A Study on the Implementation of the 2-Dimension Magnetic Fluxgate Sensor

We have presented a 2-dimensional fluxgate sensor with ferrite core, excitation, and pick-up coil. This fluxgate sensor system consists of a sensing element, driving circuits for excitation coil and signal processing for detecting second harmonic frequency component which is proportional to the DC magnetic to be measured. The sensor core is excited by a square waveform of voltage through the excitation coil of 80 turns. The second harmonic output of pick-up coil(x and y axis: 100 turns) is measured by FFT spectrum analyzer. This result is compared with output of PSD(phase sensitive detector) unit for detecting the second harmonic component. The measured maximum sensitivity is about 1580 V/T at driving frequency of 1.5 kHz and excitation current of 2 App. The nonlinearity of this system is measured about 2.3%(PSD) and about 1%(second harmonics of the pick-up). The angle error of the system is ${\pm}2$ %/FS.

2차원 Magnetic Fluxgate센서의 구현에 관한 연구

본 연구에서는 페라이트 링 코어를 이용한 2차원 fluxgate 센서를 제안하였으며, 본 fluxgate 센서 시스템은 2차원 자장을 측정할 수 있는 센서와 그 센서를 구동하기 위한 구동회로, 그리고 신호처리회로 등으로 구성하였다. 신호 검출 방법으로는 우수고조파 성분 검출을 위해 PSD(phase sensitivity detector) 회로를 사용하였으며, 기존의 제 2고조파 검출법과 비교하기 위해서 pick-up 코일 출력전압의 제 2고조파 성분을 FFT 스펙트럼 분석기를 사용하여 측정하였고, 이렇게 측정된 제 2고조파 성분의 전압과 PSD 단의 출력전압을 비교하였다. 그 결과 여자전류의 증가에 따라 센서의 출력전압도 증가하였으며, 구동주파수에 따른 PSD 단의 출력전압은 주파수가 1.5[kHz]일 때까지는 증가하였지만, 그 이상의 주파수에서는 감소함을 보였다. 그리고 pick-up 코일의 제 2고조파 성분의 전압은 계속 증가함을 보였다. 센서의 최대감도는 구동주파수 1.5 [kHz], 구동전류 2 [App]에서 최대값을 보였으며 감도는 약 1580 [V/T]였다. 센서의 비선형계수는 3 [G] 이내에서 제 2고조파 성분의 전압인 경우 약 1 [%]이내였으며, PSD 단 이후는 약 2.3 [%]이내였다. 그리고 각도오차는 약 ${\pm}2$ [%/FS]이내였다.