비정질 세선을 이용한 진동센서 개발에 관한 연구

Abstract

자기변형(magnetostriction)상수가 양(positive)인 Fe계와 음(negative)인 Co계 비정질 세선(amorphous wire)의 인장응력(tensile stress)에 대한 자기적 특성을 측정하기 위하여 자화 주파수 범위가 1 ㎑에서 10 ㎑, 인장 범위가 0 N에서 20 N인 비정질 세선용 교류자기이력곡선 측정장치를 제작하였다. 제작된 교류자기이력곡선 측정장치를 이용하여 서로 다른 비정질 세선에 대하여 인장응력에 따른 자기적 특성[잔류 자속밀도(residual flux density), 최대자기유도, 보자력(coercive force) 등]을 조사한 결과, CoSiB의 최대자기유도(maximum induction)의 변화가 넓은 인장응력 범위에서 우수한 선형성을 나타내는 자기특성이 얻어졌다. 따라서 CoSiB 물질로 된 비정질 세선을 이용하여 최대자기유도의 변화를 측정하면 이 세선에 가한 힘을 효과적으로 측정할 수 있을 것이다. 우리는 이와같은 특성을 이용하여 외부의 진동과 충격을 측정할 수 있는 진동센서(vibration sensor)를 제작하였다. 센서 제작은 3-축 진동을 측정할 수 있는 구조로 설계하였으며 본 실험에서는 1-축 만 실험하였다. 진동소자의 무게가 0.001 ㎏, 0.005 ㎏인 2개의 진동센서를 제작하였는데, 전자의 경우 주파수 대역폭이 DC에서 700 ㎐, 감도가 8,9 ㎷/g(g = 9.81 ㎨)이고, 후자의 경우 DC에서 200 ㎐, 감도가 240 ㎷/g였다. 제작된 센서는 저주파수 영역에서 가속도계(accelerometer)로 사용될 수 있으며 다른 압전형 가속도 센서와는 달리 DC에서도 측정 가능한 특성을 가지고 있었다.; For the measurements of magnetic properties of amorphous wires under variable tensile stress, we have constructed 21 hysteresis loop tracer for the amorphous. The tracer was designed to apply the tensile stress to the sample. It has a force range of 0 N to 20 N and a magnetizing frequency of 1 kHz to 10 kHz. Using the ac-hysteresis loop tracer, we measured magnetic properties(maximum magnetic induction, residual magnetic induction, coercive force, etc.) of Fe-base and Co-base amorphous wires at the magnetizing frequency of 1 kHz or 5 kHz under different tensile stresses. From this experiment, we observed that the change of maximum magnetic induction of CoSiB was proportional to the tensile stress within a certain range. From these results, we have also constructed a vibration sensor which is based on the maximum magnetic induction as a measurand. The structure of vibration sensor was designed for the measurement of 3-axis vibration. However, we have only experimented 1-axis vibration. We constructed vibration sensors of two types. One had 0.001 kg of sensing element mass, the other had 0.005 kg. The former sensor showed that the bandwidth was from DC to 700 Hz and the sensitivity was 8.9 mV/g. The latter sensor had bandwidth of DC to 200 Hz and sensitivity of 240 mV/g.