KR100500736B1

KR100500736B1 - 유도 전압을 이용한 중량하중 측정 센서 게이지 및 그센서를 이용한 중량하중 측정 시스템

Info

Publication number: KR100500736B1
Application number: KR10-2003-0063145A
Authority: KR
Inventors: 박흥준
Original assignee: 박흥준
Priority date: 2003-09-09
Filing date: 2003-09-09
Publication date: 2005-07-11
Also published as: KR20050026167A

Abstract

본 발명은 구조물에 인가되는 중량하중을 측정하기 위한 중량하중 측정 센서 게이지 및 중량하중 측정 시스템에 관한 것으로서, 본 발명에 의한 중량하중 측정 센서 게이지는, (1) 소정의 피치(pitch)를 가지는 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되며 양단부에 교류 전압이 인가되는 고정 코일과, (2) 변위 발생부의 변위 발생에 연동하여 상기 고정 코일의 길이 방향을 따라 접촉없이 이동하도록 제공되는 단일의 이동 코일을 포함한다.

Description

유도 전압을 이용한 중량하중 측정 센서 게이지 및 그 센서를 이용한 중량하중 측정 시스템{Weighing Sensor Gage Using Induced Voltage and Weighing System Using the Same}

본 발명은 중량하중을 측정하기 위한 중량하중 측정 센서 게이지 및 그러한 센서 게이지를 이용하는 중량하중 측정 시스템에 관한 것으로서, 특히, 탄성 변형이 가능한 구조물에 중량하중을 인가하여 구조물의 변위를 발생시키고, 그 발생된 변위로 인해 유도 전압이 발생하는 유도 전압 변위 측정 센서 게이지를 이용하여 상기 인가된 중량하중을 측정하는 센서 게이지와 시스템에 관한 것이다.

일반적 용도의 종래 전자 저울이나 산업용 전자 저울 등에 채용되는 중량하중 측정 센서는 스트레인 게이지 저항선을 이용하는 소위 전기저항식 로드셀이 널리 사용되어 오고 있다. 이 로드셀은 중량하중이 인가되어 구조물에 스트레인이 발생하면 이를 스트레인게이지의 저항선의 저항 변화로 감지하여 전기 신호로 변화시키고, 이 전기신호를 측정함으로써 인가된 중량하중을 측정하는 방식을 채택하고 있다.

로드셀은 통상 1/3,000 정도의 정밀도 구현이 가능한데 그 이상의 정밀도를 구현하기란 여간 어렵지 않다. 이는, 스트레인 게이지를 부착하는 본드가 스트레인을 왜곡시켜 전달하게 되고, 이 본드층이 구조물의 인장 및 압축 거동을 방해하는 문제가 있기 때문이다. 또한, 본드는 고분자 물질로서 불균질한 비정질 조직 구조이기 때문에 기계적 특성이 균일하지 못하고, 그 기계적 특성을 예측하는 것 또한 용이하지 않았다.

스트레인 게이지 자체의 특성도 고정밀도 구현에 방해가 되는데, 이는 스트레인게이지의 저항물질 아래에 페놀이나 폴리아미드 등의 고분자 물질로 이루어진 백플레이트(back plate)가 상기 본드층과 같이 스트레인이 왜곡없이 전달되는 것을 막는 문제가 있기 때문이다.

나아가, 스트레인게이지의 저항물질의 단면 형상이 전체에 걸쳐 균일하기 어렵기 때문에 구조물의 압축/인장 변형에 연동하여 균일하게 변형되기 어렵다.

중량하중 측정을 위한 또 다른 종래 기술로서 전자력 평형식 마그네틱 중량하중 센서가 있는데, 이 센서는 매우 복잡한 기계 메카니즘을 채용하고 있어 제작하기가 어렵고 매우 고가이다. 또한, 중량하중과의 평형력으로 작용하는 전자력을 크게 하는 데에는 전기적, 공간적 제약이 있고, 상기의 복잡한 기계 메커니즘에는 두께가 얇은 많은 힌지를 포함하고 있기 때문에 고중량하중을 측정하기 위한 센서로는 부적합하다는 문제점이 있으며, 외부 충격이 매우 취약하다는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 종래 중량하중 측정 센서와 시스템의 문제점을 해결하고 보다 더 간단한 구조로 보다 더 정밀도가 높은 중량하중 측정이 가능한 중량하중 측정 센서 게이지 및 중량하중 측정 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 중량하중 측정 센서 게이지는, (1) 소정의 피치(pitch)를 가지는 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되며 양단부에 교류 전압이 인가되는 고정 코일과, (2) 상기 변위 발생부의 변위 발생에 연동하여 상기 고정 코일의 길이 방향을 따라 접촉없이 이동하도록 장착되는 단일의 이동 코일을 포함한다.

