KR100590223B1 - 센서 에뮬레이터 - Google Patents

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Abstract

센서의 종류와 특성을 포함하는 센서정보를 입력받아 저장하는 센서정보 저장부; 적용할 센서와 시험대상의 기기에 인가되어야 하는 물리값을 사용자로부터 입력 받기 위한 목표값 입력부; 적용할 센서의 종류를 입력받아 선택신호를 생성하는 센서 선택부; 전압제어기모드 또는 저항제어기모드 중의 어느 하나를 선택하여 모드신호를 생성하는 모드선택부; 목표값 입력부로부터 인가된 물리값을 센서 선택부에서 선택된 센서와 상기 모드선택부에서 선택한 모드에 근거하여 센서정보 저장부로부터 추출된 룩업테이블을 참고하여 물리값을 전기값으로 변환하는 전기값 변환부; 대상기기의 연결지점에서의 전압 또는 전류를 측정하거나 저항을 계산하는 측정부; 측정부로부터 피드백되는 전압값이나 저항값을 인가받아 전기값 변환부로부터 공급되는 전기값을 보정하는 보정부; 및 센서선택부로부터의 센서 선택신호를 인가받아 목표값 입력부와 전기값 변환부에 제공하고, 상기 모드선택부로부터 모드신호를 입력받아 전기값 변환부에 제공하고 보정부에서 선택된 모드에 대응하는 보정모듈을 선택하며, 스위칭 소자를 제어하여 전류의 방향을 결정하는 제어부를 포함하는 전기특성 생성장치가 개시된다.
센서, emulator, 피드백, 보정, 전압제어, 정전압, 정저항, 룩업테이블

Description

센서 에뮬레이터{Sensor emulator}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 에뮬레이터의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 센서 에뮬레이터의 동작을 설명하는 설명도이다.
본 발명은 센서 에뮬레이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원하는 물리값을 시험하고자 하는 기기에 입력하기 위해 실제적인 물리값을 만들어 주는 대신에 물리값을 입력하면 기기에서 사용하는 센서가 물리값을 전기적 신호값으로 변환시킨 것과 동일한 전기값을 생성하도록 하여 시험을 용이하게 하는 센서 에뮬레이터에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 실제로 출력되는 값을 설정된 값과 비교하여 간단한 방법으로 정확하게 보정할 수 있도록 한 센서 에뮬레이터에 관한 것이다.
온도센서, 습도센서, 압력센서 또는 pH 농도센서 등과 같이 대부분의 센서는 측정하고자 하는 대상의 물리값을 전압값 또는 저항값으로 변환시키는 역할을 한다.
이러한 특성을 갖는 센서로부터 측정된 정보를 활용하여 임의의 동작을 수행하는 기기의 기능을 시험하기 위해서는 실제로 측정하고자 하는 물리값을 제공하기 위한 환경을 만들거나, 센서 대용으로 센서의 특성에 따라 전압제어기 또는 저항제어기를 사용하여 가상의 환경을 만들어 기기가 의도한 대로 기능을 발휘하는지를 확인한다. 실제로 물리값을 활용하는 경우, 원하는 물리값을 만들기 위한 환경을 제어하는 것은 매우 힘든 일이므로 대부분의 경우 가상으로 물리값이 입력되도록 한다.
가상으로 물리값을 기기에 입력하는 경우 여러 가지의 불편한 점이 있다.
첫 번째는 센서 대용으로 전압제어기 또는 저항제어기로 사용하는 전기장치와 시험하고자 하는 기기와 연결하는 선의 굵기, 길이에 따라 오차가 발생하여 정확한 물리값을 입력하기 어렵다는 문제점이 있다.
두 번째는 물리값을 전기장치의 출력값으로 환산하기 위해 이미 계산된 표를 참조하거나 필요시 마다 계산하여야 한다는 문제점이 있다.
