현재 국내 외에서 GIS(Gas Insulated Switchgear)용 광 CT(optical current transformer)가 활발히 연구 개발되고 있다. 이러한 광 CT는 전력선에 발생하는 자기장에 의해 레이저 빛의 파장 각도가 변하는 현상인 Faraday Effect를 기련 원리로 한 전류측정용 기기이다. 본 논문에서는 GIS용 광 CT 개발을 목적으로 한 기초적 연구로써 자기장이 발생하는 전력선에 장착되는 센서부가 도선을 중심으로 해서 어떻게 위치하느냐에 따른 광 CT의 출력신호를 측정하여 연구하였다.
본 논문에서 자기 이상 검출시스템의 신호 대 잡음비 개선을 위하여 자기환경 필터의 이론을 제안하였다. 자기환경 필터는 검출센서와 기준센서로부터 자기장을 측정하여 주파수 공간에서 상관관계를 측정하여 구성된다. 이를 이용하면 간섭성 잡음을 제거시켜 신호대 잡음비론 개선시킬 수 있다. 최근 DSP 하드웨어 기술을 이용하면 자기환경 필터의 하드웨어 구현이 용이하다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 여러 자기 환경 조건에서 제안된 자기환경 필터의 성능을 보였다. 시뮬레이션 결과 자기환경 필터는 간섭성 잡음을 소거시킬 뿐만 아니라 센서의 오배치에 의한 오차를 제거하고 지역적으로 국한된 규칙적인 잡음도 제거할 수 있음을 알 수 있었다.
본 연구에서는 고등학교 학생들의 변위전류에 대한 궁금증에서 출발하여 직류전압이 걸린 평행판 축전기에서 자기장과 축전기에 삽입한 토로이드 코일에 유도되는 유도전압에 관한 몇 가지 공식을 얻었다. 이 공식을 바탕으로 통상적인 실험조건에 맞는 컴퓨터 계산 결과, 자기장은 MBL 장치의 자기장 센서로는 측정이 불가능한 매우 작은 값으로 나왔으나, 유도전압은 저항 R값에 크게 의존하지만 전압센서로 측정이 가능한 범위의 값으로 나타났다. 따라서 직류전원을 사용하여 평행판 축전기에서 변위전류를 확인하기 위해서는 적당한 토로이드 코일을 축전기에 삽입하여 이것에 유도되는 유도전압을 측정하는 방법이 유용하다. 덧붙여서, 직류전압을 평행판축전기에 인가하여 변위전류를 확인하고자 하는 실험에서는 저항 R값의 선택이 매우 중요한 실험변수가 된다.
본 논문에서는 Magnetic Inductance Tomography System(이하 MIDT System)을 이용하여 대상물체의 위치와 밀도 변화 시의 신호해석에 관한 연구를 하였다. MIDT System은 외부에서 자기장을 인가하고, 인가된 자기장에 의해 변화하는 자기장을 홀센서로 검출한다. MIDT System은 시스템이 간단하고 대상물체에 물리적인 손상을 가하지 않고 측정이 가능하다. 본연구에서는 MIDT System을 직접 구성하여 이론적인 해석신호와 실제 실험을 통한 해석신호의 일치여부를 비교 분석하고 MIDT System을 이용하여 대상물체 위치 변화시의 신호 해석할 수 있는 적합성 여부를 판단하였다.
MR 센서에 의해 지구자기장의 세기를 측정하여 방위각을 결정하는 전자 Compass의 정밀도는 MR센서 및 OP-Amp.의 온도 Drift, DC Offset등 소자에 의한 오차, 측정주변 자성체에 의한 자기장의 왜곡, 및 Compass Tilt에 의한 오차 등의 영향을 받는다. 본 연구에서는 Set/Reset Pulse 방법에 의해 MR 센서 및 OP-Amp의 온도 Drift 및 DC Offset에 의한 오차를 해결하였고, 주변 자성체에 의한 자기장의 왜곡에 의한 오차를 Hard-Iron Calibration 루틴 수행에 의해 보상하였으며, Compass Tilt에 의한 오차를 Euler Rotational Equation에 의해 보상할 수 있는 3축 MR 센서 및 3축 Accelerometer를 기반으로 하는 전자 Compass 를 설계하였다. 특히 이와 샅이 설계한 전자 Compass를 가지고 3측 MR 센서의 서로 다른 Sensitivity와 OP-Amp.의 서로 다른 Gain등을 규준화하기 위한 Sensitivity Calibration 루틴 수행 시 Tilt의 발생으로 야기되는 오차를 정량적으로 분석하였으며, 이를 바탕으로 $1^{\circ}$정도(精度) Compass를 설계할 수 있었다.
기존의 전파에 의존한 실내 위치측위 시스템의 한계점 발생으로 실내환경에서 정확도 향상을 위한 새로운 방법의 도입이 필요한 시점이다. 최근 생태계 모방 기술이 미래의 핵심기술이 되었고, 이에 따라 귀소본능을 가진 동물들이 지구자기장을 탐색하여 생체자석으로 위치친지에 사용하는 점을 적용한 정확한 위치 측위 방법을 연구하였다. 실내 위치측위를 위한 새로운 자원인 지구자기장의 적용 가능성을 확인하기 위해 건물구조, 구성재료를 구분하고 실제 자기장센서를 탑재할 수 있는 구조물과 데이터수집 모듈을 설계한 뒤, Fingerprint 기법의 위치측위 시스템을 구성하여 위치측위 자원으로서의 지구자기장의 적용 가능성을 연구하였다. 위치측위 시스템 성능 평가에서 기존의 무선랜이 설치된 건물에서는 지구자기장 세기 기반의 위치측위 시스템이 무선랜 기반 위치측위 시스템과 유사하거나 약 20% 성능이 높이 나타났다. 이와같이 실내 위치측위를 위한 인프라 설치가 되어 있지 않는 환경에서는 지구자기장이라는 고유의 지구자원으로 실내 위치측위가 가능하다.
연자성이 우수한 Co계 아몰퍼스리본을 리소그래피와 에칭을 통하여 미안더타입(meande, type)의 미소패턴으로 가공하고 표피효과가 현저하게 나타나는 300 KHz∼l ㎓의 주파수영역에서 고주파임피던스, 저항, 인덕턴스에 미치는 외부자기장의 영향을 조사하였다. 제작한 아몰퍼스리본의 미안더패턴은 자기장중 열처리를 통하여 폭방향으로 자기용이축이 유도되어 있었으며 패턴의 길이방향으로 인가된 외부자기장에 대하여 민감한 임피던스의 변화를 나타내었다. 임피던스는 약 13 Oe부근의 인가자기장에서 최대값을 나타내었으며 50 MHz에서 11 Oe의 인가 자기장에 대하여 약 210%의 임피던스 변화율을 나타내었다.
A magnetostrictive sensor is a sensor measuring elastic waves. Because of its unique non-contact measurement feature, the sensor receives more attentions in recent years. These sensors have been mainly used to measure longitudinal and torsional waves in ferromagnetic waveguides, but there increases an interest in using the sensor for flexural wave measurement. Since the performance of the sensor is strongly influenced by the applied bias magnetic field distribution, the design of the bias magnetic system providing the desired magnetic field is critical. The motivation of this investigation is to design a bias magnetic system consisting of electromagnets and yokes and the specific objective is to formulate the design problem as a bias yoke topology optimization. For the formulation, we employ linear magnetic behavior and examine the optimized results for electromagnets located at various locations. After completing the design optimization, we fabricate the prototype of the proposed bias magnetic system, and test its performance through flexural wave measurements.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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