KR101203927B1

KR101203927B1 - 고주파 및 저주파 진동 발생 시스템

Info

Publication number: KR101203927B1
Application number: KR1020100069927A
Authority: KR
Inventors: 안동준
Original assignee: 안태준; 주식회사 천일특수
Priority date: 2010-07-20
Filing date: 2010-07-20
Publication date: 2012-11-22
Also published as: KR20120010600A

Abstract

본 발명은 생산/이송공정 중에서 설비 내부에 필연적으로 발생하는 스케일 또는 막힘 현상을 제거 및 방지하는 고주파 및 저주파 진동 발생 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 설시비설 내에 투입되는 재료의 재질, 상태 및 양에 따라서 자동으로 초기 설정된 진동을 유지할 수 있으며, 설비시설 전체에서 균일한 진동이 발생되고, 열의 발생과 소비전력을 최소화하며, 고주파 및 저주파의 출력을 선택 출력할 수 있고, 출력되는 주파수를 시각적으로 확인할 수 있는 고주파 및 저주파 진동 발생 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 고주파 및 저주파 진동 발생 시스템은 크게, 전원공급부(100), 주파수 발생회로부(200), FET 구동회로부(300), 발진기(400), 마이크로 컨트롤러(500), 진동 센싱부(600), 모니터(700) 및 설정출력 입력부(800)으로 구성된다.
본 발명에 따르면, 발진기에 용접되는 설비시설 내의 재료의 변화에 따라 자동으로 주파수를 변환하고 출력하여 균일한 출력을 발생하는 고주파 및 저주파 진동 발생 시스템을 제공할 수 있다. 또한, 다수개의 발진기를 각각 개별적으로 제어할 수 있어서, 위치에 따른 설비시설 내의 재료의 쏠림 현상 등에 적절한 출력을 발생하여 스케일을 효과적으로 방지할 수 있다.

Description

고주파 및 저주파 진동 발생 시스템{HIGH FREQUENCY AND LOW FREQUENCY VIBRATION SYSTEM}

본 발명은 생산/이송공정 중에서 설비 내부에 필연적으로 발생하는 스케일 또는 막힘 현상을 제거 및 방지하는 고주파 및 저주파 진동 발생 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 설비 내에 투입되는 재료의 재질, 상태 및 양에 따라서 자동으로 초기 설정된 진동을 그대로 유지할 수 있으며, 설비 전체에서 균일한 크기의 진동이 발생되고, 열의 발생과 소비전력을 최소화하며, 설치된 발진기의 종류에 따라 적절한 주파수를 출력할 수 있는 고주파 및 저주파 진동 발생 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 석유정제 또는 화학플랜트 시설의 열 교환기, 배관, 리보일러(reboiler) 및 호퍼 등과 같은 장치에는 분체, 고체 등의 재료(원료)를 생산하거나 이송하는 설비가 마련된다. 이러한 설비 내부에는 설비의 운용 중 그 내부에 재료가 집적되어 스케일이 형성되고, 스케일이 가중되면 설비의 내부가 막히는 폐색 현상이 발생할 우려가 있으며, 이러한 폐색이 생기는 경우 생산 또는 이송이 불가하여 막대한 손실을 끼치기도 한다.

이 스케일의 생성을 미연에 방지할 필요가 있으며, 통상 초음파 발생장치 또는 저주파 발생장치를 이용하여 이 초음파 발생장치 또는 저주파 발생장치에서 발생되는 주파수를 설비에 고정된 발진기에 인가하고, 이 발진기의 진동에 의해 스케일의 발생을 방지하고 있다.

이때 이용되는 초음파는 고주파로서 강한 에너지를 가진 진동을 말하며, 고주파의 진행 방향의 매질은 부분적으로 강력한 장력이 발생하여 공동현상이 발생되고 이 공동현상에 작은 기포가 발생되어 터지게 되며, 이때 터지는 폭발 에너지에 의해서 주위의 물질이 미세하게 분쇄되게 된다. 이러한 성질을 이용하여 발진기를 금속표면의 부착시키고 설비 내부에 고주파의 진동을 가하면 설비 내부의 분체 및 고체가 순간압력과 폭발현상에 의해 제거되어 스케일을 방지할 수 있다. 이러한 고주파를 이용한 스케일 방지장치는 강한 에너지가 발생되지만 진동에 따른 흔들림은 상대적으로 미약하여 민감한 설비에 주로 사용된다.

