KR100781576B1 - 경사 감지 방법 및 이를 이용한 경사 감지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광센서를 이용하여 경사를 측정하는 방법과 임의의 방향으로의 정확한 기울기 검출이 가능하고, 성능이 우수하며, 친환경적인 경사 감지장치에 관한 것으로서, 중력표면에서 광반사가 일어나는 광반사성 액체; 상기 광반사성 액체를 수용하고, 이를 둘러싸는 몸체; 상기 몸체 내부에 설치되고, 상기 광반사성 액체의 표면에 직사광을 조사하는 발광센서; 상기 광반사성 액체의 표면에 반사된 반사광을 감지하는 적어도 하나 이상의 수광센서; 및 상기 수광센서로부터 인가받은 반사광 감지신호를 미리 입력된 기준치와 비교하여 중력방향에 대한 상기 몸체의 경사를 분석하는 제어부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하기 때문에 내부에 수용된 광반사성 액체와 발광 및 수광센서의 감지방식이 비접촉식으로 이루어지고, 빛의 표면 반사를 이용하기 때문에 반영구적이고, 고정밀도의 기능을 실현할 수 있으며, 모든 방향의 기울기를 동시에 고정밀도로 측정하는 것이 가능하고, 광반사성 액체는 적용범위가 매우 넓어서 심각한 환경오염이 발생시키는 액체를 배제함으로써 환경친화적이며, 비접촉식 감지방식으로 광반사성 액체의 점성이나 물성과는 상관없이 반사되는 빛을 이용하여 고정밀도의 경사값을 실시간으로 신속하게 산출할 수 있고, 편광필름 등의 편광필터를 이용하여 반사효율이 좋은 수평편광을 활용하고 난반사로 인한 노이즈를 제거하여 정확한 측정값을 얻을 수 있는 효과를 갖는다.

Description

경사 감지 방법 및 이를 이용한 경사 감지장치{methods for sensing inclination and devices using thereof}

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 경사 감지장치를 나타내는 부품 분해 사시도이다.

도 2는 도 1의 경사 감지장치의 평형 상태시 경사 감지 원리를 나타내는 단면도이다.

도 3은 도 1의 경사 감지장치의 경사 상태시 경사 감지 원리를 나타내는 단면도이다.

도 4는 도 1의 발광센서와 수광센서의 배치 상태를 아래에서 바라본 저면도이다.

(도면의 주요한 보호에 대한 설명)

10: 광반사성 액체 20: 몸체

30: 발광센서 40: 수광센서

50: 제어부 60: 편광필터

A, A': 직사광 B, B'; 반사광

본 발명은 광센서를 이용한 경사 감지 방법 및 이를 이용한 경사 감지장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 발광 소자와 수광소자를 이용하여 경사를 감지하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 임의의 방향으로 정확한 기울기 검출이 가능하고, 성능이 우수하며, 친환경적인 경사 감지장치에 관한 것이다.

일반적으로, 대상물체의 경사를 감지하기 위한 경사 감지장치는, 중력방향에 대한 수평면을 기준으로 대상물체의 기울어진 경사 기울기값을 측정하는 것으로서, 종래의 매우 다양한 경사 감지장치가 널리 개발되어 사용되고 있다.

이러한, 경사 감지장치의 매우 광범위한 영역에서 다양한 용도로 활용되고 있는 것으로서, 예를 들어, 냉장고나 히터 등에 설치되어 제품의 넘어진 상태를 감지하거나 차량이나 비행기 등에 설치되어 언덕의 경사각도나 비행 각도 등을 운전자에게 제공하거나 카메라나 전자제품 등에 설치되어 경사나 각도 등에 따라 순간 순간의 움직임을 감지하여 기능을 제어하는 등 각종 제품에 필수적으로 널리 사용되고 있다.

일반적으로, 종래의 경사를 감지하는 경사 감지장치는, 통상, 내부에 전해질 용액을 수용하고, 경사도에 따라 전해질 용액의 이동하는 성질을 이용하여 전극의 접촉량이 달라지면, 이를 전압값으로 전환하여 출력되는 전압값을 다시 경사값으로 변환함으로써 기울기를 측정하는 전해질 용액의 전극을 이용한 수위 측정 방법이 가장 널리 사용되고 있다.

