KR101347580B1 - 변위 감지 장치 및 그 방법 - Google Patents

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전진용
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고영훈
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한국과학기술원
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Abstract

변위 감지 장치 및 그 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 변위 감지 장치는 커플러 소자의 변위에 독립적인 두 개의 기준 신호와 상기 커플러 소자의 변위에 종속적인 적어도 하나 이상의 수신 신호를 수신하는 수신부; 상기 수신된 상기 두 개의 기준 신호에 대한 차와 합의 비율을 이용하여 공통 모드 요소가 제거된, 상기 커플러 소자와 송신 코일 또는 수신 코일 간의 갭에 대한 정보를 포함하는 보상 신호를 생성하는 보상 신호 생성부; 및 상기 생성된 상기 보상 신호와 상기 수신 신호를 이용하여 상기 갭을 고려한 상기 커플러 소자의 변위를 연산하는 연산부를 포함하고, 상기 수신부는 상기 커플러 소자와의 갭 변화에 따라 신호 변화량이 서로 다른 상기 두 개의 기준 신호를 수신함으로써, 신호 처리를 수행하는 프로세서 또는 모듈에서 공통 모드 요소와 갭 오차를 함께 보상할 수 있고, 이를 통해 변위 감지의 정확성을 향상시킬 수 있다.

Description

변위 감지 장치 및 그 방법 {Apparatus for detecting displacement and method thereof}
본 발명은 변위 감지에 대한 것으로, 상세하게는 신호 처리를 수행하는 프로세서 또는 모듈에서 커플러 소자의 위치에 독립적인 기준 신호를 생성하는 두 개의 기준 코일을 포함하는 변위 센서로부터 수신되는 기준 신호를 이용하여 공통 모드 요소와 갭 오차를 함께 보상할 수 있는 변위 감지 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
자동차에서, 스로틀 페달(throttle pedal)등의 부품은 통상 케이블에 의해 엔진 스로틀에 기계적으로 연결되어 있다. 그렇지만, 보다 최신의 자동차에서는, 스로틀 위치 센서가 기계적으로 스로틀 페달에 연결되어 이 스로틀 페달의 눌림 정도를 나타내는 전기 출력 신호를 발생시킨다. 이러한 시스템을 흔히 "플라이 바이 와이어(fly-by-wire)" 시스템이라고 한다.
한 유형의 스로틀 위치 센서에서는, 송신 코일 또는 여기 코일(exciter coil)이 고주파원에 의해 여기되어 송신 코일이 전자기 방사를 발생시키게 된다. 이 송신 코일은 원형 패턴으로 배치되어 있으나, 다른 패턴 구성이 대신 사용될 수도 있다.
수신 코일 또한 송신 코일 근방에 있는 위치 센서에 배치된다. 따라서, 송신 코일이 여기되면, 수신 코일은 송신 코일과의 유도 결합(inductive coupling)으로 인해 출력 신호를 발생시키게 된다.
스로틀의 위치를 나타내는 출력 신호를 발생시키기 위해, 위치 센서에 커플러 소자가 회전 가능하게 장착되어 스로틀 페달의 눌림 및 해제와 동기화되어 회전한다. 커플러 소자는 송신 코일 및 수신 코일 모두의 위치에 중첩되어 있다. 결과적으로, 커플러 소자의 이동 또는 회전 시 송신 코일과 수신 코일 간의 유도 커플링이 가변하게 된다.
이런 유도 커플링의 변화에 의하여 생성되는 수신 코일의 출력 신호는 커플러 소자의 각 위치(angular position) 또는 선형 위치(linear position) 및 커플러 소자에 기계적으로 결합되어 있는 부품 위치의 함수로서 가변한다.
하지만, 수신 코일의 출력 신호는 공통 모드 요소(common mode factors)와 제조 편차 등에 의해 발생될 수 있는 커플러 소자와 송신(또는 수신) 코일 사이의 갭(gap)에 의하여 변화되기 쉽다.
여기서, 공통 모드 요소는 송신 코일에 인가되는 여기 전압의 변화, 수신 노이즈를 포함하는 주변 전자기장, 온도 변화 등을 포함할 수 있다.
수신 코일의 출력 신호는 공통 모드 요소와 갭 오차에 의하여 변화될 수 있으며, 정확한 변위를 감지하는데 있어서 이에 대한 변화들을 보정하는 것이 매우 중요하다.