저주파는 고주파에 비하여 발생되는 기포의 양이 적으나 진동 및 맥동의 크기가 커 강력한 진동을 발생하므로 강한 진동에도 영향이 적은 설비에 주로 사용된다. 특히 재료를 수납하는 호퍼(hopper) 등에 많이 사용된다.

도 1은 종래의 주파수 진동 발생장치를 도시한 것으로서, 도 1에서 (a)는 주파수 진동 발생 시스템의 구성을 나타낸 것이고, (b)는 설치 구성도를 나타낸 것이다. 이 종래 구성을 살펴보면, 전원을 공급하는 전원입력부(1)와; 이 전원입력부(1)의 출력 전원을 기초로 펄스를 발생시키는 펄스구동부(2)와; 펄스구동부(2)의 펄스를 인가받아 진동하는 발진기(3) 및 전원입력부(1)와 펄스구동부(2)를 제어하는 제어부(4)로 이루어진다.

또한, 설치 구성도를 보면, 전원입력부(1), 펄스구동부(2) 및 제어부(4)로 이루어진 본체(10)와; 이 본체(10)로부터 인가되는 주파수에 의해 진동하는 발진기(3) 및 발진기(3)가 부착된 설비(5)로 이루어진다.

이 발진기(3)는 고주파용 발진기와 저주파용 발진기로 분류되는데, 고주파용 발진기는 인가되는 주파수가 높은 반면에 감겨지는 전선의 권선수가 적으며, 저주파용 발진기는 인가되는 주파수가 낮은 반면에 감겨지는 전선의 권선수가 많은 것이 특징이다. 따라서 본 발명에서 고주파를 발생하는 구동에는 고주파 발진기가 연결되고, 저주파를 발생하는 구동에는 저주파 발진기가 연결된다.

또한, 발진기에서 도파관의 길이는 공진주파수에 반비례하는 것으로, 몸체는 그 길이가 증가할수록 낮은 공진주파수를 나타내며, 구체적으로 공진 주파수 f₀와 도파관의 길이의 관계는 다음의 수학식 1에 따른다.

수학식 1

여기서 l은 도파관의 길이, ρ는 밀도, E는 탄성계수를 나타낸다.

수학식 1에 따르면 공진주파수는 발진기의 설계사양에 따라 고정되는 값임을 알 수 있는데, 설계에 의한 공진주파수와 설비에 설치한 후의 공진주파수는 그 값이 다를 수 있다.

그러한 이유를 살펴보면, 수학식 1에서의 공진 주파수(f₀)는 도파관의 길이에 영향을 받는데, 발진기(3)를 설비(5)에 부착하면 축방향 길이 즉, 도파관의 길이(l)가 변화하게 된다.

이에 더하여, 설비(예를 들면 재료가 투입되는 '호퍼' 등)의 재질, 설비시설에 투입되는 재료의 상태(고체, 액체, 분체 등), 설비시설에 투입되는 재료의 재질(금속, 고무, 연료 등) 및 설비시설에 투입되는 양의 차이 등에 따라서

(1) 부하가 없을 경우의 발진기 자체에서의 진동,

(2) 발진기가 설비에 부착되었을 경우의 진동,

(3) 설비 내에 재료가 유입되었을 경우의 진동이 서로 다르다.

이 문제를 개선하기 위해 종래에는 발진기의 주파수를 수학식 1에 의해 결정되는 공진주파수로 제어하기 위하여 전압(V)을 가변하여 출력값을 제어하였으나, 전압(V)을 상승시키면 회로 내의 커패시터, 저항 등 소자를 상위 정격값을 갖는 것으로 교체하여야 하는 문제점과, 펄스구동부(2)에서 방대한 열이 발생되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 개선하고자 공개특허공보 제2000-0030494호에서는 출력되는 초음파 진동을 육안으로 확인하여 초음파 발생 시스템의 주파수를 수동으로 조절하는 초음파 발생 및 진동검출장치가 개발되었으나, 여전히 다음과 같은 문제점이 있다.

상기의 초음파 발생 시스템 및 진동검출장치는 육안으로 진동을 확인하여 수동으로 주파수를 조절하도록 하는 것으로, 설비시설 내에 투입되는 재료의 상태, 재질 및 양의 변화에는 능동적/즉각적인 대체가 미흡한 실정이다.

