KR101415027B1 - 변위 감지 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

변위 감지 장치 및 그 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 변위 감지 장치는 커플러 소자의 변위에 독립적인 기준 신호와 상기 커플러 소자의 변위에 종속적인 복수의 수신 신호를 수신하는 수신부; 상기 수신된 상기 기준 신호와 상기 복수의 수신 신호를 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 복수의 수신 신호를 이용하여 상기 갭을 고려한 상기 커플러 소자의 변위를 연산하는 연산부를 포함하고, 상기 수신부는 상기 커플러 소자와의 갭 변화에 따라 상기 복수의 수신 신호의 합에 대한 신호 변화량과 다른 신호 변화량을 갖는 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 위치와 무관한 기준 신호를 생성하는 기준 코일과 복수의 수신 코일을 포함하는 변위 센서로부터 수신되는 기준 신호와 복수의 수신 신호의 합에 대한 ratio-metric 방식을 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, 한 개의 기준 코일로부터 수신되는 커플러 소자의 위치와 무관한 기준 신호와 복수의 수신 코일로부터 수신되는 복수의 수신 신호의 합에 대한 ratio-metric 방식을 이용함으로써, 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 기준 신호와 상기 커플러 소자의 변위에 종속적인 복수의 수신 신호를 수신하는 수신부; 상기 수신된 상기 기준 신호와 상기 복수의 수신 신호를 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 복수의 수신 신호를 이용하여 상기 갭을 고려한 상기 커플러 소자의 변위를 연산하는 연산부를 포함한다.
상기 수신부는 상기 커플러 소자와의 갭 변화에 따라 상기 복수의 수신 신호의 합에 대한 신호 변화량과 다른 신호 변화량을 갖는 기준 신호를 수신할 수 있다.
상기 보상 신호 생성부는 상기 기준 신호와 상기 복수의 수신 신호의 합에 대한 차와 합의 비율을 이용하여 상기 보상 신호를 생성할 수 있다.
상기 연산부는 두 개의 수신 신호가 수신되는 경우, 상기 생성된 상기 보상 신호와 상기 두 개의 수신 신호의 차와 합의 비율을 이용하여 상기 갭을 고려한 상기 커플러 소자의 변위를 연산할 수 있다.
상기 연산부는 세 개 이상의 수신 신호가 수신되는 경우, 상기 세 개 이상의 수신 신호 중 선택된 두 개의 수신 신호의 차와 합의 비율과 상기 생성된 상기 보상 신호를 이용하여 상기 갭을 고려한 상기 커플러 소자의 변위를 연산할 수 있다.
상기 연산부는 세 개 이상의 수신 신호가 수신되는 경우, 상기 세 개 이상의 수신 신호 중 선택된 두 개의 수신 신호의 차와 상기 세 개 이상의 수신 신호 합의 비율 또는 상기 선택된 두 개의 수신 신호의 차와 상기 기준 신호의 비율 중 어느 하나와 상기 생성된 상기 보상 신호를 이용하여 상기 갭을 고려한 상기 커플러 소자의 변위를 연산할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 변위 감지 방법은 커플러 소자의 변위에 독립적인 기준 신호와 상기 커플러 소자의 변위에 종속적인 복수의 수신 신호를 수신하는 단계; 상기 수신된 상기 기준 신호와 상기 복수의 수신 신호를 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 복수의 수신 신호를 이용하여 상기 갭을 고려한 상기 커플러 소자의 변위를 연산하는 단계를 포함한다.
상기 수신하는 단계는 상기 커플러 소자와의 갭 변화에 따라 상기 복수의 수신 신호의 합에 대한 신호 변화량과 다른 신호 변화량을 갖는 기준 신호를 수신할 수 있다.
본 발명에 따르면, 커플러 소자의 위치와 무관한 기준 신호와 복수의 수신 신호의 합을 이용하여 공통 모드 요소와 갭 오차를 함께 보상할 수 있기 때문에 변위 감지 정확성을 향상시킬 수 있다.
