KR100507608B1 - 직렬결합형 스퀴드 센서의 픽업코일과 스퀴드 루프연결장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 픽업코일과 스퀴드 루프 연결에 사용되는 연결도선을 일측은 폭이 넓고 다른 일측으로 갈수록 폭이 좁아지는 형태로 제작하여 적용함으로써 초전도 전류에 의한 간섭현상을 줄이는 효과를 유지하면서도 인덕턴스를 줄이도록 한 것을 특징으로 하는 직렬결합형 스퀴드 센서의 픽업코일과 스퀴드 루프 연결장치에 관한 것으로,

미약 자기장을 검출하되 검출 감도를 높이기 위한 것으로 인덕턴스가 큰 픽업코일과, 상기 픽업코일에서 검출되는 전류가 흐르는 것으로 인덕턴스가 작은 스퀴드 루프와, 상기 픽업코일과 스퀴드 루프 사이를 흐르게 하는 초전도 도선을 포함하는 직렬결합형 스퀴드 센서에 있어서, 상기 픽업코일측에 연결되는 초전도 도선의 면적을 상대적으로 길게 형성하고, 스퀴드 루프측에 연결되는 초전도 도선의 면적을 상대적으로 짧게 형성하여 이루어진 것이 특징이며;

본 발명의 초전도 도선을 이용하게 되면 픽업코일과 스퀴드 루프단의 자기장의 간섭을 효과적으로 제거하기 위해 충분한 거리를 유지하면서도 동시에 인덕턴스를 최소한으로 줄일 수 있는 효과를 제공한다.

Description

직렬결합형 스퀴드 센서의 픽업코일과 스퀴드 루프 연결장치{Coupling Method Between Pickup Coil and SQUID Loop in Direct-Coupled SQUID Sensor}

본 발명은 직렬결합형 스퀴드 센서의 픽업코일과 스퀴드 루프 연결장치에 관한 것으로, 특히 픽업코일과 스퀴드 루프 연결에 사용되는 연결도선을 일측은 폭이 넓고 다른 일측으로 갈수록 폭이 좁아지는 형태로 제작하여 적용함으로써 초전도 전류에 의한 간섭현상을 줄이는 효과를 유지하면서도 인덕턴스를 줄이도록 한 것을 특징으로 하는 직렬결합형 스퀴드 센서의 픽업코일과 스퀴드 루프 연결장치에 관한 것이다.

초전도 양자간섭소자(SQUID; Superconducting Quantum Interference Device)는, 2개의 초전도체가 매우 얇은 절연막을 사이에 두고 격리되어 있을 경우, 터널효과에 의해서 전자가 특수한 쌍(쿠퍼쌍)을 이루어 절연막을 통과하게 되는 소위 조셉슨효과(Josephson Effect)를 이용하여 미소 자속, 예를 들면 지구 자기장의 대략 일억분의 일 정도의 극히 미약한 자기장까지도 검출할 수 있도록 한 소자이다.

이러한 초전도 양자간섭소자는 계측기, 심자계, 뇌자계와, 잠수함 탐지기, 자원탐사용 기기 및 비파괴검사기 등의 다양한 분야에 응용되고 있다.

한편, 스퀴드 센서는 도 1에 도시한 바와 같이, 미약 자기장의 검출 감도를 높이기 위해 인덕턴스가 큰 픽업코일(10)과 인덕턴스가 작은 스퀴드 루프(20)로 이루어져 있으며, 픽업코일(10)과 스퀴드 루프(20)를 초전도 도선(30)으로 직접 연결하는 직접 결합형 구조로 이루어져 있다.

그리고, 자기장을 검출하면서 발생하는 초전도 전류는 픽업코일(10)로부터 초전도 도선(30)을 통해 스퀴드 루프(20)에 흐르게 된다.

이때, 자기장이 상호간에 간섭을 일으킬 수 있기 때문에 이것을 방지하기 위하여 연결도선(초전도 도선, 30)의 길이가 어느 정도 유지되어야 하므로 초전도 도선(30)의 인덕턴스가 커지게 된다. 상기 초전도 도선(30)이것의 인덕턴스는 스퀴드 루프(20)의 인덕턴스에 비해 무시할 수 없는 큰 값이므로 이러한 결합에 있어서 검출신호의 손실을 발생하게 된다.

