본 연구는 코일센서를 이용한 차량검지기의 적용성을 검정하고자 한다. 이를 위하여 코일센서를 이용하여 차량검지기의 발진회로부, 데이터 수집부, 데이터 모니터링 및 저장부로 구성된 실험환경을 구성하였다. 실험환경에서 얻은 코일센서의 주파수를 분석한 결과, 코일센서를 이용한 차량검지기의 주파수가 안정적으로 산출되는 것을 확인하였다. 또한 시공 편의성을 확인하기 위하여 실제 도로에 기존 루프검지기와 코일센서를 이용한 차량검지기를 적용한 후 커팅면적 및 재료 소요량, 평균 작업시간을 측정하여 시공 용이성을 비교하였다. 비교 결과, 코일센서를 이용할 경우 시공시간의 개선이 가능하며, 도로 커팅 면적을 줄일 수 있어 기존의 루프검지기 설치 방식보다 코일센서를 이용한 차량검지기 시공 방식이 더 효율적인 것으로 나타났다.
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.
펄스와전류탐상에서 탐상 신호는 주로 센서코일에 유도되는 기전력의 시간에 따른 변화를 측정하여 사용되었는데, 최근에는 홀센서(Hall sensor)로 측정한 신호를 사용하는 경우도 많아지고 있다. 본 논문에서는 펄스와전류탐상에서 나타나는 홀센서 신호를 수치적으로 모델링하여 예측하였다. 이를 위해 두께 측정을 위한 탐촉자를 설계하고 먼저 계단입력전류를 사용한 수치해석을 수행하여 홀센서를 사용하였을 경우의 신호를 예측하였다. 또한, 코일을 센서로 사용하였을 경우의 신호도 동시에 계산하였다. 수치모델링 결과로 예측된 홀센서 신호들은 실험 연구를 통해 보고된 신호들과 유사한 형태를 가지고 있음을 확인할 수 있었다. 그리고 피검사체의 두께 변화에 따른 두 신호들의 특성을 분석하고 비교해 본 결과, 홀센서 신호에서는 코일센서 신호에 비해 두께 변화를 판별하기 위한 정보가 더 적게 제공된다는 것을 알 수 있었다. 펄스입력전류를 사용한 경우의 탐상 신호들도 계산해 본 결과, 두 신호 모두 사용된 펄스의 폭이 지난 시간에는 계단입력전류를 사용한 경우의 응답이 반대가 되어 감소하는 형태로 나타난다는 것을 확인할 수 있었다.
와전류탐상(ECT) Transmit-Receive 프로브를 이용한 ECT 방법은 센서코일의 유도기전력의 변화를 관찰하여 피검사체의 결함이나 특성의 변화를 탐지해내는 방법이다. ECT T/R 프로브는 여러 개의 Pancake 코일로 구성되어있고, 각각의 코일은 Transmit 코일과 Receive 코일로 나뉜다. 본 논문은 실제 TH 프로브 제작에 앞서 동일한 특성을 갖는 와전류센서를 설계 및 제작하여 그 특성을 파악하였다. 와전류센서에 인가되는 시험주파수와 Lift-off의 변화에 대한 특성을 파악하고 와전류센서의 임피던스값을 산출하여 정규화 임피던스도를 그려 와전류센서의 특성을 살펴보았다.
보호계전 시스템의 전류센서로 사용할 목적으로 편광분석형 광섬유 전류센서를 개발하였다. 광섬유의 선형복굴절에 의한 출력의 왜곡을 최소화하기 위하여 단일모드 광섬유를 미터 당 20회 이상 비틀고 그 끝단에 FRM(Faraday rotator mirror)을 부착하여 센서코일을 제작하였다. 광섬유 센서코일의 비틀림 정도를 달리하며 다양한 환경에서의 전류측정 실험을 행하였다. 실험결과로부터 광섬유 센서코일이 진동 등의 환경적 노이즈를 효율적으로 차단함을 알 수 있었으며 $\pm$3% 이내의 시스템 출력안정도를 얻었다.