세 번째는 센서의 유형에 따라 적합한 전기장치를 각각 사용해야 한다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 종래의 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안되는 것으로, 본 발명의 목적은 적용될 센서의 종류에 따라 물리값을 그대로 입력하고 이에 대응하는 전기값이 출력되도록 하여 사용자 편의성을 증가시킨 센서 에뮬레이터를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 실제로 출력되는 값을 설정된 목표값과 비교하여 간단한 방법으로 정확하게 보정할 수 있도록 한 센서 에뮬레이터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적과 특징 및 이점은 이하에 서술되는 실시예를 통하여 보다 명확하게 이해될 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 에뮬레이터의 구성을 보여주는 블록도이다.
센서정보 저장부(10)는 사용자가 입력하는 센서의 종류와 특성을 포함하는 센서정보를 저장한다.
목표값 입력부(20)는 물리값을 사용자로부터 입력받으며, 사용자에 의해 선택되는 센서에 대응하는 단위를 표시하여 사용자 편의성을 향상할 수 있다.
센서 선택부(80)는 적용할 센서의 종류를 입력받아 선택신호를 생성한다.
모드선택부(50)는 전압제어기 모드 또는 저항제어기 모드 중의 어느 하나를 선택하여 모드신호를 생성한다. 모드선택부(50)는 센서 선택부(80)에 의해 선택적일 수 있는 바, 예를 들어, 센서 선택부(80)에서 서미스터를 선택하는 경우, 자동적으로 전압제어기 모드가 선택될 수 있도록 설정할 수 있다.
전기값 변환부(30)는 목표값 입력부(20)로부터 인가된 물리값을 센서 선택부(80)에서 선택된 센서와 모드선택부(50)에서 선택한 모드에 근거하여 센서정보 저장부(10)로부터 추출된 룩업테이블을 참고하여 물리값을 전기값으로 변환한다.
보정부(40)는 측정부(70)로부터 피드백되는 전압값이나 저항값을 인가받아 전기값 변환부(30)로부터 공급되는 전기값을 보정한다.
제어부(60)는 센서선택부(80)로부터의 센서 선택신호를 인가받아 목표값 입력부(20)와 전기값 변환부(30)에 제공하며, 모드선택부(50)로부터 모드신호를 입력받아 전기값 변환부(30)에 제공하고 보정부(40)에서 어느 하나의 보정모듈을 선택한다.
상기한 구성은 각 부의 기능에 따라 분류한 것으로, 실제로 센서 에뮬레이터를 제작하는 경우에는 구성의 단순화를 위하여 여러 부를 하나의 부로 통합할 수 있다. 예를 들어, 목표값 입력부(20), 모드선택부(50) 및 센서 선택부(80)는 물리값 선택부로 통합하여 구성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 센서 에뮬레이터의 동작을 설명하는 설명도로써, 본 발명에 따른 센서 에뮬레이터의 동작에 대해 설명한다.
본 발명의 센서 에뮬레이터는 전압제어기 모드에서는 공급원과 소비원 양쪽으로 적용될 수 있고, 저항제어기 모드에서는 소비원으로 적용된다.
[전압제어기 모드]
대상기기에 외부온도에 따라 출력전압이 변화되는 서미스터가 적용되는 경우, 본 발명의 센서 에뮬레이터가 서미스터 대신에 이용될 수 있다. 즉, 대상기기의 서미스터의 양단부에서 서미스터를 제거하고 양단부에 본 발명의 센서 에뮬레이터를 연결함으로써 설정된 온도에 대응하는 정확한 전압을 제어 공급하는 전압제어기 모드로 이용할 수 있다.
사용자가 센서선택부(80)로부터 서미스터를 선택하면 센서선택부(80)는 센서 선택신호를 제어부(60)에 인가하고, 제어부(60)는 센서 선택신호를 목표값 입력부(20)와 전기값 변환부(30)에 전달한다.
