KR100215573B1 - 이동 측정 장치 - Google Patents

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KR100215573B1
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스테판씨.야곱슨
미쉘지.믈라드조브스키
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Abstract

물체의 이동 및 운동을 측정하기 위한 이동 측정장치가 센서배열을 따라 전기적/자기적 장 발생부재의 배열에 따라 크기가 변화되는 한 전기적 출력신호를 발생시키기 위한 한 동작표면 및 회로를 갖는 센서들의 배열을 포함한다. 장 발생부재(field producing member)는 이동이 측정될 물체가 이동하는때 동작표면위에서 접촉하며 활주하도록 배치된다. 따라서 회로에 의해 발생된 전기적 출력신호의 크기는 센서배열을 따라 장발생 부재의 위치에 달려있으며 따라서 물체의 위치와 운동에 의해 결정된다.

Description

슬라이딩 접촉 전자기적 변위 변환기
제 1a 도, 1b 도 및 1c 도는 모두 본 발명의 원리에 따른 것으로서 이동 측정장치의 부분사시도, 제 1a 도 장치에서 사용하기 위해 저합한 장-효과 트랜지스터, 그리고 역시 제 1a 도 장치에서 사용 하기 위해 적합한 자장-효과 트랜지스터를 도시한 도면.
제 2 도는 에미터 기질이 탐지기 기질과 관련하여 레일위에서 선형적으로 활주하도록 배치된 이동측정장치의 사시도.
제 3a 도 및 3b 도는 본 발명에 따라 만들어진 회전가능한 이동측정장치의 실제 크기 도면 그리고 제 3a 도 장치의 에미터 요소와 탐지기 기질의 측면, 부분단면도.
제 4 도는 본 발명에 따라 만들어진 회전 이동측정장치의 또다른 실시예에 대한 실제크기도면.
제 5 도는 본 발명에 따라 만들어진 회전측정장치의 또다른 실시예에 대한 측면 단면도.
제 6 도는 반-원판 에미터를 사용한 회전 이동측정장치의 한 실시예의 사시도.
제 7 도는 분사장치 원리(Vernier principle)를 사용한 선형 이동 측정장치의 측면 단면도.
제 8 도는 본 발명에 따라 물체의 위치 및 이동을 나타내는 디지탈 출력을 발생시키기 위한 이동측정장치의 사시도.
제 9 도는 에미터 원판을 위한 스프링 서스펜션 마운트(suspension mount)를 갖는 회전 이동측정장치의 측면도.
제 10 도는 본 발명에 따라 만들어진 선형이동 변환기의 또다른 실시예에 대한 평면도.
제 11 도는 물체내의 긴장을 측정하도록된 선형이동 변환기의 평면도.
제 12 도는 제 10 도 장치를 사용한 단축긴장 변환기의 사시도.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
4 : 물체 8 : 플레이트(plate)
12 : 기질(substrate) 16 : 전도성 스트립
24 : 전계효과 트랜지스터 32 : 전도성 드레인영역
36 : 전도성 채널영역 40 : 전압소스
48 : 절연층 56 : 소스영역
60 : DC전류소스 64, 68 : 드레인영역
72 : 채널영역 204 : 에미터 플레이트
208 : 스트립재 212 : 전압소스
216 : 절연층 220, 224 : 레일(rail)
228 : 기질 232 : 센서요소
236, 240 : 홈 304 : 축
312 : 센서배열 316 : 원판
320 : 탭(tap) 324 : 절연층
328 : 전압소스 404 : 전도성 스트립
408 : 디스크(원판) 412 : 축
416 : 전압소스 420 : 기질
424 : 센서 428 : 절연층
504 : 축 508 : 원판
512 : 주변립(rib) 516 : 리세스
520 : 전도선 에미터스트립 524 : 기질
532 : 원형의 홈 604 : 축
608 : 전도성 플레이트 616 : 기질
620, 624, 628, 632 : FET센서 634 : 전도성 스트립재
635 : 에지커넥터(eege connector) 636 : 절연체
716 : 절연층 720 : 탐지기요소
804 : 스트립재 912 : 에미터원판
916 : 스프링 935, 936 : 레그(leg)
970 : 피보트 아암 976 : 돌출부
978 : 변환기
본 발명은 물체의 이동 또는 위치를 감지하기 위한 장치에 관한 것이며, 특히 물체가 또다른 요소와 슬라이딩(기계적) 접촉을 유지하면서 이동하는 때 물체의 이동이 전기적으로 측정되는 장치에 관한 것이다.
다양한 기계적 및 전기 기계적 시스템 동작에서, 시스템의 어떤요소나 시스템의 일부가 아닌 어떤 물체의 위치 및 이동을 모니터함이 필요하다. 예를 들어 로보트 시스템에서 팔, 손가락 또는 다른 쥐는요소(grasping elements) 등과 같은 시스템의 다양한 부분들의 운동과 위치를 모니터하고 제어함이 거의 항상 필요하다. 이같은 모니터와 제어는 그 기능을 수행하기 위해 로보트 시스템에서 요구되는 빈틈없음과 정밀함을 지녀야 한다.
위치와 이동을 감지하기 위한 종래기술의 메카니즘은 대개 위치 또는 이동이 모니터되어야 할 물품 또는 물체와 게이지, 바늘 또는 다른 표시장치 사이의 직접적인 연결을 사용하였다. 따라서 물체 또는 물품의 운동은 게이지 또는 바늘의 상당하는 이동을 발생시키었다. 예상되는 바와 같이 이같은 메카니즘은 대개 부피가 크고 다루기가 번거로우며 모니터 기능을 수행하는데 정밀도가 부족하고 선회할 수가 없었다.
