KR100366269B1 - 고주파 발진형 직류 2선식 근접 스위치 - Google Patents

Abstract

근접 스위치를 구비한 측정기기에 있어서 과부하에 의한 측정기기의 파손을 방지할 수 있는 고주파 발진형 직류 2선식 근접 스위치에 관한 것으로서, 측정 대상의 물체를 검출하는 검출면을 갖고, 물체의 접근에 의해 자장이 일그러질 때에는 미세한 신호의 변화를 발생시키는 검출 코일, 검출코일에 접속되고, 접속 코일이 자장을 형성할 수 있도록 일정한 주파수의 고주파 발진을 유지시켜 주는 발진 회로, 발진 회로로부터의 미세한 신호의 변화를 증폭하고, 불필요한 잡음을 제거하며 아날로그신호를 디지털 신호화하는 검파 회로, 검파 회로의 출력을 받고, 그 출력이 일정전류를 초과하지 않도록 제어하는 출력 회로, 출력 회로에 결합되고, 근접스위치의 작동을 차례적으로 증단시켜 상기 근접스위치가 파괴되지 않도록 보호하는 쇼트 보호회로 및 쇼트 보호 회로의 작동시 사용자가 상기 근접 스위치의 상태를 인지할 수 있도록 일정한 간격으로 LED를 점멸시키는 수단을 구비한다,

이러한 근접 스위치를 사용하는 것에 의해, 쇼트보호회로 작동시 병행하여 자기진단LED점멸회로를 작동시키는 것에 의해서 부하의 불량 또는 쇼트 상태를 사용자가 눈으로 확인할 수 있다.

Description

고주파 발진형 직류 2선식 근접 스위치{ Proximity switch of DC two wire way of high frequency oscillation form }

본 발명은 고주파 발진형 직류 2선식 근접 스위치에 관한 것으로서, 특히 근접 스위치를 구비한 측정기기에 있어서 과부하에 의한 측정기기의 파손을 방지할 수 있는 고주파 발진형 직류 2선식 근접 스위치에 관한 것이다.

일반 적으로 근접스위치는 종래의 마이크로스위치나 리미트스위치 등의 접촉식의 기계적인 접점에 의한 것을 무접촉하여 검출대상물의 유무를 판별하는 무접촉 무접점 스위치로서 사용된다.

이러한 근접스위치는 공장 자동화 및 일반 자동화 장비에 꼭 필요한 것으로서, 기존에 사용되던 리미트스위치, 마이크로스위치 등을 대체 사용할 수 있으며, 종래의 마이크로스위치 등으로는 작동이 불가능한 고속회전체의 검출, 볼트의 수량검출, 병의 마개부착 유무검출 등 빠른 속도의 응답을 요구하거나 비접촉으로 물체의 유무를 검출하고자 하는 경우에 사용될 수 있다.

이러한 고주파 발진형 근접스위치의 동작 원리를 도 1에 따라 설명한다.

통상, 근접 스위치를 사용한 측정기기에 있어서는 근접 스위치에 전원 및 부하를 연결하고 검출면에 검출체(금속)가 일정 위치에 근접하게 되면, 근접스위치가 동작하여 쇼트상태가 되므로 부하를 작동시킨다. 이 때, 부하는 릴레이, 솔레노이드, 전자카운터, DC모터 등 직류 10V∼30V의 전압으로 사용되는 것이다.

도 1에 있어서 (a)는 센서헤드와 검출 대상과의 거리 관계를 나타내며, (b)는 도시하지 않은 발진회로에서의 출력에 따라 센서에서 감지되는 발진 주파수의 파형이고, (c)는 도시하지 않은 검파회로에서 검출된 출력이고, (d)는 제어 출력의 상태를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 고주파 발진형 직류 2선식 근접 스위치는 검출코일로부터 나오는 고주파 자계 속에 검출물체(금속체)가 접근하면, 근접하는 검출물체(금속) 내에서 전자유도 현상에 의한 유도전류가 흐른다. 이 전류에 의해 자계가 발생하고, 이 자계는 검출코일에 의해 자계가 검출물체의 접근에 따라 증가하려고 할 때 그 크기를 감소시키는 방향으로 움직인다. 그 결과, 내부발진회로의 발진진폭이 감쇠 또는 정지하게 된다. 이 상태의 변화를 이용하여 검출체의 유무를 검출한다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 검출물체가 없을 때(①의 경우)나 검출영역으로부터 떨어져 있을 때(②의 경우)에는 정상적인 진폭으로 발진한다. 또, 검출물체가 검출 영역 내로 들어와 버리면(③, ④, ⑤의 경우) 발진은 일순간에 정지한다. 그리고, 검출물체가 검출영역을 벗어나면(⑥, ⑦의 경우) 발진은 일순간에 정상으로 돌아온다.

