플럭스게이트 미터

플럭스게이트 자력계는 벡터 자기장을 위한 자기장 센서입니다. 정상 범위는 지구 자기장을 측정하는 데 적합하며 그보다 1/10,000도 훨씬 낮은 분해능을 낼 수 있습니다.
전통적으로 항해 및 나침반 작업과 금속 탐지 및 탐사에 사용되었습니다. 오늘날 실리콘과 MEMS 장치의 세계에서는 쉽게 구축할 수 있다는 사실이 종종 잊혀집니다.
플럭스게이트 자력계 설계는 대체로 두 가지 스타일, 즉 막대 코어를 사용하는 스타일과 링 코어를 사용하는 스타일로 나뉩니다. 막대 코어를 주로 기반으로 하는 많은 대체 설계가 있지만 두 가지 스타일로 인해 개발 및 성능 수준에 도달한 것은 없습니다. 이러한 이유로 이 페이지는 트윈 막대 및 링 코어 플럭스게이트 변형에만 적용되도록 의도되었습니다.

모든 플럭스게이트는 측정할 자기장을 집중시키는 역할을 하는 고투과성 코어를 사용합니다. 코어는 일반적으로 사인 또는 사각파로 구동되는 여기 코일을 통해 적절한 축을 따라 반대 방향으로 교대로 자기적으로 포화됩니다.

포화되기 전에 주변 자기장은 코어를 통해 채널링되어 높은 투자율로 인해 높은 플럭스를 생성합니다. 포화 지점에서 코어 투자율은 진공 상태로 떨어져 플럭스가 붕괴됩니다. 여기 파형의 다음 반주기 동안 코어는 포화 상태에서 회복되고 주변 자기장으로 인한 플럭스는 코어가 반대 방향으로 포화될 때까지 다시 한 번 높은 수준이 됩니다. 그런 다음 주기가 반복됩니다. 여기로 인한 자화 반전에도 불구하고 주변 자기장의 플럭스는 처음부터 끝까지 같은 방향으로 작동합니다. 코어 주위에 배치된 감지 코일은 이러한 플럭스를 포착하여 유도 전압의 부호를 변경하여 플럭스 붕괴 또는 회복을 나타냅니다. 플럭스게이트라는 이름은 감지 코일 안팎으로 플럭스를 게이팅하는 코어의 작용에서 분명히 유래되었습니다.

이 과정은 왼쪽 그림에서 이상화된 파형으로 표시되어 있으며, 감지 전압이 여기 주파수의 두 배인 것을 분명히 알 수 있습니다.
복조 방식은 종종 이러한 이유로 2차 고조파 검출을 사용합니다. 실제로 단일 막대 모양 코어의 경우 감지 코일은 여기 구동과 신호 전압을 모두 포착하는데, 이는 높은 레벨로 인해 전자적으로 제거하기 어려울 수 있습니다.

이에 대한 일반적인 해결책은 여기 위상이 하나에서 다른 하나로 반전된 두 개의 병렬 코어를 사용하는 것입니다. 감지 코일은 신호를 수신하지만 유도된 여기 전압은 위상 반전에 의해 취소되어 여기에 표시된 것과 유사한 파형을 생성합니다.

설명한 대로, 플럭스 변화 피크의 전압은 패러데이의 법칙에 따라 자기장에 비례합니다. 간단한 센서를 이런 방식으로 사용할 수 있습니다. 그러나 더 우수한 설계는 코일을 사용하여(감지 코일은 종종 이 작업을 위해 두 배로 사용됨) 감지된 자기장과 반대되는 자기장을 피드백하여 두 자기장이 서로 상쇄되도록 합니다. 플럭스게이트가 널 검출기로 사용되는 이 작동 모드에서 피드백 코일의 전류는 감지된 자기장에 비례합니다. 이 기술은 측정의 선형성을 개선하고 훨씬 더 큰 동적 범위를 달성할 수 있게 하며 대부분의 현대식
장치.

특히 낮음에서 중간 자기장 강도 범위에서 자기장 측정에 있어서 타의 추종을 불허하는 정밀도로 유명한 플럭스 게이트 자력계는 대체 자력계 유형에 비해 우월함을 확고히 하는 다양한 장점을 제공합니다.

높은 감도
뛰어난 감도를 특징으로 하는 플럭스 게이트 자력계는 가장 희미한 자기장도 감지할 수 있는 능력을 보여줍니다. 이러한 향상된 감도는 지구물리학 조사, 우주 탐사 노력 및 선구적인 생물의학 연구에 매우 귀중합니다.

