬 수도 있다.

일 실시예에서, 상기 복수의 온도 센서(300)는 자석(10)에서 온도 조절부(100)가 설치된 일 표면과 다른 표면 상에 접촉하거나 인접하도록 설치될 수도 있다.

예를 들어, 상기 온도 조절부(100)는 자석(10)의 상단의 표면 상에 설치될 수도 있다. 그러면, 복수의 온도 센서(300)는 자석(10)의 측면을 따라 설치될 수도 있다. 그 결과, 온도 센서(300)는 자석(10) 내부 온도를 보다 정확하게 측정할 수도 있다.

일 실시예에서, 상기 자기장 세기 정밀 제어 시스템(1)은 각 온도 센서(300)에서 감지된 각 측정 값에 기초한 값을 자석(10)의 온도로 사용할 수도 있다.

자석(10) 내부에 열이 전도되는 시간 차이로 인해, 자석(10)은 내부 온도 분포를 가진다. 자기장 세기 정밀 제어 시스템(1)은 특정 지점의 온도 측정 값을 대표 온도 값으로 사용하는 대신, 각 온도 센서(300)에서 감지된 각 측정 값에 기초한 값을 자기장 정밀 제어를 위한 자석(10)의 온도 값으로 사용한다.

각 측정 값에 기초한 자석(10)의 온도 값은, 예를 들어 평균 값일 수도 있으나, 이에 제한되진 않는다.

일 실시예에서, 상기 복수의 온도 센서(300)는 자석(10)의 측면을 따라 균일한 간격으로 설치될 수도 있다. 도 2b에 도시된 것과 같은 이러한 결합 구조 하에서 각 온도 센서(300)에서 감지된 각 측정 값들의 평균 값이 자석(10)의 실질 내부 온도 값에 상대적으로 매칭한다.

제어부(500)는 프로세서를 포함하며, 자기장 세기 정밀 제어 시스템(1)의 전반적인 동작을 제어한다.

제어부(500)는 온도 조절부(100)와 전기적으로 연결되어 자석(10)에 대한 열 에너지 공급을 제어한다. 예를 들어, 제어부(500)는 온도 조절부(100)의 전압(또는 전류)을 제어하여 자석(10)을 가열할 수도 있다.

제어부(500)는 온도 센서(300)와 전기적으로 연결되어 각 센서별 온도 측정 값을 획득한다. 제어부(500)는 각 센서별 온도 측정 값에 기초하여 자석(10)의 온도를 결정한다.

또한, 제어부(500)는 목표 온도에 대한 사용자 입력을 수신하도록 구성된다. 제어부(500)는 사용자 입력에 따라 목표 온도를 설정한다. 제어부(500)는 설정된 목표 온도 및 결정된 자석(10)의 온도에 기초하여 자석(10)에 피드백 온도를 적용할지를 결정하고, 자석(10)에 피드백 온도를 적용함으로써, 자기장 세기를 정밀하게 제어한다.

일 실시예에서, 상기 제어부(500)는 온도와 자기장 세기 사이의 대응 관계를 기록한 기준 테이블(reference table)을 저장할 수도 있다.

상기 기준 테이블은 단위 온도 변화 당 자기장 세기의 변화량을 표현한 상대적 대응 관계, 및/또는 온도와 자기장 세기를 매핑한 절대적 대응 관계를 기록할 수도 있다.

상기 기준 테이블은 예를 들어 온도 변화 1℃당 대략 1.07 G의 자기장 변화가 대응하는 것을 기록할 수도 있다. 또는 상기 기준 테이블은 제1 온도에서의 제1 자기장 세기, …제n 온도에서의 제n 자기장 세기를 기록할 수도 있다.

또한, 상기 기준 테이블은 자기장 세기와 공진주파수 사이의 대응 관계를 더 기록할 수도 있다. 상기 기준 테이블은 자기장 세기 변화당 공진주파수 변화량 및/또는 각각의 자기장 세기에 대응한 공진주파수를 더 포함할 수도 있다.

샘플 자석(10)에 외부 마이크로파를 조사할 경우, 샘플 자석(10)의 NV 중심 내부에서는 마이크로파 여기(excitation)에 의한 에너지 레벨 변화가 발생한다. 이 에너지 레벨 변화는 공진주파수(electron-spin resonance)의 변화로 관찰된다.

상기 예시에서, 온도 변화 1℃는 대략 3MHz의 공진주파수 변화에 대응한다.

이러한 기준 테이블을 활용한 제어부(500)의 동작에 대해서는 아래의 도 3을 참조해 보다 상세히 서술한다.