따라서, 변위 센서로부터 출력되는 신호를 수신하여 공통 모드 요소와 갭 오차를 함께 보정하여 변위를 정확하게 감지할 수 있는 프로세서의 필요성이 대두된다.
한국공개특허 제2007-0009684호 (공개일 2007.01.18) 한국공개특허 제2008-0021819호 (공개일 2008.03.07) 한국공개특허 제2010-0083152호 (공개일 2010.07.21)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 도출된 것으로서, 두 개의 기준 코일로부터 수신되는 커플러 소자의 위치에 독립적인 기준 신호를 이용하여 공통 모드 요소와 갭 오차를 함께 보상할 수 있는 변위 감지 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 공통 모드 요소와 갭 오차를 함께 보상함으로써, 변위 감지의 정확성을 향상시킬 수 있는 변위 감지 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 변위 감지 장치는 커플러 소자의 변위에 독립적인 두 개의 기준 신호와 상기 커플러 소자의 변위에 종속적인 적어도 하나 이상의 수신 신호를 수신하는 수신부; 상기 수신된 상기 두 개의 기준 신호에 대한 차와 합의 비율을 이용하여 공통 모드 요소가 제거된, 상기 커플러 소자와 송신 코일 또는 수신 코일 간의 갭에 대한 정보를 포함하는 보상 신호를 생성하는 보상 신호 생성부; 및 상기 생성된 상기 보상 신호와 상기 수신 신호를 이용하여 상기 갭을 고려한 상기 커플러 소자의 변위를 연산하는 연산부를 포함한다.
상기 수신부는 상기 커플러 소자와의 갭 변화에 따라 신호 변화량이 서로 다른 상기 두 개의 기준 신호를 수신할 수 있다.
상기 수신부는 두 개의 수신 신호를 수신하고, 상기 연산부는 상기 수신된 상기 두 개의 수신 신호의 차와 합의 비율, 및 상기 보상 신호를 이용하여 상기 커플러 소자의 변위를 연산할 수 있다.
상기 수신부는 한 개의 수신 신호를 수신하고, 상기 연산부는 상기 수신된 상기 한 개의 수신 신호와 상기 두 개의 기준 신호 중 어느 하나의 비율, 및 상기 보상 신호를 이용하여 상기 커플러 소자의 변위를 연산할 수 있다.
상기 수신부는 두 개의 수신 신호를 수신하고, 상기 연산부는 상기 수신된 상기 두 개의 수신 신호의 차와 상기 두 개의 기준 신호 중 어느 하나의 비율, 및 상기 보상 신호를 이용하여 상기 커플러 소자의 변위를 연산할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 변위 감지 방법은 커플러 소자의 변위에 독립적인 두 개의 기준 신호와 상기 커플러 소자의 변위에 종속적인 적어도 하나 이상의 수신 신호를 수신하는 단계; 상기 수신된 상기 두 개의 기준 신호에 대한 차와 합의 비율을 이용하여 공통 모드 요소가 제거된, 상기 커플러 소자와 송신 코일 또는 수신 코일 간의 갭에 대한 정보를 포함하는 보상 신호를 생성하는 단계; 및 상기 생성된 상기 보상 신호와 상기 수신 신호를 이용하여 상기 갭을 고려한 상기 커플러 소자의 변위를 연산하는 단계를 포함한다.
상기 수신하는 단계는 상기 커플러 소자와의 갭 변화에 따라 신호 변화량이 서로 다른 상기 두 개의 기준 신호를 수신할 수 있다.
본 발명에 따르면, 커플러 소자의 위치에 독립적인 두 개의 기준 신호를 수신하여 공통 모드 요소와 갭 오차를 함께 보상할 수 있기 때문에 변위 감지 정확성을 향상시킬 수 있다.
보다 상세하게, 본 발명은 수신되는 두 개의 기준 신호의 차와 합의 비율을 이용하는 ratio-metric 기반의 방식을 사용하여 기준 신호에 대한 공통 모드 요소를 제거하고, 커플러 소자와 수신 코일 간의 갭에 대한 정보를 포함하는 보상 신호를 생성하며, 생성된 보상 신호와 공통모드 오차가 제거된 커플러 소자의 변위에 종속적인 신호를 이용하여 커플러 소자의 변위를 정확하게 감지할 수 있다.
