방위각센서의 자기특성 측정 장치 제작

Construction of Measuring System for Magnetic Properties Measurement of Azimuth Angle Sensor

자북을 지시하는 방위각 측정용 센서는 항공기와 선박이나 스마트폰 등에 널리 사용되고 있다. 센서의 좌표계가 회전을 하였을 경우도 방위각(azimuth angle) 및 회전각(roll angle)를 지시할 수 있게 하기위하여 3-축의 가속도 센서가 추가로 사용된다. 본 연구에서는 방위각센서에 부착된 3-축의 자기장센서의 특성을 측정하거나, 방위각센서용 3-축의 자기장센서를 개발하기 위하여 3-축의 자기장센서의 방위각 특성을 측정할 수 있는 장치를 개발 제작하였다. 3-축의 자기장발생을 위해서 직경이 290 mm 이상인 3-축의 헬름홀쯔 코일을 사용하여 코일 중심 ${\pm}30mm$ 범위에서 자기장의 분포의 균일도가 0.2 % 이내가 되게 하였다. 비자성실험실이 아닌 일반실험실에서도 실험이 가능하게 소형의 헬름홀쯔 코일과 3-축의 마그네토미터를 사용, 환경자기장(지구자기장+건축물에 의한 자기장)을 보상하고 시험하고자하는 자기장을 컴퓨터 소프트웨어로 제어를 할 수 있게 시험 장치를 고안하였다. 제작된 장치는 자기장을 0.2 % 정확도로, 직각도를 $0.2^{\circ}$, 환경자기장을 10 nT 이하로 보상할 수 있었다. 또한 제작된 장치의 성능검증을 위하여 상용의 방위각센서에 대하여, 그 특성을 측정하여보았다.

North indicating azimuth angle sensors have been used in airplanes, ships traditionally and nowadays employed in smart phones. For the azimuth and roll angle measurement of the sensor, 3-axis acceleration sensor was added to the 3-axis magnetic field sensor. In this work, we have constructed a measuring system for the measurement of the magnetic field and the angle uncertainty of the magnetic field sensors. Measuring system could be useful not only in non-magnetic laboratory but also in normal laboratory, we constructed small size of 3-axis Helmholtz coils for the compensation environment magnetic field (Earth magnetic field and magnetic field from building) and the generation of magnetic field for the test of magnetic field sensor. The constructed measuring system could compensate environment magnetic field below 10 nT level and generate 3-dimensional magnetic field with magnitude uncertainty of 0.2 % and angle error of $0.2^{\circ}$ within the volume of ${\pm}30mm$ diameter at center of Helmholtz coils. For the conformation of developed measuring system, We tested commercially available 3-axis magnetometer and heading sensor.