KR100375815B1

KR100375815B1 - 힘과 변위를 동시에 측정가능한 측정장치

Info

Publication number: KR100375815B1
Application number: KR10-2000-0013022A
Authority: KR
Inventors: 양순용; 이병룡
Original assignee: 학교법인 울산공업학원
Priority date: 2000-03-15
Filing date: 2000-03-15
Publication date: 2003-03-19
Also published as: KR200192079Y1; KR20010091382A

Abstract

힘과 변위 측정장치가 개시된다. 힘과 변위 측정장치는 2 개의 선형가변차등변압기를 이용하여 측정재료에 작용하는 힘과 상기 힘에 의하여 발생하는 변위량을 동시에 측정가능한 측정부, 그리고 상기 힘과 변위 측정부에 전기적으로 연결되어 측정된 힘과 변위를 증폭, 변환, 처리, 출력하는 제어부로 구성된다.

Description

힘과 변위를 동시에 측정가능한 측정장치{Apparatus for measuring force and variation, simultaneously}

본 발명은 힘과 변위 측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선형가변차등변환기(LVDT:Linear Variable Differencial Transformer)에 의하여 힘과 변위를 동시에 측정가능한 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차용 강판은 자동차의 안전도에 중요한 인자이다. 즉, 충돌등의 사고가 발생하였을 경우, 강판의 강도가 충분히 유지되어야 탑승자의 안전이 최대로 보장된다.

이러한 자동차용 강판의 성능은 강판에 외력이 작용하였을 경우, 강판에 어느 정도 변위가 발생하였는지와 밀접한 관련이 있다.

따라서, 자동차용 강판의 강도를 시험하기 위하여 여러 방안이 개시된다. 즉, 강판에 작용하는 힘의 크기를 측정하는 센서와 강판에 발생한 변위를 측정하는 변위센서를 각각 이용하여 강판의 성능을 시험하는 것이 일반적인 방안이다.

그러나, 전술한 방식은 힘의 크기를 측정하는 센서와 변위센서를 별도로 구비하여 각각 측정하여야 하므로 측정작업이 번거롭고, 작업시간이 오래 걸리는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 힘과 변위를 동시에 측정하므로써 측정시간을 절감하고, 측정작업을 간편하게 수행할 수 있는 측정장치를 제공하는데 있다.

도1 은 본 발명에 따른 힘과 센서를 동시에 측정가능한 측정장치를 보여주는 개략도.

*도면의 주요부분에 대한 부호설명*

1: 힘과 변위 측정장치

10: 측정부

14: 가압대

15: 스프링(Spring)

16,17: 제1 및 제2 선형가변차등 변압기

20: 제어부(Control Portion)

23: 증폭부

24: 변환부

25: 해석부

26: 출력부

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 2 개의 선형가변차등변압기를 이용하여 측정재료에 작용하는 힘과 상기 힘에 의하여 발생하는 변위량을 동시에 측정가능한 측정부, 그리고 상기 힘과 변위 측정부에 전기적으로 연결되어 측정된 힘과 변위를 증폭, 변환, 처리, 출력하는 제어부로 구성되는 힘과 변위 측정장치를 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 측정부는 케이스, 상기 케이스의 내부에 장착되어 강판을 가압하므로써 힘과 변위를 발생시키는 제1 및 제2 가압대, 상기 제1 및 제2 가압대의 사이에 배치되어 작용하는 힘에 의하여 눌려지는 스프링, 상기 제1 가압대의 외주면에 장착되는 탄성 스프링, 상기 강판의 변위량을 측정하는 제1 선형가변차등변압기, 상기 탄성 스프링에 연결되어 탄성 스프링의 변위량을 측정하는 제2 선형가변차등변압기, 그리고 상기 제2 가압대에 소정의 외력을 가하는 손잡이로 구성된다.