도 3은, 본 출원의 일 실시예에 따른, 피드백 온도를 이용한 자기장 세기 정밀 제어 방법의 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 상기 제어부(500)는 목표 온도 정보를 설정한다(S301). 목표 온도는 제어 동작이 완료된 이후 도달해야 하는 목표 자기장 세기에 대응한다. 목표 온도는 사용자 입력에 의해 설정될 수도 있다.

일 실시예에서, 상기 목표 온도 정보를 설정하기 위한 사용자 입력은 목표 자기장 세기 정보를 포함할 수도 있다.

사용자는 자기장 세기를 상대적으로 증가/감소하도록 제어하길 원하거나, 특정 자기장 세기가 되도록 제어하길 원할 수도 있다. 상기 목표 자기장 세기 정보는 자기장의 현재 세기를 기준으로 상대적 자기장 세기의 변화량 또는 절대적 자기장 세기의 값일 수도 있다.

상대적 자기장 세기가 입력될 경우, 목표 온도는 상대적 온도 변화량으로 설정될 수도 있다.

상대적 자기장 세기가 목표 자기장 세기 정보로 입력되면, 제어부(500)는 입력된 목표 자기장 세기 값을 상기 기준 테이블을 사용하여 입력에 대응한 온도 변화량으로 변환하고, 변환된 변화량을 목표 온도로 설정한다(S301). 예를 들어, 사용자가 현재의 자기장 세기로부터 대략 0.107G만큼 자기장 세기를 증가시키길 희망할 경우, 목표 온도는 현재 온도로부터 0.1℃ 증가한 온도로 설정될 수도 있다.

절대적 자기장 세기가 목표 자기장 세기 값으로 입력되면, 제어부(500)는 입력된 목표 자기장 세기 값을 상기 기준 테이블을 사용하여 입력에 대응한 온도 값으로 변환하고, 변환된 온도 값을 목표 온도로 설정한다(S301).

상기 방법은: 단계(S301)의 목표 온도에 따라 온도 조절부(100)를 제어하는 단계(S310)를 포함한다. 상기 제어하는 단계(S310)는: 자석(10)을 가열하는 단계(S311) 또는 자석을 냉각하는 단계(S313)를 포함한다.

사용자가 자기장 세기를 증가시키려고 하는 경우, 목표 온도는 자석(10)의 현재 온도 보다 증가해야 한다. 이를 위해, 제어부(500)는 온도 조절부(100)를 제어하여 자석(10)을 가열한다(S311).

반면, 사용자가 자기장 세기를 감소시키려고 하는 경우, 목표 온도는 자석(10)의 현재 온도 보다 감소해야 한다. 이를 위해, 제어부(500)는 온도 조절부(100)를 제어하여 자석(10)을 냉각한다(S313). 예를 들어, 제어부(500)는 발열기(100)의 구동을 정지하여 자석(10)을 냉각할 수도 있다(S313).

상기 방법은: 자석(10)의 온도를 획득하는 단계(S330)를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 단계(S330)는: 상기 자기장 세기 정밀 제어 시스템(1)이 복수의 온도 센서(300)를 포함할 경우, 각 센서별 측정 값을 획득하는 단계; 및 각 센서별 측정 값에 기초하여 자석(10)의 온도를 결정하는 단계를 포함할 수도 있다. 전술한 바와 같이 및 각 센서별 측정 값에 기초한 자석(10)의 온도는 각 센서별 측정 값의 평균 값일 수도 있다.

상기 방법은: 단계(S301)에서 설정된 목표 온도와 단계(S330)에서 획득된 자석(10)의 온도를 비교해 자석(10)에 대해 피드백 온도를 적용할지 판단하고, 적용해야 하는 것으로 판단된 경우 자석(10)을 가열 또는 냉각할 수도 있다(S350).

목표 온도와 자석(10)의 온도가 매칭할 경우, 자기장 세기의 제어가 완료되었으므로, 제어부(500)의 제어 동작은 완료될 수도 있다(S350).

목표 온도와 자석(10)의 온도가 매칭하지 않을 경우, 자석(10)에 피드백 온도를 적용하여 자석(10)의 온도가 목표 온도에 매칭하도록 제어한다(S350).

일 실시예에서, 상기 단계(S350)는: 단계(S330)에서 결정된 자석(10)의 온도가 단계(S301)에서 설정된 목표 온도 보다 낮다면, 자석(10)의 온도가 목표 온도로 도달하도록 자석(10)을 가열하는 단계(S351); 및 및 단계(S330)에서 결정된 자석(10)의 온도가 단계(S301)에서 설정된 목표 온도 보다 높다면, 자석(10)의 온도가 목표 온도로 도달하도록 자석(10)을 냉각하는 단계(S353);를 포함할 수도 있다.

자석(10)을 가열하기 위해, 제어부(500)에 의해 온도 조절부(100)가 구동하여 자석(10)을 가열하는 동작(S330)이 다시 수행될 수도 있다(S351).