즉, 직접 결합형 스퀴드 센서에서 자기장을 검출하면서 발생하는 초전도 전류는 픽업코일(10)로부터 스퀴드 루프(20)에 흐르며 이것에 의해 상호간의 간섭을 방지하기 위하여 연결도선의 길이가 어느 정도 유지되어야 하는데, 픽업코일(10)과 스퀴드 루프(20)간의 거리를 거리확보와 인덕턴스를 줄이는 것을 동시에 만족시키기 곤란한 문제가 있었던 것이다.

결국, 픽업코일(10)과 스퀴드 루프(20)간의 일정한 거리를 유지하면서 동시에 인덕턴스를 줄이기 위해서는 이들을 상호 연결하는 초전도 도선의 형태를 변형할 필요성이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결코자 하는 것으로, 픽업코일과 스퀴드 루프단의 자기장의 간섭을 효과적으로 제거하기 위해 충분한 거리를 유지하면서도 동시에 인덕턴스를 최소한으로 줄일 수 있는 초전도 도선을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로,

본 발명은 미약 자기장을 검출하되 검출 감도를 높이기 위한 것으로 인덕턴스가 큰 픽업코일과, 상기 픽업코일에서 검출되는 전류가 흐르는 것으로 인덕턴스가 작은 스퀴드 루프와, 상기 픽업코일과 스퀴드 루프 사이를 흐르게 하는 초전도 도선을 포함하는 직렬결합형 스퀴드 센서에 있어서, 상기 픽업코일측에 연결되는 초전도 도선의 면적을 상대적으로 길게 형성하고, 스퀴드 루프측에 연결되는 초전도 도선의 면적을 상대적으로 짧게 형성하여 이루어진 것이 특징이다.

또한, 상기 초전도 도선의 형태는 삼각형인 것이 특징이다.

또한, 상기 초전도 도선의 형태는 사다리꼴 형태인 것이 특징이다.

또한, 상기 초전도 도선의 경사면이 계단형상인 것이 특징이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2는 본 발명의 구성도로써,

픽업코일(10)과, 스퀴드 루프(20)와, 초전도 도선(30)을 포함하는 직렬결합형 스퀴드 센서에 있어서,

상기 픽업코일(10)측에 연결되는 초전도 도선(30)의 면적을 상대적으로 넓게 형성하고, 스퀴드 루프(20)측에 연결되는 초전도 도선(30)의 면적을 상대적으로 짧게 형성하여 제작한다.

본 발명에서의 픽업코일(10)과 스퀴드 루프(20) 간의 거리를 충분히 확보하면서 초전도 도선(30)을 삼각형의 형태로 하였다(도 2의 D).

픽업코일(10)에 연결되는 부분의 도선(30)은 넓게 하고, 스퀴드 루프(20)에 가까울 수록 폭을 줄여서 초전도 전류에 의한 간섭현상을 줄이는 효과를 유지하고, 인덕턴스를 줄이는 연결방법이 본 발명의 구성이다.

참고로 도 1은 일반적으로 이루어지고 있는 기존기술의 설계방법인데 픽업코일(10)과 스퀴드 루프(20)사이를 접속하는 초전도 도선(30)은 폭 7um, 길이 80um로 설계한 스퀴드 센서이며, 본 발명에 적용되는 도 2는 초전도 도선(30)의 전체 길이는 80um이나, 밑변의 폭을 50um로 설정하고, 상부로 올라갈 수로 서서히 줄이도록 하여 60um길이까지 폭 7um로 줄이는 방법으로 실시한 예이다.

이 결과 본 발명으로 설계하여 제작한 스퀴드 센서의 감도와 직접 연관되는 유효면적은 약 15% 정도이상 향상되었다.

본 발명의 삼각꼴 내지는 사다리꼴로 제작한 초전도 도선(30)을 계단형으로 변형하여 실시하여도 동일한 효과가 발생할 것이다.

