KR101303904B1

KR101303904B1 - 전원선을 이용한 센서신호 검출장치

Info

Publication number: KR101303904B1
Application number: KR1020120074050A
Authority: KR
Inventors: 조재승; 황일규; 이영규
Original assignee: 조재승; 이영규; 황일규
Priority date: 2012-07-06
Filing date: 2012-07-06
Publication date: 2013-09-05

Abstract

본 발명은 전원선을 이용한 센서신호 검출장치에 관한 것으로서, 센서신호를 출력하는 센서부; 스위칭 제어신호에 따라 일정 주기의 스위칭전원을 생성하여 전원선에 공급하는 스위칭전원 공급부; 상기 스위칭전원을 직류전원으로 평활하여 상기 센서부에 공급하는 전원 평활부; 상기 센서부에서 출력된 센서신호를 지연시켜, 상기 전원선으로 입력되는 스위칭전원이 차단주기일 경우 상기 전원선을 통해 상기 센서신호를 펄스신호로 출력하는 신호지연 및 펄스 발생부; 및 상기 스위칭전원 공급부에 상기 스위칭 제어신호를 출력하고, 상기 전원선으로 입력되는 펄스신호를 입력받아 상기 센서부의 감지결과를 처리하는 센서 제어부를 포함한다. 이에 의해, 센서장치에 동작전원을 공급하는 전원선을 이용하여 센서신호를 검출할 수 있도록 함으로써 센서신호 감지를 위한 신호선의 구성을 제거하여 센서장치의 설치 시 배선을 용이하게 하고 설치공간을 절약할 수 있도록 하는 전원선을 이용한 센서신호 검출장치에 관한 것이다.

Description

전원선을 이용한 센서신호 검출장치{APPARATUS AND METHOD FOR SENSOR SIGNAL DETECTION ON POWER LINES}

본 발명은 전원선을 이용한 센서신호 검출장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 센서장치에 동작전원을 공급하는 전원선을 이용하여 센서신호를 검출할 수 있도록 함으로써 센서신호 감지를 위한 신호선의 구성을 제거하여 센서장치의 설치 시 배선을 용이하게 하고 설치공간을 절약할 수 있도록 하는 전원선을 이용한 센서신호 검출장치에 관한 것이다.

센서장치는 열, 빛, 온도, 압력, 소리 등의 물리적인 양이나 그 변화를 감지하여 전기적인 신호로 출력하는 장치로서 다양한 분야에서 사용되고 있다.

도 1은 종래기술에 따른 센서신호 검출장치의 회로 구성도로서, 빛을 감지하는 광센서(20)의 센서신호를 검출하는 센서신호 검출장치를 예시하고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 센서신호 검출장치는 광센서(20)와, 광센서(20)에 동작전원을 공급하고 광센서(20)의 센서신호를 감지하여 처리하는 센서 제어부(10)를 포함한다.

광센서(20)는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치로서, 빛이 입사되면 전자와 양의 전하 정공이 생겨서 전류가 도통하며 전압의 크기는 빛의 강도에 따라 증감한다.

센서 제어부(10)는 광센서(20)에 동작전원을 공급하고 광센서(20)의 센서신호를 감지하여 처리한다. 센서 제어부(10)와 광센서(20)는 동작전원을 공급하기 위한 전원선과 센서신호를 입력 받기 위한 신호선으로 결선된다. 이에, 센서신호 검출장치를 구성하기 위해서는 전원선과 신호선을 각각 배선해야 하는 불편함이 있다.