일 실시예에서, 상기 단계(S350)는: 결정된 자석(10)의 온도가 단계(S301)에서 설정된 목표 온도에 매칭하면, 제어부(500)는 온도 조절부(100)를 제어하여 자석(10)의 온도를 유지하는 단계(S359)를 더 포함할 수도 있다.

일 예에서, 자기장 세기를 증가하는 경우를 가정해보자. 자기장 세기를 증가하기 위한 제1 목표 온도를 설정한다(S301). 상기 제1 목표 온도는 자석(10)의 현재 온도 보다 높은 온도이므로, 발열기(100)의 구동에 의해 자석(10)가 일차적으로 가열된다(S310).

제어부(500)는 피드백 온도를 상기 자석(10)에 적용할지 판단한다(S350).

단계(S330)에서 획득된 자석(10)의 온도가 단계(S301)에서 설정된 제1 목표 온도 보다 낮다면, 자석(10)의 온도가 목표 온도로 도달하도록 제어부(500)는 발열기(100)에 가열 명령을 전송한다. 그러면, 발열기(100)는 자석(10)을 다시 가열한다(S351).

반면, 단계(S330)에서 획득된 자석(10)의 온도가 단계(S301)에서 설정된 제1 목표 온도 보다 높다면, 제어부(500)는 발열기(100)에 정지 명령을 전송할 수도 있다. 그러면, 발열기(100)의 구동이 정지되어 자석(10)가 냉각된다(S353).

이러한 피드백 온도 적용을 통해 자석(10)의 온도를 제1 목표 온도에 매칭시켜 자석(10)의 온도를 원하는 만큼 증가시킨다. 그러면, 사용자는 초기 목표 온도에서 제1 목표 온도의 차이에 대응한 자기장 세기의 변화량 만큼 자석(10)의 자기장 세기를 정밀하게 제어할 수도 있다.

다른 일 예에서, 자기장 세기를 감소하는 경우를 가정해보자. 자기장 세기를 감소하기 위한 제2 목표 온도를 설정한다(S301). 상기 제2 목표 온도는 자석(10)의 현재 온도 보다 낮은 온도이므로, 발열기(100)의 정지에 의해 자석(10)가 냉각된다(S310).

단계(S330)에서 획득된 자석(10)의 온도가 단계(S301)에서 설정된 제2 목표 온도 보다 높다면, 제어부(500)는 발열기(100)에 정지 명령을 전송할 수도 있다. 그러면, 발열기(100)의 구동이 정지되어 자석(10)가 냉각되는 것이 유지된다(S353).

단계(S330)에서 획득된 자석(10)의 온도가 단계(S301)에서 설정된 제2 목표 온도 보다 낮다면, 자석(10)의 온도가 목표 온도로 도달하도록 제어부(500)는 발열기(100)에 가열 명령을 전송한다. 그러면, 발열기(100)는 자석(10)을 가열한다(S351).

이러한 피드백 온도 적용을 통해 자석(10)의 온도를 제2 목표 온도에 매칭시켜 자석(10)의 온도를 원하는 만큼 감소시킨다. 그러면, 사용자는 초기 목표 온도에서 제2 목표 온도의 차이에 대응한 자기장 세기의 변화량 만큼 자석(10)의 자기장 세기를 정밀하게 제어할 수도 있다.

도 4는, 도 1의 자기장 세기 정밀 제어 시스템(1)의 제어 동작 결과를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 자석(10)의 온도 각각에서 양자 상태가 낮은 깊이 지점(Depth 1, 2)이 관측된다. 자석(10)의 온도가 변화하면 깊이 지점(Depth 1, 2)의 주파수 값이 변화한다. 깊이 지점(Depth 1, 2)의 주파수 값의 변화는 자기장 세기의 변화에 대응한다.

상기 자기장 세기 정밀 제어 시스템(1)은 ±0.01℃ 단위로 자석(10)의 온도를 조절함으로써 깊이 지점(Depth 1, 2)의 주파수 값의 변화가 3Mhz 보다 훨씬 값을 가질 수도 있고, 결국 상기 자기장 세기 정밀 제어 시스템(1)이 1G 이하의 소수점 단위로 자기장 세기를 제어하는 것이 확인된다.

일 실시예에서, 상기 자기장 세기 정밀 제어 시스템(1)은 자기장 측정 장치(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 자기장 측정 장치는 제어부(500)에 의해 제어된 자기장 세기를 측정할 수도 있다. 상기 자기장 세기 정밀 제어 시스템(1)은 (예컨대, 제어부(500)에 의해) 실제 측정된 자기장 세기 정보를 사용하여 제어부(500)에 의한 자기장 세기 제어 동작의 정확성을 검증할 수도 있다(S400).