본 명세서에서 단일(single)의 이동 코일이라 함은, 고정 코일에 대해서 어느 한 방향으로만 이동하는 이동 코일을 상정하여, 양방향의 이동 변위의 측정을 위해 필요한 한 쌍의 이동 코일이 아니라, 하나의 이동 코일이 채용됨을 의미한다.

그리고 코일의 길이 방향이라 함은, 코일의 패턴이 반복되어 진행하는 방향을 의미한다.

상기 이동 코일은 고정 코일과 동일한 피치를 가지는 패턴이 반복되는 것이 바람직하며, 고정 코일 피치의 1/2 범위 내에서 이동하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 고정 코일과 이동 코일의 패턴은 직선으로 연장하는 제1 부분과, 상기 제1 부분에 대해 수직방향으로 연장하는 제2 부분과, 제2 부분에 대해 수직방향으로 상기 제1 부분과 평행하도록 연장하는 제2 부분과, 제2 부분에 대해 수직방향으로 연장하는 패턴 연결부를 포함한다. 즉 고정 코일과 이동 코일은 지그재그(zigzag)형 패턴의 연속이다.

본 발명에 의한 중량하중 측정 시스템은 중량하중이 인가되면 변위가 발생하는 변위 발생부를 포함하는 구조물에 인가되는 중량하중을 측정하는데, (1) 소정의 피치를 가지는 패턴이 반복되며 교류 전압이 인가되는 고정 코일과, 상기 변위 발생부의 변위 발생에 연동하여 상기 고정 코일의 길이 방향을 따라 접촉없이 이동하도록 장착되는 단일의 이동 코일을 포함하는 중량하중센서 게이지와, (3) 상기 이동 코일의 측정된 유도 전압을 기초로 하여 인가 중량하중의 크기를 연산하는 연산부를 포함한다. 연산부는 마이크로 프로세서인 것이 바람직하다.

상기 유도 전압은 상기 중량하중이 인가된 후 시간에 따라 지속적으로 유도 전압을 측정하지 않고 소정의 일정 시간이 경과한 후에 측정되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 특징에 의한 중량하중 센서 게이지는 (1)소정의 피치(pitch)를 가지는 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되며 양단부에 전압이 인가되는 고정 코일과, (2) 상기 변위 발생부의 변위 발생에 연동하여 상기 고정 코일의 길이 방향의 수직 방향을 따라 접촉없이 이동하도록 장착되는 단일의 이동 코일을 포함한다.

이 중량하중 센서 게이지에 의하면, 이동 코일이 코일 길이 방향의 수직 방향으로 이동하기 때문에, 전술한 중량하중 센서 게이지에 비하여 이동 코일의 이동 변위의 제약없이 중량하중을 측정할 수 있게 된다.

이러한 중량하중 센서 게이지가 채용되는 중량하중 측정 시스템은, (1) 소정의 피치를 가지는 패턴이 반복되며 교류 전압이 인가되는 고정 코일과, 상기 변위 발생부의 변위 발생에 연동하여 상기 고정 코일의 길이 방향의 수직 방향을 따라 이동하도록 장착되는 단일의 이동 코일을 포함하는 중량하중 센서 게이지와, (2) 상기 이동 코일의 측정된 유도 전압을 기초로 하여 인가 중량하중의 크기를 연산하는 연산부를 포함한다.