보다 상세하게, 본 발명은 한 개의 기준 신호와 복수의 수신 신호의 합에 대한 차와 합의 비율을 이용하는 ratio-metric 기반의 방식을 사용하여 기준 신호에 대한 공통 모드 요소를 제거하고, 커플러 소자와 송신 코일 또는 수신 코일 간의 갭에 대한 정보를 포함하는 보상 신호를 생성하며, 생성된 보상 신호와 커플러 소자의 변위에 종속적인 신호를 이용하여 갭을 고려한 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, 커플러 소자의 변위를 정확하게 감지할 수 있고, 이를 통해 변위 감지의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 커플러 소자의 변위에 독립적인 기준 신호와 복수의 수신 신호의 합에 대한 ratio-metric 방식을 이용하여 기준 신호의 공통 모드 요소를 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 코일, 수신 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 코일, 수신 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), 기준 코일(150) 및 신호 처리부(160)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.
기준 코일(150)은 커플러 소자(120)의 변위에 독립적인 기준 신호를 생성하는 코일로서, 기준 코일(150)로부터 생성된 기준 신호(Vref)는 수신 코일들(130, 140)로부터 생성된 수신 신호 합과의 ratio-metric 방식을 이용하여 커플러 소자(120)와 송신 코일(120) 또는 수신 코일(130, 140) 간의 갭(또는 간극)에 대한 정보를 생성하는데 사용될 수 있다.
이 때, 기준 코일(150)로부터 생성된 기준 신호와 두 개의 수신 코일(130, 140)로부터 생성된 수신 신호의 합(VA+VB)은 커플러 소자(120)와의 갭 변화에 따라 신호 변화량이 서로 다를 수 있다.
갭 변화에 따른 기준 신호와 수신 신호의 합(VA+VB)의 신호 변화량이 서로 다른 것은 기준 코일(150)이 송신 코일(110)에 의하여 생성되는 전자기 방사의 자속 밀도(magnetic flux density)가 높고 커플러 소자(120)에 의해 모두 가려지는 중심 영역에 형성되고, 두 개의 수신 코일(130, 140)은 송신 코일(110)에 의하여 생성되는 전자기 방사의 자속 밀도가 낮고 커플러 소자(120)의 폴(pole)에 의해 일부 가려지는 가장자리에 형성되기 때문이다.
기준 코일(150)은 수신 코일(130, 140)이 형성된 영역과 겹치지 않은 내부 영역에 형성되며, 커플러 소자(120)에 의해 모두 가려지도록 형성될 수 있다.
물론, 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 기준 신호의 신호 변화량이 수신 신호의 합(VA+VB)에 대한 신호 변화량과 서로 다르게 생성되어야 한다.
커플러 소자(120)는 기준 코일(150)이 형성된 모든 영역 또는 일부가 가려지도록 형성된 중앙 부분과 수신 코일의 일부가 가려지도록 형성된 두 개의 폴(pole)로 구성된다.
이 때, 폴이 형성되는 크기와 그 수는 상황에 따라 달라질 수 있다.
신호 처리부(160)는 본 발명에 따른 변위 감지 장치에 해당하는 구성으로, 기준 코일(150)과 두 개의 수신 코일(130, 140)로부터 기준 신호와 두 개의 수신 신호를 수신하고, 수신된 기준 신호(Vref)와 두 개의 수신 신호 합(VA+VB)에 대한 차(Vref-(VA+VB))와 합(Vref+(VA+VB))의 비율 즉, (Vref-(VA+VB))/(Vref+(VA+VB))을 이용하여 공통 모드 요소가 제거하며, 공통 모드 요소가 제거된 갭에 대한 정보를 포함하는 보상 신호를 생성한다.
또한, 신호 처리부(160)는 두 개의 수신 신호에 대한 차(VA-VB)와 합(VA+VB)의 비율을 이용하여 수신 신호에서 공통 모드 요소를 제거하고, 갭에 대한 정보를 포함하는 보상 신호를 이용하여 갭을 고려한 즉, 갭 오차를 보상한 부품 위치에 해당하는 커플러 소자의 변위를 감지한다.