상술한 바와 같은 구성에 의해 측정하고자 하는 물체에 직접 접촉하지 않고도 그 상태를 판별할 수 가 있었다.

이러한 근접 스위치를 이용한 기술에 대해서는 한국 특허공개 공보 1995-015444호에 기술되어 있다.

상기 공보에 있어서는 자성 금속을 검출하는 근접 스위치로서 진폭 검파형을사용하며, 감도 조정의 문제를 해결하기 위해, 발진회로에 감도를 조정하는 감도 조정회로를 접속하고, 이 감도 조정회로의 저항치를 차례로 상승 시켜서 발진이 정지하는 위치에서의 저항치를 검출하여 최적 위치에서의 감도를 설정할 수 있는 기술이 개시되어 있다.

그러나, 상기한 구성의 종래기술에 있어서는 단순히 근접 스위치의 감도를 최적으로 설정하기 위한 수단에 대해서만 기재되어 있고, 부하를 연결하는 과정에서 부하의 불량 또는 쇼트로 인해 근접스위치가 작동하게 되면, 근접스위치 양단에 전원이 직접 연결된 것으로 되므로 무한대의 전류가 흐르게 되고, 결국 근접스위치 또는 전원이 파괴되어 버린다는 문제점에 대해서는 전혀 기술되어 있지 않다.

또한, 종래에는 쇼트보호회로를 이용하여 근접스위치가 자체적인 진단에 의해 작동이 되지 않도록 보호회로를 구성하여도, 부하가 쇼트 되었을 때 근접스위치의 보호는 가능하지만 부하가 쇼트 되었는지 정상 동작하는지의 여부를 사용자가 외부에서 확인하는 것은 불가능하다는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해서하기 위해 이루 어진 것으로서, 부하를 연결하는 과정에서 부하쇼트 또는 사용할 때의 부하의 파손에 의한 쇼트 및 과전류의 흐름을 쇼트 또는 과전류 발생시 자체적으로 진단하여 근접스위치의 작동을 자동 중단시키는 고주파 발진형 직류 2선식 근접 스위치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 근접스위치 및 부하 또한 전원의 파괴를 보호할수 있는 고주파 발진형 직류 2선식 근접 스위치를 제공하는 것이다.

도 1은 고주파 발진형 근접스위치의 동작 원리를 설명하는 도면,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고주파 발진형 직류 2선식 근접 스위치의 전체 회로 구성의 블록도,

도 3은 본 발명에 따른 고주파 발진형 직류 2선식 근접 스위치에 있어서의 쇼트 보호회로도,

도 4는 본 발명에 따른 고주파 발진형 직류 2선식 근접 스위치에 있어서의 자기 진단 LED 점멸회로도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 검출 코일 2 : 발진 회로

3 : 검파 회로 4 : 전원 회로

5 : 출력 회로 6 : 쇼트 보호 회로

7 : 자기 진단 LED 점멸회로

본원에 있어서 개시되는 발명중 대표적인 것의 개요를 간단히 설명하면 다음과 같다.

즉, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 고주파 발진형 직류 2선식 근접 스위치는 측정 대상의 물체를 검출하는 검출면을 갖고, 물체의 접근에 의해 자장이 일그러질 때에는 미세한 신호의 변화를 발생시키는 검출 코일, 검출코일에 접속되고, 접속 코일이 자장을 형성할 수 있도록 일정한 주파수의 고주파 발진을 유지시켜 주는 발진 회로, 발진 회로로부터의 미세한 신호의 변화를 증폭하고, 불필요한 잡음을 제거하며 아날로그신호를 디지털 신호화하는 검파 회로, 검파 회로의 출력을 받고, 그 출력이 일정전류를 초과하지 않도록 제어하는 출력 회로, 출력 회로에 결합되고, 근접스위치의 작동을 차례적으로 증단시켜 상기 근접스위치가 파괴되지 않도록 보호하는 쇼트 보호회로 및 쇼트 보호 회로의 작동시 사용자가 상기 근접 스위치의 상태를 인지할 수 있도록 일정한 간격으로 LED를 점멸 시키는 수단을 구비한다.

또, 본 발명의 근접 스위치에 있어서, 상기 수단은 쇼트 보호 회로로부터의 미세한 신호를 받아 충전하는 콘덴서와 사용자에게 상기 근접 스위치의 상태를 통지하는 동작 표시등을 포함하며, 콘덴서에 충전된 전류에 의해 상기 동작 표시등이 작동된다.

