KR101126714B1

KR101126714B1 - 충돌방지용 ｒｆ센서 시스템

Info

Publication number: KR101126714B1
Application number: KR1020090116752A
Authority: KR
Inventors: 김진섭; 문원규
Original assignee: 전자부품연구원
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2012-03-29
Also published as: KR20110060227A

Abstract

본 발명은 각각 RF 신호를 발생시키는 두 개의 모듈 간의 전파 발생을 통하여 수신부에서 전력크기를 감지하고, 기준크기 이상의 신호가 감지되어 사고발생 가능성이 있는 거리 이내로 접근시에 알람이나 기타 위급상황 인지장치 등을 통하여 움직이는 물체를 정지시켜 산업현장에서 종종 발생할 수 있는 물체이동용 크레인 사이의 충돌을 미연에 방지할 수 있게 하는 RF 센서 시스템에 관한 것이다.

본 발명에 따르는 RF 송신단 및 RF 수신단을 포함하는 RF 센서 시스템은, 상기 RF 수신단에 전원이 공급되면 소정 영역에 걸쳐 전자계가 형성되는 안테나; 다수의 신호를 생성시키는 전압제어발진기; 상기 전압제어발진기에서 생성된 신호를 증폭하기 위한 증폭기; 상기 RF 송신단에서 송신된 신호(f_o)와 상기 RF 수신단에서 수신된 신호(f_r)를 결합시키는 결합기; 물체가 이동함에 따라 결합된 신호의 변화를 감지하여 감지신호를 생성하는 감지부; 및 상기 감지신호를 해석하고, 아날로그 회로부와 RF 센서를 제어하는 주제어부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

결합기, 감지부, RF 센서

Description

충돌방지용 ＲＦ센서 시스템{Radio frequency sensor system for preventing collision}

본 발명은 충돌방지용 RF 센서 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 각각 RF 신호를 발생시키는 두 개의 모듈 간에 전파 발생을 통하여 수신부에서 전력크기를 감지하고, 기준크기 이상의 신호가 감지되어 사고발생 가능성이 있는 거리 이내로 접근시에 알람이나 기타 위급상황 인지장치 등을 통하여 움직이는 물체를 정지시켜 산업현장에서 종종 발생할 수 있는 물체이동용 크레인 사이의 충돌을 미연에 방지할 수 있게 하는 RF 센서 시스템에 관한 것이다.

종래의 충돌 방지 기술은 주로 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave, 연속 주파수 선형 변조) 방식이나 도플러 방식을 사용하여 레이더 알고리즘에 의한 물체 감지 및 그 응용이 주를 이루고 있으며, 신호처리를 통하여 원하는 정보, 즉 이동 물체의 속도나 위치 등을 얻는 방식이 일반적이고, 주로 출입문 등과 같이 2 ~ 3m 의 근거리에서 주로 사용되고 있다.

종래에 사용되고 있는 레이더를 이용한 방식에 있어서, 레이더 센서부(100)는 도1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 일정 영역으로 신호를 발송하거나 반사되어 오는 신호를 수신하는 안테나(1), 신호를 발생시키는 오실레이터(4), 오실레이터(4)에서 발생한 신호를 전달하는 트랜스미터(3), 트랜스미터(3)에서 전달되는 신호를 안테나(1)로 전달하거나 안테나(1)에서 수신된 반사 신호를 믹서(5)로 보내는 기능을 하는 써큘레이터(2), 써큘레이터(2)로부터 입력받은 반사 신호와 트랜스미터(3)로부터 받은 신호를 믹싱하는 믹서(5), 믹서(5)에서 믹싱된 복합신호를 입력받아 중간주파수(IF)를 걸러 증폭시키는 중간주파수 증폭부(6), 증폭된 중간주파수 신호를 디지털 신호로 변환시키는 A/D 컨버터(7), A/D 컨버터(7)로부터 입력받은 처리하여 인접 물체 정보를 생성하는 신호 처리기(8)로 구성된다.