목표값 입력부(20)는 사용자 편의성을 위하여 센서 선택신호를 입력받고 센서정보 저장부(10)로부터 대응하는 센서정보를 판독하여 입력단위를 추출한다. 예를 들어, 서미스터가 선택된 경우에는 사용자가 입력하는 물리값은 ℃ 등의 온도단위가 될 것이므로 입력단위로 ℃를 표시하고 입력대기 상태가 된다.
이와 같은 입력대기 상태에서 사용자는 목표로 하는 물리값, 즉 대상기기에 제공할 온도값을 입력한다.
전기값 변환부(30)는 목표값 입력부(20)로부터 물리값, 즉 온도값을 제공받고 제어부(60)로부터 전달된 센서 선택신호와 모드신호를 참고하여 센서정보 저장부(10)로부터 대응하는 센서정보를 판독하여 적용될 온도-전압 룩업테이블 정보를 가져온다.
전기값 변환부(30)는 불러온 온도-전압 룩업테이블을 참고하여 목표값 입력 부(20)로부터 제공된 온도값을 전압값으로 변환하다.
목표로 하는 전압값은 보정부(40)의 전압보정모듈(42)에 인가되는데, 제어부(60)는 모드선택부(50)로부터 모드신호를 받는다. 모드신호는 전압제어기 모드신호와 저항제어기 모드신호를 포함하며, 각각의 모드신호에 따라 보정부(40)를 구성하는 전압보정모듈(42)과 저항보정모듈(44) 중의 하나를 선택하게 된다. 이 실시예에서는 모드선택부(50)로부터 전압제어기 모드신호가 생성되어 제어부(60)에 인가되며, 이에 따라 전압보정모듈(42)이 선택된다.
전압보정모듈(42)을 거친 전압값은 제어부(60)에 인가되고, 제어부(60)는 TR1을 구동시켜 전류가 도 2의 화살표 A로 표시된 방향으로 흐르도록 함으로써 전압 +Vs가 출력단자에 걸리도록 한다.
이어 출력단자에 연결된 전압측정부(72)는 대상기기의 입력단자에 걸리는 실제 전압을 측정한다. 이때, 제어부(60)가 모드선택부(50)로부터의 모드신호에 따라 전압측정부(72)만 동작시키거나 측정부 전체를 동작시킬 수 있고, 또한, 모드선택부(50)로부터의 모드신호에 관계없이 측정부(72, 74, 76)를 모두 동작시키고 제어부(60)에 의해 동작하도록 선택된 보정모듈로부터의 보정값만이 출력되도록 할 수 있다.
상기한 바와 같이, 공급 소오스로 이용되는 센서 에뮬레이터의 출력단자에서 대상기기의 입력단자까지는 도선으로 연결되며, 이 도선의 굵기와 길이에 따른 저항에 의해 전압이 강하된다. 따라서, 전압측정부(72)로부터 측정되는 대상기기로의 입력값은 목표값보다 작게 측정된다.
본 발명에 따르면, 전압측정부(72)로부터 측정된 전압값은 전압보정부(42)로 피드백되고, 전압보정부(42)는 최초의 목표전압값과 측정된 전압값을 비교하여 보정을 수행한다.
이와 같은 과정을 되풀이 하여 목표로 하는 전압값이 대상기기의 입력단자에 걸리도록 한다.
따라서, 대상기기의 입장에서는 다양하게 입력되는 온도값에 대응하는 정확한 전압값을 입력받을 수 있으며, 서미스터를 이용하지 않아도 서미스터를 이용한 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
[저항제어기 모드]
대상기기에, 예를 들어, 브리지 회로가 적용되는 경우, 서미스터가 브리지 회로를 구성하는 저항 중의 하나 대신에 이용될 때, 서미스터 대신에 본 발명의 센서 에뮬레이터가 이용되어 정확한 저항을 제공할 수 있다.
상기한 전압제어기 모드에서의 동작과정과 비교하여 차이가 있는 부분만을 설명한다.