그러나, 이러한 종래의 경사 감지장치는, 첫째로, 전해질 용액과 전극의 접촉량을 측정하는 접촉식 방식인 것으로서, 전해질 용액의 통전량이 장시간 사용으로 변하는 경우에는 필연적으로 전극의 접촉량이 같다 하더라도 전압값이 달라지게 되고, 이외에도 전극 역시 장시간 사용으로 부식 등이 일어나서 내구성이 떨어지고, 정밀도가 낮아지는 문제점이 있었다.

둘째로, 이러한 전해질 용액과 전극의 접촉방식은 1축의 기울기만을 측정하는 것으로서, 2축을 동시에 측정하는 것이 기구적으로 매우 어렵고, 그 정밀도 역시 매우 떨어지는 문제점이 있었다.

셋째로, 전해질 용액으로 널리 사용되고 있는 수은이나 기타 중금속 물질들이 외부로 노출되는 경우에는 심각한 환경오염이 발생하는 등 환경친화적이지 못하다는 치명적인 문제점이 있었다.

넷째로, 전해질 용액이 전극의 접촉량이 전해질 용액의 점성이나 물성에 따라 순간적으로 신속하게 변화할 수 있는 것이 아니라 예를 들어, 점성이 높은 전해질 용액의 경우에는 장시간 경사각도를 그대로 유지하고 있어야 정확한 통전량이 산출되는 등 경사값 산출에 소요되는 시간이 길어서 신속하고 정밀한 경사값을 측정하기가 어려웠었던 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한

본 발명의 목적은 광소자를 이용하여 경사를 측정하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 광소자를 이용하여 경사를 측정하는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 내부에 수용된 광반사성 액체와 발광 및 수광센서의 감지방식이 비접촉식으로 이루어지고, 빛의 표면 반사를 이용하기 때문에 반영구적이고, 고정밀도의 기능을 실현할 수 있으며, 모든 방향의 기울기를 동시에 고정밀도로 측정하는 것이 가능하고, 광반사성 액체는 적용범위가 매우 넓어서 심각한 환경오염이 발생시키는 액체를 배제함으로써 환경친화적이며, 비접촉식 감지방식으로 광반사성 액체의 점성이나 물성과는 상관없이 반사되는 빛을 이용하여 고정밀도의 경사값을 실시간으로 신속하게 산출할 수 있고, 편광필름 등의 편광필터를 이용하여 반사효율이 좋은 수평편광을 활용하고 난반사로 인한 노이즈를 제거하여 정확한 측정값을 얻을 수 있게 하는 경사 감지장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 광센서를 이용한 경사측정방법은

기울어진 광소자에서 광을 중력 방향에 대해서 수직으로 수평면을 유지하는 부재에 발광시켜 수광하는 단계; 및 상기 수광된 광을 기준값과 비교하여 경사를 분석하는 단계;를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 있어서, 상기 광소자는 광을 발광하는 발광센서와 광을 수광하는 수광센서로 이루어진다.

본 발명에 있어서, 상기 중력방향에 대해서 수직으로 수평면을 유지하는 부 재는 일면이 중력에 수직방향으로 유지되는 반사체 또는 중력방향으로 표면이 유지되는 액상부재일 수 있다.

본 발명의 일 실시에 있어서, 상기 일면이 중력방향에 대해서 수직으로 유지되는 반사체는 일면이 중력방향에 대해서 수직을 유지하도록 하부에 중력방향으로 고정되는 무게중심추가 형성된 반사체일 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시에 있어서, 상기 일면이 중력방향에 대해서 수직으로 수평면을 유지하는 부재는 바람직하게는 액상부재이다. 발명의 실시에 있어서, 상기 액상부재는 중력의 수직방향에 대해 실시간으로 수평면을 유지할 수 있는 액체로서, 점도가 높지 않은 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 물과 유사한 점도를 가지는 것이 좋다.

본 발명에 있어서, 광소자, 바람직하게는 발광소자로부터 발광되는 광은 액상부재에서 투과, 반사, 굴절 또는 이들의 조합을 거쳐 기울기에 따라 광특성이 변화된 후 수광된다. 본 발명의 바람직한 실시에 있어서, 상기 액상부재는 반사성 액상 부재이다.

본 발명은 일 측면에 있어서,

중력의 수직방향에 대해서 수평면을 유지하는 액상 부재;

상기 액상부재를 수용하고, 이를 둘러싸는 몸체;

상기 액상부재에 광을 발광시켜 수광하는 광소자;및

수광된 광을 기준값과 비교하여 경사를 분석하는 제어부;

를 포함하는 경사 감지 센서로 이루어진다.

