KR0165892B1 - 외부잡음에 영향을 덜 받는 변위감지회로 - Google Patents

Abstract

측정대상과의 접촉도 없이 측정대상의 변위를 감지하는 변위감지장치 검출코일은 미리 정해진 위치로부터 측정대상의 변위에 응답하여 인덕턴스를 변화시킬 수 있게 하기 위해 측정대상에 관하여 높인다. 검출코일의 출력은 대역필터를 통해 흐른다. 그 필터는 적어도 감지회로 응답주파수의 최대한 2배가 되는 주파수 밴드폭을 가져서 잡음에 영향을 덜 받는 신호를 출력시킨다. 대역필터로부터의 출력은 측정대상의 변위에 관한 신호를 얻기위해 검출된다.

Description

외부잡음에 영향을 덜 받는 변위감지회로

제1도는 알려진 변위감지장치의 개략도.

제2도는 본 발명과 관련한 변위감지회로의 설계를 보여주는 블록다이어그램.

제3도는 제2도의 감지코일로부터 진폭변조된 변위신호출력의 일예를 나타낸 도.

제4도는 제3도의 변위신호의 주파수 스펙트럼.

제5도는 변위신호와 외부잡음사이의 주파수관계와 제2도에서 대역필터의 밴드폭.

제6도는 제2도의 회로를 상세히 보여주는 도이다.

본 발명은 감지코일의 인덕턴스에서의 변화를 감지함으로써 측정대상인 자성물체의 변위를 감지함과 비록 잡음이 코일과 전기회로를 연결하는 도선과 검출코일에 의해 증진된다해도 외부잡음에 의해 영향을 받지 않고 변위를 감지할 수 있는 변위감지회로이다.

제1도는 종전의 기법으로 된 변위감지시스템의 장치이다. 이 그림에서, 변위센서 A,B쌍은 자성물체로 된 회전자 P(측정대상)의 중심을 지나는 X축에 놓이고, 다른 변위센서인 C,D쌍은 X축과 수직으로 놓인다. 각각의 변위센서는 자성코어와 자성코어에 감긴 검출코일로 되어있다. 변위센서(A)와 (B)의 검출코일(A-1)(B-1)은 각각 X축에 놓여졌는데 이들은 직렬로 연결되어 있고 X축 따라서 회전자P의 변위를 검출하도록 되어있다. 각각 Y축에 놓여진 변위센서(C)와 (D)의 검출코일(C-1)과 (D-1)은 직렬로 연결되어 있고 Y축 따라서 회전자P의 변위를 감지하도록 되어 있다. 이러한 검출방법은 검출코일의 인덕턴스가 미리 정해진 위치로부터 회전자P의 변위 때문에 변화하는 특성을 이용한다.

이러한 변위감지구조가 잡음이 있는 곳에서 사용된다면 코일과 이들을 서로 연결하는 도선에 연결된 전기회로는 검출코일의 출력신호에 부가된 이러한 소음을 증진시킨다. 즉, 회전자P의 변위에 의해서 진폭변조된 변위신호는 변위신호를 잡음에 의해 일그러지게 하고, 회전자의 변위감지정확도를 저하시킨다.

본 발명은 위에 설명한 문제점을 위하여 제안되어 외부로부터의 잡음을 줄여서 잡음에 의한 영향을 없애고, 측정대상의 변위감지를 정확하게 하는 변위감지회로를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 이러한 본 발명의 목적을 이루기 위해 본 발명에 관한 변위감지회로는 측정대상과의 어떤 접촉도 없이 측정대상의 변위를 감지한다. 검출코일은 측정대상에 관해 놓이고 측정대상의 변위에 반응하는 인덕턴스의 미리 설정된 위치를 변화시킨다. 이 검출감지회로는 다음과 같이 이루어진다. 검출회로에 반송파를 만들고 공급하는 신호생성장치; 검출코일로부터 출력을 받고 이 회로의 응답주파수가 적어도 최대한 2배가 되는 주파수 밴드쪽을 가지고 있는 대역필터장치; 대역필터장치로부터의 출력을 검출하기 위한 검출장치, 그래서 검출장치로부터 측정대상물체의 변위에 관한 신호를 얻게한다.