이하에서는, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명에 의한 중량하중 측정 센서 게이지를 이용하여 중량하중을 측정하기 위한 시스템의 일례가 도시되어 있다. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 중량하중 측정 시스템은 발진부(31)와, 교류 전압 인가부(33)와, IPPA 게이지(1)와, 증폭기(11)와, AC/DC 컨버터(12)와, 액티브 필터(13)와, A/D 컨버터(14)와, 연산부(15)를 포함한다. 본 명세서에서 "IPPA 게이지"라 함은 Inductance Pattern Potential Analogue Gage의 약자로서, 어느 한쪽의 교류 전압이 인가되는 고정 코일에 대해 다른 한쪽의 이동 코일이 이동함으로써 이동 코일에 유도되는 유도 전압을 기초로 하여 시간에 따라 지속적으로 유도 전압을 측정하지 않고 소정의 일정 시간이 경과한 후에 측정함으로써 중량하중에 상응하는 구조물의 변위를 이동경로에 독립적으로 측정하는 게이지를 의미한다.

발진부(31)는 고주파 발진 회로를 포함하는데, 이 발진부(31)에 의해 발생된 교류 신호는 교류 전압 인가부(33)에 의하여 소정 수준의 전압으로 증폭된다. 교류 전압 인가부(33)는 IPPA 게이지(1)에 교류 신호를 인가한다. IPPA 게이지(1)는 고정되어 있는 고정 코일(800)과 고정 코일(800)에 대해서 접촉없이 이동 가능한 이동 코일(850)로 구성되어 있다. IPPA 게이지(1)의 상세한 구성에 대해 도 6과 도 7을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

IPPA 게이지(1)는 도 6과 도 7에 도시된 바와 같이, 고정 코일(800)과 고정 코일(800)에 대해 접촉없이 이동 가능하게 배치되는 이동 코일(850)을 포함한다. 실제로는, 고정 코일(800)과 이동 코일(850)은 각각 평판에 형성되는데 설명의 용이성을 위하여 평판의 도시는 생략하였다.

고정 코일(800)과 이동 코일(850)은 각각 반복되는 패턴으로 형성되는데, 각각의 패턴은 직선으로 연장하는 제1 부분(810)과, 제1 부분(810)의 말단으로부터 제1 부분에 대해서 수직으로 연장하는 제2 부분(820)과, 제2 부분(820)의 말단에서 제2 부분(820)에 대해서 수직으로 연장하되 제1 부분(810)과 평행하게 연장하는 제3 부분(830)을 포함한다. 이러한 패턴이 반복되어 연장되는데, 각 패턴의 연결부는 제3 부분(830)에 대하여 수직으로 연장하여 각 패턴을 연결한다.

각 패턴은 피치(P)를 가지는데, 고정 코일(800)과 이동 코일(850)의 피치는 동일한 것이 바람직하다.

한편, 이동 코일(850)은 초기 상태에서 고정 코일(800)과 나란하게 배치되는데, 본 발명에 의한 구조물의 중량하중 측정에 있어서는 이동 코일(850)이 어느 한 방향으로만 이동경로에 독립적으로 최종 변위를 측정할 뿐이므로, 이동 코일(850)은 단일(single)로 제공되며, 종래의 유도 전압을 이용한 측정장치처럼 한 쌍의 이동 부재가 제공되지 않는다.

도 7에는 도 6에 도시되어 있는 IPPA 게이지의 이동 코일(850)이 구조물의 변위 발생에 따라 코일의 길이 방향으로 1/4 피치만큼 이동한 상태가 도시되어 있다. 이처럼 이동 코일(850)이 고정 코일에 대하여 이동하면 이동 코일(850)의 단부에는 유도 전압이 발생하고, 발생된 전압 신호는 증폭기(11)에서 증폭된다. 증폭기(11)는 일반적으로 OP 앰프인데, 차동 증폭을 수행하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 의한 이동 코일(850)은 도 8에 도시된 바와 같이 코일의 길이 방향에 대하여 수직인 방향으로 이동할 수도 있다. 이 실시예에서는 구조물(30)의 변위를 보다 더 넓은 범위에 걸쳐서 측정할 수 있는 장점이 제공된다.

