• 센서학회지
• /
• 제26권4호
• /
• pp.259-265
• /
• 2017

Magnetometer calibration must be performed before the use of three-axis magnetometers to ensure the accuracy of orientation estimation. Recently, one of the most popular calibration approaches is the ellipsoid fitting technique due to its high performance in calibration. To date, in fact, performances of the existing ellipsoid fitting methods have been evaluated with full range rotation data. However, in case of the calibration of magnetometers attached to vehicles, ships, and planes, it is very difficult to collect the full range rotation data since their allowable ranges in terms of roll and pitch are limited to small. This constraint may result in serious performance degradation of some ellipsoid fitting algorithms. Therefore, to be practical, this paper proposes a weighted least square-based magnetometer calibration method that is robust in roll-pitch limited conditions. Furthermore, the proposed method is a linear approach and thus is free from the well-known initial value issue in nonlinear approaches. Experimental results show the superiority of the proposed method to other ellipsoid-fitting calibration methods.

• 한국자기학회지
• /
• 제12권4호
• /
• pp.137-142
• /
• 2002

자장측정분야에서는 첨단제품 개발 등에 정밀자장 측정 및 제어기술이 요구된다. 산업체에서 사용되는 자장측정기의 교정표준기로 사용되는 전자석시스템 및 핵자기공명 자장측정기를 컴퓨터를 사용하여 자동으로 자장을 제어 할 수 있는 프로그램을 개발하였다. 전자석의 자장안정도는 홀효과 센서를 이용한 자장궤환 방법보다 전류변화분을 탐지하여 보상하는 전류궤환 방법이 약 2배정도 좋음을 알 수 있었다. 또한 100 mT이상의 자장범위에서 안정도는 외부자장(지구자장, 장비에 의한 자기 잡음 등)의 영향이 거의 미치지 않고, 전류의 변화가 주요인 임을 알 수 있었다. 전류 궤환장치를 사용하여 자장측정 및 발생을 자동화시킴으로써 자장의 안정도를 10배 이상 향상 시켰으며, 연 300여건의 장비 교정시간을 약 20％정도 단축하는 효과를 얻었다.

• 한국자기학회지
• /
• 제2권2호
• /
• pp.150-155
• /
• 1992

자장의 범위가 1 mT 이하이고, 분해능이 100 nT인 국가표준을 확립하고 저자장 측정장비의 교정 및 측정능력을 확보하기 위한 저자장 표준시스템을 제작하였다. 저장 발생용으로 석영관을 사용 한 정밀 솔레노이드를 가공.제작하였으며, 지자장 상쇄용으로 대형 3-축 헬름홀쯔 코일을 구성하였다. 자장 균일도를 향상시키기 위하여 단층 솔레노이드에서 주전류의 2개의 보조전류를 사용하는 three-current 방법을 사용하였으며, 컴퓨터를 사용하여 축상에서 최대의 균일도를 주는 조건을 계산하였다. Three-curent 방법을 사용한 경우 솔레노이드 중심축상에서 ${\pm}5\;cm$ 범위에서 0.01%, single current 일 때는 0.1%의 정밀도로 자장을 발생할 수 있었으며, 저자장 측정장비의 동특성을 측정할수 있는 시스 템을 구성하여 장비의 성능을 평가할 수 있었다.

• Journal of Magnetics
• /
• 제18권3호
• /
• pp.339-341
• /
• 2013

The magnetic field standards, facilities and capabilities available at NPL for the calibration of magnetometers and gradiometers and the measurement of the magnetic properties of materials will be introduced. The details of the low magnetic field facility will be explained and the capabilities this facility enables for the characterisation and calibration of ultra-sensitive room temperature magnetic sensors will be presented. Building on core material capabilities that are compliant with the IEC 60404 series of written standards, the example of a standard permeameter that has been modified for the measurement of strips for real world conditions is discussed. This was incorporated into a stress machine to measure the DC properties of the soft magnetic materials used by the partners of a collaborative industry led R&D project at stress levels of up to 700 MPa. The results for three materials are presented and the changes in the properties with applied stress compared to establish which material exhibits favourable properties.