또한, 설비시설 내에서 재료가 이송 또는 낙하를 하게 되는데 이때 재료가 설비 내에서 일측으로 편향되는 쏠림 현상이 발생될 수 있으나, 이 쏠림 현상에 따라서 설비에 부착된 발진기는 서로 다른 진동이 요구된다. 그러나 종래의 초음파 발생장치는 이 쏠림 현상에 대해서도 다수개의 발진기가 동일한 출력이 발생되어 쏠림 현상이 발생된 발진기에는 진동이 현저히 감소될 수 있으며, 이로 인해 스케일이 발생될 수 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해소하고자 하는 것으로, 설비시설 내에 투입되는 재료의 재질, 상태 및 양에 따라서 자동으로 초기 설정된 진동을 유지할 수 있는 고주파 및 저주파 진동 발생 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 설비시설 내의 재료의 쏠림 현상 등에 대해서 쏠림 현상이 발생된 위치의 발진기에는 진동폭을 증가시켜서 설비시설 내의 균일한 진동이 발생될 수 있는 고주파 및 저주파 발생 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하고자 본 발명의 고주파 및 저주파 발생 시스템은 상용 교류전원을 반파정류 방식으로 가변 직류전원으로 변환하고 설정전압을 출력하는 전원공급부와; 전원공급부의 설정전압을 인가받아 신호펄스의 폭을 제어하여 고주파 및 저주파를 생성하는 주파수 발생회로부와; 주파수 발생회로부에서 출력되는 주파수를 교번하도록 스위칭하여 교번 주파수를 출력하는 전계효과 트랜지스터(FET, 이하 ‘FET’라 한다) 구동회로부와; 전원공급부의 설정전압, 주파수 발생회로부를 제어하는 마이크로 컨트롤러 및 FET 구동회로부에서 출력되는 교번 주파수를 인가받아 진동되는 발진기로 구성되되, 주파수 발생회로부는, 고주파 발생회로부의 주파수를 제어하는 펄스폭변조(PWM, 이하 ‘PWM’이라 한다) 주파수 제어부 및 고주파의 듀티사이클을 제어하는 PWM 듀티사이클 제어부와; 저주파 발생회로부의 슈팅 타임을 제어하는 슈팅타임 제어부 및 저주파의 동작 주기를 제어하는 동작주기 제어부;로 구성되는 것에 의해 달성된다.

본 발명에 따르면, 발진기에 부착되는 설비 내의 재료의 변화에 따라 자동으로 주파수를 변환하고 출력하여 초기 설정된 진동의 변화없이 일정한 진동이 발생될 수 있는 고주파 및 저주파 진동 발생 시스템을 제공할 수 있다.

또한, 다수개의 발진기를 각각 개별적으로 제어할 수 있어서, 위치에 따른 설비시설 내의 재료의 쏠림 현상 등에 적절한 출력으로 설비 전체에서 균일한 진동이 발생될 수 있는 고주파 및 저주파 발생 시스템을 제공할 수 있다.

이에 더하여, 진동의 효과적인 제어로 과부하 및 과열을 방지할 수 있으며, 소비전력을 최소화할 수 있는 고주파 및 저주파 발생 시스템을 제공할 수 있다.

도 1은 종래 고주파 발생 시스템의 설치 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 전체적인 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 주파수 발생회로부의 구성도,
도 4는 주파수 발생회로부의 출력 주파수 타이밍 신호도,
도 5는 출력 주파수의 신호도,
도 6은 다수의 발진기를 개별제어하기 위한 구성도,
도 7은 다수의 발진기를 개별제어하기 위한 주파수 발생회로부의 회로도를 나타낸 것이다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 전체적인 구성도를 나타낸 것으로, 본 발명의 고주파 및 저주파 진동 발생 시스템은 크게, 전원공급부(100), 주파수 발생회로부(200), FET 구동회로부(300), 발진기(400), 마이크로 컨트롤러(500), 진동 센싱부(600), 모니터(700) 및 설정출력 입력부(800)로 구성된다.

전원공급부(100)는 상용 교류전원을 반파정류(half-bridge)방식으로 정류하하여 가변 직류전원으로 변환하는 것으로, 후술되는 마이크로 컨트롤러(500)의 제어에 따라 구동된다.