측정대상물체의 변위에 의해 진폭변조된 반송파는 검출회로로부터의 출력이다.

본 발명의 구조는 미분증폭기를 포함한다. 대역필터장치는 직렬연결된 검출회로의 중간점과 미분증폭기의 첫입력단자의 사이에 놓여진 첫 번째 대역필터와 신호생성장치와 미분증폭기의 두 번째 입력단자사이에 놓여진 두 번째 대역필터로 구성된다. 미분증폭기의 출력은 검출장치에 공급된다.

본 발명의 다른 구조도 또한 미분증폭기를 포함하고 대역필터장치는 미분증폭기와 검출장치사이에 놓여진 대역필터를 포함한다.

검출장치는 미분증폭기로부터 출력을 받고 신호생성 장치로부터 기준신호를 받는 동시검출기여도 좋다.

본 발명에 대해서 검출코일로부터의 신호출력은 검출되기전에 감지기에 필요한 주파수영역에 적어도 최대 2배인 주파수 밴드폭을 가진 대역필터를 통해 전달된다. 동시에, 대역필터 장치의 통과주파수폭외의 주파수를 가지고 있는 잡음이 검출코일, 그곳에 연결된 전기회로, 코일과 회로를 서로 연결하는 도선에 의해 증진된다해도 그 잡음은 측정대상 변위의 정확한 검출을 가능키위해 완전히 줄어든다.

상기 물체 및 다른 물체와 본 발명의 이점은 첨부 도면과 관련한 다음 설명의 고찰에 의해 명백해진다.

제2도면은 본 발명에 관한 변위감지회로의 블록다이어그램이다. 이 도면에서 반송파를 만드는 신호생성(1)의 첫출력단자는 직렬로 연결된 검출코일(2-1)과 (2-2)쌍의 한쪽 끝에 연결된다. 검출코일(2-1)과 (2-2)사이의 중간점 M은 첫 번째 대역필터(3-1)에 연결되고 신호생성의 두 번째 출력단자는 두 번째 대역필터 3-2에 연결된다. 첫 번째와 두 번째 대역필터(3-1)과 (3-2)의 출력은 각각 미분증폭기(4)의 첫 번째 두 번째 입력단자에 보내진다. 그리고 미분증폭기(4)의 출력은 동시검출기(5)의 첫 번째 입력에 연결된다. 동시검출기(5)의 두 번째 입력은 신호생성기(1)의 첫출력단자에 연결된다.

제1도의 검출코일과 같이, 검출코일 2-1과 2-2는 자성코어에 감기고 측정대상인 자성물질과 마주보게 위치한다. 검출코일들의 인덕턴스가 측정대상의 변위에 움직이면, 측정대상이 움직이므로 검출코일(2-1)과 (2-2)사이의 연결점M의 전기 포텐셜은 변한다. 점M으로부터 측정대상의 변위에 의해 증폭변조된 변위신호는 대역필터 3-1을 통해 흐르고 미분증폭기(4)의 첫 입력단자에 공급한다. 신호생성기(1)의 두 번째 출력단자로부터의 기준신호(S2)는 두 번째 대역필터(3-2)를 통해 흐르고 미분증폭기(4)의 두 번째 입력단자에 공급된다.

변위신호(S1)과 기준신호(S2)는 미분증폭기에 의해 증폭되고 미분증폭기(4)의 출력은 측정대상에서 발생한 변위량을 알려주는 신호(Sout)를 내보내기 위해 신호생성기(1)로부터 동시신호(S3)과 동시에 증폭기(4)의 출력을 검출하는 동시신호기(5)에 보낸다.