• Journal of Astronomy and Space Sciences
• /
• 제38권3호
• /
• pp.157-164
• /
• 2021

We describe a method for the in-orbit calibration of body-mounted magnetometers based on the CHAOS-7 geomagnetic field model. The code is designed to find the true calibration parameters autonomously by using only the onboard magnetometer data and the corresponding CHAOS outputs. As the model output and satellite data have different coordinate systems, they are first transformed to a Star Tracker Coordinate (STC). Then, non-linear optimization processes are run to minimize the differences between the CHAOS-7 model and satellite data in the STC. The process finally searches out a suite of calibration parameters that can maximize the model-data agreement. These parameters include the instrument gain, offset, axis orthogonality, and Euler rotation matrices between the magnetometer frame and the STC. To validate the performance of the Python code, we first produce pseudo satellite data by convoluting CHAOS-7 model outputs with a prescribed set of the 'true' calibration parameters. Then, we let the code autonomously undistort the pseudo satellite data through optimization processes, which ultimately track down the initially prescribed calibration parameters. The reconstructed parameters are in good agreement with the prescribed (true) ones, which demonstrates that the code can be used for actual instrument data calibration. This study is performed using Python 3.8.5, NumPy 1.19.2, SciPy 1.6, AstroPy 4.2, SpacePy 0.2.1, and ChaosmagPy 0.5 including the CHAOS-7.6 geomagnetic field model. This code will be utilized for processing NextSat-1 and Small scale magNetospheric and Ionospheric Plasma Experiment (SNIPE) data in the future.

• Journal of Astronomy and Space Sciences
• /
• 제40권4호
• /
• pp.199-215
• /
• 2023

The Korea Pathfinder Lunar Orbiter (KPLO), the first South Korea lunar exploration probe, successfully arrived at the Moon on December, 2022 (UTC), following a 4.5-month ballistic lunar transfer (BLT) trajectory. Since the launch (4 August, 2022), the KPLO magnetometer (KMAG) has carried out various observations during the trans-lunar cruise phase and a 100 km altitude lunar polar orbit. KMAG consists of three fluxgate magnetometers capable of measuring magnetic fields within a ± 1,000 nT range with a resolution of 0.2 nT. The sampling rate is 10 Hz. During the originally planned lifetime of one year, KMAG has been operating successfully while performing observations of lunar crustal magnetic fields, magnetic fields induced in the lunar interior, and various solar wind events. The calibration and offset processes were performed during the TLC phase. In addition, reliabilities of the KMAG lunar magnetic field observations have been verified by comparing them with the surface vector mapping (SVM) data. If the KPLO's mission orbit during the extended mission phase is close enough to the lunar surface, KMAG will contribute to updating the lunar surface magnetic field map and will provide insights into the lunar interior structure and lunar space environment.

• 한국자기공명학회논문지
• /
• 제21권1호
• /
• pp.7-12
• /
• 2017

The nuclear magnetic resonance (NMR) and atomic magnetic resonance (AMR) plays a fundamental role in achieving a high accuracy of magnetic field measurements. Magnetic field unit (T) was realized based on the shielded proton gyromagnetic ratio (${\gamma}^{\prime}_P$), helium-4 gyromagnetic ratio (${\gamma}_{4He}$) and related techniques. The magnetic field standard system has been disseminated by the NMR magnetometer and electromagnet, a Helmholtz coil system, and AMR magnetometer in the nonmagnetic laboratory. A magnetic field standard below 1 mT has been developed by using Cs and Cs- $^4He$ AMR with automatic compensation of an external magnetic field noise. The standards serve for the calibration of magnetometers and support the test of sensors and materials in the range from $5{\mu}T$ to 2.0 T with (1 to 50) ${\mu}T/T$ uncertainty (k=2).