교류전원을 가변 직류전원으로 정류하는 방식으로는, 전파정류(full-bridge)와 반파정류(half-bridge) 등이 있으며, 본 발명에서는 중용량(1KW 이내)급에 적합한 반파정류(half-bridge) 방식을 적용하였다.

삭제

주파수 발생회로부(200)는 첨부된 도면의 도 3에 도시된 바와 같이 고주파 발생회로부(200a), 저주파 발생회로부(200b), PWM 주파수 제어부(210), PWM 듀티사이클 제어부(220), 슈팅타임 제어부(230) 및 동작주기 제어부(240)로 구성된다.

고주파 발생회로부(200a)는 저항과 커패시터의 병렬접속으로 구성되며, 이때 저항은 가변저항을 사용함으로써 고주파를 가변시킬 수 있으며, 3~30KHz 정도의 가변 주파수를 발생시키도록 구성될 수 있다.

저주파 발생회로부(200b)는 고주파 발생회로부(200a)와 마찬가지로 저항과 커패시터의 병렬접속으로 구성되며, 고주파 발생회로부(200a)의 커패시터보다 상대적으로 큰 용량의 커패시터가 사용되며, 저항은 가변저항을 사용함으로써 10~150Hz의 가변 주파수를 가지도록 구성될 수 있다.

PWM 주파수 제어부(210)와 PWM 듀티사이클 제어부(220)는 각각 고주파 발생회로부(200a)의 주파수와 듀티사이클을 제어하는 것으로, 마이크로 컨트롤러(500)의 제어신호에 의해 구동된다.

슈팅타임 제어부(230)와 동작주기 제어부(240)는 각각 저주파 발생회로부(200b)의 슈팅타임과 동작주기를 제어하는 것으로, 마이크로 컨트롤러(500)의 제어신호에 의해 구동된다. 저주파 발생회로부(200b)에서 제어되는 상기 슈팅타임의 주기의 역수는 주파수이고, 저주파 발생회로부(200b)에서 제어되는 동작주기는 저주파 파형의 듀티사이클에 의해 결정된다. 따라서 저주파 발생회로부(200b)에 의한 슈팅타임과 동작주기의 제어는 고주파 발생회로부(200a)에 의한 주파수와 듀티사이클의 제어와 실적적으로 동일하며, 본 발명에서 고주파 발생회로부(200a)와 저주파 발생회로부(200b)에서 제어하는 파라미터를 다르게 기재한 것은 고주파 발생회로부(200a)처럼 주파수 도메인(frequency domain)을 통해 제어할 수도 있고 저주파 발생회로부(200b)처럼 시간 도메인(time domain)을 통해 제어할 수도 있음을 보이기 위한 것이다.

상기의 고주파 발생회로부(200a), 저주파 발생회로부(200b), PWM 주파수 제어부(210), PWM 듀티사이클 제어부(220), 슈팅타임 제어부(230) 및 동작주기 제어부(240)의 출력 주파수를 첨부된 도면의 도 4를 통하여 설명한다.

도 4는 주파수 발생회로부의 출력 주파수 타이밍 신호도를 나타낸 것으로, 도 4의 (a)는 고주파 발생회로부(200a)의 주파수 파형을 나타낸 것으로 짧은 주기를 가지는 고주파 파형을 도시한 것이고, 도 4의 (b)는 긴 주기의 저주파 파형을 도시한 것이며, 도 4의 (c)는 도 4의 (a)의 고주파 파형과 도 4의 (b)의 저주파 파형을 논리곱한 출력 파형을 도시한 것이다.

고주파 발생회로부(200a)의 주파수 및 듀티사이클은 각각 PWM 주파수 제어부(210)와 PWM 듀티사이클 제어부(220)의 제어에 의해 결정되며, 이 PWM 주파수 제어부(210)와 PWM 듀티사이클 제어부(220)는 마이크로 컨트롤러(500)의 제어신호에 의해 3~30KHz 사이에서 가변된다.

저주파 발생회로부(200b)의 슈팅타임(S)과 동작주기(T)는 각각 슈팅타임 제어부(230)와 동작주기 제어부(240)의 제어에 의해 결정되며, 이 슈팅타임(S)과 동작주기(T)는 마이크로 컨트롤러(500)의 제어신호에 의해 10~150Hz 사이에서 가변된다.