자기 베어링을 구동하는 코일은 회전축의 위치 정보를 가지고 있다. 따라서 코일의 인덕턴스를 알 수 있으면 위치 센서를 쓰지 않고도 회전축의 위치를 알아낼 수 있다. 본 논문에서는 코일에 고주파 신호를 주입하여 인덕턴스를 알아내고, 이를 통해 회전축의 위치를 추정하는 방법을 제안하고, 그를 이용하여 자기 베어링의 센서리스 제어를 수행한다.
원통형 페라이트 코어와 검출 코일을 이용하여서 직교형 플럭스게이트 센서를 제작하고, 구동주파수가 출력 감도에 미치는 영향에 대해서 조사하였다. 외부 자계에 대한 플럭스게이트 센서의 출력은 코어의 단면적, 권선수, 구동주파수 등에 비례한다. 따라서, 센서를 소형화시키면서 출력(감도)를 저하시키는 것을 방지하기 위해서는 구동주파수를 높이는 것이 필요하다. 그러나, 구동주파수는 자성체 코어의 주파수특성, 구동회로의 성능, 검출 코일의 주파수특성 등 다양한 요인으로 제한 된다. 본 연구에서는 원통형 페라이트 코어와 검출 코일을 이용하여 제작한 직교형 플럭스게이트 센서에 있어서 센서 출력의 주파수특성과 검출 코일의 인덕턴스와 캐패시턴스를 측정하여서 상호 연관성에 대해서 살펴보았다. 그 결과 외부 자계에 대한 센서의 출력은 검출 코일의 임피던스에 의존한다는 것을 알 수 있었고, 검출 코일의 LC공진주파수에서 높은 출력(감도)을 얻을 수 있었다.
전선으로부터 발생되는 저주파 자장을 검출할 수 있고 휴대성 및 가격 경쟁력이 있는 코일형 자계 측정기를 개발하기 위해 본 연구에서 제시된 전선용 자계 검출 센서는 자기 코어 및 코일 권선수 및 길이의 변화에 따른 자계 검출 감도를 분석하여 활선 상태 및 자계의 세기를 확인하여 최적화 구조를 설정하였다.
전류에 의한 자속변화를 검출하는 로고스키코일은 자성체를 코어로 이용하는 종전의 변류기 (Current Transformer) 와는 달리 공심이거나 비자성재료를 사용하기 때문에 자기적으로 포화되지 않으므로 일반적으로 디지털 적산 전력량계의 전류센서로 활용되고 있다. 본 연구는 저온소성 다층 세라믹 기판상에 로고스키코일을 적용한 전자식 전력량계의 정밀 전류측정용 센서 개발에 관한 것이며. 3차원 전자기장 해석 프로그램인 MWS를 하여 기판의 소재와 코일의 패턴의 크기 등을 달리하여 그 특성을 알아보고 실제 구현된 센서의 측정된 값과 비교해 보았다.
본 논문에서는 실시간 안압 모니터링을 위한 안압 센서와 안압에 따른 안압 센서의 공진 주파수를 검출 할 수 있는 외부 코일을 설계 및 구현 하였다. 안압 센서는 3-D EM 시뮬레이션을 통하여 설계 하였고, MEMS 기반 기술로 구현 되었다. 측정 결과로서, 안압 센서의 공진 주파수는 외부 코일의 공진 주파수에 비하여 낮아야 하며, 안압 센서의 공진 주파수가 외부 코일의 공진 주파수에 근접 하게 위치 할 때, 위상 변화량이 높아짐을 확인 하였다. 또한, 안압 센서는 외부 코일과의 거리에 따라 최대위상 변화가 발생하는 지점이 불변하여야 하는데, 설계된 안압 센서는 외부 코일과의 거리가 변화 할 때, 최대위상 변화량 자체는 변화 하지만, 최대위상 변화가 발생하는 지점이 동일함을 확인 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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