즉, 신호 처리부(160)는 기준 신호와 두 수신 신호의 합에 대한 ratio-metric 방식을 이용하여 기준 신호에서 공통 모드 요소를 제거하기 때문에 갭에 대한 정보를 포함하는 신호만이 남겨진다. 이는 기준 신호와 두 수신 신호의 합이 갭에 대해서만 종속적인 신호이기 때문이다. 그리고, 신호 처리부(160)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(160)는 갭에 대한 정보와 변위 정보를 이용하여 갭을 고려한 커플러 소자(120)의 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 공유하거나 센터 탭을 공유하지 않은 적어도 세 개 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, 세 개의 수신 코일(410 내지 430)이 센터 탭(GND)을 공유하며 미리 설정된 각 영역에 형성되는데, 세 개의 수신 코일(410 내지 430)은 도 2에 도시된 두 개의 수신 코일이 형성된 영역에 형성될 수 있다.
세 개의 수신 코일(410 내지 430) 중 제1 수신 코일(410)이 서로 마주보는 A 영역에 형성되고, 제2 수신 코일(420)이 서로 마주보는 B 영역에 형성되며, 제3 수신 코일(430)이 서로 마주보는 C 영역에 형성된다. 물론, 세 개의 수신 코일(410 내지 430) 각각은 송신 코일(110)과의 유도 결합(inductive coupling)에 의하여 수신 신호(VA, VB, VC)를 생성한다.
이 때, 세 개의 수신 신호의 합(VA+VB+VC)은 커플러 소자(120)의 변위에 독립적이면서 커플러 소자(120)와의 갭에 종속적인 신호로서, 기준 신호(Vref)와의 ratio-metric 방식을 통해 갭에 대한 정보를 포함하는 보상 신호를 생성할 수 있다.
마찬가지로, 갭 변화에 따른 기준 신호와 수신 신호의 합(VA+VB+VC)의 신호 변화량은 서로 다르게 나타난다.
도 4에서 센터 탭을 공유하는 세 개의 수신 코일에 대해 설명하였지만, 이에 한정하지 않고 센터 탭을 공유하는 네 개 이상의 수신 코일을 사용할 수도 있으며, 수신 코일의 수에 따라 커플러 소자의 형태가 달라질 수도 있다. 또한, 수신 코일 각각이 서로 마주보는 영역에 형성되는 것으로 한정되는 것은 아니다.
도 5는 본 발명의 수신 코일 구조에 대한 또 다른 일 실시예를 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, 세 개의 수신 코일(510 내지 530) 각각은 접지를 사용하지 않은 플로팅(floating) 상태의 두 단자를 포함하고 일정 영역에 권선 방향이 서로 다른 두 루프를 포함한다.
이 때, 세 개의 수신 코일(510 내지 530) 각각은 권선 방향이 서로 다른 루프가 이웃하여 형성될 수 있다.
즉, 세 개의 수신 코일(510 내지 530) 각각은 제1 방향으로 권선된 제1 루프(511, 521, 531)와 제2 방향으로 권선된 제2 루프(512, 522, 532)가 포함되어 형성됨으로써, 커플러 소자(120)의 위치에 따라 가변되는 제1 수신 신호(VA), 제2 수신 신호(VB) 및 제3 수신 신호(VC)를 생성한다. 여기서, 제1 수신 신호, 제2 수신 신호 및 제 3 수신 신호는 두 단자에서 출력되는 두 전압의 차이에 해당하는 값을 의미하지만, 설명의 편의상 VA, VB, VC로 정의한다.
이 때, 세 개의 수신 신호의 합(VA+VB+VC)은 도 4에서와 마찬가지로 커플러 소자(120)의 변위에 독립적이면서 커플러 소자(120)와의 갭에 종속적인 신호로서, 기준 신호(Vref)와의 ratio-metric 방식을 통해 갭에 대한 정보를 포함하는 보상 신호를 생성할 수 있다.
또한, 갭 변화에 따른 기준 신호와 수신 신호의 합(VA+VB+VC)의 신호 변화량은 서로 다르게 나타난다.
도 5에서 플로팅 상태의 세 개의 수신 코일에 대해 설명하였지만, 이에 한정하지 않고 플로팅 상태의 네 개 이상의 수신 코일을 사용할 수도 있으며, 수신 코일의 수에 따라 커플러 소자의 형태가 달라질 수도 있다.