비록 위치와 이동을 측정하기 위한 전자장치가 최근에 널리 사용되고 있으며 종래기술 메카니즘의 큰부피와 정밀하지 못한 문제를 최소한 부분적으로나마 해결하기는 하였으나, 이같은 장치는 디자인 복잡해졌고 따라서 제조 및 유지가 어려웠다.
본 발명의 목적은 부분 또는 물체의 위치 및 이동을 측정하기 위한 간단하고, 효과적이며 신뢰할만한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 컴팩트하고 거의 이동부분을 지나지 않는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 위치가 측정되어질 부분이 또다른 요소와 가볍게 슬라이딩 접촉을 이루면서 이동하게 되는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 반도체 및 집적회로를 사용하여 실현하기에 매우 적합한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 적어도 본 장치의 일부에 대하여 종래의 집적회로 제작기술을 사용해서 제작될 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 및 다른 목적들은 물체의 위치와 이동을 측정하도록된 이동측정장치의 한가지 특정 실시예에서 밝혀진다. 이같은 이동 측정장치는 적어도 한 표면부를 갖도록 형성된 센서(혹은 다수의 센서)를 포함하며 이같은 표면부위에는 절연코팅이 형성되어 전기적 출력 신호를 발생시키도록 하며 그 크기는 상기 표면적에서 전계 에미터요소 위치의 진동에 따라 변화된다. 전계 에미터 요소는 위치와 이동이 결정되어질 물체에 결합되며, 물체는 센서와 관련해서 이동하도록 배치되어 전계 에미터 요소가 표면부위에서 가벼운 접촉을 하며 활주하도록 된다. 따라서 물체의 이동과 위치는 센서에 의해 발생된 전기적 신호에 의해 결정된다.
본 발명의 한가지 점에따라, 전계에미터 요소는 한단부에서 물체에 연결된 얇은 박막탭으로 되어 있으며 따라서 다른한 단부는 물체가 이동되는때 표면부와 가볍게 접촉하면서 표면부위를 활주하게 된다.
본 발명의 또다른 점에 따라 전계에미터 요소는 표면부위에 납짝하게 놓이도록 그래서 물체가 이동되는데 그위를 활주하도록 물체위에 배치된 스트립재로 되어 있다.
본 발명의 또다른 점에 따라 한 전압이 전계에미터 요소로 공급되어 전계에미터가 한 전장을 발생시키도록 하며 센서는 전계에미터 요소에 의해 발생된 전장 따라서 다양한 전계효과 트랜지스터와 상관하여 표면부상의 전계에미터 요소위치를 계속적으로 탐지하기 위한 전계효과 트랜지스터의 한 배열로 구성된다. 선택적으로, 전계효과 트랜지스터는 자력을 띄도록 될수 있으며 센서가 스플릿-드레인(split-drain) 자장-효과트랜지스터 배열을 포함하며 장 에미터요소에 의해 발생된 자장을 따라서 다양한 자장효과 트랜지스터와 상관된 장 에미터 요소의 위치를 탐지하도록 한다.
본 발명의 또다른 면에 따라 이동측정장치는 위치가 측정되어질 물체에 결합된 자화되거나 전기적으로 충전된 회전가능하거나 선형적으로 이동이 가능한 장 에미터요소를 사용하며, 그리고 장에미터 요소 따라서 물체의 위치를 탐지하기 위한 자장 또는 전장 탐지기의 배치를 사용한다.
하기에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
제 1a 도에서는 물체(4) 운동의 자유도를 측정하기 위한 이동 변화기 또는 센서의 한가지 도식적 실시예가 도시되어있다. 물체(4)(단순히 플레이트 형태이다)는 어떠한 형태를 취할 수도 있으며, 로보트 시스템의 한 부분이거나 부분의 위치와 운동이 결정되어야한 다른 기계적 구조일 수 있다. 물체(4)는 다음에 기질(12)의 상측 편평한 표면과 접촉하여 활주할 수 있도록 배치되는 한 플레이트(8)에 부착된다. 플레이트 하면에서 플레이트(8)에 횡단하여 전압전원(20)에 결합된 전도성 스트립재(16)가 형성되며 이같은 전도성 스트립(16)이 전장을 발생시키도록 한다. 예를 들어, 플레이트(8)는 실리콘이나 사파이어로 만들어질 수 있다.
기질(12)는 예를 들어 실리콘으로 만들어지며 그 상측평면표면에서 플레이트(8)의 위치 따라서 물체(4)의 위치를 감지하기 위한 센서의 동작부분을 포함한다. 특히, 종래의 마이크로-제작기술에 의해 기질(12)의 상측표면에는 횡단하여 연장되는 전계-효과 트랜지스터(FETs)(24)의 한 배열이 배치되며 형성된다. FET는 잘 알려진 반도체 장치이며 기질(12)내에 형성된 전도성 소스영역(28), 소스영역으로부터 떨어져 있는 그리고 소스영역과는 대체로 평행하게 형성된 전도성 드레인영역(32), 그리고 소스영역과 드레인 영역 사이에 배치된 전도성 채널영역(36)을 포함한다. 소스영역(28)과 드레인영역(32)은 전압소스(40)에 의해 각기 다른 전위로 유지되어 채널(36)을 통해 영역들 사이에서 전류가 흐를 수 있도록 한다. 채널영역(36)의 전도도는 채널영역 가까운곳에 위치한 전하(또는 전장)에 의해 영향을 받는다. 따라서, 전도성 스트립(16)을 채널영역(36)가까이로 이동시키면 채널영역을 직접 통과하는 전류의 크기가 다양해지도록 하며 이는 미터(전류계)에 의해 탐지될 것이다. 전도성 스트립(16)의 배열은 FET(24) 각각의 게이트로 작용하며 FET의 소스와 드레인영역 사이 전류의 흐름을 제어하도록 한다.
