본 실험은 CW (Continuous wave) 주파수를 가진 교류 자기장을 발생시켜 자성나노입자를 가열시키는 것이 목적이다. 이를 위해 CW 주파수 및 SMPS (Switching Mode Power Supply)를 이용해 코일에서 교류 자기장을 발생시키는 평판형 자기장 발생 장치를 자체적으로 개발하였다. 이를 이용하여 인가전압을 변화시키면서 자기장 세기의 변화를 주었다. 평판형 코일 위에는 유리 등의 원형 평판 절연체를 덮고 그 절연체 표면에 웰(Well plate)를 위치시켰고 그 안에 자성나노입자가 포함된 수용액을 넣어 교류 자기장에 노출시켰다. 자기장 측정센서(Magnetic pick up coil, Gauss Meter)를 이용하여 자기장의 세기를 측정하였고, 자성나노입자의 농도, 크기 및 자기장 세기에 따른 자성나노입자의 온도상승효과를 접촉식 온도계를 이용하여 정량적으로 측정하였다.
비자성 및 자성 금속 시편의 표면 결함을 검출하기 위하여 교류자기장을 이용하였다. 비파괴 센서 프로브는 자성 박막 요크와 박막형 코일로 구성된 신호 검출부와 시편에 교류자기장을 인가하기 위한 단일 직선을 이용한 여기 코일로 이루어져 있다. 박막형 유도 코일 센서는 스퍼터, 전기도금, 건식 식각과 사진식각 공정을 이용하여 제작되었다. 시편에 교류자기장을 인가하기 위하여 0.7 MHz-1.8 MHz 주파수 영역에서 0.1A-1.0A의 교류전류를 여기코일에 인가하였다. 센서의 특성은 최소 0.5 mm의 깊이와 폭을 가진 인위적인 슬릿 형태 비자성체 Al과 자성체 FeC 결함 시편을 이용하여 측정하였다. 측정된 신호는 높은 감도를 갖고 결함 시편위의 슬릿결함의 위치와 일치함을 알 수 있었다. 또한 박막형 유도 코일 센서를 이용하여 마이크론 크기의 표면 결함을 가진 자성체 FeC의 시편을 비접촉 스캔하여 측정된 유도전압의 변화를 이미지화 하였으며 그 결과를 광학적 이미지와 비교하였다.
미소결함을 가진 금속체에 교류자기장을 인가하면 결함부근에는 와전류의 분포가 달라져 이에 의해 금속체를 관통하는 교류자기장은 결함부근에서 차이를 가진다. 이 교류자기장을 비정질 와이어로 된 센서헤드로 측정하여 센서헤드의 유기전압 크기로부터 결함 유무를 검출하는 방법에 대해 검토하였다. 비정질 와이어는 Co-based재료로 자왜가 거의 0이며 고투자율 자성체이고 비정질 와이어는 길이가 15mm, 직경이 100$\mu\textrm{m}$인 원주형 자성체이다. 실험대상 금속체로 0.5mm의 단일 직선 갭을 가진 두께 1mm의 동판과 0.1mm의 갭이 규칙적으로 배열된 두께 25$\mu\textrm{m}$의 Al 판를 이용하였다. 스파이럴 코일에 인가하는 교류자기장의 주파수는 100KHz~600KHz였다. 본 실험의 결과에서 동판에서는 유기전압의 최대치와 최소치의 차가 약 2.5㎷ 얻어졌고, Al판에서는 500KHz에서 0.4㎷가 얻어져 직선 갭의 유무를 유기전압의 크기만으로 확인할 수 있었다.
This paper presents a new class of magnetic microsensors based on the Hall effect in AC microplasma. In the theoretical study, we develop a simple model of the plasma Hall sensor and express the plasma Hall voltage as a function of magnetic field, plasma discharge field, pressure, and electrode geometry. On this basis, we have designed and fabricated magnetic microsensors using AC neon plasma. In the experiment, we have measured the Hall voltage output of the plasma microsensors for varying five different conditions, including the frequency and the magnitude of magnetic field, the frequency and the magnitude of plasma discharge voltage, and the neon pressure. The fabricated magnetic microsensors show a magnetic field sensitivity of 8.87${\pm}$0.18㎷/G with 4.48% nonlinearity.
탐지코일 마그네토미터는 고감도의 교류자기장 측정용으로 많이 사용되어 왔다. 본 연구에서는 센서코어의 자기소거인자를 감소시키고, 센서의 S/N ratio를 증가시키기 위하여 코어를 2개로 분리하고 각각의 코어에 코일을 권선하였으며, 코일의 연결은 차동형이 되게 하였다. 제작된 탐지코일 마그네토미터의 선형도는 0.03 % 이였으며, 감도가 9.3 mV/nT이고, 분해능은 1 Hz에서 20 pT 정도였다.
Flux-gate마그네토미터는 1930년대에 개발되어 오늘날까지 저자장측정장치로 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 비정질 코아를 사용하여 분해능이 우수하고 소비 전력이 적으면서 장기적 신뢰성이 우수한 Hux-gate마그네토미터를 개발하기 위하여, 교류자기 특성이 우수한 Allied Chem.사의 2714A의 열처리에 의한 센서코아의 자기적 특성변화를 측정하였다. As quenched상태로 사용한 센서코아는 센서의 noise정도가 높고 시간과 온도에 따라서 교류자기특성이 변화하였으나, 350 $^{\circ}C$에서 1시간 열처리한 시편의 경우, 센서의 noise 정도는 as quenched 상태보다 10배 정도 향상되었으며, 주파수 DC~10 Hz 범위에서 0.1 nT 정도의 noise를 보였다. 자기적특성 또한 매우 안정적인 특성을 보였으며, 시간이 경과함에 따라 최대자화력, 각형비, 보자력등이 지수함수적으로 포화치에 접근하는 경향을 보였다. 따라서 센서 설계시 이들 특성의 변화를 고려할 경우 장기적으로 매우 안정된 flux-gate마그네토미터의 개발이 가능함을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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