즉, 인접 물체에 대한 정확한 거리 및 속도 정보를 얻기 위하여 고가의 ADC(Analog to Digital Converter)를 이용해야 한다. 물론, 단순한 자동출입문을 위한 레이더 센서의 경우에는 감지거리가 2-3m정도로 한정되어 있고, 특별히 높은 해상도를 필요로 하지 않기 때문에 큰 문제는 없지만 약 100m 까지 감지 가능한 레이더 센서를 구현하기 위해서는 처리 알고리즘과 추가적인 디지털 블록이 들어가야 한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 간단한 구조의 RF 회로를 구성함으로써 충돌 방지용 RF 센서 시스템을 저가로 구성하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, RF 신호를 발생시키는 두 개의 모듈을 사용하여 먼 거리에 있는 물체를 감지할 수 있는 RF 센서를 제공하여 산업현장에서 사용되는 물체이동용 크레인의 충돌을 방지할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명에 따르는 RF 송신단 및 RF 수신단을 포함하는 RF 센서 시스템은,

상기 RF 수신단에 전원이 공급되면 소정 영역에 걸쳐 전자계가 형성되는 안테나;

다수의 신호를 생성시키는 전압제어발진기;

상기 전압제어발진기에서 생성된 신호를 증폭하기 위한 증폭기; 상기 RF 송신단에서 송신된 신호(f_o)와 상기 RF 수신단에서 수신된 신호(f_r)를 결합시키는 결합기;

물체가 이동함에 따라 결합된 신호의 변화를 감지하여 감지신호를 생성하는 감지부; 및

상기 감지신호를 해석하고, 아날로그 회로부와 RF 센서를 제어하는 주제어부 로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르는 충돌방지용 RF 센서 시스템은 간단한 구조와 동작원리를 통하여 쉽게 구현이 가능하며, 크레인 간 충돌 방지를 위한 RF센서로 사용하기에 용이하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도2는 본 발명에 따르는 충돌방지용 RF 센서의 동작원리를 나타내는 개략도이다.

도3은 본 발명에 따르는 RF 센서의 시간에 대한 출력 특성을 나타내는 그래프이다.

도4는 본 발명에 따르는 RF 센서 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.

도2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르는 충돌 방지용 RF 센서는 RF 송신단 및 RF 수신단을 포함한다.

도4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르는 충돌방지용 RF 센서 시스템은 는, RF 송신단 및 RF 수신단을 포함하고, 상기 RF 수신단에 전원이 공급되면 소정 영역에 걸쳐 전자계가 형성되는 안테나, 신호발생을 위한 전압제어발진기(VCO), 전압제어발진기에서 생성된 신호를 증폭하기 위한 증폭기(Amp), 송신단에서 송신된 신호(f_o)와 수신단에서 수신된 신호(f_r)를 결합시키는 결합기(Coupler), 물체가 이동함에 따라 결합된 신호의 변화를 감지하고 감지신호를 생성하는 감지부(detector), 및 상기 감지신호를 해석하고 아날로그 회로부와 RF 센서를 제어하기 위한 주제어부(main control unit, MCU)로 구성되어 있다.

감지부는 상기 결합된 신호의 임피던스 값의 변화를 감지하여 소정레벨의 디지털 신호인 감지신호로 변환하여 제어부로 전달한다.

주제어부에는 전원부가 추가로 연결되어 제어되며, 결합기, 감지기, 아날로그 블록으로 구성되는 수신경로단에 전원이 공급되도록 하여 수신 경로단의 회로 전체에 대해 일정한 임피던스가 발생하게 한다. 금속성 물질이나 인체 등의 도전성 물체가 안테나의 전자계 영역에서 이동하면 수신경로단의 임피던스 수치에 변화가 생기게 되고, 수신경로단에 일종의 전류가 흐르게 된다. 이와 같은 원리에 의해 반사파 신호를 감지할 수 있으며, 반사파 신호가 감지되면, 시스템 근처에 물체가 접근한 것으로 해석할 수 있다.

상기 주제어부는 상기 결합된 신호에 변화가 있을 경우 상기 RF 송신단을 동 작시키고, 상기 결합된 신호에 변화가 없을 경우 상기 RF 송신단을 오프시킨다.

본 발명에 따르는 RF 센서의 동작을 살펴보면, 도1에서 도시된 바와 같이, 두개의 RF 센서는 서로 다른 주파수 및 주기를 갖는 신호를 발생시키는데, 센서 A 는 고정된 연속파(Continuous wave)를 발생하고, 센서 B는 MCU에 의해 정해진 소정의 주기로 스위칭하는 신호를 발생시키게 된다.

즉, 상기 주제어부는 상기 전압제어발진기에서 발생시킨 연속파(continuous wave)를 상기 송신단에서 송신하도록 하고, 상기 수신단에서는 일정주기의 스위칭 신호를 수신하도록 할 수 있다.