위에서 설명한 변위감지회로에서 각각의 감지코일의 인덕턴스에서의 변화는 전기신호로 나타나고, 변위신호(S1)는 신호생성기(1)로부터 공급된 반송파를 진폭변조함으로써 얻는다. 다음에 설명할 것을 간단하게 하기 위해, 제3도는 단 한 개의 변위주파수를 가지고 있는 변위신호를 나타낸다. 각 주파수와 반송파의 효율진폭을 각각 W_C와 E_C로 나타내고, 측정대상의 각 주파수를 W_m으로, 변조의 정도를 m으로 나타낸다고 하면, 변위신호(S1)은 다음과 같이 된다.

e = 2Ec(1+m·cosw t)cosw_Ct (1)

m = (Emax - Emin)/(Emax + Emin) (2)

m 1

제3도에서 기준(201)은 변위신호(S1)의 최대값(Emax), (202)은 변위신호(S1)의 최소값(Emin), (203)은 값 2Ec, (204)는 값 m 2Ec을 나타낸다. 식(1)은

e = 2E_Ccosw_ct + m 2E_Ccos(w_C+w_m) t/2+m 2E_Ccos(w_c-wm) t/2 (3)

으로 변한다. 다시 말해서, 제4도에서 보여진 것과 같이 변위신호(S1)은 반송파의 각 주파수성분 w_C(301)와 변위 각 주파수 w_m으로 정의된 주파수성분 (w_C+w_m)을 포함한 주파수 스펙트럼을 가진다.

각 주파수 w_n인 잡음이 변위신호에 부가되면 변위신호는

e = 2E_Ccosw_Ct + m 2E_Ccos(w_C+w_m) t/2+m 2E_Ccos(w_C-w_m) t/2 + E_ncosw_nt (4)

로 나타난다. E_n은 잡음의 진폭을 나타낸다.

제4도에서 기준인(401)에 의해 보여진것처럼 대역필터(3-1)과 (3-2)의 밴드폭을 고정시킴으로써, 대역필터의 밴디폭외에 각 주파수를가진 잡음을 없앤다. 이 구조에서 측정대상의 각 주파수 w_m이 변위감지기의 주파수 응답의 최대한계이면 대역필터(3-1)과 (3-2)의 밴드폭은 적어도 2w_m이다. 이러한 대역필터는 줄여진 잡음을 가진 신호를 얻도록 하기 위하여 제2도에서 보여진 것처럼 미분증폭기(4)의 앞에 놓인다.

대역필터가 변위신호와 기준신호에 대한 방향에 삽입된 것에 주의해야 한다. 이런 필터의 주파수가 반송파의 주파수와 일치하지 않으면 위상변화가 일어난다. 이것은 변위신호와 기준신호가 대역필터를 통해 흐르기 때문이다.

제6도는 제2도에서 보여준 변위감지회로를 상세히 설명한 블록다이어그램이다. 제6도에서, 비슷하고 그에 상당하는 성분들이 제2도에서 사용되었던 같은 기준수들에 의해서 나타내진다. 그리고 그곳에서의 설명이 여기서는 생략된다. 신호생성기(1)에서 공급된 반송파는 직렬연결된 검출코일(2-1)과 (2-2)의 끝쪽과 직렬연결된 저항(R2)과 (R3)의 끝쪽으로 저항(R1)을 통해 공급된다. 측정대상의 위치변화는 검출코일의 인덕턴스를 변화하게 하지만 저항(R2)와 (R3)의 저항값은 변하도록 하지 못한다. 동시에, 검출코일(2-1)과 (2-2)사이의 연결점(M)은 변위신호(S1)를 공급하고, 저항(R2)과 (R3)사이의 연결점(M)을 기준신호(S2)를 공급한다.