도 4와 도 5와 같은 수신 코일 구조로부터 수신 신호가 생성되는 경우, 신호 처리부(160)는 기준 신호와 수신 신호들의 합에 대한 ratio-metric 방식을 이용하여 커플러 소자의 변위에 독립적이면서 갭에 종속적인 신호 즉, 보상 신호를 생성하고, 기준 신호 또는 수신 신호들의 합 중 어느 하나와 수신 신호들 중 선택된 두 개의 수신 신호에 대한 ratio-metric 방식을 이용하여 수신 신호에서 공통 모드 요소가 제거된 커플러 소자의 변위를 연산한다.
일 예로, 도 4의 수신 코일 구조로부터 수신 신호가 수신되는 경우, 신호 처리부(160)는 기준 신호와 수신 신호들의 합에 대한 ratio-metric 방식 즉, (Vref-(VA+VB+VC))/(Vref+(VA+VB+VC))을 이용하여 갭에 대한 정보를 포함하는 보상 신호를 생성하고, 세 개의 수신 신호 중 변위를 결정하기 위한 두 개의 수신 신호 예를 들어, VA와 VB의 차(VA-VB)와 수신 신호들의 합(VA+VB+VC)에 대한 ratio-metric 방식을 이용하여 수신 신호에서 공통 모드 요소를 제거한다. 그리고, 신호 처리부(160)는 ratio-metric 방식으로 획득된 커플러 소자의 변위 정보 즉, 갭이 고려되지 않은 변위 정보에 보상 신호 즉, 갭에 대한 정보를 적용함으로써, 갭을 고려한 커플로 소자의 변위를 연산한다.
다른 일 예로, 도 5의 수신 코일 구조로부터 수신 신호가 수신되는 경우, 신호 처리부(160)는 기준 신호와 수신 신호들의 합에 대한 ratio-metric 방식 즉, (Vref-(VA+VB+VC))/(Vref+(VA+VB+VC))을 이용하여 갭에 대한 정보를 포함하는 보상 신호를 생성하고, 세 개의 수신 신호 중 변위를 결정하기 위한 두 개의 수신 신호 예를 들어, VA와 VB의 차와 기준 신호(Vref)에 대한 ratio-metric 방식을 이용하여 수신 신호에서 공통 모드 요소를 제거한다. 그리고, 신호 처리부(160)는 ratio-metric 방식으로 획득된 갭이 고려되지 않은 변위 정보에 갭에 대한 정보를 포함하는 보상 신호를 적용함으로써, 갭을 고려한 커플로 소자의 변위를 연산한다.
비록 도 4와 도 5에서, 신호 처리부(160)는 ratio-metric 방식을 이용하여 변위 정보를 획득할 때 선택된 두 개의 수신 신호의 차와 수신 신호들의 합 또는 기준 신호 중 어느 하나를 이용한 ratio-metric 방식을 이용하는 것으로 설명하였지만, 이에 한정하지 않고, 선택된 두 개의 수신 신호의 차와 합에 대한 ratio-metric 방식을 이용할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 변위 감지 장치는 변위 센서로부터 한 개의 기준 신호와 적어도 두 개 이상의 수신 신호를 수신하고, 수신된 기준 신호와 수신된 수신 신호들의 합에 대한 ratio-metric 방식을 이용하여 공통 모드 요소가 제거된 갭에 대한 정보를 포함하는 보상 신호를 생성하며, 변위를 획득하기 위해 미리 선택된 두 개의 수신 신호들의 차와 기준 신호 또는 수신 신호들의 합에 대한 ratio-metric 방식을 이용하거나 선택된 두 개의 수신 신호들의 차와 합에 대한 ratio-metric 방식을 이용하여 수신 신호에서 공통 모드 요소를 제거한 변위 정보를 획득한다. 물론, 이렇게 획득된 변위 정보는 갭에 대한 정보를 고려하지 않은 상태이기 때문에 갭에 대한 정보를 포함하고 있는 보상 신호를 이용하여 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 처리부에 해당한다.
