We introduce a novel contrast mechanism for imaging superparamagnetic iron oxide (SPIO) nanoparticles (average diameter ${\sim}100nm$) using magneto-motive optical Doppler tomography (MM-ODT), which combines an externally applied temporally oscillating high-strength magnetic field with ODT to detect the nanoparticles flowing through a glass capillary tube. A solenoid cone-shaped ferrite core extensively increased the magnetic field strength ($B_{max}=1\;T,\;{\Delta}|B|^2=220T^2/m$) at the tip of the core and also focused the magnetic force on targeted samples. Nanoparticle contrast was demonstrated in a capillary tube filled with the SPIO solution by imaging the Doppler frequency shift which was observed independent of the flow rate and direction. Results suggest that MM-ODT may be a promising technique to enhance SPIO nanoparticle contrast for imaging fluid flow.
In this paper, mechanism design of optical pickup actuator for fast access is proposed. This actuator is composed of moving magnet type actuator and moving coil type actuator for tracking and fine motion, respectively. Moving magnet type tracking actuator is configurated by two permanent magnets and four air-core solenoids. Additional damper by induced current in tracking actuator can reduce the transient vibration between the coarse seeking servo and fine seeking servo. Variable stiffness can be acquired by applying current to air-core solenoid simply. This actuator can achieve fast access by these additional damper and stiffness. Performance of this actuator is predicted through the FEM, simulation and simple experiment. Settling time for transient vibration is reduced to 14.7% according to simulation result.
본 논문에서는 고성능의 극소형, 솔레노이드 형태의 RF 칩 인덕터를 연구하였다. 제작된 RF 칩 인덕터의 크기는 1.0×0.5×0.5㎣ 이었다. 코아의 재료 (96% Al₂O₃)와 모양 (I-type)은 인덕터의 성능을 극대화시키도록 Maxwell three-dimensional field simulator를 이용하여 결정되었다. 40㎛의 직경을 가진 가는 구리(Cu)도선을 코일로 사용하였다. 개발된 인덕터의 인덕턴스 (L), 품질계수 (Q), 그리고 커패시턴스 (C) 들에 대한 고주파 특성은 RF 임피던스/재료 분석기 (HP16193A 시험 fixture가 장착된 HP4291B)를 사용하여 측정되었다. 개발된 인덕터들은 230MHz - 1 GHz의 주파수 영역에서 11 - 39 nH 범위의 인덕턴스 값과 28 - 50 범위의 품질계수 값을 가지는데 이는 전 세계적으로 가장 좋은 칩 인덕터 업체 중의 하나인 CoilCraft/sup Tm/에 의해 생산된 인덕터들의 특성과 유사한 결과를 나타내고 있다. 시뮬레이션 데이터는 개발된 인덕터의 L, Q, C 등의 고주파 특성을 잘 예측하고 있다.
In this study, the variations of the important characteristics of solenoid-type RF chip inductors utilizing a low-loss A1203 core material on inductor dimensions were investigated systematically. Four dimensions of the chip inductors fabricated in this work were $1.0\times0.5\times0.5mm^3,\;1.5\times1.0\times0.7mm^3,\;2.1\times1.5\times1.0mm^3,\;and\;2.4\times2.0\times1.4mm^3$ and copper (Cu) wire with $40{\mu}m$ diameter was used as the coils. High frequency characteristics of the inductance, quality factor, and impedance of developed inductors as a function of inductor dimensions were measured using an RF Impedance/Material Analyzer (HP4291B with HP16193A test fixture). It was observed that the developed inductors with the number of turns of 6 have the inductance (L) of 12 to 82 nH and exhibit the self-resonant frequency (SRE) of 3.6 to 1.2 GHz. The SRF of inductors decreases with increasing the inductor size while the L increases with the inductor size. The smallest inductors of $1.0\times0.5\times0.5mm^3$ exhibited the L of 12 nH, SRF of 3.6 GHz, and the quality factor of 67 near the frequency of 1.1 GHz. The calculated data predicted the high-frequency data of the L, and Q of the developed inductors well.
In this study, micro-scale, high-performance, solenoid-type RF chip inductors were investigated. The size of the RF chip inductors fabricated in this work was $1.0{\times}0.5{\times}0.5mm^3$ The material and shape of the core were 96% $Al_2O_3$ and I-type. The material and number of turn of coil were copper (Cu) and 6. The diameter ($40{\mu}m$) of coil and length (0.35mm) of solenoid were determined by a Maxwell three-dimensional field simulator to maximize the performance of the inductors. High frequency characteristics of the inductance (L) and quality-factor (Q) of developed inductors were measured using an RF Impedance/Material Analyzer (HP4291B with HP16193A test fixture). The inductors developed have inductances of 10.8nH and quality factors of 25.2 at 250MHz, and show results comparable to those measured for the inductors prepared by CoilCraftTm that is one of the best chip inductor company in the world. The simulated data predicted the high-frequency data of the Land Q of the inductors developed well.
In this study, the optimum structure of a magnetic thin film inductor was designed for application of DC-DC converters. The Ni$\sub$81/Fe$\sub$19/ (at%) alloy was selected as a high-frequency($\geq$MHz) magnetic thin film magnetron sputtering system. As-deposited NiFe thin films show similar magnetic properties compared to bulk NiFe alloys, indicating that they have a good film quality. The optimum design of dolenoid-type magnetic thin film inductors was performed utilizing a Maxwell computer simulator (Ansoftt HFSS V7.0 for PC) and parameters obtained from the magnetic properties of magnetic core materials selected. The high-frequency characteristics of the inductance(L) and quality factor(Q) obtained for the designed inductors through simulation agreed well with those obtained by theoretical calculations, confirming that the simulated result is realistic. The optimum structure of high-performance (Q$\geq$60, L = 1${\mu}$H, efficiency $\geq$90%), high-frequency ($\geq$5MHz), and solenoid-type magnetic thin film inductors was designed successfully.