그리고, 상기 제어부는 상기 측정부에 전기적으로 연결된 제1 및 제2 케이블을 통하여 전달된 전기신호를 증폭하는 증폭부(2 channel LVDT board), 증폭부에서 증폭된 전기신호를 디지털 신호(Digital Signal)로 변환하는 변환부(A/D Board), 변환부로부터 인가된 디지털 신호를 해석하여 힘과 변위신호로 분리하는 해석부(Controller), 그리고 해석부로부터 인가된 힘과 변위신호를 시각적으로 인식할 수 있도록 표시하는 출력부(LCD)로 구성된다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.

도1 은 본 발명에 따른 힘과 센서를 동시에 측정가능한 측정장치를 보여주는개략도이다.

도시된 바와 같이, 힘과 변위 측정장치(1)는 힘과 변위 측정부(10) 및 힘과 변위 측정부(10)에 전기적으로 연결되어 측정된 힘과 변위를 증폭, 변환, 처리, 출력하는 제어부(20)로 구성된다.

힘과 변위 측정부(10)는 케이스(11), 케이스(11)의 내부에 장착되어 강판(12)을 가압하므로써 힘과 변위를 발생시키는 제1 및 제2 가압대(14,19), 제1 및 제2 가압대(14,19)의 사이에 배치되어 작용하는 힘에 의하여 눌려지는 스프링(27), 제1 가압대(14)의 외주면에 장착되는 탄성 스프링(15), 강판(12)의 변위량을 측정하는 제1 선형가변차등변압기(16), 탄성 스프링(15)에 연결되어 탄성 스프링(15)의 변위량을 측정하는 제2 선형가변차등변압기(17), 그리고 가압대(14)에 소정의 외력을 가하는 손잡이(18)로 구성된다.

제1 및 제2 가압대(14,19)는 각각 요철부가 형성되어, 상기 요철부가 서로 결합하므로써 일체로 결합된다. 그리고, 제1 및 제2 가압대(14,19)는 스프링(27)에 의하여 서로 탄력적으로 연결된다. 따라서, 손잡이(18)를 가압하게 되면, 제2 가압대(19)에 전달된 외력은 스프링(27)을 통하여 제1 가압대(14)에 전달되므로써, 강판(12)을 가압하게 되는 것이다.

제1 가압대(14)의 외주면에는 제1 날개부(14a)가 반경방향으로 돌출 형성된다. 제1 날개부(14a)는 제1 선형가변차등변압기(16)와 접촉하게 된다. 따라서, 제1 가압대(14)가 화살표 방향(28)을 따라 이동하는 경우 제1 날개부(14)가 제1 선형가변차등변압기(16)를 누르게 되므로써 강판(12)의 변위를 측정하게 되는 것이다.

한편, 제2 가압대(19)의 외주면에도 제2 날개부(19a)가 반경방향으로 돌출 형성된다. 제2 날개부(19a)는 제2 선형가변차등변압기(17)와 접촉하게 된다. 따라서, 손잡이(18)에 외력이 가해지면 제2 가압대(17)가 화살표 방향(28)을 따라 눌려지게 되며, 이때, 스프링(27)이 탄력적으로 압축되며, 제2 선형가변차등변압기(17)는 이러한 스프링(27)의 압축량을 측정하므로써 강판(12)에 작용하는 힘의 크기를 측정하게 되는 것이다.

전술한 구성을 갖는 힘과 변위 측정부(10)는 사용자가 손잡이(18)를 가압하므로써 제1 가압대(14)가 화살표 방향(28)을 따라 강판(12)의 표면을 누르게 된다. 이때, 탄성스프링(15)은 강판(12)에 작용한 힘에 비례하여 압축되므로써 소정 범위의 변위량이 발생하게 된다. 그리고, 제2 선형가변차등변압기(17)가 이 탄성스프링(15)의 변위량을 측정하게 되는 것이다.

이 변위량에 탄성 스프링(15)의 스프링 상수를 곱하면 가압되는 힘을 측정할 수 있다.

또한, 강판(12)에 외력이 가해지는 경우, 강판(12)이 수직방향으로 소정거리의 변위를 일으킨다. 따라서, 제1 선형가변차등변압기(16)는 공지된 바와 같이 강판(12)상의 임의의 두점사이의 거리를 측정하므로써 변위량을 측정하게 되는 것이다.