즉, 삼각꼴이나 사다리꼴 초전도 도선(30)에서 빗변을 이루는 부분을 아래는 넓고 위로 갈수록 좁아지는 계단형으로 변형할 수 있다.

이하에서 본 발명이 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 자기장이 발생할 수 있는 영역에서 미약한 자기장 신호가 발생하게 되면 자기장의 변화량에 따라 픽업 코일(10)측에서 일정한 전류가 발생하게 된다.

상기 전류는 스퀴드 루프(20)로 입력되고, 상기 스퀴드 루프(20)는 이를 해석하기 위한 처리회로(도시하지 않음)로 입력되어 자기장의 분포를 해석할 수 있도록 한다.

이때, 상기 스퀴드 루프(20)로 입력되는 전류는 초전도 도선(30)을 통하도록 하는바, 이는 픽업 코일(10)과 스퀴드 루프(20) 사이에 자기장에 따른 상호 간섭이 발생할 수 있기 때문이며, 상기 초전도 도선(30)을 통해 전류흐름을 유도하면서 픽업코일과 스퀴드 루프(20) 사이를 일정 길이만큼 벌려놓아 상호 간섭을 최소화시킨다.

본 발명에서는 상기 연결도선중 픽업코일(10)측은 단면적이 크게, 그리고 스퀴드 루프측은 단면적이 작게 되도록 전체 형태를 삼각꼴 내지는 사다리꼴 형태로 하였는바, 이는 픽업코일(10)과 스퀴드 루프(20) 사이를 일정간격 벌려놓으면서도 동시에 인덕턴스값을 줄일 수 있도록 하기 위해서이다.

즉, 픽업코일(10)과 스퀴드 루프(20)를 연결하는 초전도 도선(30)의 면적을 크게 하여 인덕턴스 값을 줄이도록 하여 스퀴드 루프(20)의 인덕턴스값에 미치는 영향력을 최소화함으로써 보다 정확한 전류측정이 이루어질 수 있도록한 것이다.

결국, 본 발명을 이용하게 되면 스퀴드 센서의 설계에 있어서 모든 것은 동일하고 초전도 도선(30)만 다른 스퀴드 센서를 제공하여 최소한의 변형으로 최대한의 효과를 기대할 수 있으며, 본 발명으로 설계한 스퀴드 센서 유효면적(측정감도는 유효면적에 비례함)은 기존 기술로 제작한 것 보다 약 15% 이상 향상되는 결과를 얻게 되었다.

상술한 바와 같이 본 발명의 초전도 도선을 이용하게 되면 픽업코일과 스퀴드 루프단의 자기장의 간섭을 효과적으로 제거하기 위해 충분한 거리를 유지하면서도 동시에 인덕턴스를 최소한으로 줄일 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 일반적인 픽업코일과 스퀴드 루프 연결장치 구성을 나타낸 도면

도 2는 본 발명의 픽업코일과 스퀴드 루프 연결장치 구성을 나타내는 본 발명의 실시예를 나타낸 도면.

도 3은 본 발명의 변형 예를 나타내는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 픽업코일

20: 스퀴드 루프

30: 초전도 도선

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Claims (4)

1. 미약 자기장을 검출하되 검출 감도를 높이기 위한 것으로 인덕턴스가 큰 픽업코일과, 상기 픽업코일에서 검출되는 전류가 흐르는 것으로 인덕턴스가 작은 스퀴드 루프와, 상기 픽업코일과 스퀴드 루프 사이를 흐르게 하는 초전도 도선을 포함하는 직렬결합형 스퀴드 센서에 있어서,

   상기 초전도 도선은, 픽업코일측에 접속되는 영역은 도선의 길이가 길고, 스퀴드 루프측에 접속되는 영역은 도선의 길이가 짧은 대향면이 평행한 라인이고, 일측은 직각이고 다른 일측은 경사면을 갖는 사다리꼴 형태인 것을 특징으로 하는 직렬결합형 스퀴드 센서의 픽업코일과 스퀴드 루프 연결장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 초전도 도선의 경사면의 형태가 계단형상인 것을 특징으로 하는 직렬결합형 스퀴드 센서의 픽업코일과 스퀴드 루프 연결장치.