This paper describes a MEMS-based micro-fluxgate magnetic sensing element using Ni$\_$0.8/Fe$\_$0.2/ film formed by electroplating. The micro-fluxgate magnetic sensor composed of a thin film magnetic core and micro-structured solenoids for the pick-up and the excitation coils, is developed by using MEMS technologies in order to take advantage of low-cost, small size and lower power consumption in the fabrication. A copper with 20um width and 3um thickness is electroplated on Cr(300${\AA}$)/Au(1500${\AA}$) films for the pick-up(42turn) and the excitation(24turn) coils. In order to improve the sensitivity of the sensing element, we designed the magnetic core into a rectangular-ring shape to reduce the magnetic flux leakage. An electroplated permalloy film with the thickness of 3 $\mu\textrm{m}$ is obtained under 2000Gauss to induce magnetic anisotropy. The magnetic core has the high DC effective permeability of ∼1,100 and coercive field of -0.1Oe. The fabricated sensing element using rectangular-ring shaped magnetic film has the sensitivity of about 150V/T at the excitation frequency of 2MHz and the excitation voltage of 4.4Vp-p. The power consumption is estimated to be 50mW.
This paper describes a MEMS-based micro-fluxgate magnetic sensing element using Ni$\_$0.8/Fe$\_$0.2/ film formed by electroplating. The micro-fluxgate magnetic sensor composed of a thin film magnetic core and micro-structure solenoids for the pick-up and the excitation coils, is developed by using MEMS technologies in order to take advantage of low-cost, small size and lower power consumption in the fabrication. A copper with 20${\mu}$m width and 3${\mu}$m thickness is electroplated on Cr (300${\AA}$) / Au (1500${\AA}$) films for the pick-up (42turn) and the excitation (24turn) coils. In order to improve the sensitivity of the sensing element, we designed the magnetic core into a rectangular-ring shape to reduce the magnetic flux leakage. An electroplated permalloy film with the thickness of 3${\mu}$m is obtained under 2000 gauss to induce magnetic anisotropy. The magnetic core has the high DC effective permeability of ~1,100 and coercive field of ~0.1 Oe. The fabricated sensing element using rectangular-ring shaped magnetic film has the sensitivity of about 150 V/T at the excitation frequency of 2 MHz and the excitation voltage of 4.4 V$\_$p p/. The power consumption is estimated to be 50mW.
본 논문에서는 저손실 ${Al_2}{O_3}$ 코아 물질을 이용한 초소형 고성능 솔레노이드 형태 RF 칩 인덕터에 대하여 연구하였다. 본 논문에서 제작된 칩 인덕터의 크기는 $0.86{\times}0.46{\times}0.45m^3$, $1.5{\times}1.0{\times}0.7m^3$, $2.1{\times}1.5{\times}1.0m^3$와 $2.4{\times}2.0{\times}1.4m^3$으로 하였고, 코일은 $27{\sim}40{\mu}m$의 구리선을 사용하였다. 개발된 인덕터의 인덕턴스, 품질계수, 임피던스의 고주파수 특성은 HP16193A test fixture가 장착된 RF Impedance/Material Analyzer(HP4291B)를 이용하여 측정되었다. 7회 권선된 인덕터들은 13${\sim}$100nH의 인덕턴스와 6.4${\sim}$1.1GHz의 자기공진주파수를 가진다. 인덕터들의 자기공진주파수는 인덕턴스가 증가함에 따라 감소하고, 인덕터들의 직접쓰기는 300MHz${\sim}$1.3GHz의 주파수 범위에서 50${\sim}$80을 가진다. 본 연구에서는 높은 인덕턴스와 높은 직접쓰기를 갖는 초소형 솔레노이드 형태 RF 칩 인덕터가 성공적으로 제작되었다.
An electromagnetic generator with variable stimulation parameters is required to conduct basic research on magnetic flux density and frequency for pulsed electromagnetic fields (PEMFs). In this study, we design an electromagnetic generator that can conduct basic research by providing parameters optimized for cell and animal experimental conditions through adjustable stimulation parameters. The magnetic core was selected as a solenoid capable of uniform and stable electromagnetic stimulation. The solenoid was designed in consideration of the experimental mouse and cell culture dish insertion. A voltage and current adjustable power supply for variable magnetic flux density was designed. The system was designed to be adjustable in frequency and pulse width and to enable 3-channel output. The reliability of the system and solenoid was evaluated through magnetic flux density, frequency, and pulse width measurements. The measured magnetic flux density was expressed as an image and qualitatively observed. Based on the acquired image, the stimulation area according to the magnetic flux density decrease rate was extracted. The PEMF frequency and pulse width error rates were presented as mean ± SD, and were confirmed to be 0.0928 ± 0.0934% and 0.529 ± 0.527%, respectively. The magnetic flux density decreased as the distance from the center of the solenoid increased, and decreased sharply from 60 mm or more. The length of the magnetic stimulation area according to the degree of magnetic flux density decrease was obtained through the magnetic flux density image. A PEMF generator and stimulation parameter control system suitable for cell and animal models were designed, and system reliability was evaluated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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