기질(12)의 상측표면에는 예를 들어 질화규소, 이산화규소 또는 다이아몬드 코팅으로 만들어진다. 절연층(48)은 전도성 스트립(16)을 FET(24)로부터 절연시키도록 하며 기질표면에서 플레이트(8)의 용이한 슬라이딩을 허용한다.
FET(24) 각각은 제 1b 도에서 도시된 바와같은 전압소스와 전류계를 포함하는 각각의 신호처리회로(52)에 연결된다. FET(24)에서 전류의 흐름을 측정하므로서 기질(12)상의 전도성 스트립(16)의 위치는 물체(4)의 위치와 운동을 결정하도록 결정될 수 있다. FET 동작에 대한 또다른 논의는 1988년 8월 20일자로 특허된 미국특허 제 4,767,973 호에서 밝혀지며 본원명세서에서는 참고로 이용된다.
플레이트(8)에서 형성되며 전압소스(20)에 연결된 전도성 스트립(16)을 사용한 다른 실시예는 양전하 또는 음전하를 포함하는 스트립재를 제공하는 것이다. 예를 들어 스트립(16)은 전자가 끼어들어간 폴리테트라플루오로에틸렌으로 만들어질 수 있다.
제 1a 도 실시예에 대한 선택적 실시예는 FET(24)의 위치에 전도성재의 층을 포함시키는 것이며 기질(12)로부터 멀리 떨어져 FET를 위치시키는 것이다. 이들 전도성 층 또는 게이트는 상응하는 떨어져 있는 FETs의 게이트에 전기적으로 결합되며 기질(12)위 전도성 스트립(16)의 운동은 기질(12)내에 위치한 전도층 표면에서 전기적 전하를 유도하며 이들 전기적 전하는 상응하는 떨어져 있는 FET의 게이트에서 반영되어 이들 FET 채널영역의 전도도에 영향을 미치도록 한다. 다양한 전도성 층에 대한 전도성 스트립(16)의 근접도 따라서 물체(4)의 위치와 운동에 대한 측정이 이루어진다.
제 1a 도 구조에 대한 또다른 선택적 실시예는 절연층(48)과 판재(8) 사이에서 일렉트릿(electret)이 끼인 판재의 위치를 확인하고 전도성 스트립(16)을 접지시킴을 포함한다. 이때의 일렉트릿 판은 FET(24) 각각에 충돌하는 전장을 발생시킨다. 판재(8)가 일렉트릿 판위에서 이동되어 전도성스트립(16)이 FET 가까운 곳으로 이동하도록된때 전도성 스트립은 FET에 충돌하는 일렉트릿 판으로부터의 전장의 일부를 반사시킨다. 이는 FET에서의 전류의 흐름을 변화시키어 전도성 스트립(16) 위치가 결정되도록 하며 이에 의해 FET가 한 전류 전하신호를 발생시키도록 한다.
제 1a 도에서의 FET(24)를 사용하는 대신에 제 1c 도에서 도시된 것과 같은 스플릿트-드레인 자장 효과 트랜지스터(MAGFETS)가 사용될 수도 있다. 이같은 경우에 MAGFETS는 기질(12)의 상측 표면에서 형성되어 DC전류소스(60)에 결합된 소스영역(56), 두드레인영역(64)(68) 그리고 소스영역과 두 드레인 영역 사이에 배치된 한 전도성 채널영역(72)을 포함하게 된다. 전도성 스트립(16)은 자화가능한 스트립재로 만들어지며 각 MAGFET의 두 드레인영역(64)(68) 사이의 전류 흐름에 영향을 미치게 된다. 채널영역(72)에 충돌하는 자장이 없는때에 채널영역(72)을 통한 소스영역(56)으로부터의 전류흐름은 두 드레인영역(64)(68)과 같다. 자화된 스트립(16)이 MAGFETS의 하나와 겹쳐지는때와 같은 자장이 존재하는때 채널영역을 통한 한 드레인 영역으로 다른 한 드레인 영역 보다는 많이 흐르도록 기울어지며 두 드레인 영역으로 흐르는 전류의 편향도, 불균형도는 자장의 세기에 달리게된다. 따라서 예를 들어 전류탐지기(74)에 의해 두 드레인영역(64)(68)에서의 전류 불균형을 측정함으로써 자화된 스트립(16)의 위치에 대한 따라서 플레이트(8)와 물체(4)에 대한 위치결정이 만들어진다.
비록 물체(4)가 플레이트(8)에 결합되어 물체가 이동되는 때 플레이트도 이동시키도록 하는 것으로 도시되긴 하였으나 선택에 따라서는 물체가 기질(12)에 결합되어 기질이 고정된 플레이트와 관계하여 이동하도록 될수도 있다.