또한 주제어부는 상기 전압제어발진기에서 발생시키는 스위칭 신호의 주기를 변경하여 동일 공간상에서 여러 개의 통신 채널을 형성할 수 도록 구성되어 있다.

스위칭 시간에 따라서 센서 A의 수신부에서 본 신호는 주기적으로 On/Off를 반복하는 신호를 출력한다.

주제어부는 상기 송신단에서 수신한 스위칭 신호의 크기에 따라 물체와의 거리를 계산하고, 상기 거리가 충돌가능범위 이내의 거리인 경우 스위칭 신호의 크기에 따라 경고 메시지를 출력하도록 구성되어 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 도플러 방식이나 FMCW 방식을 이용하는 기존의 레이더센서의 단점인 물체인식의 오류를 개선하고, 간단한 구조의 RF회로를 구성함으로써 저가의 RF센서를 구현하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명에 따르는 충돌방지용 RF 센서는 단일 레이더 센서에 의한 물체감지의 한계와, 정확한 물체인식을 위한 복잡한 알고리즘을 탑재한 디지털 보드의 사용으로 인해 고가의 부품을 사용해야 하는 단점을 극복하고, 각각의 RF 센서에서 발생하는 주파수를 통하여 약 100m의 거리에서 송신 및 반사되는 신호까지 수신할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사항을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도1은 종래의 충돌 방지 시스템에 사용되는 레이더 센서부의 개략도이다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 **

1 : 안테나 2 : 써큘레이터

3 : 트랜스미터 4 : 오실레이터

5 : 믹서 6 : 증폭부

7 : A/D 컨버터 8 : 신호처리기

100 : 레이더 센서부

Claims

RF 송신단 및 RF 수신단을 포함하는 RF 센서 시스템에 있어서,

상기 RF 수신단에 전원이 공급되면 소정 영역에 걸쳐 전자계가 형성되는 안테나;

다수의 신호를 생성시키는 전압제어발진기;

상기 전압제어발진기에서 생성된 신호를 증폭하기 위한 증폭기;

상기 RF 송신단에서 송신된 신호(f_o)와 상기 RF 수신단에서 수신된 신호(f_r)를 결합시키는 결합기;

물체가 이동함에 따라 결합된 신호의 변화를 감지하여 감지신호를 생성하는 감지부; 및

상기 감지신호를 해석하고, 아날로그 회로부와 RF 센서를 제어하는 주제어부를 포함하는 충돌방지용 RF 센서 시스템.
제1항에 있어서,

상기 감지부는 상기 결합된 신호의 임피던스 값의 변화를 감지하여 상기 감지신호를 생성하는 것을 특징으로 하는

충돌방지용 RF 센서 시스템.
제1항에 있어서,

상기 주제어부에는 전원부가 추가로 연결되는 것을 특징으로 하는

충돌방지용 RF 센서 시스템.
제3항에 있어서,

상기 주제어부는 상기 전원부를 제어하여 상기 결합기, 상기 감지부, 상기 아날로그 회로부에 전력이 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는

충돌방지용 RF 센서 시스템.
제3항에 있어서,

상기 주제어부는 상기 결합된 신호에 변화가 있을 경우 상기 RF 송신단을 동작시키고, 상기 결합된 신호에 변화가 없을 경우 상기 RF 송신단을 오프시키는 것을 특징으로 하는

충돌방지용 RF 센서 시스템.
제1항에 있어서,

산기 전압제어발진기는 서로 다른 주파수 및 서로 다른 주기를 갖는 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는

충돌방지용 RF 센서 시스템.
제5항에 있어서,

상기 주제어부는 상기 전압제어발진기에서 발생시킨 연속파(continuous wave)를 상기 RF 송신단에서 송신하도록 하고, 상기 RF 수신단에서는 일정주기의 스위칭 신호를 수신하도록 하는 것을 특징으로 하는

충돌방지용 RF 센서 시스템.
제7항에 있어서,

상기 주제어부는 상기 RF 송신단에서 수신한 스위칭 신호의 크기에 따라 물체와의 거리를 계산하고, 상기 거리가 충돌가능범위 이내의 거리인 경우 스위칭 신호의 크기에 따라 경고 메시지를 출력하는 것을 특징으로 하는

충돌방지용 RF 센서 시스템.
제7항에 있어서,

상기 주제어부는 상기 전압제어발진기에서 발생시키는 스위칭 신호의 주기를 변경하여 동일 공간상에서 여러 개의 통신 채널을 형성할 수 있는 것을 특징으로 하는

충돌방지용 RF 센서 시스템.