즉, 본 발명은 커플러 소자의 변위를 감지하는데 오차를 발생시킬 수 있는 공통 모드 요소와 갭 오차를 함께 보상함으로써, 변위를 정확하게 감지할 수 있고, 이를 통해 변위 감지의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 두 개의 기준 신호를 이용하여 기준 신호의 공통 모드 오차를 제거하고, 이를 통해 갭 오차를 보상할 수 있는 보상 신호를 생성함으로써, 제품 제조 시 발생될 수 있는 갭 오차, 마모에 의해 발생될 수 있는 갭 오차를 보상할 수 있고, 따라서 변위 감지가 정확해 지며, 변위 감지에 따른 동작의 신뢰성이 높아질 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 변위 감지 장치를 설명하기 위한 변위 센서의 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에서의 수신 코일과 기준 코일에 대한 일 실시예 형태를 나타낸 것이다.
도 3은 도 2에 도시된 기준 코일과 커플러 소자의 일 실시예 형태를 나타낸 것이다.
도 4은 본 발명의 변위 감지 장치로 수신되는 수신 신호를 생성하는 수신 코일 구조에 대한 다른 일 실시예를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 변위 감지 장치로 수신되는 수신 신호를 생성하는 수신 코일 구조에 대한 또 다른 일 실시예를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 변위 감지 장치에 대한 구성을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 변위 감지 방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 8은 도 7에 도시된 단계 S740에 대한 일 실시예 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 9는 도 7에 도시된 단계 S740에 대한 다른 일 실시예 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 변위 감지 장치 및 그 방법을 첨부된 도 1 내지 도 9를 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 변위 감지 장치를 설명하기 위한 변위 센서의 구조를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명에서의 수신 코일과 기준 코일에 대한 일 실시예 형태를 나타낸 것이며, 도 3은 도 2에 도시된 기준 코일과 커플러 소자의 일 실시예 형태를 나타낸 것이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 변위 센서는 송신 코일(110), 두 개의 수신 코일(130, 140), 두 개의 기준 코일(150, 160) 및 신호 처리부(170)를 포함한다.
송신 코일(110)은 여기 전원(excitation source)에 의하여 여기되어 송신 신호 즉, 전자기 방사를 생성한다.
이 때, 송신 코일(110)은 원형으로 형성될 수 있고, 수신 코일과의 유도 결합, 기준 코일과의 유도 결합에 의해 수신 코일과 기준 코일 각각으로부터 신호가 생성될 수 있도록 특정 영역에 형성될 수 있다.
두 개의 수신 코일(130, 140) 각각은 센터 탭(center-tap)(GND)을 공유하고, 일정 영역 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 수신 코일(130)은 A 영역에 형성되고, 제2 수신 코일(140)은 B 영역에 형성되어 있으며, 송신 코일(110)과의 유도 결합(inductive coupling)에 의하여 수신 신호를 생성한다.
여기서, 유도 결합은 송신 코일 및 수신 코일 모두의 위치에 중첩되어 있는 커플러 소자(120)의 이동 또는 회전에 의하여 가변된다.
두 개의 기준 코일(150, 160)은 커플러 소자(120)의 변위에 독립적인 기준 신호를 생성하는 코일로서, 두 개의 기준 코일(150, 160)로부터 생성된 기준 신호(Vref1, Vref2)는 커플러 소자(120)와 송신 코일(110) 또는 수신 코일(130, 140) 간의 갭(또는 간극)에 대한 정보를 생성하는데 사용될 수 있다.
즉, 두 개의 기준 코일(150, 160) 각각은 커플러 소자(120)의 의도된 변위에 독립적이고 커플러 소자(120)의 의도하지 않은 변위 예를 들어, 갭에 종속되도록 형성될 수 있으며, 이렇게 형성된 기준 코일의 기준 신호를 이용하여 갭을 보상하기 위한 보상 신호를 생성할 수 있다.
본 발명에서의 두 개의 기준 코일(150, 160)은 수신 코일이 형성된 영역과 겹치지 않은 내부 영역에 형성되는 제1 기준 코일(150)과 수신 코일의 영역을 모두 포함하도록 형성되는 제2 기준 코일(160)을 포함한다.