도 4a에는 도 7과 같이 코일의 길이 방향으로 이동 코일(850)이 이동하는 실시예에 의한 IPPA 게이지(1)가 구조물(30)에 장착되어 구조물(30)의 변위를 측정할 때의 단면도가 도시되어 있으며, 도 4b에는 도 8에서와 같이 코일의 길이 방향의 수직 방향으로 이동 코일(850)이 이동하는 실시예에 있어서의 IPPA 게이지(1)가 장착된 상태의 단면도가 도시되어 있다. 양 실시예 모두 구조물(30)에 대해 중량하중이 인가되었을 때에 변위가 발생하는 변위 발생부(35)의 변위에 따라 이동 코일(850)이 이동하고, 이로 인해 이동 코일(850)에 발생하는 유도 전압의 변화값을 측정하여 상기 인가된 중량하중을 측정할 수 있게 된다.

도 9에는 이동 코일(850)에 유도되는 전압과 시간의 그래프가 도시되어 있다. 도 9의 그래프에 도시되어 있는 바와 같이 이동 코일(850)에 유도되는 전압의 크기는 다소의 요동(fluctuation)이 있은 후 어느 값으로 수렴하게 되는데, 이 수렴한 전압값을 측정하기 위해 Δt만큼의 소정의 일정 시간이 흐른 후의 Vout을 측정하는 것이 바람직하다.

한편, IPPA 게이지(1)에서 유도되어 증폭기(11)를 거쳐서 제공되는 전기적 신호는 AC 신호인데, 이를 DC 신호로 변환시켜주기 위한 수단으로서 AC/DC 컨버터(12)가 제공된다.

DC 신호로 변환된 전기적 신호는 서지 신호(surge signal) 등의 차단을 위하여 액티브 필터(24)를 거쳐 유효한 최적의 신호를 확보한 후, A/D 컨버터(14)에 의해서 디지털 신호로 변환된다. 이 디지털 신호는 최종적으로 연산부(12)로 입력되고 연산부(12)에서는 이동 코일(850)에 유도된 전압 신호에 기초한 상기 디지털 신호로부터 구조물(30)에 인가된 중량하중의 크기를 계산한다.

연산부(12)로는 마이크로 프로세서가 사용되는 것이 바람직하며, 계산된 중량하중의 크기를 디스플레이 장치 등을 통해 표시되게 할 수 있다. 그 밖에 공지된 입력 수단을 통하여 마이크로 프로세서에 설정값, 셋업 정보 및 팩터 저장, 통신이나 타이머 등을 입력할 수 있다.

도 2에는 본 발명에 의한 중량하중 측정 방법의 과정을 보여주는 흐름도가 도시되어 있다.

구조물에 중량하중이 인가되면(단계(S200)) 구조물이 변형되는데(단계(S210)), 이때 변형되는 구조물의 변위량에 따라 IPPA 게이지(1)의 이동 코일(850) 역시 변위가 발생하고, 이로 인해 이동 코일(850)에는 고정 코일(800)과의 관계에 있어서 유도 전압의 변화가 발생한다.(단계(S220))

IPPA 게이지(1)에 있어서는 발진부(31)에 의하여 유도 교류 전압이 발생되고, 교류 전압인가부(33)에 의해 고정 코일(800)에 전압이 인가되는데, 이동 코일(850)이 고정 코일(800)에 대해 구조물(30)의 변위 발생과 함께 접촉없이 이동함으로써 전자기 유도 현상에 의하여 유도 전압의 변화가 발생한다.

이렇게 발생된 유도전압의 변화값은 증폭기(11)를 통해 차동 증폭된 후(단계(S230)), 필요에 따라 AC→DC 신호 변환을 수행하고(단계(S240)), 서지 신호를 차단한 다음(단계(S250)) 아날로그 신호→디지털 신호 변환을 수행하며(단계(S260)), 디지털 신호를 처리하여 연산부 즉 마이크로 프로세서(15)는 인가된 중량하중을 정확하게 계산한다.((단계(S270)) 이렇게 처리한 신호, 즉 중량하중은 디스플레이 장치를 통하여 표시된다.(단계(S280))

상기 마이크로 프로세서(15)에서는 신호의 처리와 연산뿐만 아니라 키를 입력하거나, 셋업정보 및 펙터(Factor)를 저장하거나, 통신을 수행하거나, 타임을 입력하거나 하는 등의 보상 행위를 수행하며, 통신방법으로는 일방향 또는 쌍방향을 적절하게 설정하여 진행될 수 있도록 한다.