제 2 도는 본 발명에 따라 만들어진 이동변환기의 또다른 실시예에 대한 부분 사시도를 도시한 것이다. 이같은 실시예에서, 에미터 플레이트(204)는 플레이트에서 횡단하여 위치하며 전압소스(212)에 연결된 전도성 스트립재(208)를 포함한다. 한 절연층(216)이 플레이트(204)의 저면에 배치되며 플레이트(204)로부터 아래를 향해 돌출하여 있는 한쌍의 대체로 평행하며 세로로 놓여있는 레일(20(224)을 갖게된다. 기질(228)은 플레이트(204) 아래에 배치되며 기질내에서 횡단하여 배치된 다수의 센서요소(232)를 포함한다. 한쌍의 대체로 평행한 홈(236)(240)이 기질(228)의 상측표면내에 형성되어 레일(220)(224) 각각을 미끄러지도록 수용하도록 한다. 레일(220(224)은 레일이 홈(236)(240)과 접촉하고 있는 곳을 제외하고는 절연층(216)이 기질(228)의 상측표면과 접촉하지 않도록 하기에 충분한 높이를 갖도록 만들어진다. 따라서 기질(228)과 관계한 플레이트(204)의 슬라이딩 운동은 접촉 따라서 마찰을 줄이므로써 용이하게 된다. 플레이트(204)의 위치와 운동의 측정은 제 1a 도에 대하여 설명된 것과 유사한 방식으로 수행된다.
제 3a 도는 축(304)의 회전이동을 측정하기 위한 장치를 같은 크기로 도시한 것이다. 축(304)은 기질(308)내에서 회전하도록 장착되며 환형 또는 원형으로 한 센서의 배열(312)이 배치되도록 한다. 원판(316)은 기질(308)위의 축(304)상에 장착되며 축이 회전되는 때 회전하도록 된다. 가요성이며 탄성적인 전기적 전도성 박막 스트립 또는 탭(320)은 원판(316) 저부의 상측단에 부착되어 그 하측단이 기질(308)과 센서(312)위에 배치된 절연층(324)의 상측표면을 접촉하고 문지르도록 한다. 탭(320)의 하측단은 원판(316)과 축(304)이 회전되는데 센서(312)의 배열위에서 원형의 경로로 이동한다. 전압소스(328)는 탭(320)에 결합되어 탭(320)의 하측단이 센서와 가까운 위치로 이동하는 때 센서(312)에 의해 감지된 한 전장을 발생시키도록 한다. 탭(320)은 베릴튬구리로 만들어지 수 있다.
제 3b 도는 탭(320)의 하측단부와 기질(308)의 일부에 대한 측면 단면도를 도시한 것이다. 제 3b 도로부터 탭(320)의 하측단은 두개 또는 그 이상의 센서(312)와 겹치게 되고 따라서 탭의 근접도를 나타내는 신호를 발생시킴이 제 3b 도로부터 알 수 있다. 센서(312)는 앞서 설명된 바와 같이 FET 또는 MAGFET일 수 있다.
제 4 도는 회전 이동측정장치의 또다른 실시예에 대한 같은 크기의 도면을 도시한 것이며, 제 3a 도의 포일탭(320)이 전도성 스트립(404)에 의해 대체되며 한 축(412)상에 장착된 디스크(408)의 하면에서 방사상으로 뻗어있도록 형성된다. 전압소스(416)는 전도성 스트립(404)으로 한 전압을 공급하며 전도성 스트립이 전장을 발생시키도록 한다. 기질(420)은 기질의 상측표면에서 원형으로 배치된 센서(424)의 배열을 포함한다. 절연층(428)은 기질(420)과 센서(424)에 겹쳐진다.
원판(408)은 직접 절연부(428)상에 놓일 수 있으며, 제 3a 도의 실시예와는 다르게 절연층과 접촉하도록 회전될 수 있다. 물론, 전도성 스트립(404) 따라서 원판(408)과 축(412)의 각도위치는 센서(424)가 앞서 설명된 바와 같이 전도성 스트립의 존재를 탐지하므로써 용이하게 결정된다.
제 5 도는 회전 이동 측정장치의 측면 단면도이며, 측정되어질 회전 이동부는 축(504)를 갖게된다. 축(504)은 아래를 향해 돌출한 주변립(512)을 갖는 그래서 원판의 하측면에 한 리세스(516)를 만드는 원판(508)에 결합된다. 이같은 리세스내에는 제 4 도의 전도성 스트립(404)과 유사한 전도성 에미터 스트립(520)이 배치된다. 기질(524)은 원판(508) 아래에 배치되며 다시 제 3a 도와 4 도 실시예의 센서와 유사한 방사상으로 놓인 센서(528)의 배열을 포함한다. 기질(524)의 상측표면에서는 원판(508)의 립(512)을 활주할 수 있도록 수용하기 위한 원형의 홈(532)이 형성된다. 물론 이같은 홈(532)은 원판(508)의 회전 운동을 위한 안내로써 작용한다. 원판의 립(512)은 에미터스트립(520)이 기질(524)의 상부표면과 접촉하지 않도록 하기 위한 그래서 기질상에 절연층이 필요하지 않도록 하기 위한 충분한 높이를 갖는다.
제 2 도 및 5 도 실시예에서, 돌기물(제 2 도에서의 레일(220)(224) 그리고 제 5 도에서의 립(512)은 이동가능 플레이트 또는 원판의 일부가 상응하는 기질과 떨어져 있도록 작용한다. 물론 여러가지 형상과 위치의 돌출물이 제공될 수 있다. 예를 들어, 상측의 이동가능 원판 도는 플레이트와 하측의 기질사이 간격은 기질부와 접촉되기 위해 상측 플레이트 또는 원판으로부터 아래를 향해 뻗어있는 세개의 간격이 떨어져 있는 젖꼭지 모양의 돌기로 유지될 수도 있다. 또한 이와 같이 단지 세개만의 돌기를 사용함은 접촉을 최소화하므로써 이동가능 플레이트 또는 원판과 기질사이의 마찰을 최소화하도록 하고, 플레이트 또는 원판과 기질 사이에 안정된 세점 접촉을 유지시키도록 할수가 있다.