여기서, 제2 기준 코일(160)은 센터 탭을 공유하고 있는 두 개의 수신 코일(130, 140)로부터 생성되는 수신 신호의 합(VA+VB)에 대응하도록 형성될 수 있으며, 커플러 소자(120)가 움직이는 궤도 상의 외측에 형성될 수 있다.
이 때, 두 개의 기준 코일(150, 160)은 커플러 소자(120)의 형태에 따라 배치될 수 있으며, 커플러 소자(120)와의 갭 변화에 따라 신호 변화량이 서로 다른 기준 신호를 생성할 수 있다.
예컨대, 제1 기준 코일(150)은 도 3에 도시된 바와 같이, 송신 코일(110)에 의하여 생성되는 전자기 방사의 자속 밀도(magnetic flux density)가 높으며 커플러 소자(120)에 의해 모두 가려지는 중심부에 형성될 수 있고, 제2 기준 코일(160)은 전자기 방사의 자속 밀도가 상대적으로 낮으며 커플러 소자(120)의 폴(pole)에 의해 일부 가려지는 가장자리에 형성될 수 있다. 즉, 제1 기준 코일(150)과 제2 기준 코일(160)은 송신 코일(110)로부터 생성되는 전자기 방사의 자속 밀도와 커플러 소자(120)에 의해 가려지는 영역의 차이로 인하여, 갭 변화에 따른 기준 신호의 신호 변화량이 서로 다르게 생성된다.
물론, 제1 기준 코일(150)이 커플러 소자(120)에 의해 모두 가려지도록 형성되지 않고, 커플러 소자(120)에 의해 일부만이 가려지도록 형성될 수도 있는데, 이 경우에도 갭 변화에 따른 제1 기준 코일(150)에 대한 기준 신호의 신호 변화량이 제2 기준 코일(160)에 대한 기준 신호의 신호 변화량과 서로 다르게 생성되어야 한다.
신호 처리부(170)는 본 발명에 따른 변위 감지 장치에 해당하는 구성으로, 두 개의 기준 코일(150, 160)로부터 생성되는 기준 신호와 두 개의 수신 코일(130, 140)로부터 생성되는 수신 신호를 수신하고, 수신된 두 개의 기준 신호의 차와 합의 비율 즉, (Vref1-Vref2)/(Vref1+Vref2)을 이용하여 공통 모드 요소가 제거된 갭에 대한 정보를 포함하는 보상 신호를 생성하며, 두 개의 수신 신호의 차와 합의 비율, 및 생성된 보상 신호를 이용하여 커플러 소자(120)의 변위를 연산한다.
이 때, 신호 처리부(170)는 도 2에 도시된 바와 같이, 센터 탭을 공유하는 두 개의 수신 코일(130, 140)로부터 두 개의 수신 신호(VA, VB)가 수신되는 경우, 수신 신호의 차(VA-VB)와 합(VA+VB)의 비율 즉, (VA-VB)/(VA+VB)을 이용하여 수신 신호에서 공통 모드 요소를 제거하고, 보상 신호를 이용하여 커플러 소자(120)와 송신 코일(110) 또는 수신 코일(130, 140) 간의 갭을 고려한 커플러 소자(120)의 변위를 연산할 수 있다.
즉, 신호 처리부(170)는 ratio-metric 방식을 이용하여 기준 신호에서 공통 모드 요소를 제거하기 때문에 갭에 대한 정보를 포함하는 신호만이 남겨진다. 이는 기준 신호가 갭에 대해서만 종속적인 신호이기 때문이다. 그리고, 신호 처리부(170)는 다시 ratio-metric 방식을 이용하여 수신 신호에서 공통 모드 요소를 제거하고, 보상 신호를 이용하여 커플러 소자의 변위를 연산한다. 이 때, 수신 신호는 갭과 변위에 종속적인 신호이기 때문에 신호 처리부(170)는 갭에 대한 정보와 변위 정보를 이용하여 갭을 고려한 커플러 소자의 정확한 변위를 연산할 수 있다.
본 발명에 따른 변위 감지 장치는 센터 탭을 공유하는 두 개의 수신 코일로부터 수신 신호를 수신할 수도 있지만, 센터 탭을 공유하지 않은 적어도 하나 이상의 수신 코일로부터 수신 신호를 수신할 수도 있으며, 이에 대해 도 4와 도 5를 참조하여 설명한다.