또한, 기존의 회로에 센서장치를 추가하기 위해서는 추가되는 센서의 개수만큼 신호선도 추가되어야 하므로 설치작업 시 어려움이 있고, 배선이 추가되는 만큼 설치공간을 확보해야 하고 복잡한 배선을 관리하는 것도 용이하지 않다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 센서장치에 동작전원을 공급하는 전원선을 이용하여 센서신호를 검출할 수 있도록 함으로써 센서신호 감지를 위한 신호선의 구성을 제거하여 센서장치의 설치 시 배선을 용이하게 하고 설치공간을 절약할 수 있도록 하는 전원선을 이용한 센서신호 검출장치를 제공하는데 그 기술적 과제가 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 센서신호를 출력하는 센서부; 스위칭 제어신호에 따라 일정 주기의 스위칭전원을 생성하여 전원선에 공급하는 스위칭전원 공급부; 상기 스위칭전원을 직류전원으로 평활하여 상기 센서부에 공급하는 전원 평활부; 상기 센서부에서 출력된 센서신호를 지연시켜, 상기 전원선으로 입력되는 스위칭전원이 차단주기일 경우 상기 전원선을 통해 상기 센서신호를 펄스신호로 출력하는 신호지연 및 펄스 발생부; 및 상기 스위칭전원 공급부에 상기 스위칭 제어신호를 출력하고, 상기 전원선으로 입력되는 펄스신호를 입력받아 상기 센서부의 감지결과를 처리하는 센서 제어부를 포함하는 전원선을 이용한 센서신호 검출장치가 제공된다.

여기서, 상기 스위칭전원 공급부에서 상기 전원 평활부로 연결되는 전원선에 개재되어 상기 센서부로 공급되는 직류전원이 상기 전원선으로 역류하는 것을 방지하는 역류전원 차단부를 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 신호지연 및 펄스 발생부에서 출력된 상기 센서신호를 상기 센서 제어부로 전달하는 전원선에 개재되어 상기 스위칭전원이 상기 전원선을 통해 상기 신호지연 및 펄스발생부로 입력되는 것을 차단하는 유입전원 차단부를 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 센서 제어부는, 상기 스위칭전원 공급부에 스위칭 제어신호를 출력하는 출력포트와 상기 전원선으로 입력되는 센서신호를 입력받는 입력포트를 포함할 수 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 스위칭 제어신호에 따라 일정 주기의 스위칭전원을 생성하여 전원선에 공급하는 스위칭전원 공급부; 상기 전원선으로부터 상기 스위칭전원을 공급받아 동작되며, 외부의 물리적 변화를 전기적인 센서신호로 변환하여 상기 스위칭전원이 차단주기일 경우 상기 전원선을 통해 상기 센서신호를 제1펄스신호로 출력하는 제1센서신호 검출모듈; 상기 전원선에 상기 제1센서신호 검출모듈과는 병렬로 연결되며, 상기 스위칭전원을 공급받아 상기 외부의 물리적 변화를 전기적인 센서신호로 변환하여 상기 스위칭전원이 차단주기일 경우 상기 제N센서신호와는 일정 지연시간을 갖도록 제N펄스신호로 출력하는 제N센서신호 검출모듈; 및 상기 스위칭전원 공급부에 상기 스위칭 제어신호를 출력하고, 상기 전원선으로 입력되는 제1내지 제N펄스신호를 입력받아 상기 N개의 센서신호 검출모듈의 감지결과를 처리하는 센서 제어부를 포함하는 전원선을 이용한 센서신호 검출장치가 제공된다.

여기서, 상기 제N센서신호 검출모듈은, 상기 외부의 물리적 변화를 전기적인 센서신호로 출력하는 센서부; 상기 스위칭전원을 직류전원으로 평활하여 상기 센서부에 공급하는 전원 평활부; 및 상기 센서부에서 출력된 센서신호를 기 설정된 주기만큼 지연시켜, 상기 전원선으로 입력되는 스위칭전원이 차단주기일 경우 상기 전원선을 통해 상기 센서신호를 펄스신호로 출력하는 신호지연 및 펄스 발생부를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 스위칭전원 공급부에서 상기 전원 평활부로 연결되는 전원선에 개재되어 상기 센서부로 공급되는 직류전원이 상기 전원선으로 역류하는 것을 방지하는 역류전원 차단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원선을 이용한 센서신호 검출장치.