도 3a 내지 도 5와, 도 10 내지 도 33에는 본 발명의 다양한 실시예에 의한 구조물(30)에 대해서 본 발명에 의한 IPPA 게이지(1)를 장착하여, 구조물(30)에 중량하중을 인가하여 변위 발생부(35)의 변위를 유도하는 상태의 사시도 및 단면도가 도시되어 있다. 상기 도면은 주로 도 7과 같이 이동 코일(850)이 이동하는 실시예에 대한 것이지만, 도 8과 같이 이동 코일(850)이 이동하는 실시예의 경우도 도 3b 및 도 4b에 도시된 바와 같이 IPPA 게이지(1)가 구조물에 장착되는 것을 제외하고는 도 7의 실시예와 그 단면은 대동소이하다.

도 3a 내지 도 5에 도시된 실시예가 가장 기본적인 실시예인데, 이 실시예에서는 통상(筒狀) 부재인 구조물(30)의 내부는 중공부(40)가 형성되어 있고, 구조물(30)의 윗면은 중심축선(수직축선)을 포함하는 변위 발생부(35)로 형성되어 있다.

상기 구조물(30)에는 변위 발생부(35)의 중앙에 돌출부를 두어 이곳에 중량하중을 직접 인가할 수 있게 하는 것이 바람직하다. 상기 변위 발생부(35)는 중량하중에 비례하여 변형되어 변위가 발생되는 부분으로서 이 부분의 변위량은 IPPA 게이지(1)의 이동 코일(850)에 전달되고, 이동 코일(850)의 이동에 의하여 유도 전압이 발생되어 출력된다. 출력된 유도 전압은 전술한 과정을 거쳐서 처리되어 상기 인가된 중량하중이 계산된다.

구조물(30)은 바닥부를 분리 가능하게 구성할 수 있으며, 이렇게 바닥부를 구성하는 경우 중공부(40)는 외부와 차단될 수 있다.

상기 변위 발생부(35)는 얇은 두께로 이루어진 탄성체로서, 중앙부분이 그 주변에 비해 돌출하도록 구성함으로써 중량하중에 의한 변위 유도가 용이하게 하는 것이 바람직하다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 구조물(30)보다 더 효과적으로 중량하중에 의한 변위를 유도하기 위해 변위 발생부(35)에 도 10에 도시된 바와 같은 변형유도홈(60)을 형성할 수 있다.

상기 변형유도홈(60)은 도 10 내지 도 15에 도시되어 있는 바와 같이 변위 발생부(35)의 윗면 또는 내측면에서 중심축선에 대해 동심원상으로 파여 있는 형태, 즉 중심축선의 주위를 따라가면서 일정한 직경으로 파여 있는 연속홈 형태로 되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 변형유도홈(60)으로 인해 변위 발생부(35)의 전체적인 두께를 좀더 두껍게 유지할 수 있고, 중량하중에 의한 구조물(30)의 변형과 변위를 유도하는 효과도 한층 더 높일 수 있다.

이러한 변형 유도홈(60)은 직경차이를 갖는 짝수 개가 적용될 수 있다. 도 10 내지 도 15에는 변형유도홈(60)이 형성되어 있는 구조물(30)의 예가 도시되어 있다. 중량하중을 인가할 때에 구조물(30)은 고정 부재(50)에 의하여 고정된다.

IPPA 게이지(1)는 구조물의 변형에 의해 발생하는 변위량을 그에 상응하는 유도 전압의 변화량으로 변환하여 출력하며, 이동 코일(850)이 형성되어 있는 평판은 구조물(30)의 하부에 장착되고, 고정 코일(800)이 형성되어 있는 평판은 이동 코일(850)과 마주보는 위치에 배치되며 고정 부재에 고정된다.