도 4은 본 발명의 변위 감지 장치로 수신되는 수신 신호를 생성하는 수신 코일 구조에 대한 다른 일 실시예를 나타낸 것이다.
도 4를 참조하면, 수신 코일은 접지를 사용하지 않은 플로팅(floating) 상태의 두 단자를 포함하고, 권선 방향이 서로 다른 두 루프를 가지도록 형성할 수 있다.
즉, 수신 코일은 제1 방향으로 권선된 제1 루프(410)와 제2 방향으로 권선된 제2 루프(420)를 포함하며, 수신 코일로부터 생성되는 수신 신호(VA -B)는 권선 방향이 서로 다르기 때문에 커플러 소자의 위치에 따라 가변된다.
도 5는 본 발명의 수신 코일 구조에 대한 또 다른 일 실시예를 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, 수신 코일은 접지를 사용하지 않은 플로팅(floating) 상태의 두 단자를 포함하는 두 개의 수신 코일로 이루어진다.
도 5에 도시된 바와 같이, 수신 코일은 좌측 반원 영역에 형성된 제1 수신 코일(510)과 우측 반원 영역에 형성된 제2 수신 코일(520)의 두 개의 수신 코일을 포함한다.
제1 수신 코일(510)과 제2 수신 코일(520) 또한 도 4와 마찬가지로, 제1 방향으로 권선된 제1 루프(511, 522)와 제2 방향으로 권선된 제2 루프(512, 521)를 포함함으로써, 커플러 소자의 위치에 따라 가변되는 제1 수신 신호(VA1 -B1)와 제2 수신 신호(VA2 -B2)를 생성한다.
다시 도 1을 참조하여, 수신 코일의 구조가 도 4, 도 5와 같이, 센터 탭을 공유하지 않은 플로팅 상태의 코일 구조를 사용하는 경우, 신호 처리부(170)는 다음과 같은 방법으로 커플러 소자의 변위를 연산할 수 있다.
여기서, 신호 처리부(170)는 두 개의 기준 코일로부터 두 개의 기준 신호를 수신하는 것과 기준 신호를 이용하여 보상 신호를 생성하는 것은 동일하기 때문에 보상 신호를 이용하여 커플러 소자의 변위를 연산하는 과정에 대해서만 설명한다.
1) 한 개의 플로팅 상태의 수신 코일 구조
신호 처리부(170)는 수신 코일로부터 한 개의 수신 신호(VA -B)만을 수신하기 때문에 수신 신호와 두 개의 기준 신호(Vref1, Vref2) 중 어느 하나의 비율 즉, (VA -B)/ Vref를 이용하여 공통 모드 요소가 제거된 변위 정보를 획득할 수 있으며, 이렇게 획득된 변위 정보는 보상 신호 즉, (Vref1-Vref2)/(Vref1+Vref2)에 포함된 갭에 대한 정보를 이용하여 보상됨으로써, 갭을 고려한 커플러 소자의 변위를 연산할 수 있다.
여기서, Vref는 Vref1 또는 Vref2를 의미한다.
2) 두 개의 플로팅 상태의 수신 코일 구조
신호 처리부(170)는 수신 코일로부터 두 개의 수신 신호 즉, 제1 수신 신호(VA1 -B1)와 제2 수신 신호(VA2 -B2)를 수신하기 때문에 두 개의 수신 신호 차((VA1 -B1)-(VA2 -B2))와 두 개의 기준 신호(Vref1, Vref2) 중 어느 하나의 비율을 이용하여 공통 모드 요소가 제거된 변위 정보를 획득할 수 있으며, 이렇게 획득된 변위 정보는 보상 신호 즉, (Vref1-Vref2)/(Vref1+Vref2)에 포함된 갭에 대한 정보를 이용하여 보상됨으로써, 갭을 고려한 커플러 소자의 변위를 연산할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 변위 감지 장치는 변위 센서로부터 두 개의 기준 신호와 적어도 하나 이상의 수신 신호를 수신하고, 수신된 두 개의 기준 신호를 ratio-metric 방식을 이용하여 공통 모드 요소가 제거된 갭에 대한 정보를 포함하는 보상 신호를 생성하며, 수신 신호만을 이용한 ratio-metric 방식 또는 수신 신호와 기준 신호를 이용한 ratio-metric 방식을 사용하여 공통 모드 요소가 제거된 변위 정보를 획득할 수 있다. 물론, 이렇게 획득된 변위 정보를 보상 신호에 포함된 갭에 대한 정보를 이용하여 갭을 고려한 커플러 소자의 변위를 보상함으로써, 공통 모드 요소와 갭 오차가 보상된 커플러 소자의 변위가 획득될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 변위 감지 장치에 대한 구성을 나타낸 것으로, 도 1에 도시된 신호 처리부(170)에 해당한다.