또한, 상기 신호지연 및 펄스 발생부에서 출력된 상기 센서신호를 상기 센서 제어부로 전달하는 전원선에 개재되어 상기 스위칭전원이 상기 전원선을 통해 상기 신호지연 및 펄스발생부로 입력되는 것을 차단하는 유입전원 차단부를 더 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 전원선을 이용한 센서신호 검출장치는, 센서장치에 동작전원을 공급하는 전원선을 이용하여 센서신호를 검출할 수 있도록 함으로써 센서신호 감지를 위한 신호선의 구성을 제거하여 센서장치의 설치 시 배선을 용이하게 하고 설치공간을 절약할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 센서신호 검출장치의 회로 구성도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 센서신호 검출장치의 회로 구성도,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 센서신호 검출장치의 입출력 신호도,
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 센서신호 검출장치의 회로 구성도,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 센서신호 검출장치의 입출력 신호도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 발명에 따른 센서신호 검출장치는 열, 빛, 온도, 압력, 소리 등의 물리적인 양이나 그 변화를 전기적인 신호로 출력하는 센서장치의 출력신호, 즉, 센서신호를 감지할 수 있다.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 센서신호 검출장치를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 센서신호 검출장치의 회로 구성도이고, 도 3은 제1실시예에 따른 센서신호 검출장치의 입출력 신호도로서, 빛을 감지하는 광센서의 센서신호를 검출하는 센서신호 검출장치를 예시하고 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 센서신호 검출장치는, 스위칭 제어신호에 따라 일정 주기의 스위칭전원을 생성하여 전원선에 공급하는 스위칭전원 공급부, 스위칭전원을 직류전원으로 평활하여 광센서(200)에 공급하는 전원 평활부, 광센서(200)에서 출력된 센서신호를 전원선을 통해 펄스신호로 출력하는 신호지연 및 펄스 발생부(300), 전원선을 통해 센서신호를 입력받아 처리하는 센서 제어부(100)를 포함한다.

스위칭전원 공급부는 일정 주기로 온/오프 스위칭 동작하여 직류전원(Vdc)를 펄스형태의 스위칭전원으로 변환한다. 여기서, 스위칭전원 공급부는 반도체 스위칭 소자(TR1)를 이용하여 구현할 수 있다. 반도체 스위칭 소자(TR1)가 일정 주기로 온/오프 스위칭하면 도 3의 (A)의 V1 파형과 같이 하이(high) 신호와 로우(low) 신호가 일정 주기로 반복된다. 여기서, 반도체 스위칭 소자(TR1)가 턴온된 주기에는 광센서(200)에 전원이 공급된다. 반면, 반도체 스위칭 소자(TR1)가 턴오프된 주기에는 전원선이 직류전원(Vdc) 및 광센서(200) 측과 차단되므로 전원선을 센서신호를 전달하는 용도로 사용할 수 있다.

전원 평활부는 스위칭전원을 직류전원으로 평활하여 광센서(200)에 공급한다. 전원 평활부는 콘덴서(C1)를 이용하여 구현할 수 있다. 광센서(200)는 소비전력이 작으므로 콘덴서(C1)의 양단 전압 파형 V2는 도 3의 (B)와 같이 거의 평활화된 직류전압 형태를 갖는다. 이에, 콘덴서(C1)를 이용하여 광센서(200) 측의 회로에 직류전압을 공급할 수 있다.

역류전원 차단부(D1)는 스위칭전원 공급부에서 콘덴서(C1)로 연결되는 전원선에 개재된다. 역류전원 차단부(D1)로는 광센서(200)에 공급되는 직류전원이 전원선으로 역류하는 것을 방지할 수 있는 다양항 회로 구성을 적용할 수 있으며, 본 실시예에서는 역류전원 차단부(D1)로서 다이오드(D1)를 적용하는 경우를 예시하고 있다.

광센서(200)는 빛의 유무를 감지할 수 있으며, 이를 이용하여 광센서(200)의 감지 영역 내에 물체가 존재하는지 감지할 수 있다. 광센서(200)로서 포토 인터럽터를 적용한 예를 들면, 광센서(200) 입력부 발광 다이오드에 하이(high) 전원이 공급되는 상태에서 소정 물체가 광센서(200)로 입사되는 빛을 차단하면 광센서(200) 출력부 포토 트랜지스터의 V3 전압은 하이(high)값을 갖게 된다. 그리고, 물체가 없는 경우 광센서(200)로 빛이 입사되므로 V3 전압은 로우(low) 값을 갖게 된다. 이에, 도 3의 (C)의 V3 파형과 같이 물체가 검출된 구간에서는 스위칭 전압(V1)은 하이(high) 상태이나 센서의 출력전압(V3)은 로우(low)값을 갖게 된다.