구조물(30)의 하부에 장착된 평판이 변위 발생부(35)의 변위 발생에 의해 아래쪽으로 이동하면, 이동 코일(850) 역시도 아래 방향으로 이동하고, 교류 전압이 인가되어 있는 고정 코일(800)과의 유도 작용에 의하여 이동 코일(850)에 변화된 유도 전압 Vout이 발생된다.

여기서, 상기 IPPA 게이지(1)는 증폭기(11) 등을 포함하는 회로측과 배선되어 있으며, 출력되는 유도 전압 Vout 신호는 전술한 프로세스를 거쳐 처리되어 이를 토대로 인가된 중량하중을 계산하고 이를 표시하게 된다.

본 발명에 의하면 변위 발생부(35)에 인가되는 중량하중을 왜곡없이 변환 수단(1)에 직접 전달할 수 있고 발진부(31)의 교류 주파수를 높임에 따라 출력되는 유도 전압을 높일 수 있기 때문에, 중량하중 측정에 있어서의 정밀도를 종래의 로드셀을 이용하는 방식에 비해 획기적으로 증대시키는 것이 가능해진다.

이를 위하여, IPPA 게이지(1)를 구성하는 2개의 평판 중 이동 코일(850)이 형성되는 윗쪽의 1개의 평판을 구조물의 변위 발생부(35)의 중심축선과 일치되게 배치하고, 고정 코일(800)이 제공되는 아래쪽 1개의 평판은 이것과 나란하게 배치하는 것이 바람직하다.

이러한 구조에서는 변위 발생부(35)의 중심에 가해지는 수직 방향의 중량하중(도면에서 화살표 방향)이 정확하게 IPPA 게이지(1)측으로 직접 전해질 수 있고, 전달된 변위를 기초로 하여 IPPA 게이지(1)는 구조물(30)의 중량하중에 의한 탄성 변위량, 즉 변위 발생부(35)의 변위량에 상응하는 정확한 유도 전압을 얻을 수 있다. 특히 본 발명에 의하면, 변위 발생부(35)의 변형과 변형으로 인한 변위가 전달될 때에 왜곡 현상이 개재할 가능성이 원천적으로 차단될 수 있으므로 전술한 종래 기술에서와 같은 문제점이 애초에 발생하지 않는다.

또한, 이러한 본 발명의 구조적인 특징은 중량하중의 인가 및 변위량의 전달에 관한 메카니즘을 매우 단순하게 구성할 수 있는 이점을 제공하고, 이에 따라 원가 측면이나 제작성 측면 나아가 정밀도 측면에서 종래 기술에 비해 한층 더 유리한 점을 확보할 수 있다. 더욱이 큰 중량하중이나 충격에 대한 취약점까지도 손쉽게 극복할 수 있으므로 단순 저울용뿐만 아니라 실외의 다양한 산업현장에서 신뢰성있는 중량하중 측정 시스템으로서 매우 폭넓게 사용할 수 있다.

도 16 내지 도 24에는 본 발명의 다른 실시예에 의한 구조물(30)과 변형 형태가 도시되어 있다.

이 구조물(30)은 변위 발생부(35)의 일부가 제거되어 내부의 중공부(40)가 변위 발생부(35)측으로 외부와 연통하는 구조를 취한다.

이러한 구조물(30)에도 중량하중에 의한 구조물(30)의 변형을 효과적으로 유도하기 위한 변형유도홈(60)이 형성될 수 있다. 변형유도홈(60)이 형성되어 있는 구조물의 예가 도 19 내지 도 24에 도시되어 있다. 도 16 내지 도 24에 도시되어 있는 실시예의 구조물(30)의 변형 내지 변위 유도 방식 그리고 그 중량하중 측정 방법은 전술한 예와 대동소이하며 그로 인한 효과 역시 동일하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 25 내지 도 33에는 본 발명의 또다른 실시예에 의한 구조물(30)이 도시되어 있다. 이 구조물(30)은 대략 직육면체 형상인데, 한쪽 측면의 일부가 제거되어 있고 그 내부에 중공부(40)가 형성되어 있다.

이 실시예 역시 중량하중에 의해 야기되는 구조물(30)의 변위량을 그에 상응하는 전기적 신호로 변환하는 IPPA 게이지(1)를 포함한다.