또한, 본 발명의 근접 스위치에 있어서, 상기 콘덴서에 충전된 전류는 근접스위치의 주회로에 영향을 주지 않을 정도로 미세하고, 동작 표시등만을 작동시키도록 형성된다.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부도면에 의해 명확하게 될 것이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

또한 도면에 있어서 동일 부호는 동일 부분을 나타내며, 그 반복적인 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고주파 발진형 직류 2선식 근접 스위치의 전체 회로 구성의 블록도이다.

도 2에 있어서, (1)은 측정 대상의 물체를 검출하는 검출면으로서, 페라이트코어 내에 들어있는 코일이 일정한 발진주파수에 의해 자장을 형성하고 있다가 금속 등의 접근에 의해 자장이 일그러질 때에는 미세한 신호의 변화가 발생하게 되는 검출 코일이다.

(2)는 검출코일(1)에 접속되어 접속 코일(1)이 자장을 형성할 수 있도록 일정한 주파수의 고주파 발진을 유지시켜 주는 발진 회로이고, (3)은 발진 회로(2)로 부터의 미세한 신호의 변화를 증폭시켜 커다란 신호로 만들고, 불필요한 잡음을 제거하며 아날로그신호를 디지탈신호화시켜 출력 회로로 보내는 검파 회로이다.

(4)는 직류 10∼30V 전원입력을 접근 스위치에서 사용되는 일정한 전압으로 유지시키기 위한 전원 회로로서, 입력전압이 10V이건 15V 또는 30V로 변화되어도전원회로(4)를 거치면서 일정한 전압으로 유지되기 때문에 근접 스위치의 동작에는 변동이 없다.

(5)는 검파 회로(3)의 출력을 받아 트랜지스터로 컨트롤하여 출력이 일정전류를 초과하지 않도록 동작표시 LED 및 출력단자 OUT를 작동하는 출력 회로이고, (6)은 출력 회로(5)에 결합되는 쇼트 보호 회로로서, 플러스(+)전원입력과 출력단자 OUT 양단에 부하가 쇼트 되었을 때, 근접스위치의 작동을 차례적으로 증단시켜 근접스위치가 파괴되지 않도록 보호하는 기능을 갖는다.

(7)은 쇼트 보호 회로(6)에 결합된 자기진단 LED 점멸회로로서, 쇼트 보호 회로(6)의 작동시 동작표시LED가 자체적 진단에 의한 LED 점멸회로 작동에 의해서 사용자가 근접 스위치의 상태를 인지할 수 있도록 일정한 간격으로 LED가 점멸 한다.

다음에, 본 발명의 주요 특징인 주요 회로에 대해 도 3 및 도 4를 사용하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 고주파 발진형 직류 2선식 근접 스위치에 있어서의 쇼트 보호회로도이고, 도 4는 본 발명에 따른 고주파 발진형 직류 2선식 근접 스위치에 있어서의 자기 진단 LED 점멸회로도 이다.

도 3에 있어서, (10)은 도 2에 도시된 발진 회로(2), 검파 회로(3), 전원 회로(4)등으로 이루 어진 주회로이고, (31)은 출력 회로(5)에 결합되는 부하이다.

출력 회로(5)내의 출력TR Q1은 부하(31)에 연결되고, 정상적인 작동을 할 때에는 출력TR의 베이스로 공급되는 저항R3의 입력 1과 0의 신호에 따라서 온(ON),오프(OFF) 작동을 한다. 그러나, 부하(31)가 과전류 또는 쇼트 되었을 때에 근접스위치가 작동하면 저항R3으로 입력 1이 공급되어 출력TR Q1이 쇼트 되므로, 부하(31)의 양단에 걸리던 전압강하가 저항R1과 R2에 그대로 걸리게 된다. 이 때, 출력TR Q1의 에미터에는 부하가 정상 동작할 때와는 달리 높은 전압이 생기게 되고, 이 전압을 이용하여 쇼트보호회로(6)를 구성하여 저항R3으로 공급되던 입력 1을 정지시켜 0의 상태로 만든다. 결국, 출력TR Q1은 저항R3에서 입력이 공급되지 않으므로 끊어진 상태로 된다. 따라서, 부하에 과전류 또는 쇼트가 발생했을 때 이상과 같은 구성에 의해 전원 및 출력트랜지스터 등을 보호할 수 있다.

도 4에 있어서, (41)은 사용자가 근접 스위치의 사용자에게 부하의 불량 등을 인식시키기 위한 동작 표시등이다.