이와 같이 자기장 세기를 정밀하게 제어하는 과정에서 자석(10)은 단지 가열/냉각될 뿐이고 시스템 상에서 자석(10)의 위치는 고정된다. 그 결과, 자기장 세기를 제어하는 동안 자기장 방향은 그대로 유지된다.

이상에서 설명한 실시예들에 따른 피드백 온도를 이용한 자기장 세기 정밀 제어 시스템(1)에 의한 동작은 적어도 부분적으로 컴퓨터 프로그램으로 구현되어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다. 예를 들어, 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터-판독가능 매체로 구성되는 프로그램 제품과 함께 구현되고, 이는 기술된 임의의 또는 모든 단계, 동작, 또는 과정을 수행하기 위한 프로세서에 의해 실행될 수 있다.

상기 컴퓨터는 데스크탑 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 노트북, 스마트 폰, 또는 이와 유사한 것과 같은 컴퓨팅 장치일 수도 있고 통합될 수도 있는 임의의 장치일 수 있다. 컴퓨터는 하나 이상의 대체적이고 특별한 목적의 프로세서, 메모리, 저장공간, 및 네트워킹 구성요소(무선 또는 유선 중 어느 하나)를 가지는 장치다. 상기 컴퓨터는 예를 들어, 마이크로소프트의 윈도우와 호환되는 운영 체제, 애플 OS X 또는 iOS, 리눅스 배포판(Linux distribution), 또는 구글의 안드로이드 OS와 같은 운영체제(operating system)를 실행할 수 있다.

상기 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장 장치 등을 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다. 또한, 본 실시예를 구현하기 위한 기능적인 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트(segment)들은 본 실시예가 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 용이하게 이해될 수 있을 것이다.

이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims

자석의 온도를 상승 또는 하강하기 위한 온도 조절부;
자석의 온도를 측정하는 하나 이상의 온도 센서; 및
온도 조절부를 제어하여 자석의 온도를 조절하고, 각 온도 센서의 온도 측정 값을 수신하여 자석의 온도를 결정하며, 사용자 입력에 따라 설정된 목표 온도 및 결정된 자석의 온도에 기초하여 자석에 피드백 온도를 적용하도록 온도 조절부를 제어하는 제어부를 포함하는 자기장 세기 정밀 제어 시스템.
청구항 제1항에 있어서, 상기 온도 조절부는, 자석을 통해 온도 센서로 열기를 간접적으로 공급하는 비중이 상대적으로 크도록 상기 자석에 설치되는 것을 특징으로 하는 자기장 세기 정밀 제어 시스템.
청구항 제2항에 있어서,
상기 온도 센서는 상기 자석에서 온도 조절부가 설치된 일 표면과 다른 표면 상에 접촉하거나 인접하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 자기장 세기 정밀 제어 시스템.
청구항 제1항에 있어서, 복수의 온도 센서를 포함할 경우,
상기 제어부는,
각 센서별 측정 값을 획득하고, 그리고 각 센서별 측정 값에 기초하여 자석의 온도를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자기장 세기 정밀 제어 시스템.
청구항 제4항에 있어서,
상기 복수의 온도 센서는 자석의 측면을 따라 설치되는 것을 특징으로 하는 자기장 세기 정밀 제어 시스템.
청구항 제1항에 있어서, 상기 제어부는 온도와 자기장 세기 사이의 대응 관계를 기록한 기준 테이블을 저장하며,
상기 기준 테이블은 단위 온도 변화 당 자기장 세기의 변화량을 표현한 상대적 대응 관계 및 온도와 자기장 세기를 매핑한 절대적 대응 관계 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 세기 정밀 제어 시스템.
청구항 제6항에 있어서,
상기 기준 테이블은 자기장 세기와 공진주파수 사이의 대응 관계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 세기 정밀 제어 시스템.
청구항 제1항에 있어서,
상기 제어부는 사용자 입력을 수신하여 목표 온도 정보를 설정하고,
상기 사용자 입력은 목표 자기장 세기를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 세기 정밀 제어 시스템.
청구항 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
결정된 자석의 온도가 설정된 목표 온도 보다 낮다면, 자석의 온도가 목표 온도에 도달하도록 상기 온도 조절부를 제어하여 자석을 가열하고, 그리고
결정된 자석의 온도가 설정된 목표 온도 보다 높다면, 자석의 온도가 목표 온도로 도달하도록 상기 온도 조절부를 제어하여 자석을 냉각하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자기장 세기 정밀 제어 시스템.
청구항 제9항에 있어서, 상기 제어부는,
결정된 자석의 온도가 설정된 목표 온도에 매칭하면, 제어부는 온도 조절부를 제어하여 자석의 온도를 유지하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 자기장 세기 정밀 제어 시스템.