도 6을 참조하면, 변위 감지 장치(160)는 수신부(610), 보상 신호 생성부(620) 및 연산부(630)를 포함한다.
수신부(610)는 한 개의 기준 코일과 복수의 수신 코일을 포함하는 변위 센서로부터 한 개의 기준 신호와 복수의 수신 신호를 수신한다.
여기서, 수신되는 기준 신호와 복수의 수신 신호 합은 커플러 소자와의 갭 변화에 따라 신호 변화량이 서로 다를 수 있다.
보상 신호 생성부(620)는 수신된 한 개의 기준 신호와 복수의 수신 신호를 이용하여 공통 모드 요소가 제거된, 갭에 대한 정보를 포함하는 보상 신호를 생성한다.
이 때, 공통 모드 요소는 한 개의 기준 신호와 복수의 수신 신호의 합에 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.
즉, 보상 신호 생성부(620)는 커플러 소자의 변위에 독립적이면서 갭에 대해 종속적인 신호인 기준 신호("제1 기준 신호"라 칭함)와 복수의 수신 신호의 합("제2 기준 신호"라 칭함)에 대한 차와 합의 비율을 이용함으로써, 공통 모드 요소가 제거된 상태의 갭에 대한 정보를 포함하는 보상 신호를 생성한다.
연산부(630)는 보상 신호 생성부(620)에 의해 생성된 보상 신호와 복수의 수신 신호를 이용하여 커플러 소자의 변위를 연산한다.
즉, 연산부(630)는 수신 신호를 이용하여 갭에 대한 오차가 보상되지 않은 변위 정보를 획득하고, 보상 신호에 포함된 갭에 대한 정보를 이용하여 갭에 대한 오차 또는 갭에 대한 정보가 보상된 커플러 소자의 변위를 연산 또는 획득한다.
이 때, 연산부(630)는 수신 신호가 센터 탭을 공유하는 두 개의 수신 코일로부터 수신되는 경우와, 세 개 이상의 수신 코일로부터 수신되는 경우에 따라 변위를 연산하는 방식이 다를 수 있다.
일 예로, 연산부(630)는 두 개의 수신 신호가 수신되는 경우에는 두 개의 수신 신호의 차와 합의 비율을 이용하여 수신 신호에서 공통 모드 요소를 제거하고, 공통 모드 요소가 제거된 변위 정보를 획득하며, 획득된 변위 정보에 보상 신호를 적용함으로써, 갭을 고려한 커플러 소자의 변위를 연산 또는 획득한다.
다른 일 예로, 연산부(630)는 세 개 이상의 수신 신호가 수신되는 경우에는 세 개 이상의 수신 신호 중 선택된 두 개의 수신 신호에 대한 차와 합의 비율을 이용하거나 선택된 두 개의 수신 신호에 대한 차와 제2 기준 신호의 비율 또는 선택된 두 개의 수신 신호에 대한 차와 제1 기준 신호의 비율을 이용하여 수신 신호에서 공통 모드 요소를 제거한다. 그리고, 연산부(630)는 공통 모드 요소가 제거된 변위 정보를 획득하며, 획득된 변위 정보에 보상 신호를 적용함으로써, 갭을 고려한 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 여기 신호에 의해 여기되어 전자기 방사를 생성하는 송신 코일과 두 개의 수신 코일 간의 유도 결합에 의해 생성된 두 개의 수신 신호를 수신한다(S710).
여기서, 수신 코일은 커플러 소자에 의한 전자기 방사의 차폐에 따른 송신 코일과의 유도 결합에 의하여 수신 신호를 생성한다.
단계 S710에서 두 개의 수신 코일로부터 수신 신호를 수신하는 것으로 기재하였지만, 수신 신호를 생성하는 수신 코일은 도 2와 도 4에 도시된 센터 탭을 공유하는 두 개 이상의 수신 코일을 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 도 5에 도시된 플로팅 상태의 세 개 이상의 수신 코일을 사용할 수도 있다.
그 다음, 송신 코일과 기준 코일 간의 유도 결합에 의해 생성된, 커플러 소자의 위치와 무관한 또는 독립적인 기준 신호 즉, 제1 기준 신호를 수신한다(S720).