신호지연 및 펄스 발생부(300)는 센서의 출력전압(V3)을 스위칭 전원의 차단주기에 전송하기 위해 기 설정된 지연시간 후에 센서신호를 펄스 형태로 출력한다. 이에, 도 3의 (D)의 V4 파형과 같이 스위칭전원의 차단주기가 시작되고 지연시간(Td) 후에 펄스폭(Tw)를 갖는 센서신호가 출력된다. 여기서, 지연시간(Td) 및 펄스폭(Tw)는 용도에 맞게 조정이 가능하다. 이러한 기능을 수행하는 신호지연 및 펄스 발생부(300)는 모노스테이블 멀티바이브레이터 등을 이용하여 구성할 수 있다.

여기서, 신호지연 및 펄스발생부(300)의 신호 출력 라인에는 스위칭 전원이 유입되는 것을 방지하는 유입전원 차단부(D2)가 개재된다. 유입전원 차단부(D2)로는 트랜지스터, IC 출력의 트라이스테이트 구조 등 다양한 회로 구성들을 적용할 수 있으며, 본 실시예에서는 유입전원 차단부(D2)로서 다이오드(D2)를 적용하는 경우를 예시하고 있다.

이러한 구성에 의해, 전원선에는 온/오프 스위칭 전원 파형과 스위칭 전원의 전원차단 구간에 펄스 형태로 출력되는 센서신호 파형이 함께 전달되어, 별도의 신호선 없이도 센서신호를 센서 제어부(100)로 전달할 수 있다. 예컨대, 도 3의 (E)의 파형과 같이, 전력이 차단되는 구간에 센서로부터 물체를 검출한 경우에는 로우(Low), 미검출한 경우에는 Tw 펄스폭을 가지는 펄스가 발생하여 전원선을 통해 신호를 전송할 수 있다.

도 4및 도 5를 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 센서신호 검출장치를 상세히 설명한다. 제2실시예를 설명함에 있어서 제1실시예와 동일한 기능을 수행하는 구성에 대해서는 동일한 참조번호를 부여하고 중복된 설명은 생략하기로 한다.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 센서신호 검출장치의 회로 구성도이고, 도 5는 제2실시예에 따른 센서신호 검출장치의 입출력 신호도로서 전원선에서 감지되는 신호 파형을 예시한 것이다.

본 발명의 제2실시예에 따르면, 전원선에 대해 N개의 센서신호 검출모듈(400a~400n)을 병렬로 연결하면 N개의 광센서(200)를 센서 제어부(100)에 연결할 수 있다. 이와 같이, 복수개의 센서를 사용할 경우에는 각 센서로부터 출력되는 펄스를 각각의 센서에 부착된 신호지연 및 펄스발생부(300)에서 지연시간 Td를 각각 다르게 설정하여 출력할 수 있다.

제1센서신호 검출모듈(400a)은 전원선으로부터 스위칭전원을 공급받아 동작되고, 광센서(200)의 센서신호를 스위칭전원이 차단주기일 경우 전원선을 통해 제1센서신호로 출력한다.

제N센서신호 검출모듈(400N)은 제1센서신호 검출모듈(400a)과 병렬로 연결되어 스위칭전원을 공급받는다. 제N센서신호 검출모듈(400N) 또한 스위칭전원이 차단주기일 경우 광센서(200)의 센서신호를 제N센서신호로 출력하며, 이 때, 제N센서신호는 제1센서신호보다 일정 시간 지연된 후 출력된다.

이러한 구성에 따라, 도 5에 도시된 바와 같이, 스위칭전원이 차단주기일 경우 N개의 센서에서 감지된 센서신호가 순차적으로 출력되어 센서 제어부(100)에 전달될 수 있다.

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명은 센서장치에 동작전원을 공급하는 전원선을 이용하여 센서신호를 검출할 수 있도록 함으로써 센서신호 감지를 위한 신호선의 구성을 제거하여 센서장치의 설치 시 배선을 용이하게 하고 설치공간을 절약할 수 있도록 하는 전원선을 이용한 센서신호 검출장치에 이용될 수 있다.