목표값 입력부(20)는 제어부(60)로부터 센서 선택신호를 입력받고 센서정보 저장부(10)로부터 대응하는 센서정보를 판독하여 입력단위를 추출한다. 이 실시예에서는 서미스터가 적용되어 사용자는 온도값을 입력하므로 ℃ 등의 온도단위가 이용된다. 입력대기 상태에서 사용자는 목표로 하는 물리값, 즉 대상기기에 제공할 온도값을 입력한다.
전기값 변환부(30)는 목표값 입력부(20)로부터 온도값을 제공받고 제어부 (60)로부터 전달된 센서 선택신호와 모드신호를 참고하여 센서정보 저장부(10)로부터 적용될 온도-저항 룩업테이블 정보를 가져온다.
전기값 변환부(30)는 불러온 룩업테이블을 참고하여 목표값 입력부(20)로부터 제공된 온도값을 저항값으로 변환하여 보정부(40)에 전달한다.
한편, 제어부(60)는 모드선택부(50)로부터의 모드신호에 의해 보정부(40) 중의 저항보정모듈(44)을 동작시킨다.
전압제어기 모드에서는 입력단자인 대상기기의 출력단자에 걸리는 전압과 전류는 각각 전압측정부(72)와 전류측정부(74)에서 측정되어 각각 저항계산부(76)에 입력된다. 이때, 전류는 도 2의 화살표 B로 표시된 방향으로 흐르며, 측정되는 전류는 감쇄없이 일정한 값을 갖는 반면에 전압측정부(72)에서 측정된 전압값은 대상기기의 출력단자와 본 발명의 가상환경 생성장치의 입력단자를 연결하는 도선의 굵기와 길이에 따른 전압강하에 의해 작게 측정된다.
저항계산부(76)에서는 측정된 전압값과 전류값에 의해 저항값을 계산하여 저항보정모듈(44)에 전달되며, 상기한 바와 같이, 제어부(60)에 의해 저항보정모듈(44)이 동작되므로 전기값 변환부(30)로부터 입력되는 목표 저항값과 비교하여 보정을 수행한다.
예를 들어, 트랜지스터 TR2를 통하여 흐르는 전류를 조정함으로써 저항값을 보정할 수 있다.
이상에서는 본 고안의 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 고안의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다.
상기한 실시예에서는 서미스터를 예로 들었으나, 센서의 종류에 따라 다양한 룩업테이블을 저장할 수 있으며, 같은 센서라 하더라도 규격이나 스펙에 따라 구별되는 룩업테이블을 저장할 수 있다. 따라서, 센서선택부로부터 센서를 선택할 때, 보다 많은 정보를 입력하여 센서의 종류를 세분화할 수 있다.
또한, 룩업테이블 이외에 필요한 경우에는 변환식 등을 이용하는 것도 가능하다.
또한, 상기한 바와 같이, 센서선택신호에 따라 제어부에 자동적으로 모드를 결정함으로써 모드선택부를 제거하여 구성을 간단히 할 수 있다.
따라서, 본 고안의 범위는 상기한 실시예에 국한되어서는 안되며, 이하에 서술되는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 적용될 센서의 종류에 따라 물리값을 그대로 입력하고 이에 대응하는 전기값이 출력되도록 함으로써 사용자가 환산표를 참조하여 계산하여야 하는 번거로움을 없앨 수 있으며, 이에 따라 사용자 편의성이 향상된다.
또한, 실제로 출력되는 값이 선로상의 저항 등에 의해 영향을 받아 설정된 목표값과 차이가 생기는 것을 감안하여 실제 출력값과 목표값을 비교하여 간단한 방법으로 정확하게 보정할 수 있다는 이점이 있다.
더욱이, 적용되는 센서의 종류에 따라 각각 다른 전기장치를 적용할 필요없이 본 발명에 따른 센서 에뮬레이터만을 이용하면 되므로 전기장치의 교체에 따른 번거로움을 없앨 수 있다.