본 발명에 있어서, 상기 광소자는 광을 발광하는 발광소자와 광을 수광하는 수광소자로 이루어진다. 본 발명에 있어서, 상기 발광된 광은 액상부재에서 투과, 반사, 굴절 또는 이들의 조합을 거친 후 수광된다.

또한 본 발명은 일 측면에서 본 발명의 경사 감지장치는,

중력표면에서 광반사가 일어나는 광반사성 액체;

상기 광반사성 액체를 수용하고, 이를 둘러싸는 몸체;

상기 몸체 내부에 설치되고, 상기 광반사성 액체의 표면에 직사광을 조사하는 발광센서; 상기 광반사성 액체의 표면에 반사된 반사광을 감지하는 적어도 하나 이상의 수광센서; 및 상기 수광센서로부터 인가받은 반사광 감지신호를 미리 입력된 기준치와 비교하여 중력방향에 대한 상기 몸체의 경사를 분석하는 제어부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 직사광 및/또는 반사광의 경로상에 설치되는 편광필터;를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 발광센서는 상기 몸체의 천정면 중앙에 설치하고, 상기 수광센서는 상기 발광센서의 동서남북 방향으로 등각 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 수광센서는, PD(Photo diode), PD 어레이(Photo diode array), PSD(Position Sensitive Light Detector) 및 이들의 조합 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 구체적 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참조한 이하의 설명으로 더 욱 명확해 질 것이다.

즉, 이하 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 경사 감지장치를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 경사 감지장치는, 반사광을 이용한 비접촉방식으로 기울기를 감지하는 것으로서, 크게 광반사성 액체(10)와, 몸체(20)와 발광센서(30)와, 수광센서(40) 및 제어부(50)를 포함하여 이루어지는 구성이다.

여기서, 상기 광반사성 액체(10)는, 수면 등의 중력표면에서 광반사가 일어나는 액체로서, 유동적이고, 그 표면에서 반사가 활발하게 이루어지는 특성을 지닌 물질이다.

이러한, 상기 광반사성 액체(10)는, 비투과성 액체나 반투과성 액체도 모두 가능한 것으로서, 이론적으로 모든 액체에서 표면반사가 일어나기 때문에 물 등을 비롯한 모든 액체가 광반사성 액체라 할 수 있어 그 적용범위가 매우 넓다.

또한, 상기 몸체(20)는, 상기 광반사성 액체(10)를 수용하고, 이를 둘러싸는 것으로서, 상기 광반사성 액체(10)를 밀봉시키고, 다른 부품들을 보호하는 케이스의 역할을 하는 것이다.

또한, 상기 발광센서(30)는, 상기 몸체(20) 내부에 설치되어 상기 광반사성 액체(10)의 표면에 직사광(A, A')을 조사하는 것으로서, 전원이 인가되면 발광을 하게 되고, 빛의 조사각도, 즉 상기 수광센서(40)로 반사광이 감지될 수 있도록 일정 지향각을 갖는 것이다.

또한, 상기 수광센서(40)는, 상기 광반사성 액체(10)의 표면에 반사된 반사광(B, B')을 감지하는 적어도 하나 이상인 것으로서, 바람직하기로는, 모든 방향의 경사각도를 측정하기 위하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 몸체(20)의 천정면 중앙에 설치된 발광센서(30)를 중심으로, 동서남북 방향으로 4개가 등각 배치되는 것이 바람직하다.

이외에도, 상기 수광센서(40)는 상기 발광센서(30)를 기준으로 다수개가 환형으로 배치되는 것도 가능하여 다양한 각도의 정밀 기울기 측정도 가능한 것이다.

또한, 상기 수광센서(40)는, PD(광다이오드; Photo diode), PD 어레이(광다이오드 조합; Photo diode array), PSD(광위치검출장치; Position Sensitive Light Detector) 등 매우 다양한 장치들을 이용하여 반사광(B, B')의 세기나 양이나 위치 등을 감지하는 것이 모두 가능하다.

