지자기 센서의 정의와 종류 알기

지자기 센서의 정의와 종류 알기

지자기 센서의 정의

지자기 센서(Geomagnetic sensor)는 자기계와 마이크로프로세서를 이용해 지구의 자기장을 읽고 시간에 따른 자기장의 변화를 찾아 사건을 감지하는 기술이 들어있는 센서입니다. 측정 단위는 마이크로 테슬라(uT)이며 다양한 곳에서 이용되고 있습니다. 지구의 자기장은 지자기장(magnetic field of the Earth)이라고도 알려져 있으며 지자기장은 지구의 내부로부터 태양풍과 만나는 곳까지 뻗어있는 자기장입니다. 그리고 지자기 센서는 지구의 자기장을 감지하는 센서로, 흔히 전자 나침반이라고도 불립니다. 이는 지자기장을 감지함으로써 방향을 결정하는 것이 가능합니다. 지자기 센서에는 방향을 측정하는 2축 유형(X, Y)과 해당 방향의 자기력을 측정하는 Z 축이 있는 3축 모델이 존재합니다. 기울기를 고려할 필요가 없는 단순 나침반인 경우에는 X축과 Y축만 사용됩니다. 단, 전자 나침반을 기울일 때는 지자기 센서의 3축 값을 가속도계와 결합하여 올바른 방향으로 보정해야 합니다. 지자기 센서를 수평으로 회전시키면, 주변 자기장의 영향이 없는 이상적인 경우 출력 분배 맵의 원의 중심이 0이 됩니다. 그러나 주변 자기장의 영향으로 중심이 이동하기 때문에 원의 중심을 0으로 이동시키기 위해서는 조정이 필요합니다. 지자기 센서로부터 유도될 수 있는 북쪽을 지구의 자기장이 수직의 아래 방향으로 가리키는 지구 표면의 지점인 자북극(north magnetic pole)이라고 하며, 공식과 함께 이 자북극으로부터의 각도를 알고 계산하면 방향을 알 수 있습니다.

지자기 센서의 종류

지자기 센서에는 다양한 유형의 센서가 있습니다. 용도에 따라 다양한 센서가 존재하지만, 대표적인 예는 홀 센서, MR센서, MI센서의 세 가지 정도가 있습니다. 첫 번째는 홀 센서(Hall Sensor)입니다, 전류와 자기장에 의해 전도체 물질에 나타나는 효과인 홀 효과를 이용하여 자속 밀도를 측정하고 자속 밀도에 비례하는 전압을 출력하는 센서를 홀 센서라고 합니다. 이는 사용이 간편하며 주로 도어 및 노트북 PC의 열기, 닫기 감지와 같은 비접촉식 스위치 등의 기능에 주로 채택됩니다. 두 번째는 MR 센서입니다. MR(Magnetoresistive) 센서는 자기장에 따라 개별 전기 저항의 변화를 통해 자기장 강도를 측정합니다. 이러한 유형의 자기 센서는 홀 센서에 비해 감도가 높고 전력 소비량이 적기 때문에 자주 사용됩니다. 전자 나침반의 지자기 검출 외에도 MR 센서는 모터 회전 및 위치 검출과 같은 응용 분야에 사용됩니다. 마지막으로 세 번째는 MI 센서입니다. MI(Magneto Impedance) 센서는 특수 비정형 와이어의 자기 임피던스 효과를 활용하는 차세대 자기 센서입니다. 이는 홀 센서보다 1만 배 이상 감도가 높아 지자기장의 미세한 변화를 높은 정확도로 측정할 수 있는 것이 특징이며, 실내 위치, 금속 이물질 감지 및 초저전류 방위각 감지처럼 높은 감도가 필요한 용도에 적합합니다. 다른 탐지 기술에 비해 지자기 센서가 가지고 있는 이점 또한 몇 가지 존재하는데, 우선 다른 장비와의 간섭을 유발하는 자기장을 생성하지 않는다는 장점이 있습니다. 그리고 낮은 전력을 이용하면서도 더 신뢰할 수 있는 제품을 만들게 도와줍니다. 또한 디지털 필터로 잘못된 트립을 제거할 수 있으며 감도 조절이 가능하여 더 많은 웰 타입과 함께 사용할 수 있습니다. 자동 교정과 함께 PC에서 실행되는 화면을 보며 센서에 표시되는 내용을 볼 수도 있으며 다이얼 한계를 넘어 감도를 조정하는 것 또한 가능합니다,