Empirical Characterization of an Air-cored Induction Coil Sensor using Constructional Parameters

This paper presents empirical equations indicating the high frequency performance characteristics of air-cored induction coil sensors with their constructional parameters. An air-cored induction coil sensor is widely used due to good linearity at low frequency ranges but the sensor has weakness of relatively low sensitivity to the magnetic field. At high frequency ranges, the sensitivity can be dramatically increased, largely depending on the frequency of the injected field, and this property can be a great asset to some electromagnetic inspections, since they utilize the interrogating current with a fixed frequency. The application of this property of the coil sensor requires the estimation of its high frequency performance. We made experiments on the frequency responses of the coil sensors under diverse constructional conditions and, on the basis of the experimental results, the high frequency performance, such as the resonant frequency and the sensitivity at the frequency, was estimated, as a function of the constructional parameters of the coil sensor. The good agreements between experimental and estimated data were reported.

Air-cored induction 코일 센서의 실험 기반 고주파 특성 모델링에 대한 연구

본 논문은 Air-cored induction 코일 센서의 고주파 동작 특성에 대한 실험적 관계식을 제시한다. Air-cored induction 코일 센서는 입, 출력 간 선형성이 좋고 저주파 영역에서 정확한 출력 특성 예측이 가능해서 널리 사용되지만 민감도가 낮다는 단점이 있다. 반면, 고주파 영역에서는 코일 센서 구성상의 기생효과로 인해 민감도가 크게 향상되지만 인가되는 자기장 주파수에 대한 출력 민감도의 의존성으로 인해 사용이 제한되어 왔다. 그러나 최근 고정된 주파수의 자기장을 대상으로 하는 비파괴 자기 검사법에서 검사 성능을 향상시키기 위하여 이와 같은 코일 센서의 고주파 특성을 이용하기 시작하였는데 코일 센서를 고주파 영역에서 사용하기 위해서는 고주파 영역에서의 센서 특성에 대한 예측이 요구된다. 본 논문에서는 다양한 코일 센서의 구성 조건하에서 코일 센서의 주파수 응답 특성을 측정하고 이 측정 결과를 기반으로 하여, 민감도가 최대가 되는 공진 주파수와 최대 민감도를 코일 센서 단면의 지름, 권선 지름, 그리고 권선 수와 같은 구성 파라미터의 함수식으로 근사하였다. 함수식은 실험결과를 잘 반영하며, 추론된 함수식으로부터 원하는 사양을 가지는 코일 센서의 구성 방안 및 관련 회로 설계 사양을 얻을 수 있다.