도 25 내지 도 33에 도시되어 있는 실시예의 구조물(30)의 변형 내지 변위 유도 방식 그리고 그 중량하중 측정 방법도 전술한 예와 대동소이하고, 그로 인한 효과 역시 동일하므로, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이러한 본 발명에 의한 IPPA 게이지(1)에 의하면, 이동 코일(850)의 이동 경로에 독립적인 게이지를 구성하여 구조물(30)에 인가되는 중량하중에 의한 변위를 높은 출력의 유도 전압으로 변환하여 이를 기초로 중량하중을 계산할 수 있다. 그리고 중량하중 측정 정밀도 역시 기존의 로드셀에 비한 측정방식보다 훨씬 높은 정밀도의 구현이 가능하다. 또한, 이동 코일(850)을 한 쌍으로 구성하지 않고, 단일의 코일로만 구성하면 되기 때문에 기존의 유도 전압을 이용한 게이지보다 구성이 간단하고, 제작비 또한 저렴하게 구성하는 것이 가능하다.

이상 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 첨부하는 특허청구범위에 의하여 결정되며, 전술한 실시예에 제한되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 당업자에게 자명하고 특허청구범위에 기재되어 있는 발명의 본질에서 벗어나지 않는, 변경, 개량 내지 수정된 기술도 본 발명의 권리범위에 포함됨이 명백하게 이해된다.

전술한 바와 같이 다양하고 단순하게 설계된 구조물을 이용하여 중량하중에 의한 구조물의 변위를 유도하고 유도된 변위량을 비접촉이고 이동 경로에 독립적인 방법으로 직접 측정할 수 있는 본 발명의 중량하중 측정 시스템, 중량하중 센서 게이지 및 중량하중 측정 방법은 다음과 같은 효과를 제공한다.

(1) 구조물의 거동을 방해하고 왜곡시키거나 불균일하며 정확한 예측이 불가능한 요소들을 원천적이고 근본적으로 제거할 수 있으므로, 높은 정밀도를 구현함은 물론 저원가를 달성할 수 있는 장점이 있다.

(2) 저중량하중에서부터 고중량하중(1톤, 10톤, 100톤 및 그 이상)까지 그 범위에 무관하게 매우 폭넓게 적용이 가능한 장점이 있다.

(3) 외부의 충격에도 상대적으로 강한 특성의 센서 게이지 수단을 구현할 수 있는 장점이 있다.

(4) 센서의 크기를 다양하게 구현함은 물론 아주 작게도 만들 수 있으므로, 다양한 분야에 폭넓게 활용할 수 있는 장점이 있다.

(5) 종래의 유도 전압을 이용하여 변위를 측정하는 IPPA 게이지를 사용함에 있어, 이동경로에 독립적인 변위 측정이 가능하게 하여 구조물(30)의 중량하중으로 인한 변위 측정용으로 보다 더 간단한 구조를 제안함으로써, 간단한 구성으로 저렴한 IPPA 게이지를 구현하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명에 의한 중량하중 측정 시스템의 블록도.

도 2는 본 발명에 의한 중량하중 측정 방법의 흐름도.

도 3a은 본 발명에 의한 중량하중 측정 센서 게이지와 중량하중이 인가되는 구조물의 분해 사시도.

도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 중량하중 측정 센서 게이지가 장착된 구조물의 단면도.

도 4a는 도 3a에 도시된 중량하중 측정 센서 게이지가 채용된 구조물의 단면도.

도 4b는 도 3b에 도시된 중량하중 측정 센서 게이지가 채용된 구조물의 단면도.

도 5는 도 4a와 도 4b의 구조물에 중량하중이 인가되었을 때에 구조물에 변위가 발생한 상태의 단면도.

도 6은 본 발명에 의한 중량하중 측정 센서 게이지의 일례의 개념적 평면도.

도 7은 도 6에 도시된 중량하중 측정 센서 게이지에 있어서, 구조물의 변위 발생으로 인해 이동 코일이 1/4 피치(또는 1/2 피치) 내에서 소정의 변위만큼 코일의 길이 방향을 따라 접촉없이 이동하는 상태의 개념적 사시도.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 중량하중 측정 센서 게이지에 있어서, 구조물의 변위 발생으로 인해 이동 코일이 소정의 변위만큼 코일의 길이 방향의 수직 방향을 따라 접촉없이 이동하는 상태의 사시도.