상술한 바와 같이, 부하(31)가 과전류 또는 쇼트 되었을 때에는 출력에서 받은 신호에 의해 쇼트보호회로(6)가 작동해서 출력이 정지된다. 이 때, 쇼트 보호 회로(6)에서 미세한 신호를 받아 콘덴서를 통해 충전을 시킨다. 이 콘덴서에만 충전된 전류를 방전시켜 주회로(10)를 거쳐 동작 표시등(41)을 작동시킨다. 이 때, 미세한 전류이므로 출력에는 영향을 미치지 않고 동작 표시등(41)만 작동시키는 것이다.

콘덴서는 방전을 하였으므로 다시 충전하는 시간동안 동작표시등(41)은 작동하지 않게 되고, 다시 콘덴서에 충전된 전류는 재방전하여 방전시간동안 동작표시 등을 작동하게 된다. 방전된 콘덴서는 다시 충전하게 되고 연속적인 반복동작에 따라 동작표시등(41)은 일정한 주기로 깜빡거리며 점멸 하게 된다.

이상과 같은 구성으로, 동작표시등(41)을 쇼트보호회로(6)가 동작할 때에만 깜빡이게 하여 부하(31)가 과전류 또는 쇼트 되었다는 것을 사용자에게 알려줄 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 쇼트보호회로를 이용하여 근접스위치의 작동을 정지시켜 근접스위치와 부하 및 전원을 보호하고, 근접스위치의 부하가 현재 쇼트 또는 과전류상태에 있다는 것을 쇼트보호회로 작동시 병행하여 자기진단LED점멸회로를 작동시키는 것에 의해서 근접 스위치 내에 표시되는 동작표시등을 일정한 주기로 깜빡거리도록 하여 부하의 불량 또는 쇼트 상태를 사용자가 눈으로 확인할 수 있다.

또, 쇼트보호회로와 같은 기능의 향상으로 인해 근접스위치의 보호 및 부하의 전원 등을 보호할 수 있으며, 손이 닿지 않는 높은 곳에 설치된 근접스위치에 부하가 쇼트 되었거나 과전류가 흐르는지의 여부를 동작표시등의 깜빡거림을 통해 직접 올라가서 확인해보지 않고도 알 수가 있다.

또한, 자동 창고 등 사람이 들어가지 않고 모니터를 통해 기계 등의 작동을 확인하는 곳에서도 동작표시등의 깜빡거림에 의해서 직접 들어가서 확인하지 않고도 알 수 있으며, 쇼트나 과전류 시의 자체적인 진단을 근접스위치가 해 주는 것에의해 작업능률을 향상시킬 수 있다.

또한, 기존 센서들은 부하가 쇼트 되어 근접스위치 파괴시 점검을 하려면 센서를 분해하여 점검하고 확인한 후 부하쇼트지점을 점검하여 고장수리를 하기 때문에, 생산라인 정지시 막대한 생산손실을 보게 된다. 그러나, 본 발명에 의하면 근접스위치 표시등의 깜빡거림만 보아도 부하에 과전류가 흐르는 것을 확인할 수 있으므로, 고장 수리 시간이 대폭 단축된다는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 고주파 발진형 직류 2선식 근접 스위치로서,

   측정 대상의 물체를 검출하는 검출면을 갖고, 상기 물체의 접근에 의해 자장이 일그러질 때에는 미세한 신호의 변화를 발생시키는 검출 코일,

   상기 검출코일에 접속되고, 상기 접속 코일이 자장을 형성할 수 있도록 일정한 주파수의 고주파 발진을 유지시켜 주는 발진 회로,

   상기 발진 회로로부터의 미세한 신호의 변화를 증폭하고, 불필요한 잡음을 제거하며 아날로그신호를 디지털 신호화하는 검파 회로,

   상기 검파 회로의 출력을 받고, 그 출력이 일정전류를 초과하지 않도록 제어하는 출력 회로,

   상기 출력 회로에 결합되고, 상기 근접스위치의 작동을 차례적으로 중단시켜 상기 근접스위치가 파괴되지 않도록 보호하는 쇼트 보호회로 및

   상기 쇼트 보호 회로의 작동시 사용자가 상기 근접 스위치의 상태를 인지할 수 있도록 일정한 간격으로 LED를 점멸 시키는 수단을 포함하고, 상기 LED를 점멸시키는 수단은 상기 쇼트 보호 회로로부터의 미세한 신호를 받아 충전하는 콘덴서와 사용자에게 상기 근접 스위치의 상태를 통지하는 동작 표시등을 포함하며,

   상기 콘덴서에 충전된 전류에 의해 상기 동작 표시등이 작동되며, 상기 콘덴서에 충전된 전류는 상기 출력 회로에 영향을 주지 않을 정도로 미세하고, 상기 동작 표시등만을 작동시키도록 형성된 것을 특징으로 하는 근접 스위치.
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