도 6을 참조하면, 변위 감지 장치는 수신부(610), 보상 신호 생성부(620) 및 연산부(630)를 포함한다.
수신부(610)는 두 개의 기준 코일과 적어도 하나 이상의 수신 코일을 포함하는 변위 센서로부터 두 개의 기준 신호와 적어도 하나 이상의 수신 신호를 수신한다.
여기서, 수신되는 두 개의 기준 신호는 커플러 소자와의 갭 변화에 따라 신호 변화량이 서로 다를 수 있다.
보상 신호 생성부(620)는 수신된 두 개의 기준 신호를 이용하여 공통 모드 요소가 제거된, 갭에 대한 정보를 포함하는 보상 신호를 생성한다.
이 때, 공통 모드 요소는 두 개의 기준 신호에 대해 ratio-metric 방식을 이용함으로써 제거될 수 있고, 이렇게 공통 모드 요소가 제거된 ratio-metric 값(또는 신호)은 커플러 소자의 변위에 독립적이면서 갭에 종속적인 신호이기 때문에 갭에 대한 정보를 포함하는 보상 신호로 사용될 수 있다.
연산부(630)는 보상 신호 생성부(620)에 의해 생성된 보상 신호와 수신된 적어도 하나 이상의 수신 신호를 이용하여 커플러 소자의 변위를 연산한다.
이 때, 연산부(630)는 수신 신호가 센터 탭을 공유하는 두 개의 수신 코일로부터 수신되는 경우와, 센터 탭을 공유하지 않은 플로팅 상태의 수신 코일로부터 수신되는 경우에 따라 변위를 연산하는 방식이 다를 수 있다.
예컨대, 연산부(630)는 수신 코일의 구조와 무관하게 수신 신호에서 공통 모드 요소를 제거하기 위하여, ratio-metric 방식을 공통적으로 사용하지만, 센터 탭을 공유하는 수신 코일 구조인 경우에는 두 수신 신호의 차와 합의 비율을 이용하여 공통 모드 요소를 제거하고, 플로팅 상태의 수신 코일 구조인 경우에는 수신 신호와 두 개의 기준 신호 중 어느 하나의 비율, 또는 두 수신 신호의 차와 두 개의 기준 신호 중 어느 하나의 비율을 이용하여 공통 모드 요소를 제거할 수 있다.
연산부(630)는 수신 신호에서 공통 모드 요소를 제거하여 공통 모드 요소가 제거된 변위 정보를 획득할 수 있고, 이렇게 획득된 변위 정보와 보상 신호를 이용하여 갭에 대한 커플러 소자의 변위를 연산 또는 획득한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 변위 감지 방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 7을 참조하면, 변위 감지 방법은 변위 센서를 구성하고 있는 적어도 하나 이상의 수신 코일로부터 생성된 적어도 하나 이상의 수신 신호를 수신한다(S710).
여기서, 수신 신호는 여기 신호에 의해 여기되어 전자기 방사를 생성하는 송신 코일과 수신 코일 간의 유도 결합에 의해 생성되며, 유도 결합은 커플러 소자에 의한 전자기 방사의 차폐에 따라 가변될 수 있다.
수신 신호를 생성하는 수신 코일은 도 2에 도시된 센터 탭을 공유하는 두 개의 수신 코일, 도 4에 도시된 플로팅 상태의 한 개의 수신 코일, 도 5에 도시된 플로팅 상태의 두 개의 수신 코일 중 어느 하나일 수 있다.
수신 신호를 수신하는 것과 마찬가지로, 변위 센서를 구성하고 있는 두 개의 기준 코일로부터 커플러 소자의 위치와 무관한 두 개의 기준 신호를 수신한다(S720).
여기서, 기준 신호는 송신 코일과 두 개의 기준 코일 간의 유도 결합에 의해 생성될 수 있으며, 기준 신호는 커플러 소자의 변위에 독립적이고, 커플러 소자와의 갭에 종속되는 신호로서, 커플러 소자와 송신 코일 또는 수신 코일 간의 갭 변화에 종속적으로 가변될 수 있다.