변위신호(S1)는 대역필터(3-1), 커패시터(C3)와 저항(R5)을 통해 흐르고, 미분증폭기(4)의 첫입력단자의 입력이다. 기준신호(S2)는 대역필터(3-2), 커패시터(C2)와 저항(R4)을 통해 흐르고 미분증폭기(4)의 두 번째 입력단자의 입력이다. 미분증폭기(4)는 변위신호(S1)과 기준신호(S2) 사이의 차를 계산하고, 이 신호차를 증폭시키는데 이는 차례로 동시검출기(5)에 공급된다. 증폭된 신호차는 동시검출기(5)에 동시신호(S3)와 동시에 검출되고 출력신호(Sout)은 결과로서 얻어진다. 제6도에서 C1은 커패시터를 나타낸다.

위에서 설명했듯이 변위감지기의 주파수 응답의 적어도 최대 2배가 되는 밴드폭을 가진 대역필터(3-1)과 (3-2)를 사용함으로써 검출코일과 감지기 케이블이 잡음원에 가까이 위치해 있다해도 잡음이 완전히 줄어든다. 이것은 측정대상의 변위측정을 더 정확하게 하도록 해준다.

예를들어, 대역필터의 감쇠변화도가 20dB/Dec, 대역필터의 밴드폭은 10kHz, 전송주파수는 50kHz이고 잡음주파수는 50Hz인 경우, 잡음은 이론적으로 -60dB으로 줄고, 결과적으로 전송주파수가 잡음주파수의 1000배이기 때문에 이 측정에 중요하게 영향주지 않는다.

본 발명은 일정한 구조에 관하여 자세히 설명되어졌지만 그것은 본 발명의 영역과 정신안에서 다양함과 변형이 가능함을 이해시키기 위함이다. 예를들어, 위에 설명된 구조에서, 대역필터들은 검출코일과 미분적분기 그리고 신호생성기와 미분적분기에 각각 놓인다. 그러나 대역필터는 미분적분기와 동시 검출기사이에 놓일 수 있다.

Claims (6)

1. 측정대상과 접촉하지 않으면서 상기 측정대상의 변위를 감지하는 변위감지회로에 있어서; 상기 측정대상에 관련하여 배치되고, 상기 측정대상의 소정위치로부터의 변위에 응답하여 인덕턴스를 변화시킬 수 있는 검출코일수단과; 반송파를 생성하여 상기 검출코일수단에 공급하는 신호생성수단과; 상기 검출코일수단으로부터 출력을 수신하며 상기 감지회로의 응답 주파수상한의 적어도 두배에 상응하는 주파수밴드폭을 가져서, 잡음에 의해 영향을 덜 받는 신호를 출력하는 대역필터수단; 및 상기 대역필터수단으로부터 출력을 검출하여, 상기 측정대상의 변위에 대응하는 신호를 제공하는 검출수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 변위감지회로.
2. 제1항에 있어서, 상기 반송파는 상기 측정대상의 변위에 의해 진폭변조되어 상기 검출코일로부터 출력되는 것을 특징으로 하는 변위감지회로.
3. 제2항에 있어서, 미분증폭기를 더욱 포함하여 이루어지고; 상기 대역필터수단은 상기 검출코일수단의 중간점 및 상기 미분증폭기의 제1입력단자 사이에 삽입되는 제1대역필터, 및 상기 신호생성수단 및 상기 미분증폭기의 제2입력단자 사이에 삽입되는 제2대역필터를 포함하는 한편, 상기 미분증폭기의 출력은 상기 검출수단에 공급되는 것을 특징으로 하는 변위감지회로.
4. 제3항에 있어서, 상기 검출수단은 상기 미분증폭기로부터의 출력, 및 상기 신호생성수단으로부터의 기준신호를 수신하는 동기식 검출장치인 것을 특징으로 하는 변위감지회로.
5. 제2항에 있어서, 미분증폭기를 더욱 포함하여 이루어지고; 상기 대역필터수단은 상기 미분증폭기 및 상기 검출수단 사이에 삽입된 대역필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 변위감지회로.
6. 제5항에 있어서, 상기 검출수단은 상기 미분증폭기로부터의 출력, 및 상기 신호생성수단으로부터의 기준신호를 수신하는 동기식 검출장치인 것을 특징으로 하는 변위감지회로.