제 6 도는 축(604)의 각도 또는 회전이동을 측정하기 위한 장치의 또다른 실시예에 대한 사시도이다. 한 반원 전도성 플레이트(608)가 축(604)과 함께 회전하도록 장착된다. 기질(616)은 플레이트(608) 아래에 놓이게 되며 기질의 상측표면에 4개의 FET센서(620, 624, 628 및 632)와 하나의 전도성 스트립재(634)를 포함한다. FET센서 각각은 반구(평행하게 뻗어있는 소스, 드레인 및 채널영역을 갖는)내에서 다른 두 센서의 적어도 한부분과 동심을 갖도록 형성되며, 스트립재(634)는 센서 주위에서 동심을 갖도록 형성된다. 따라서 센서(620)는 센서(624) 일부와 센서(632) 일부를 에두르며, 센서(628)는 센서(624)(632)의 다른부분을 에두른다. 센서 각각은 각각의 에지 커넥터(635)에 연결되며 앞서 설명된 바와 같이 저절한 감지회로에 연결된다. 전도성 스트립(634)은 A, C 전기전압 소스(636)에 결합된다. 기질(16)상의 센서(620, 624, 628 및 632)와 전도성 스트립(634)위에는 한층의 유전체/절연체(636)가 배치된다. 플레이트(608)는 총(636) 표면에 접촉하며 활주하도록 장착되며 항상 적어도 세 FET 센서의 일부와 전도성 스트립(634)의 약 절반정도를 커버할 수 있도록 한다.
전도성 스트립(634)으로 전압소스(636)에 의해 공급된 신호는 전도성 스트립과 플레이트(608) 사이에서 한 정전용량을 만들며, 물론 이같은 정전요량은 플레이트에서 전하를 발생시키고 플레이트로부터 방출되는 전장을 발생시키게 된다. 이와 같이 하여, A, C 전압소스(636)와의 용량성 결합에 의해 A, C 전장이 플레이트(608)상에서 만들어진다.
동작시에, FET센서(620, 624, 628 및 616)는 플레이트(608)에서 발생된 전장에 의해 영향을 받는 센서의 비율, 따라서 플레이트에 의해 커버되는 센서의 부분을 나타내는 신호를 발생시킨다. 다음에 이같은 신호가 축(604)의 각도위치 따라서 축이 연결된 어떤 물체의 각도위치를 나타낸다.
제 7 도는 버니어타입(Vernier-type) 이동측정장치의 사시단면도이며 다수의 작용력장 에미터(708)가 플레이트의 하측표면을 따라 간격을 두고 떨어져 배치되어 있다. 에미터는 점선으로 도시된 바와 같이 플레이트(704)에 대하여 횡단하여 위치한 전기적 전도성 스트립이거나 혹은 유사하게 횡단하여 위치한 자화된 스트립일 수 있다. 플레이트(704)는 기질(712)위에 배치되며 기질상에 절연층(716)이 형성된다. 기질(716)의 상측표면에서 다수의 횡단하여 뻗어있으며 간격을 두고 떨어져 있는 탐지기요소(720)가 기질(716)내에 형성된다. 이들 탐지기 요소는 FET이거나 MAGFET 일수 있다. 도시된 바와 같이 배열(708)의 말단 작용력장 에미터는 플레이트(704)가 0의 위치에 있는때 각 말단 작용력 탐지기요소(720) 맞은편에 위치하게 된다. 작용력장 탐지기요소(720)와 관련된 작용력장 에미터(708)의 이같은 구조는 버니어(Vernier) 눈금 배치와 유사하다. 이와 같이 하므로써 기질(712)과 관계한 플레이트의 작은 운동까지도 탐지할 수 있도록 한다. 특히 화살표(724)로 표시된 방향으로 플레이트(704)를 조금만 움직여도 말단의 작용력장 에미터는 말단의 작용력장 탐지기요소와도 정렬되게되며 말단의 작용력장 에미터로부터 두번째것이 플레이트가 이동되는 방향에 따라 말단 작용력장 탐지기 요소로부터 두번째것과 정렬되게 된다. 작용력장 탐지기요소(720)는 일렬 정렬된 작용력장 에미터(708)의 근접도를 탐지하며 플레이트(704)의 이동크기 따라서 플레이트가 연결된 물체의 이동크기를 나타내는 판독출력을 제공하도록 한다.
제 8 도는 이동가능 플레이트(808)의 하면에 횡단하여 배치된 전도성 스트립재(804)의 위치 따라서 플레이트가 부착되는 물체의 위치를 나타내는 한 디지탈 출력신호를 발생시키기 위한 이동측정장치의 사시도이다. 기질(812)은 기질표면상의 가상의 그리드 선택된 교차점에 위치한 다수의 센서(816)를 포함하며, 따라서 플레이트(808)가 기질위에서 이동되도록 하고, 센서의 각기 다른 조합은 전도성 스트립(804)에 의해 발생된 전장에 의해 영향을 받고, 이들 조합이 이전의 코드화 출력신호를 발생시킨다. 예를 들어 만약 센서(816a)가 전도성 스트립(804)에 의해 겹쳐진다면 그들 센서는 숫자 3을 나타내게 될 신호를 발생시킬 것이다. 이와 같이 하여 디지탈 출력신호가 기질(812)위에서 전도성 스트립(804)의 각기다른 위치 따라서 플레이트(808)에 결합된 물체의 각기 다른 위치를 나타내도록 발생된다.