전술한 제1 및 제2 선형가변차등변압기(16,17)에 의하여 힘과 변위는 전기신호에 의하여 제1 및 제2 케이블(21,22)을 통하여 제어부(20)로 전달된다.

제어부(20)는 제1 및 제2 케이블(21,22)을 통하여 전달된 전기신호를 증폭하는 증폭부(2 channel LVDT board;23), 증폭부(23)에서 증폭된 전기신호를 디지털 신호(Digital Signal)로 변환하는 변환부(A/D Board;24), 변환부(24)로부터 인가된 디지털 신호를 해석하여 힘과 변위신호로 분리하는 해석부(Controller;25), 그리고 해석부(25)로부터 인가된 힘과 변위신호를 시각적으로 인식할 수 있도록 표시하는 출력부(LCD;26)로 구성된다.

전술한 바와 같이, 힘과 변위 측정부(10)로부터 측정된 힘과 변위량은 전기신호로 변환되어 제1 및 제2 케이블(21,22)을 통하여 제어부(20)로 인가되어 증폭부(23)에서 소정 레벨로 증폭된다. 그리고, 소정 레벨로 증폭된 전기신호는 변환부(24)를 통하여 디지털 신호로 변환되며, 변환된 디지털 신호는 해석부(25)에 의하여 힘과 변위신호로 분리된다. 이때, 힘과 변위량의 상관관계는 다음공식에 의하여 결정된다.

즉, F=δ2*K 에 의하여 결정되는 것이다.

(F: 힘, δ2: LVDT 2 의 변위량, K:스프링 상수)

그리고, 해석부(25)에 의하여 결정된 힘과 변위는 출력부(26)로 인가된다.

따라서, 최종적으로는 액정표시장치(LCD)에 의하여 힘과 변위량이 문자로 표시되므로써 사용자는 강판(12)에 작용하는 힘과 변위량을 인식할 수 있는 것이다.

전술한 바람직한 실시예에 있어서는 강판(12)을 측정대상으로 하였지만, 상기 측정장치(1)는 강판(12)이외에도 모든 측정가능한 시험재료에 적용가능하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 힘과 변위 측정장치는 힘과 변위를 동시에 측정하므로써 측정시간이 단축되고, 측정작업이 간편한 장점이 있다.

본 발명은 당해 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 특허청구의 범위에서 청구하는 본 고안의 요지를 벗어나지 않고도 다양하게 변경실시 할 수 있으므로 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니한다.

Claims

케이스, 상기 케이스의 내부에 장착되어 측정재료를 가압하므로써 힘과 변위를 발생시키는 제1,2가압대, 상기 제1,2가압대 사이에 배치되어 작용하는 힘에 의하여 눌려지는 스프링, 상기 제1가압대의 외주면에 장착되는 탄성스프링, 상기 측정재료의 변위량을 측정하는 제1선형가변차등변압기, 상기 탄성스프링에 연결되어 탄성스프링의 변위량을 측정하는 제2선형가변차등변압기, 그리고 상기 제2가압대에 소정의 외력을 가하는 손잡이로 구성되어, 측정재료에 작용하는 힘과 상기 힘에 의하여 발생하는 변위량을 동시에 측정가능한 측정부; 그리고

상기 측정부에 전기적으로 연결되어 측정된 힘과 변위를 증폭, 변환, 처리, 출력하는 제어부로 구성되는 것을 특징으로 하는 힘과 변위를 동시에 측정가능한 측정장치.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 측정부에 전기적으로 연결된 제1 및 제2 케이블을 통하여 전달된 전기신호를 증폭하는 증폭부(2 channel LVDT board), 상기 증폭부에서 증폭된 전기신호를 디지털 신호(Digital Signal)로 변환하는 변환부(A/D Board), 상기 변환부로부터 인가된 디지털 신호를 해석하여 힘과 변위신호로 분리하는 해석부(Controller), 그리고 상기 해석부로부터 인가된 힘과 변위신호를 시각적으로 인식할 수 있도록 표시하는 출력부(LCD)로 구성되는 것을 특징으로 하는 힘과 변위를 동시에 측정가능한 측정장치.