한편, 본 발명의 제어부(50)는, 상기 수광센서(40)로부터 인가받은 반사광 감지신호를 미리 입력된 기준치(수평 기준치)와 비교하여 중력방향에 대한 상기 몸체(20)의 경사를 분석하는 것으로서, 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 수광센서(40)로부터 인가받은 반사광(B) 감지신호가 미리 입력된 기준치(수평 기준치)와 일치하는 경우에는 수평으로 판단할 수 있고, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 수광센서(40)로부터 인가받은 반사광(B') 감지신호가 미리 입력된 기준치(수평 기준치)와 비교하여 일측 수광센서(40)에서 측정된 반사광(B') 감지신호의 위치나 양이 줄어들거나 늘어나고, 반대로 타측 수광센서(40)에서 측정된 반사광(B') 감지신호의 위치나 양이 늘어나거나 줄어들면 그 정도를 측정하여 경사 기울기 값을 산 출할 수 있는 것이다.

이러한 상기 제어부(50)는, 상기 다수개의 수광센서(40)로부터 신호를 인가받는 것으로서, 다수개의 수광센서(40)에서 입력받은 반사광 감지신호를 종합해서 최종적으로 정밀한 경사 기울기 값을 산출할 수 있는 것이다.

한편, 상기 발광센서(30)의 발광시 상기 몸체(20)의 내부나 기타 요인들로 인해 난반사가 일어나는 경우, 난반사로 인한 노이즈를 제거하기 위하여 또한 반사효율이 좋은 수평편광을 활용하기 위해서 상기 직사광 및/또는 반사광의 경로상에 편광필터(60)를 설치한다.

따라서, 상기 몸체(20)가 임의의 각도로 기울어지더라도 수광센서(40)의 출력값을 기준으로 초기 셋팅값 정도의 형태로 나타나게 되어 충분한 보정이 가능해지고, 상기 편광필터(60)의 편광방향을 측정하고자 하는 방향의 축과 일치시켜서 보다 정밀한 값을 산출하는 것이 가능하다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상을 해치지 않는 범위 내에서 당업자에 의한 변형이 가능함은 물론이다.

예컨대, 상기 몸체(20)의 형상이나 재질, 발광센서(30)와 수광센서(40)의 종류, 광반사성 액체(10)의 종류, 상기 제어부(50)의 내부 프로그램과 기준치 등에 대한 구성과 디자인 등은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 해당 분야에 종사하는 통상의 지식을 가진 자가 수정 및 변경하는 것이 가능한 것이다.

따라서, 본 발명에서 권리를 청구하는 범위는 상세한 설명의 범위 내로 정해 지는 것이 아니라 후술되는 청구범위와 이의 기술적 사상에 의해 한정될 것이다.

이상에서와 같이 본 발명의 경사 감지장치에 의하면, 내부에 수용된 광반사성 액체와 발광 및 수광센서의 감지방식이 비접촉식으로 이루어지고, 빛의 표면 반사를 이용하기 때문에 반영구적이고, 고정밀도의 기능을 실현할 수 있으며, 모든 방향의 기울기를 동시에 고정밀도로 측정하는 것이 가능하고, 광반사성 액체는 적용범위가 매우 넓어서 심각한 환경오염이 발생시키는 액체를 배제함으로써 환경친화적이며, 비접촉식 감지방식으로 광반사성 액체의 점성이나 물성과는 상관없이 반사되는 빛을 이용하여 고정밀도의 경사값을 실시간으로 신속하게 산출할 수 있고, 편광필름 등의 편광필터를 이용하여 반사효율이 좋은 수평편광을 활용하고 난반사로 인한 노이즈를 제거하여 정확한 측정값을 얻을 수 있는 효과를 갖는 것이다.

Claims (12)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 중력표면에서 광반사가 일어나는 광반사성 액체;

   상기 광반사성 액체를 수용하고, 이를 둘러싸는 몸체;

   상기 몸체 내부에 설치되고, 상기 광반사성 액체의 표면에 직사광을 조사하는 발광센서;

   상기 광반사성 액체의 표면에 반사된 반사광을 감지하는 적어도 하나 이상의 수광센서; 및

   상기 수광센서로부터 인가받은 반사광 감지신호를 미리 입력된 기준치와 비교하여 중력방향에 대한 상기 몸체의 경사를 분석하는 제어부;

   를 포함하며

   여기서, 상기 발광센서는 상기 몸체의 천정면 중앙에 설치되고, 상기 수광센서는 상기 발광센서의 동서남북 방향으로 등각 배치되는 것을 특징으로 하는 경사 감지장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 직사광 및/또는 반사광의 경로상에 설치되는 편광필터;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 경사 감지장치.
11. 삭제
12. 제 9항에 있어서, 상기 수광센서는, PD(Photo diode), PD 어레이(Photo diode array), PSD(Position Sensitive Light Detector) 및 이들의 조합 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 경사 감지장치.

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