100 : 센서 제어부
200 : 광센서
300 : 신호지연 및 펄스 발생부

Claims

센서신호를 출력하는 센서부;
스위칭 제어신호에 따라 일정 주기의 스위칭전원을 생성하여 전원선에 공급하는 스위칭전원 공급부;
상기 스위칭전원을 직류전원으로 평활하여 상기 센서부에 공급하는 전원 평활부;
상기 센서부에서 출력된 센서신호를 지연시켜, 상기 전원선으로 입력되는 스위칭전원이 차단주기일 경우 상기 전원선을 통해 상기 센서신호를 펄스신호로 출력하는 신호지연 및 펄스 발생부; 및
상기 스위칭전원 공급부에 상기 스위칭 제어신호를 출력하고, 상기 전원선으로 입력되는 펄스신호를 입력받아 상기 센서부의 감지결과를 처리하는 센서 제어부를 포함하는 전원선을 이용한 센서신호 검출장치.
제1항에 있어서,
상기 스위칭전원 공급부에서 상기 전원 평활부로 연결되는 전원선에 개재되어 상기 센서부로 공급되는 직류전원이 상기 전원선으로 역류하는 것을 방지하는 역류전원 차단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원선을 이용한 센서신호 검출장치.
제1항에 있어서,
상기 신호지연 및 펄스 발생부에서 출력된 상기 센서신호를 상기 센서 제어부로 전달하는 전원선에 개재되어 상기 스위칭전원이 상기 전원선을 통해 상기 신호지연 및 펄스발생부로 입력되는 것을 차단하는 유입전원 차단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원선을 이용한 센서신호 검출장치.
제1항에 있어서,
상기 센서 제어부는,
상기 스위칭전원 공급부에 스위칭 제어신호를 출력하는 출력포트와 상기 전원선으로 입력되는 센서신호를 입력받는 입력포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원선을 이용한 센서신호 검출장치.
스위칭 제어신호에 따라 일정 주기의 스위칭전원을 생성하여 전원선에 공급하는 스위칭전원 공급부;
상기 전원선으로부터 상기 스위칭전원을 공급받아 동작되며, 외부의 물리적 변화를 전기적인 제1센서신호로 변환하여 상기 스위칭전원이 차단주기일 경우 상기 전원선을 통해 상기 제1센서신호를 제1펄스신호로 출력하는 제1센서신호 검출모듈;
상기 전원선에 상기 제1센서신호 검출모듈과는 병렬로 연결되며, 상기 스위칭전원을 공급받아 상기 외부의 물리적 변화를 전기적인 제N센서신호로 변환하여 상기 스위칭전원이 차단주기일 경우 상기 제N센서신호와는 일정 지연시간을 갖도록 제N펄스신호로 출력하는 제N센서신호 검출모듈; 및
상기 스위칭전원 공급부에 상기 스위칭 제어신호를 출력하고, 상기 전원선으로 입력되는 제1내지 제N펄스신호를 입력받아 상기 N개의 센서신호 검출모듈의 감지결과를 처리하는 센서 제어부를 포함하는 전원선을 이용한 센서신호 검출장치.
제5항에 있어서,
상기 제N센서신호 검출모듈은,
상기 외부의 물리적 변화를 전기적인 센서신호로 출력하는 센서부;
상기 스위칭전원을 직류전원으로 평활하여 상기 센서부에 공급하는 전원 평활부; 및
상기 센서부에서 출력된 센서신호를 기 설정된 주기만큼 지연시켜, 상기 전원선으로 입력되는 스위칭전원이 차단주기일 경우 상기 전원선을 통해 상기 센서신호를 펄스신호로 출력하는 신호지연 및 펄스 발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서신호 검출장치.
제6항에 있어서,
상기 스위칭전원 공급부에서 상기 전원 평활부로 연결되는 전원선에 개재되어 상기 센서부로 공급되는 직류전원이 상기 전원선으로 역류하는 것을 방지하는 역류전원 차단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원선을 이용한 센서신호 검출장치.
제6항에 있어서,
상기 신호지연 및 펄스 발생부에서 출력된 상기 센서신호를 상기 센서 제어부로 전달하는 전원선에 개재되어 상기 스위칭전원이 상기 전원선을 통해 상기 신호지연 및 펄스발생부로 입력되는 것을 차단하는 유입전원 차단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원선을 이용한 센서신호 검출장치.