이 때, 수신되는 두 개의 기준 신호는 커플러 소자와의 갭 변화에 따라 신호 변화량이 서로 다를 수 있다.
단계 S710과 S720이 순차적으로 이루어지도록 도시되었지만, 이에 한정되지 않고 병렬적으로 이루어질 수도 있다.
단계 S720에서 수신된 두 개의 기준 신호를 이용하여 공통 모드 요소가 제거된, 커플러 소자와 송신 코일 또는 수신 코일 간의 갭 정보를 포함하는 보상 신호를 생성한다(S730).
이 때, 보상 신호는 두 기준 신호의 차와 합의 비율에 의한 ratio-metric 방식에 의하여 생성될 수 있으며, ratio-metric 방식을 사용하면 공통 모드 요소가 제거된다는 것은 이 기술 분야에 종사하는 당업자에게 자명하기에 그 상세한 설명은 생략한다.
따라서, 보상 신호는 기준 신호에서 공통 모드 요소가 제거되며, 갭에 독립적인 기준 신호를 이용하여 생성되기 때문에 갭에 대한 정보를 포함하게 된다.
단계 S730에 의하여, 갭을 보상하기 위한 보상 신호가 생성되면, 보상 신호와 수신 코일로부터 수신된 수신 신호를 이용하여 갭을 고려한 커플러 소자의 변위를 연산한다(S740).
이 때, 단계 S740은 수신 코일의 형태에 따라 커플러 소자의 변위를 연산하고, 갭 오차를 보상한 변위를 연산하는 방식이 달라질 수 있다.
도 8은 도 7에 도시된 단계 S740에 대한 일 실시예 동작 흐름도를 나타낸 것으로, 센터 탭을 공유하는 두 개의 수신 코일로부터 두 개의 수신 신호가 수신되는 경우에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 8을 참조하면, 커플러 소자의 변위를 연산하는 단계(S740)는 두 개의 수신 신호에 대한 ratio-metric 방식 즉, 두 수신 신호의 차(VA-VB)와 합(VA+VB)의 비율을 이용하여 수신 신호에서 공통 모드 요소를 제거하고, 공통 모드 요소가 제거된 변위 정보를 획득한다(S810, S820).
단계 S820에 의하여 갭 오차가 보상되지 않은 변위 정보가 획득되면 갭 정보를 포함하고 있는 보상 신호를 이용하여 단계 S820에서 획득된 변위 정보에 갭 정보를 적용함으로써, 커플러 소자와 송신 코일 또는 수신 코일 간의 갭을 고려한 커플러 소자의 변위를 연산한다(S830). 다시 말해, 공통 모드 오차가 제거된 변위 정보에 갭 정보를 포함하고 있는 보상 신호를 적용함으로써, 갭 오차를 보상하거나 갭 정보를 고려한 커플러 소자의 변위를 연산한다.
도 9는 도 7에 도시된 단계 S740에 대한 다른 일 실시예 동작 흐름도를 나타낸 것으로, 권선 방향이 서로 다른 두 루프를 포함하는 플로팅 상태의 적어도 하나 이상의 수신 코일로부터 수신 신호가 수신되는 경우에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 9를 참조하면, 커플러 소자의 변위를 연산하는 단계(S740)는 적어도 하나의 수신 신호와 두 개의 기준 신호 중 어느 하나에 대한 ratio-metric 방식 예를 들어, 하나의 수신 신호가 수신되는 경우 수신 신호(VA -B)와 두 개의 기준 신호(Vref1, Vref2) 중 어느 하나 예를 들어, Vref1의 비율 즉, (VA -B)/Vref1을 이용하여 수신 신호에서 공통 모드 요소를 제거하고, 공통 모드 요소가 제거된 변위 정보를 획득한다(S910, S920).
물론, 두 개의 수신 신호 예컨대, 제1 수신 신호(VA1 -B1)와 제2 수신 신호(VA2 -B2)가 수신되는 경우 두 개의 수신 신호 차((VA1 -B1)-(VA2 -B2))와 두 개의 기준 신호(Vref1, Vref2) 중 어느 하나에 대한 ratio-metric 방식을 이용하여 수신 신호에서 공통 모드 요소를 제거하고, 공통 모드 요소가 제거된 변위 정보를 획득한다.