Claims (5)

  1. 센서의 종류와 특성을 포함하는 센서정보를 입력받아 저장하는 센서정보 저장부;
    적용할 센서와 시험대상의 기기에 인가되어야 하는 물리값을 사용자로부터 입력 받기 위한 목표값 입력부;
    적용할 센서의 종류를 입력받아 선택신호를 생성하는 센서 선택부;
    전압제어기모드 또는 저항제어기모드 중의 어느 하나를 선택하여 모드신호를 생성하는 모드선택부;
    상기 목표값 입력부로부터 인가된 물리값을 상기 센서 선택부에서 선택된 센서와 상기 모드선택부에서 선택한 모드에 근거하여 상기 센서정보 저장부로부터 추출된 룩업테이블을 참고하여 물리값을 전기값으로 변환하는 전기값 변환부;
    대상기기의 연결지점에서의 전압 또는 전류를 측정하거나 저항을 계산하는 측정부;
    상기 측정부로부터 피드백되는 전압값이나 저항값을 인가받아 상기 전기값 변환부로부터 공급되는 전기값을 보정하는 보정부; 및
    상기 센서선택부로부터의 센서 선택신호를 인가받아 전압제어기 모드 또는 저항제어기 모드 중의 어느 하나를 결정하고 상기 센서 선택신호를 상기 목표값 입력부와 전기값 변환부에 제공하고, 상기 결정된 모드를 상기 전기값 변환부에 제공하고 상기 보정부에서 선택된 모드에 대응하는 보정모듈을 선택하며, 스위칭 소자를 제어하여 전류의 방향을 결정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 에뮬레이터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 목표값 입력부에서 입력되는 물리값은 온도, 습도 또는 압력 등을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 에뮬레이터.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 측정부는 전압측정부와, 전류측정부 및 저항계산부를 포함하며, 상기 전압제어기 모드에서 상기 전압측정부가 동작하고, 상기 저항제어기 모드에서 상기 전압측정부와 전류측정부 및 저항계산부가 동작하여 상기 저항계산부는 상기 전압측정부와 전류측정부로부터 측정되어 출력되는 전압값과 전류값을 이용하여 저항값을 계산하는 것을 특징으로 하는 센서 에뮬레이터.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 스위칭 소자는 베이스가 각각 상기 제어부에 연결되고 이미터가 +Vs에 연결되는 제 1 트랜지스터와 컬렉터가 -Vs에 연결되고 상기 제 1 트랜지스터와 직렬 연결되는 제 2 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 에뮬레이터.
  5. 센서의 종류와 특성을 포함하는 센서정보를 입력받아 저장하는 센서정보 저장부;
    적용할 센서와 시험대상의 기기에 인가되어야 하는 물리값을 사용자로부터 입력 받기 위한 목표값 입력부;
    적용할 센서의 종류를 입력받아 선택신호를 생성하는 센서 선택부;
    전압제어기 모드 또는 저항제어기 모드 중의 어느 하나를 선택하여 모드신호를 생성하는 모드선택부;
    상기 목표값 입력부로부터 인가된 물리값을 상기 센서 선택부에서 선택된 센서와 상기 모드선택부에서 선택한 모드에 근거하여 상기 센서정보 저장부로부터 추출된 룩업테이블을 참고하여 물리값을 전기값으로 변환하는 전기값 변환부;
    대상기기의 연결지점에서의 전압 또는 전류를 측정하거나 저항을 계산하는 측정부;
    상기 측정부로부터 피드백되는 전압값이나 저항값을 인가받아 상기 전기값 변환부로부터 공급되는 전기값을 보정하는 보정부; 및
    상기 센서선택부로부터의 센서 선택신호를 인가받아 상기 목표값 입력부와 전기값 변환부에 제공하고, 상기 모드선택부로부터 모드신호를 입력받아 상기 전기값 변환부에 제공하고 상기 보정부에서 선택된 모드에 대응하는 보정모듈을 선택하며, 스위칭 소자를 제어하여 전류의 방향을 결정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 에뮬레이터.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2017142107A1 (ko) * 2016-02-17 2017-08-24 김종호 R/i 컨버터, 레벨 트렌스미터 및 오토 셋팅 방법

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