• 한국자기학회지
• /
• 제14권6호
• /
• pp.201-206
• /
• 2004

자기장 측정기 교정 및 자기관련 시험 등에 사용되는 직류 및 교류 자기장 표준시스템을 제작하였다. 자기장 1 mT범위에서, 직류의 경우 확장불확도(expanded uncertainty, 2$\sigma$)는 8${\times}$$10^{-6}$, 교류의 경우, 주파수에 따른 확장불확도는 0.1～1 kHz 범위에서 0.16%, 1～5kHz에서 0.26%, 5～20kHz에서 0.44%이었다. 또한 국가측정표준에 대한 동등성과 수행한 교정 및 측정에 대한 국가간 상호인정을 받기 위하여 이 분야의 핵심측정표준 국제비교(international key comparison)에 참여하였다. 선진국과 대등한 결과를 얻었으며, 자기장 분야의 측정능력이 세계적 수준임을 확인하는 계기가 되었다.

• 한국자기학회지
• /
• 제11권1호
• /
• pp.38-44
• /
• 2001

저자장 영역(1 mT 이하)에서 국가 표준시스템을 분해능 0.26 nT 수준으로 확립하였다. 비자성 재료로 건축하여 자성체에 의한 영향을 배제할 수 있는 비자성동에서 세슘 광펌핑 마그네토미터, 3-축 헬름홀츠 코일 등을 이용하여 자동적으로 지자장을 상쇄시키는 장치를 만들었다. 그 특성은 대역폭 10 Hz에서 0.1 nT/10 min이었다. 지자장이 상쇄된 공간에 최적 설계한 단전류-다층 솔레노이드(길이 1.02 m, 평균반경 0.l1467 m, 단위길이당 권선수 1000 turns/m)를 설치하고, 솔레노이드에 정밀 전류를 홀려 자장을 발생시키는 방법을 사용하여 저자장 표준시스템의 성능을 향상시켰다. 솔레노이드 중심에서 자장의 안정도는 $\pm$ 1 cm 범위에서 1.0$\times$$10^{-7}$ T이었다. 핼륨 광펌핑 마그네토미터를 이용하여 측정한 솔레노이드의 코일상수는 1.231 058 9 mT/A이고, 온도계수는 0.38 nT/$^{\circ}C$이었다. 저자장 표준시스템은 저자장 측정기의 교정 및 저자장관련 시험검사 등에 사용된다.

• 해양환경안전학회지
• /
• 제19권6호
• /
• pp.666-673
• /
• 2013

본 연구는 빠른 운항 속도와 짧은 운용 시간을 요구하는 임무에 활용될 저가 소형 자율 무인잠수정에 고가 대형 관성 측정 장치를 대신하여 사용할 수 있는 저가 소형 자세 측정 장치 개발 및 성능 검증을 수행하였다. 저가 소형 자세 측정 장치 개발을 위해서 MEMS 기술을 적용한 gyro, accelerometer 및 magnetometer 채택하여 MEMS 기반 하드웨어를 제작하였으며, 좌표 변환 공식과 칼만 필터를 적용하여 자세 계산 알고리즘을 구현하였다. 또한 개발된 MEMS 기반 자세 측정 장치에 대한 기본 성능 검증을 위한 지자기센서 검증 시험, 정적 자세 시험, 차량 시험, 운동 모사 장치 시험을 수행하였으며, 각각 시험 결과를 제시하였다. 지자기센서 검증 시험 결과 외부 자기장 보정을 통하면 개발된 MEMS 기반 자세 측정 장치의 측정 결과가 외부 자기장에 강인함을 확인하였으며, 정적 자세 시험 및 차량 시험을 통하여 자세 변화가 크지 않는 환경에서 자세 측정 오차가 $0.5^{\circ}/hr$ 임을 확인하였다. 운동 모사 장치 시험을 통하여 5분 내외 자세 변화가 큰 운동 중에도 자세 측정 오차가 발산하지 않고 $1^{\circ}/hr$ 이내임을 확인하였다. 상기 시험 결과로부터 개발된 MEMS 기반 자세 측정 장치가 목표 성능인 $1^{\circ}/hr$이내 roll, pitch, yaw 오차를 보여주고 있음 확인하였으며, 이로부터 20분 내외 운용 시간 동안 정확한 자세 정보 제공 가능성을 확인할 수 있었다.