글쓴이 : SOONDORI
다음은 1997년에 발사된 카시니-하위헌스(Cassini-Huygens*) 탐사선에 실렸다는 Flux Gate Magnetometer 소개의 글.
“…토성 자기장 측정용 자력계를 영국 임페리얼 칼리지 자력계 연구소에서 FGM을 제작했습니다… FGM에는 낮은 열팽창 계수가 담보된 세라믹 블록에 장착된 3개의 단축 링 코어 플럭스게이트 센서가 포함되어 있어서 온도 변화로 인한 센서 정렬 불량을 최소화합니다. 각 센서 구동 코일은 감지 권선으로 완전히 둘러싸인 고투자율 링 코어 주위에 감겨 있습니다. 드라이브 코일은 사이클당 두 번 코어를 포화 상태로 만드는 자기장을 생성하는 데 사용되는 크리스털 제어 15.625kHz 구형파로 구동됩니다. 3개의 구동 코일은 직렬로 연결되어 회로와 케이블 연결을 단순화합니다. 지상에 있을 때 전자 장치의 아날로그 출력은 FGM의 소음 성능이 1Hz에서 5pT/√Hz보다 우수하다는 것을 보여줍니다. 3개의 센서는 3차원 벡터 측정값을 반환하기 위해 직각으로 배치되어 외부 자기장의 강도와 방향을 나타냅니다…” (표제부 사진 포함 출처 : https://www.imperial.ac.uk/space-and-atmospheric-physics/research/missions-and-projects/space-missions/cassini/mag_instrument/)
* 카시니는 본체(=NASA 제작), 하위헌스는 토성에 진압하는 하위 탐사체(=유럽 우주국 제작).
흔히 쓸 수 있는 MEMS 방위각 센서가 있는데 굳이 코일을 칭칭 감고 뭘 어쩌고저쩌고하는 이유는?
반도체 센서가 싸고 편한 강점은 있지만, 기본은 대량 양산용이고… 훨씬 안정적이고 훨씬 민감하고 설계 자유도가 높기 때문에. 산업용이나 군사용이나 특수용 쪽의 사정은 다르다.
작명의 배경이기도 한 작동 원리는,
– 적당한 주기의 펄스파(=구동 전류)를 A와 B에 주입한다.
– 그러면 그 구동 전류에 맞는 A 쪽 자기장, B 쪽 자기장이 나타난다. 그런데, 코일을 정반대로 감아 놓았으니 각각의 자기장 방향은 정반대. 그래서 서로 상쇄된다.
– 그런 정중동 조건에서 두 Pole이 함께 움직이면 즉, 북극점 자력선의 방향이 달라지면 평온한 상태가 깨지면서 감지 라인 C와 D에서 어떤 펄스성 신호가 출력된다.
– 자기장 막대기가 두 개이고 그것이 문 옆 기둥과 같은 형상이라 Gate를 붙이고… 평면 하나에 대해서 그렇다는 것이니, 3개 조를 X-Y-Z 구조로 배치하면, 3차원 공간 내 북극점 또는 기타 자기장 소스의 위치와 강도를 확인할 수 있다.
항공용, 우주용, 기타 용도로 활용.
펑션 제너레이터와 오실로스코프, 몇 가지 간단한 아날로그 회로가 더해지면 DIY 실험도 가능할 것. 이것으로 코일과 자기장과 자력과 전자 회로가 조합된, 실감 나는 학생용 교육 보조재도 만들 수 있겠다. 하자고 하면…
* 관련 글 : 북쪽을 알려주는 지구 자기장과 금속의 상관관계
○ 다음은 태양풍과 전리층의 자기장 변화를 관측하는 NASA의 모듈. 코일, 코일, 코일…
(출처 : https://mars.nasa.gov/resources/5588/maven-magnetometer/)
○ 막대형 대신에 토로이덜 코어를 사용하는 상용 제품 예시.
(출처 : https://www.innovent-jena.de/en/magnetic-and-optical-systems/fluxgate-magnetometer)
