This paper presents a new class of magnetic microsensors based on the Hall effect in AC microplasma. In the theoretical study, we develop a simple model of the plasma Hall sensor and express the plasma Hall voltage as a function of magnetic field, plasma discharge field, pressure, and electrode geometry. On this basis, we have designed and fabricated magnetic microsensors using AC neon plasma. In the experiment, we have measured the Hall voltage output of the plasma microsensors for varying five different conditions, including the frequency and the magnitude of magnetic field, the frequency and the magnitude of plasma discharge voltage, and the neon pressure. The fabricated magnetic microsensors show a magnetic field sensitivity of 8.87${\pm}$0.18㎷/G with 4.48% nonlinearity.
전류센서는 하이브리드 및 전기자동차의 배터리 충 방전과 모터컨트롤러의 모니터링 시스템에 적용되는 중요한 부품이다. 본 연구에서는 자기코어의 공극에 홀센서를 위치시켜 측정전류에 의해 생성된 자기장을 감지하는 구조를 가진 open loop type의 전류센서를 개발하였다. 코어는 방향성규소강판을 사용하여 제작한 후 공극이 3 mm되게 절단하였다. 공극에서의 자기장 측정을 위하여 GaAs 홀센서를 적용하였다. 개발한 전류센서는 측정범위가 -400~+400 A에서 선형도 0.03 %를 확보하였으며, 온도보상회로를 적용하여 동작온도영역인 $-40{\sim}+105^{\circ}C$에서 전류센서의 온도특성을 향상시켰다. 전류센서의 동특성 향상을 위하여 공기자속를 제어하였다. 주파수대역폭 측정은 $40A{\cdot}turn$, 100 Hz~100 kHz의 사인파형으로 측정하여 100 kHz의 대역폭을 갖는 것으로 평가되었으며, 반응속도는 $40A{\cdot}turn$의 5 kHz 구형파로 측정하여 $2{\mu}s$ 이하의 성능을 갖는 것으로 측정되었다.
본 논문에서는 영구자석형 동기전동기의 벡터제어를 수행하는데 필요한 회전자의 위치, 특히 기동시의 초기 회전자 위치를 정확하게 검출하기 위하여 자기식 위치 센서를 사용하는 방법을 제안한다. 기존에는 홀센서의 출력 신호를 사용하여 초기 회전자의 위치를 판단하거나 이러한 센서를 사용하지 않는 센서리스 방식으로 제어를 수행하였으나 이 방법들은 위치 오차가 발생하고 정확도가 떨어지기 때문에 실용성 측면에서 만족스럽지 못하였다. 이와 같은 문제점을 해결하고자 본 논문에서는 자기식 위치 센서(magnetic position sensor)를 사용하여 초기 회전자의 위치를 검출하고자 한다. 이 방식을 사용하여 동기전동기의 초기 회전자 위치 검출이 부정확하여 벡터제어 시스템에서 전동기의 기동특성이 나빠지는 문제점을 해결하며, 소용량의 벡터제어 인버터를 저가격화하는 목적으로 자기식 위치 센서를 속도 및 위치 검출에 사용함으로써 자극 검출용의 홀센서와 회전속도 측정용의 로터리 엔코더를 하나로 통합하여 가격을 절반 이하로 낮추는 방안을 제안한다.
영구자석을 사용한 마커가 설치된 자기장 이동 경로에서 이동 로봇의 경로 인식을 위한 위치인식 시스템이다. 저가의 홀센서를 일정 간격의 열로 배치한 센서를 설계 제작하고, 그 센서를 이용하여 측정된 마커의 자계 값을 이용하여 경로상의 위치를 인식할 수 있도록 하였다. 마커의 극성을 인식하는 새로운 방법을 제시하고, 인식된 극성을 코드화하여 경로상의 특이점들에 배치함으로써 경로 이동 중에 그 점들의 위치를 인식하도록 하였으며, 로봇은 그 위치에서 미리 정해진 행동을 하도록 프로그램 하였다. 센서들 간의 통신 방법을 논하였고, 각 센서들에서 얻어진 정보로부터 이동 로봇의 경로상의 위치인 측방향 변위 오차와 방향각 오차를 기하학적으로 산출한다.
Since the magnetic bearing system has unstability inherently it is necessary to measure the displacement for stable operation. Normally the displacement measurement is implemented by using sensors. The sensor for the displacement measurement is selected by precision, installation space, effect of magnetic field and response speed. And the cost of displacement measurement sensor also is considered. At the cost the hall effect sensor has a large advantage comparing with the others. Therefore this study concern about the basis experimental test for the displacement measurement of the magnetic bearing system that uses the hall effect sensor coupled with a tiny permanent magnet. The experimental results confirm the validity and practicability for this displacement measurement sensor.
본 논문은 자계센서를 이용하여 원격 가스 검침 시스템을 구현하였다. 현재까지 개발되고 있는 스캔 방식은 온도, 습도, 분진, 진동에 영향을 많이 받는다. 이런 문제점을 해결하기 위하여 본 논문은 가스의 유입량에 따라 회전하는 체인지기어의 가장자리에 영구자석을 부착하고, 계량기 몸체의 외벽에 영구자석의 자기장을 측정할 수 있는 홀 소자를 설치하였다. 체인지 기어에 의해 영구자석이 회동하여 홀 소자에 근접할 때 자기장을 검출하고, 그 검출된 신호를 카운트함으로써 가스 사용량을 검침하였다. 이 방식은 온도, 습도, 분진, 진동에 영향을 받지 않았으며, 높은 정확도를 나타내었다.
영구자석과 홀소자로 구비된 두 대의 집게형 맥진기 시제품을 이용하여 비가압 상태에서 양손 요골동맥의 맥진파형을 동시측정한 신호들을 비교 분석하였다. 20대 남성 피실험자 22명을 대상으로 측정된 오른손잡이와 왼손잡이의 두 맥진파형들은 위상차를 갖고 뚜렷하게 구별되었다. 서로 다른 빠름과 늦음으로 인해 두 개의 맥진파형들의 위상차 부호는 맥파전달속도가 오른손과 왼손 혈관의 총길이 보다는 자주 사용하는 팔의 근육 특성에 의존한다는 분석이 가능하였다.
금속탐지 센서는 공항, 접경지역 같은 다양한 보안 분야 등에서 널리 사용하고 있는 센서이다. 이러한 금속탐지 센서는 홀 현상을 이용하는가, 맴돌이 전류를 색출하여 탐지하는가 등에 따라 방식이 나뉘게 된다. 본 논문에서는 이러한 방식들 중 미세한 저항의 변화를 탐지하는 이방성 자기저항을 이용하여 다른 방식의 센서들보다 전력소보가 적고 정교한 탐지가 가능하도록 하였다. 또한 센서의 축을 늘려 더욱 넓은 원형범위에서 금속을 탐지할 수 있게 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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