제 9 도는 축(904)의 각 이동을 측정하기 위한 회전이동 변환기의 측면도이다. 축(904)은 그하측단에서 장착원판(908)에 결합되며 그같은 장착원판상에 에미터원판(912)이 적어도 세개의 스프링(916)(그중 두개가 도면에 도시되어 있다)에 의해 장착되며 플레이트(912)가 장착 플레이트(908) 아래에 위치하여 축(904)이 회전되는데 회전하도록된다. 스프링(916)은 베릴륨 구리로 만들어질 수 있다. 플레이트(912)는 탐지기 기질(920) 위에 가볍게 올려 놓이며 탐지기 기질상측 표면은 절연층(924)으로 코팅된다. 제 9 도의 장치는 제 4 도에서 도시된 것과 유사한 방식으로 동작할 것이며, 에미터 플레이트(912)에 스프링을 장착하여 기질(920) 표면위에서 플레이트(912) 회전의 안정도를 유지시키기 위한 가벼운 압력을 제공하게 된다.
제 10 도는 한 장착 플레이트(mouniting plate)(930)를 포함하는 이동측정장치의 또다른 실시예에 대한 평면도를 도시한 것이며 장착 플레이트상에는 앞서 설명된 바와 같이 횡단하여 배치된 센서의 한 배열을 갖는 탐지기기질(932)이 배치되어 있다. 기질(32)위에는 한 에미터 지지구조(934)가 놓이게된다. 이같은 지지구조는 중앙섹션(937)으로부터 반대방향으로 뻗어있는 두쌍의 레그(leg)(935)(936)가 있는 H-형 단면을 포함하며 그 하면상에 한 전도성스트립(939)(점선으로 표시됨)을 갖는 에미터플레이트(938)(역시 점선으로 도시됨)가 배치된다. 레그(935)(936)를 횡단하여서는 한 탭(940)이 뻗어있으며 위치와 운동이 측정되어질 물체가 이같은 탭으로 결합된다. 레그(935)(936)는 이들의 자유단에서 장착 플레이트(930)에 부착되나 충분히 가요성이 있고 탄성적이므로 화살표(941)로 표시된 방향으로 중앙섹션(937)의 운동을 허용케한다. 이같은 이동은 앞서 설명된 것처럼 탐지기 기질(932)에 의해 탐지될 수 있다. 에미터 지지구조(934)는 얇은 베릴륨 구리재로 만들어져서 바람직한 가요성을 제공하도록 한다.
제 11 도는 물체(950)내 긴장을 측정하도록된 선형 이동 변환기의 평면도이며, 이같은 변환기로 변환기가 부착된다. 변환기는 뒤집은 U-자형 베이스(952)를 포함하며 그와 같은 베이스로 탐지기 기질(954)가 장착하여진다. 기질(954) 위에는 앞서 설명된 바와 같이 하면에 전도성 스트립재(958)가 형성되있는 한 에미터 플레이트(956)가 배치되어 기질위에서 활주할 수 있도록 된다. 4개의 레그(leg)(960a, 960b, 960c 및 960d)가 도시된 바와 같이 한 단부에서 에미터 플레이트(956)에 선회할 수 있도록 연결되며 다른한 단부에서 장착베이스(952)에 연결된다. 긴 연결다리(962)(964)는 레그(960c)(960d) 각각으로부터 측면으로 연장되며 이들의 자유단(962a)(964a)에서 긴장이 측정되게 되는 물체(950)에 선회할 수 있도록 부착된다. 레그(960a, 960b, 960c, 960d, 962 및 964)는 측면방향으로는 구부릴 수 없다.
물체(950)가 변형을 받게되는 때 잡아 떼어놓거나 함께 압착시키도록 되는때 레그(962)(964)의 단부(962a)(964a)는 따로 떼어져 이동하도록 되거나 서로를 향해 이동하도록 되고 다음에 에미터 플레이트(956)가 화살표(966)로 나타낸 바와 같이 위로 또는 아래로 이동하도록 된다. 즉, 만약 레그(962)(964)의 단부가 서로를 향해 이동되면 에미터 플레이트(956)에 부착된 레그(960c)(960d)의 단부는 상측을 향해 선회하도록 되며 이에 의해 에미터 플레이트를 상측을 향해 이동시키도록 한다. 이와 반대로 만약 레그(962)(964) 각각의 단부(962a)(964a)가 떨어져 이동을 하게되면, 에미터 플레이트(956)는 아래를 향해 이동하도록 된다. 물론 탐지기 기질(954)과 관련된 에미터 플레이트(956)의 이동은 앞서 설명된 바와 같이 물체(950)내 변형의 측정을 제공하도록 측정된다.
제 12 도는 제 10 도의 선형 이동변환기를 사용하는 단축변형 측정변환기의 부분적으로 도려낸 사시도이다. 제 12 도 변형변환기의 구조와 동작은 동시계류중인 출언번호 제 424,406 호에서 설명되며 참고로 인용된다. 간결히 말해, 피보트 아암(970)은 발(972)(974)(변형이 측정될 물체에 부착된다)이 서로를 향해 또는 서로로부터 떨어져 이동하도록 되는때 선회하도록 된다. 피보트 아암(970)의 단부는 제 10 도 구조의 탭(940)에 해당되는 한 돌출부(976)에 결합된다. 제 10 도는 (978)에서 변환기의 부분품들이 담기는 하우징(982)의 단부벽(980)에 부착되며 피보트 아암(970)을 상측 및 하측으로 선회시키므로써 변환기(978) 에미터 플레이트의 이동을 일으키며 이같은 이동의 피보트 아암(970), 따라서 발(972)(974)의 이동에 대한 측정을 제공하도록 측정될 수 있다. 이와 같이 하여 발(972)(974)이 부착된 물체내의 변형이 측정될 수 있다.