작은 소음
플럭스 게이트 자력계가 낮은 노이즈 레벨을 달성할 수 있는 능력은 미묘한 자기장 변화를 놀라운 정확도로 식별할 수 있게 해줍니다. 이 특성은 자기 이상 탐지나 고고학적 조사와 같이 정밀한 측정이 필요한 응용 분야에서 없어서는 안 될 것으로 입증되었습니다.

넓은 다이나믹 레인지
광범위한 동적 범위를 통해 차별화된 플럭스 게이트 자력계는 광범위한 강도 스펙트럼에 걸친 자기장을 측정할 준비가 되어 있습니다. 이러한 다재다능함은 지구 자기장 탐지에서 우주 내 자기 이상 현상의 포괄적인 탐사에 이르기까지 다양한 맥락에서 유리하게 자리 잡습니다.

주파수 응답
비교적 균일한 주파수 응답을 특징으로 하는 플럭스 게이트 자력계는 정적 및 동적 자기장을 모두 정확하게 포착합니다. 이 기능은 자기 항법 시스템에서 관찰되는 것처럼 빠르게 변화하는 자기장을 수반하는 상황에서 중요한 의미를 갖습니다.

선형성
플럭스게이트 자력계가 보여준 훌륭한 선형성은 자기장 강도와 결과 출력 사이에 직접적인 상관 관계를 확립하여 간편한 교정과 정확한 데이터 해석을 위한 기반을 제공합니다.

자력계는 자기장을 측정하는 데 사용되는 장치입니다. 자력계의 주요 목적은 자기 변화를 정확하게 감지하는 것이며, 그 출력은 항해, 물체 감지, 위치 추적 등에서 사용됩니다. 오늘날에는 플럭스게이트, 광학 펌핑, 초전도 양자 간섭 장치(SQUID), 홀 효과 센서, 자기 저항 센서, 로렌츠 힘, 자기 유도 센서 등 여러 유형의 자력계가 있습니다.

플럭스게이트 자력계:플럭스게이트 기술은 히스테리시스를 경험하는 자성 재료를 사용하여 자기장의 아주 사소한 변화도 쉽게 측정할 수 있습니다. 플럭스게이트 자력계는 우수한 감도를 제공하지만, 부피가 크고 상당한 전력을 소모하여 소형 장치에서 적용이 제한되는 경향이 있습니다.

광학적으로 펌핑된 자력계:이 자력계는 원자 증기 셀과 레이저를 사용하여 자기장을 측정합니다. 광학적으로 펌핑된 자력계는 높은 감도와 정확도로 유명하여 과학 연구에 적합합니다. 그러나 복잡한 설계와 비교적 높은 비용으로 인해 상업적 응용 분야에서 널리 채택되지 못했습니다.

SQUID 자력계:SQUID 자력계는 극도의 감도로 유명합니다. 이 센서는 초전도 재료를 활용하고 초전도 회로에서 양자 간섭을 감지하여 자기장의 변화를 측정합니다. 그러나 극저온에 대한 의존성과 신중한 취급의 필요성으로 인해 대부분의 응용 분야에서 사용하기가 매우 어렵습니다.

홀 효과 자력계:홀 효과 센서는 홀 효과를 사용하여 자기장의 강도를 감지합니다. 도체에 걸쳐 전기적 전위차가 발생하는 것을 전압 생성이라고 합니다. 자기장에 수직으로 위치합니다. 홀 효과 자력계는 소형 크기와 낮은 전력 소모를 제공하지만 감도가 제한적이며 주로 켜짐 또는 꺼짐 유형의 애플리케이션을 감지하는 데 사용됩니다.

자기 저항(MR) 센서:모든 자기 저항 센서는 반도체 기판에 증착된 특정 자기 재료가 인가된 자기장에 비례하여 전류 흐름에 저항하는 능력을 변경한다는 원리에 따라 작동합니다. 자기 저항 센서의 주요 형태는 이방성 자기 저항(AMR), 터널링 자기 저항(TMR), 거대 자기 저항(GMR)입니다. 이 세 가지 기술은 모두 인가된 자기장에 따라 전도도의 변화를 나타내지만 약간 다른 방식으로 이를 달성합니다. 세 가지 모두 유사한 자기 측정 기능을 나타내며, 다른 것보다 하나를 선택하는 이유는 일반적으로 특정 공급업체의 제조 가능성 문제를 중심으로 합니다. AMR은 사용되는 자기 저항 자기 센서의 가장 일반적인 형태입니다.