PWM 주파수 제어부(210)와 PWM 듀티사이클 제어부(220)에 의해 결정되는 고주파 파형과 슈팅타임(S)와 동작주기(T)에 결정되는 저주파 파형의 논리곱으로 주파수 발생 회로부(200)의 출력이 발생된다. PWM 주파수, PWM 듀티사이클, 슈팅타임 및 동작주기를 조절하여 고주파 및 저주파의 출력을 제어함으로써 주파수 발생 회로부(200)의 출력을 제어할 수 있고, 따라서 후술할 발진기(400)의 진동폭을 제어할 수 있다.

도 4의 (c)를 참조하면, 본 발명의 동작주기(T)는 슈팅타임(S)과 다음 슈팅타임(S) 사이에서 듀티사이클(D)을 제외한 시간으로 정의되며, 슈팅타임(S)과 다음 슈팅타임(S) 사이에서 동작주기(T)를 제어함으로써 듀티사이클(D)이 결정될 수 있다. 또는 슈팅타임(S)과 듀티사이클(D)의 제어로 동작주기(T)가 결정되도록 구성될 수도 있다.

고주파 발생회로부(200a)에 대하여 좀더 상세히 설명한다. 고주파 발생회로부(200a)에서 (+) 성분과 (-) 성분이 있는 고주파가 마이크로 컨트롤러(500)의 제어의 의해서 발생되고, 상기 발생된 주파수의 파형과 저주파 발생회로부(200b)의 저주파 파형이 논리곱 되어 주파수 발생회로부(200)의 출력 파형이 발생되는데 이를 도 5에 도시하였다.

도 5의 (a)는 출력 파형을 도시한 것으로, (a)를 거시적으로 도시하면 도 5의 (b)와 같다.

이 첨부된 도면의 도 5를 참고하여 설명하면, (+) 성분의 고주파 사이에 (-) 성분의 고주파가 발생하여 (+) 성분의 고주파와 (-) 성분의 고주파가 서로 교번되면서 이 교번 주파수를 발진기(400, 도 2참조)에 인가하면 발진기(400)가 진동된다. 또한, (+) 성분의 고주파와 (-) 성분의 고주파 사이에는 주파수 신호가 없는 지연시간(delay time)이 존재하는데, 이 지연시간은 (+) 성분의 고주파와 (-) 성분의 고주파를 교번시키는 FET 구동회로부(300)의 단락에 의한 파손 및 과열을 방지하는 중요한 구성이다.

이 지연시간은 (+) 성분의 고주파에서 (-) 성분의 고주파로 전환시점과 (-) 성분의 고주파에서 (+) 성분의 고주파로 전환시점 사이에 존재하며, 이 지연시간이 짧을수록 FET 구동회로부(300)는 열의 발생이 증가하게 되므로, FET 구동회로부(300)의 회로를 보호하고 열의 발생을 감소시키기 위해 PWM 듀티사이클을 30~40%이내에서 PWM 주파수를 제어하도록 구성될 수 있다.

도 5의 (b)에서 PF는 PWM 주파수 제어부(210)에 의해서 제어되는 주파수를 나타내며, PD는 PWM 듀티사이클 제어부(220)에 의해서 제어되는 듀티사이클을 나타낸 것으로, 이 PF와 PD는 본 발명에서 진동출력을 제어하는 요소이다.

FET 구동회로부(300)는 스위칭 회로로서, 주파수 발생회로부(200)에서 출력되는 주파수를 교번 스위칭하여 교번 주파수를 출력한다. 본 발명에서는 이 FET 구동회로부(300)에 인가되는 주파수에서 PWM 주파수(PF), PWM 듀티사이클(PD), 슈팅타임(S) 및 동작주기(T)를 제어하여 출력 주파수를 제어할 수 있어서 FET 구동회로부(300)의 스위칭 작동에 부담을 감소시켜 열의 발생을 최소화할 수 있다.

발진기(400)는 FET 구동회로부(300)에서 출력되는 교번 주파수를 인가받아 진동되는 장치로, 설비시설(5)에 부착되는 도파관과 이 도파관에 결합되는 다수의 철편 및 이 철편에 권선되는 전선으로 이루어지며, 고주파용 발진기와 저주파용 발진기로 구분될 수 있다. 이 발진기(400)의 구성은 공지의 기술이므로 이에 대한 도면은 생략한다.