Claims (17)

  1. 이동이 측정되어질 물체,
    적어도 한 표면을 갖도록 형성되며 전기적 출력신호를 발생시키어 그 크기가 상기 표면부로의 장-발생(field-producing) 요소 근접도 변화에 따라 변화하도록된 센서수단, 상기 표면부와 접촉하여 물체가 이동되는때 그위에서 활주하도록 배치되며 이에 의해 표면부에 대한 요소의 근접도를 변화 시키도록 하며 따라서 센서수단의 출력신호 크기를 변화시키도록 하는 장-발생 요소를 포함하는 운반부재(carring member)를 포함함을 특징으로 하는 이동(displacement)측정장치.
  2. 제 1 항 있어서, 센서수단이 상기 한 표면부에 배치된 절연 코팅을 포함함을 특징으로 하는 이동측정장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 센서수단이
    상기 운반부재가 제 1 표면부와 슬라이딩(활주) 접촉하게 있게되는 바의 제 1 표면부를 갖는 기질, 그리고
    탐지수단에 대한 장-발생요소의 근접도 따라서 상기물체의 이동을 탐지하기 위한 제 1 표면에 배치된 한 탐지수단 배열을 포함함을 특징으로 하는 이동측정장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 센서수단이 장-발생요소로 한 전압을 공급하여 이로부터 방출되는 한 전장을 발생시키도록 하기 위한 수단을 더욱더 포함하며 상기 탐지수단 각각이 소스영역, 드레인영역 그리고 전도성 요소의 이동경로에 있게되는 제 1 표면상에 소스영역과 드레인 영역 사이에 위치한 채널영역을 갖는 전계효과 트랜지스터를 포함하고, 상기의 절연코팅이 소스영역, 드레인영역 및 채널영역에 겹쳐져서 이에 의해 전술한 전계효과 트랜지스터가 상기 장-발생 트랜지스터의 일정 근접도내로 이동하게 되는때 한출력신호를 발생시키게 됨을 특징으로 하는 이동측정장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 기질이 규소로 되어 있으며, 절연코팅은 질화규소, 이산화규소 및 다이아몬드 박막의 그룹으로부터 선태된 재료로 되어있음을 특징으로 하는 이동측정장치.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 장-발생 요소가 자화되며, 상기 탐지수단 각각이 소스영역, 두 드레인영역 그리고 장-발생요소의 이동경로에 있게되는 제 1 표면상에 소스영역과 두 드레인 영역사이에 위치한 채널영역을 갖는 스플리트-드레인(split-drain)자계-효과 트랜지스터를 포함하고, 이에 의해 상기 스프리트-드레인 자계-효과 트랜지스터가 자계-발생요소가 자계-효과 트랜지스터의 일정 근접내로 이동되게 되는때 한 출력신호를 발생시키도록함을 특징으로 하는 이동측정장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 기질이 규소로 되어 있으며, 전도성 요소는 자화된 재료로 되어 있음을 특징으로 하는 이동측정장치.
  8. 제 3 항에 있어서, 상기 센서수단이 제 1 표면상에 배치되며 장-발생 요소의 이동경로에 뻗어있는 전도성 스트립재 배열을 더욱더 포함하며, 상기 절연성 코팅이 전도성 스트립 배열과 겹쳐지게 되고, 상기 장-발생 요소로 전압을 공급하기 위한 수단을 더욱더 포함하며, 상기 탐지수단 각각이 상응하는 전도성 스트립에 결합된 한 게이트 영역을 갖는 전계효과 트랜지스터를 포함 하여 장-발생 요소가 전도성 스트립으로부터 일정 근접도내에 위치하는때 전계효과 트랜지스터가 한 출력신호를 발생시키도록 함을 특징으로 하는 이동측정장치.
  9. 제 3 항에 있어서, 상기 센서수단이 전장을 발생시키기 위한 일렉트릿수단(electret means)를 더욱더 포함하며, 전술한 일렉트릿 수단은 제 1 표면상에 배치되며, 장-발생요소의 이동경로에서 뻗어 있도록되고 상기 장-발생요소는 접지되며 그리고 상기 탐지수단 각각이 소스영역, 드레인영역 그리고 일렉트릿 수단아래의 소스영역과 드레인영역 사이에 위치하는 채널영역을 갖는 전계효과 트랜지스터를 포함하고, 이에 의해 장-발생요소가 전계효과 트랜지스터로부터 일정근접도내에 위치하여 일렉트릿 수단을부터 충돌하게 되는 전장을 전계효과 트랜지스터 채널영역으로부터 편향되어지도록 하는때 상기 전계효과 트랜지스터가 한 출력신호를 발생시킴을 특징으로 하는 이동측정장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 일렉트릿 수단이 전자를 담고 있으며 적어도 각 전계효과 트랜지스터의 채널영역 위에 오게되며 장-발생 요소의 이동경로 아래에 오게되는 폴리테트라플루오로에틸렌 스트립을 포함함을 특징으로 하는 이동측정장치.
  11. 제 3 항에 있어서, 상기 탐지수단의 배열이 장-발생 요소의 이동방향으로 제 1 표면상에서 동일선을 이루며 배치되고, 상기 탐지수단 각각이 장-발생 요소가 각 탐지수단으로부터 일정 근접도 내에 있음을 나타내는 한 신호를 발생시키기 위한 수단을 포함함을 특징으로 하는 이동측정장치.