도 9은 본 발명에 의한 중량하중 측정 센서의 작동시 출력 전압의 변화를 나타내는 그래프를 도시한 도면.

도 10 내지 도 33은 본 발명의 다양한 실시예에 의한 구조물에 대해 중량하중 측정 센서 게이지가 장착되고, 중량하중이 인가되어 변위가 발생된 상태를 도시한 도면.

Claims

중량하중이 인가되면 변위가 발생하는 변위 발생부를 포함하는 구조물에 인가되는 중량하중을 측정하는 중량하중 측정 센서 게이지에 있어서,

소정의 피치(pitch)를 가지는 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되며 양단부에 교류 전압이 인가되는 고정 코일과,

상기 변위 발생부의 변위 발생에 연동하여 상기 고정 코일의 길이 방향을 따라 접촉없이 이동하도록 제공되는 단일의 이동 코일을 포함하는, 중량하중 측정 센서 게이지.
제1 항에 있어서, 상기 이동 코일은 고정 코일과 동일한 피치를 가지는 패턴이 반복되는, 중량하중 측정 센서 게이지.
제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 패턴은 직선으로 연장하는 제1 부분과, 상기 제1 부분에 대해 수직방향으로 연장하는 제2 부분과, 제2 부분에 대해 수직방향으로 상기 제1 부분과 평행하도록 연장하는 제2 부분과, 제2 부분에 대해 수직방향으로 연장하는 패턴 연결부를 포함하는 지그재그형(zigzag) 패턴인, 중량하중 측정 센서 게이지.
중량하중이 인가되면 변위가 발생하는 변위 발생부를 포함하는 구조물에 인가되는 중량하중을 측정하는 중량하중 측정 시스템에 있어서,

소정의 피치를 가지는 패턴이 반복되며 교류 전압이 인가되는 고정 코일과, 상기 변위 발생부의 변위 발생에 연동하여 상기 고정 코일의 길이 방향을 따라 접촉없이 이동하도록 제공되는 단일의 이동 코일을 포함하는 중량하중센서 게이지와,

상기 이동 코일의 측정된 유도 전압을 기초로 하여 인가 중량하중의 크기를 연산하는 연산부를 포함하는, 중량하중 측정 시스템.
제4 항에 있어서, 상기 중량하중이 인가된 후 소정의 일정 시간이 경과한 후에 유도 전압을 측정하는, 중량하중 측정 시스템.
중량하중이 인가되면 변위가 발생하는 변위 발생부를 포함하는 구조물에 인가되는 중량하중을 측정하는 중량하중 측정 센서 게이지에 있어서,

소정의 피치(pitch)를 가지는 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되며 양단부에 전압이 인가되는 고정 코일과,

상기 변위 발생부의 변위 발생에 연동하여 상기 고정 코일의 길이 방향의 수직 방향을 따라 접촉없이 이동하도록 제공되는 단일의 이동 코일을 포함하는, 중량하중 측정 센서 게이지.
중량하중이 인가되면 변위가 발생하는 변위 발생부를 포함하는 구조물에 인가되는 중량하중을 측정하는 중량하중 측정 시스템에 있어서,

소정의 피치를 가지는 패턴이 반복되며 교류 전압이 인가되는 고정 코일과, 상기 변위 발생부의 변위 발생에 연동하여 상기 고정 코일의 길이 방향의 수직 방향을 따라 접촉없이 이동하도록 제공되는 단일의 이동 코일을 포함하는 중량하중 센서 게이지와,

상기 이동 코일의 측정된 유도 전압을 기초로 하여 인가 중량하중의 크기를 연산하는 연산부를 포함하는, 중량하중 측정 시스템.
제7 항에 있어서, 상기 중량하중이 인가된 후 소정의 일정 시간이 경과한 후에 유도 전압을 측정하는, 중량하중 측정 시스템.
제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 이동 코일은 고정 코일 피치의 1/2 범위 내에서 이동 가능한, 중량하중 측정 센서 게이지.