고주파용 발진기는 인가되는 주파수가 높은 반면에 감겨지는 전선의 권선수가 적으며, 저주파용 발진기는 인가되는 주파수가 낮은 반면에 감겨지는 전선의 권선수가 많은 것이 특징이다. 따라서 본 발명에 따른 고주파 및 저주파 발생 시스템은 고주파 발진기에서 고주파를 발생시켜ㅋ 고주파 발진기가 구동되도록 설정하고, 저주파 발진기에서 저주파를 발생시켜 저주파 발진기가 구동되도록 설정할 수 있다.

마이크로 컨트롤러(500)는 전원공급부(100)의 설정전압; 주파수 발생회로부(200)의 PWM 주파수, PWM 듀티사이클, 슈팅타임 및 동작주기를 제어하는 것으로,프로그램된 로직 소자로 구성될 수 있다.

또한, 본 발명에서의 마이크로 컨트롤러(500)는 진동출력의 크기를 검출하여 설정된 출력과 비교하고 설정된 출력으로 진동출력을 보정하는 기능이 포함되는 데, 이를 위하여 진동 센싱부(600)가 구비된다.

진동 센싱부(600)는 발진기(400)의 출력단에 설치되어 진동폭을 검출하는 것으로, 이 진동 센싱부(600)에서 검출되는 진동폭은 상기 마이크로 컨트롤러(500)에 전송된다. 진동폭을 수신한 마이크로 컨트롤러(500)는 설정출력과 비교하고 진동폭과 설정출력에 대한 오차값을 보정값으로 하여 주파수 발생회로부(200)의 PWM 주파수, PWM 듀티사이클, 슈팅타임 및 동작주기를 제어하여 설정출력으로 조절한다.

진동 센싱부(600)의 진동량을 검출하는 센서는 피에조(piezo)센서로 이루어질 수 있으며, 이 피에조 센서는 피에조 필름(Piezo Film)에 진동이나 힘을 가할 경우 가한 힘에 정비례하여 피에조 필름에서 전압이 발생하며, 반대로 피에조 필름에 전압을 가할 경우 기계적인 힘이 발생되는 압전효과(Piezo electricity)를 지닌 얇고 가벼운 필름 형태의 압전센서로서, 본 발명에서는 진동폭을 검출하여 이 진동폭에 비례하는 전압을 마이크로 컨트롤러(500)로 전송하고, 마이크로 컨트롤러(500)에서는 이 전압에 해당되는 출력과 초기에 설정된 진동출력과 비교하여 주파수 발생회로부(200)의 PWM 주파수, PWM 듀티사이클, 슈팅타임 및 동작주기를 제어하게 된다.

이 과정을 위해 초기 설정된 진동출력에 해당되는 PWM 주파수, PWM 듀티사이클, 슈팅타임 및 동작주기의 값과 이때 피에조 센서에서 검출되는 전압값을 초기값으로 설정하는 과정이 필요하다.

초기값을 설정하는 과정을 예를 들어 설명하면,

① 발진기(400)를 설비시설(3)에 부착하고 주파수를 발생하고,

② 주파수 발생회로부(200)의 PWM 주파수, PWM 듀티사이클, 슈팅타임 및 동작주기를 조절하여 적절한 진동이 발생되도록 하고,

③ 이때 설비시설의 진동폭을 피에조 센서에서 전압으로 측정하여,

④ 이 피에조 센서에서 검출되는 전압을 초기값으로 저장하는 과정으로 이루어질 수 있다.

이러한 과정으로 초기값이 마이크로 컨트롤러(500)에 저장되고, 이후 설비시설 내에 재료의 투입으로 진동폭이 변화하게 되면, 마이크로 컨트롤러(500)는 주파수 발생회로부(200)의 PWM 주파수, PWM 듀티사이클, 슈팅타임 및 동작주기를 제어하여, 피에조 센서에서 검출되는 전압을 초기값으로 조절한다. 이러한 과정을 통하여 설비시설(3)에서 발생되는 진동폭은 항상 일정하게 유지될 수 있다.

모니터(700)는 마이크로 컨트롤러(500)의 제어신호에 따라 주파수 발생회로부에서 출력되는 주파수를 디스플레이한다.