  12. 위치가 결정되어질 물체, 물체가 이동하는대 점들의 궤적 표면에서 선택적으로 이동 하도록 배치된 작용력 장 발생자치, 그리고
    상기 작용력 장(force field) 발생수단이 상기 표면부와 슬라이딩 접촉을 이루며 이동하여 상기점들의 궤적 각 점들에 대한 작용력 장 발생수단의 근접도와 크기가 비례하는 신호를 발생시키기 위한 점들의 궤적과 일치하는 표면부를 만드는 센서수단을 포함함을 특징으로 하는 위치결정 장치.
  13. 일정 전기적/자기적 특성을 갖는 에미터요소의 표면부위 위치에 따라 크기가 변화하는 전기신호를 발생시키기 위한 한 표면부를 갖는 센서, 표면부와 겹쳐지게되는 한 절연층, 그리고
    일정 전기적/자기적 특성을 가지며 상기 절연층과 접촉하여 배치되어 물체가 이동하는때 그위에서 활주하도록된 에미터요소를 포함 함을 특징으로 하는 물체의 위치를 전기적 신호로 변환시키기 위한 변위(이동)변환기.
  14. 긴축 둘레에서 회전하도록 장착된 회전이동이 측정되어질 굴대(축),
    상기 굴대위에 장착되어 그 측면방향으로 연장되며 굴대가 회전하는때 회전하도록 장착되어 이로부터 하향하여 방출되는 작용력 장을 발생시키기 위한 수단 센서에 대한 작용력 장의 근접도 변화에 따라 크기가 변화하는 신호를 발생시키기 위한 작용력 장 발생수단의 이동경로 아래의 원내에 배치된 다수의 센서, 그리고 상기 센서위에 만들어지며 상기 작용력 장 발생수단이 절연코팅과 슬라이딩 접촉을 하도록 배치하게되는 절연성 코팅을 포함함을 특징으로 하는 회전 이동측정장치.
  15. 변환기가 마주하며 접촉하는 관계로 배치되며 그중 하나가 물체에 결합되어 물체가 이동하는때 다른 한 기질위에서 이동 및 활주 하도록된 한쌍의 기질,
    제 1 기질의 마주하는 면을 따라 길이방향으로 간격을 두고 떨어져 있는 다수의 작용력 장 에미터로서, 각각이 에미터와 더욱 가까워지면 세기가 더욱 커지게되는 작용력 장을 발생시키도록된 작용력 장 에미터.
    제 2 기질의 마주하는 면을 따라 길이방향으로 간격이 떨어져 있는 따라서 제 2 기질과 관련 제 1 기질의 일정 이동범위에서 그같은 범위의 어떤 점에서의 각 탐지기 요소가 오직 에미터와 직접 마주하며 위치한 요소이도록된 다수의 작용력 장 탐지기 요소로서, 이같은 탐지기 요소가 그것이 놓이는 곳의 작용력 장 세기를 나타내는 한 신호를 발생시키도록된 탐지기 요소, 상기 탐지기 요소에 의해 발생된 신호에 응답하여 에미터와 관련해서 탐지기 요소 이동의 크기를 나타내기 위한 수단, 그리고
    기질중 하나의 마주하는 표면상에 배치된 절연성 코팅을 포함함을 특징으로 하는 물체의 이동을 측정하기 위한 이동측정장치.
  16. 베이스 플레이트, 상기 베이스 플레이트상에 배치되며 기질의 표면부에 위치한 센서 수단을 포함하여 표면부에서 장 발생요소의 위치를 탐지하기 위한 기질, 상기 표면부위에 배치된 절연층, 절연성층과 슬라이딩 접촉을 하며 배치되며 장발생 요소를 포함하는 에미터 플레이트, 그리고 에미터 플레이트가 장착되며 물체가 결합하여지는 중앙섹션과 적어도 두개의 측면방향 탄성 레그로서 각각이 중앙섹션의 반대면으로 부터 서로 반대방향으로 뻗어있고 레그의 자유단이 베이스 플레이트에 선회할 수 있도록 부착되고 따라서 물체가 이동하는데 에미터 플레이트와 장-발생 요소가 기질과 관련해서 이동하여지도록 되는 두개의 탄성레그를 갖는 운반(carrying)수단을 포함함을 특징으로 하는 물체의 이동을 측정하기 위한 선형 이동측정장치.
  17. 베이스 플레이트, 상기 베이스 플레이트상에 배치되며 기질의 표면부에 위치한 센서 수단을 포함하여 표면부에서 장 발생요소의 위치를 탐지하기 위한 기질, 상기 표면부위에 배치된 절연성층, 절연성층과 슬라이딩 접촉을 하며 배치되며 장 발생요소를 포함하는 에미터 플레이트, 그리고 제 1 및 제 2 T자형 요소를 포함하며, 각각이 한 긴 다리와 이같은 긴 다리에 직각으로 배치된 크로스 다리를 가지며, 각각의 짧은 다리가 에미터 플레이트의 각 측면을 베이스 플레이트에 선회할 수 있도록 연결하여 긴 다리들이 이들의 자유단에서 물체에 피보트식 부착을 할수 있도록 서로서로 평행하게 같은 방향으로 뻗어있도록 되며 물체내의 변형이 발생되어 긴 다리들이 서로를 향하여 혹은 서로로부터 멀어져 이동하므로써 에미터 플레이트가 기질위에서 슬라이딩 이동을 할수 있도록된 부착수단을 포함함을 특징으로 하는 물체내 변형을 측정하기 위한 이동측정장치.
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