단계 S920에 의하여 갭 오차가 보상되지 않은 변위 정보가 획득되면 갭 정보를 포함하고 있는 보상 신호를 이용하여 단계 S920에서 획득된 변위 정보에 갭 정보를 적용함으로써, 커플러 소자와 송신 코일 또는 수신 코일 간의 갭을 고려한 커플러 소자의 변위를 연산한다(S930). 다시 말해, 공통 모드 오차가 제거된 변위 정보에 보상 신호를 적용함으로써, 갭 오차를 보상하거나 갭 정보를 고려한 커플러 소자의 변위를 연산한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 변위 감지 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (10)

  1. 커플러 소자의 변위에 독립적인 두 개의 기준 신호와 상기 커플러 소자의 변위에 종속적인 적어도 하나 이상의 수신 신호를 수신하는 수신부;
    상기 수신된 상기 두 개의 기준 신호에 대한 차와 합의 비율을 이용하여 공통 모드 요소가 제거된, 상기 커플러 소자와 송신 코일 또는 수신 코일 간의 갭에 대한 정보를 포함하는 보상 신호를 생성하는 보상 신호 생성부; 및
    상기 생성된 상기 보상 신호와 상기 수신 신호를 이용하여 상기 갭을 고려한 상기 커플러 소자의 변위를 연산하는 연산부
    를 포함하는 변위 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수신부는
    상기 커플러 소자와의 갭 변화에 따라 신호 변화량이 서로 다른 상기 두 개의 기준 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 변위 감지 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수신부는
    두 개의 수신 신호를 수신하고,
    상기 연산부는
    상기 수신된 상기 두 개의 수신 신호의 차와 합의 비율, 및 상기 보상 신호를 이용하여 상기 커플러 소자의 변위를 연산하는 것을 특징으로 하는 변위 감지 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수신부는
    한 개의 수신 신호를 수신하고,
    상기 연산부는
    상기 수신된 상기 한 개의 수신 신호와 상기 두 개의 기준 신호 중 어느 하나의 비율, 및 상기 보상 신호를 이용하여 상기 커플러 소자의 변위를 연산하는 것을 특징으로 하는 변위 감지 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수신부는
    두 개의 수신 신호를 수신하고,
    상기 연산부는
    상기 수신된 상기 두 개의 수신 신호의 차와 상기 두 개의 기준 신호 중 어느 하나의 비율, 및 상기 보상 신호를 이용하여 상기 커플러 소자의 변위를 연산하는 것을 특징으로 하는 변위 감지 장치.
  6. 커플러 소자의 변위에 독립적인 두 개의 기준 신호와 상기 커플러 소자의 변위에 종속적인 적어도 하나 이상의 수신 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신된 상기 두 개의 기준 신호에 대한 차와 합의 비율을 이용하여 공통 모드 요소가 제거된, 상기 커플러 소자와 송신 코일 또는 수신 코일 간의 갭에 대한 정보를 포함하는 보상 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 상기 보상 신호와 상기 수신 신호를 이용하여 상기 갭을 고려한 상기 커플러 소자의 변위를 연산하는 단계
    를 포함하는 변위 감지 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 수신하는 단계는
    상기 커플러 소자와의 갭 변화에 따라 신호 변화량이 서로 다른 상기 두 개의 기준 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 변위 감지 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 연산하는 단계는
    두 개의 수신 신호가 수신되는 경우, 상기 수신된 상기 두 개의 수신 신호의 차와 합의 비율, 및 상기 보상 신호를 이용하여 상기 커플러 소자의 변위를 연산하거나, 또는 상기 수신된 상기 두 개의 수신 신호의 차와 상기 두 개의 기준 신호 중 어느 하나의 비율, 및 상기 보상 신호를 이용하여 상기 커플러 소자의 변위를 연산하는 것을 특징으로 하는 변위 감지 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 연산하는 단계는
    한 개의 수신 신호가 수신되는 경우, 상기 수신된 상기 하나의 수신 신호와 상기 두 개의 기준 신호 중 어느 하나의 비율, 및 상기 보상 신호를 이용하여 상기 커플러 소자의 변위를 연산하는 것을 특징으로 하는 변위 감지 방법.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록되어 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체.
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