설정출력 입력부(800)는 적절한 진동폭을 가지도록 초기값을 설정 입력하는 것으로, 입력되는 값은 고주파 발생회로부(200a)와 저주파 발생회로부(200b)의 가변저항값 등이 될 수 있다.

다음으로, 설비시설 전체에서 균일한 진동이 발생될 수 있도록 하는 구성에 대하여 설명한다.

설비시설 전체에서 균일한 진동을 발생시키기 위해서는 각각에 설치되는 발진기를 개별적으로 제어하는 구성이 요구된다. 이에 따라 본 발명에서는 도 6에 도시된 바와 같이 마이크로 컨트롤러(500)로부터 개별적으로 제어받는 다수 개의 부(sub) 주파수 발생회로부(201, 202, 203)와; 다수 개의 부 주파수 발생회로부(201, 202, 203)에 각각 대응되는 다수 개의 부 FET 구동회로부(301, 302, 303)와; 다수 개의 부 FET 구동회로부(301, 302, 303)에 대응되는 다수 개의 부 발진기(401, 402, 403)와; 다수 개의 부 발진기(401, 402, 403)에 대응되는 다수 개의 부 진동 센싱부(601, 602, 603)로 이루어질 수 있다. 이때 마이크로 컨트롤러(500)는 다수 개의 부 주파수 발생회로부(201, 202, 203)를 각각 개별적으로 제어함에 있어서, 제어의 변수값을 상기 부 주파수 발생회로부(201, 202, 203)에 연결된 부 진동센싱부(601, 602, 603)에서 전송받는다.

도 7은 다수의 발진기를 개별제어하기 위한 주파수 발생회로부의 회로도를 나타낸 것이다.

이 첨부된 도면에서 PERIOD 1, PERIOD 2 및 PERIOD 3은 주파수 발생회로부(200)의 저주파 발생 회로부(200b)에서 출력되는 저주파가 입력되며, PWM1-1, PWM2-1 및 PWM3-1은 고주파 발생회로부(200a)의 (+) 성분이 입력되고, PWM1-2, PWM2-2 및 PWM3-2는 고주파 발생회로부(200b)의 (-) 성분이 입력된다.

여기서 PERIOD 1, PWM1-1 및 PWM1-2 입력 파형으로 출력 s1-1과 s1-2를 설명하면, PWM1-1의 출력 파형(도 4의 (a))과 PERIOD 1의 출력 파형(도 4의 (b))의 논리곱으로 출력 파형(도 5의 (+) 성분)이 트랜지스터(TR1-1)의 게이트로 입력된다.

도 7의 회로도에서 논리곱에 대하여 부논리곱(NAND 게이트)를 사용한 이유는 트랜지스터를 NPN형 트랜지스터를 사용하였기 때문이다.

또한, PWM1-2의 출력 파형(도 4의 (a))과 PERIOD 1의 출력 파형(도 4의 (b))의 논리곱으로 출력 파형(도 5의 (-) 성분)이 트랜지스터(TR1-2)의 게이트로 입력된다. 따라서 s1-1의 출력파형은 도 5의 (+) 성분이며, s1-2의 출력파형은 도 5의 (-) 성분이 된다.

도 7의 회로도에서 다이오드(D1-1, D1-2, D2-1, D2-2, D3-1, D3-2)는 역으로 유입되는 노이즈를 방지하는 역할을 수행한다.

본 발명에서는 마이크로 컨트롤러(500)에 의해 개별적으로 제어되는 다수개의 PERIOD 1, PWM1-1 및 PWM1-2 입력 파형으로 출력 s1-1과 s1-2를 가지는 회로가 발진기(400) 개수만큼 구성될 수 있으며, 이에 발진기(400)는 각각 다른 진동폭을 가지도록 구성될 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 발진기에 용접되는 설비시설 내의 재료의 변화에 따라 자동으로 진동을 제어하여 출력의 진동폭을 동일하게 유지할 수 있으며, 다수개의 발진기를 각각 개별적으로 제어할 수 있어서, 설비시설의 전체에서 균일한 진동이 발생될 수 있다.

또한, 적절한 출력을 발생하여 고주파 및 저주파 발생 시스템의 과부하를 방지할 수 있으며, 이에 따라 열 발생 및 소비전력을 최소화할 수 있으며, 출력 주파수를 시각적으로 확인할 수 있는 고주파 및 저주파 발생 시스템을 제공할 수 있으며, 진동이 요구되는 고주파 발진기 및 저주파 발진기의 종류에 따라 고주파 및 저주파를 발생시킬 수 있다.

100 : 전원공급부
200 : 주파수 발생회로부
200a : 고주파 발생회로부
200b : 저주파 발생회로부
201, 202, 203 : 부 주파수 발생회로부
300 : FET 구동회로부
301, 302, 303 : 부 FET 구동회로부
400 : 발진기
401, 402, 403 : 부 발진기
500 : 마이크로 컨트롤러
600 : 진동 센싱부
601, 602, 603 : 부 진동 센싱부
700 : 모니터
800 : 설정출력 입력부

Claims

상용 교류전원을 반파정류 방식으로 가변 직류전원으로 변환하고 설정전압을 출력하는 전원공급부(100)와;
상기 전원공급부(100)의 설정전압을 인가받아 신호펄스의 폭을 제어하여 고주파 및 저주파를 생성하는 주파수 발생회로부(200)와;
상기 주파수 발생회로부(200)에서 출력되는 주파수를 교번하도록 스위칭하여 교번 주파수를 출력하는 FET 구동회로부(300)와;
상기 전원공급부(100)의 설정전압, 상기 주파수 발생회로부(200)를 제어하는 마이크로 컨트롤러(500) 및
상기 FET 구동회로부(300)에서 출력되는 교번 주파수를 인가받아 진동되는 발진기(400)로 구성되되,
상기 주파수 발생회로부(200)는,
고주파 발생회로부(200a)의 주파수를 제어하는 PWM 주파수 제어부(210) 및 듀티사이클을 제어하는 PWM 듀티사이클 제어부(220)와;
저주파 발생회로부(200b)의 슈팅 타임을 제어하는 슈팅타임 제어부(230) 및 슈팅타임(S)과 다음 슈팅타임(S) 사이에서 듀티사이클(D)을 제외한 시간인 동작주기(T)를 제어하는 동작주기 제어부(240)로 구성되고,
상기 주파수 발생회로부(200)의 출력 파형은 상기 고주파 발생회로부(200a)의 출력 파형과 상기 저주파 발생회로부(200b)의 출력 파형의 논리곱으로 결정되는 것을 특징으로 하는 고주파 및 저주파 진동 발생 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 발진기(400)의 출력단에는 진동폭을 검출하는 진동센싱부(600)가 설치되고,
상기 마이크로 컨트롤러(500)는 상기 진동센싱부(600)에서 검출되는 진동폭을 수신하여 설정출력과 비교하고 상기 진동폭과 설정출력에 대한 오차값을 보정값으로 하여 상기 주파수 발생회로부(200)의 PWM 주파수, PWM 듀티사이클, 슈팅타임 및 동작주기를 제어하는 것을 특징으로 하는 고주파 및 저주파 진동 발생 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 진동센싱부(600)의 진동폭을 검출하는 센서는 피에조 센서로 이루어짐을 특징으로 하는 고주파 및 저주파 발생 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 주파수 발생회로부(200)는 상기 마이크로 컨트롤러(500)로부터 개별적으로 제어받는 다수 개의 부 주파수 발생회로부(201, 202, 203)로 이루어지고,
상기 FET 구동 회로부(300)는 상기 다수 개의 부 주파수 발생회로부(201, 202, 203)에 각각 대응되는 다수 개의 부 FET 구동회로부(301, 302, 303)로 이루어지고;
상기 발진기(400)는 상기 다수 개의 부 FET 구동회로부(301, 302, 303)에 각각 대응되는 다수 개의 부 발진기(401, 402, 403)로 이루어지고;
상기 진동센싱부(600)는 상기 다수 개의 부 발진기(401, 402, 403)에 각각 대응되는 다수 개의 부 진동센싱부(601, 602, 603)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고주파 및 저주파 진동 발생 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 마이크로 컨트롤러(500)의 제어신호를 받아 상기 주파수 발생회로부(200)에서 출력되는 주파수를 디스플레이하는 모니터(700) 및
상기 마이크로 컨트롤러(500)로 설정출력을 입력할 수 있는 설정출력 입력부(800)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 및 저주파 발생 시스템.