여기서, 제1 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 제1 기준 신호는 커플러 소자와의 갭 변화에 따라 복수의 수신 신호의 합 즉, 제2 기준 신호에 대한 신호 변화량과 다른 신호 변화량을 가질 수 있으며, 제2 기준 신호 또한 커플러 소자의 변위에 독립적이고, 커플러 소자와의 갭에 종속적인 신호이다.
단계 S710과 S720이 순차적으로 이루어지도록 도시되었지만, 병렬적으로 이루어질 수도 있다.
수신된 제1 기준 신호와 복수의 수신 신호의 합인 제2 기준 신호를 이용하여 공통 모드 요소가 제거된, 커플러 소자와 송신 코일 또는 수신 코일 간의 갭 정보를 포함하는 보상 신호를 생성한다(S730). 물론, 제2 기준 신호는 복수의 수신 신호가 두 개의 수신 신호인 경우 두 수신 신호의 합에 해당하며, 복수의 수신 신호가 세 개 이상의 수신 신호인 경우 세 개 이상의 수신 신호의 합에 해당한다.
이 때, 보상 신호는 제1 기준 신호와 제2 기준 신호에 대한 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.
단계 S730에 의하여, 갭을 보상하기 위한 보상 신호가 생성되면, 보상 신호와 수신 코일로부터 수신된 복수의 수신 신호를 이용하여 갭을 고려한 커플러 소자의 변위를 연산한다(S740). 즉, 단계 S740은 갭 오차가 보상된 커플러 소자의 변위를 연산하는 과정이다.
이 때, 단계 S740은 수신되는 수신 신호의 개수에 따라 변위를 연산하는 방식이 상이할 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 요소가 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, 센터 탭을 공유하거나 플로팅 상태에 있는 세 개 이상의 수신 코일로부터 세 개 이상의 수신 신호가 수신되는 경우에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 9를 참조하면, 커플러 소자의 변위를 연산하는 단계(S740)는 세 개 이상의 수신 신호들 중 변위 정보를 생성하기 위한 두 개의 수신 신호를 선택한다(S910).
이 때, 선택되는 수신 신호는 세 개 이상의 수신 신호 각각의 값에 따라 결정될 수 있으며, 이 뿐만 아니라 변위 정보를 생성하기 위한 다양한 방법에 의하여 선택될 수도 있다.
선택된 두 개의 수신 신호의 차와 기준 신호에 대한 ratio-metric 방식을 이용하여 수신 신호에서 공통 모드 요소를 제거하고, 공통 모드 요소가 제거된 변위 정보를 획득한다(S920, S930).
여기서, 기준 신호는 기준 코일로부터 수신되는 제1 기준 신호일 수도 있고, 세 개 이상의 수신 코일로부터 수신되는 세 개 이상의 수신 신호의 합에 해당하는 제2 기준 신호일 수도 있다.
단계 S920에서 수신 신호의 공통 모드 요소를 제거하는 방식으로, 두 수신 신호의 차와 기준 신호에 대한 ratio-metric 방식을 이용하였지만, 이에 한정하지 않으며 선택된 두 수신 신호의 차와 합에 대한 ratio-metric 방식을 이용할 수도 있다.
단계 S930에 의하여 갭 오차가 보상되지 않은 변위 정보가 획득되면 갭 정보를 포함하고 있는 보상 신호를 이용하여 단계 S930에서 획득된 변위 정보에 갭 정보를 적용함으로써, 커플러 소자와 송신 코일 또는 수신 코일 간의 갭을 고려한 커플러 소자의 변위를 연산한다(S940). 다시 말해, 공통 모드 요소가 제거된 변위 정보에 갭 정보를 포함하고 있는 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 (11)

  1. 커플러 소자의 변위에 독립적인 기준 신호와 상기 커플러 소자의 변위에 종속적인 복수의 수신 신호를 수신하는 수신부;
    상기 수신된 상기 기준 신호와 상기 복수의 수신 신호를 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 복수의 수신 신호를 이용하여 상기 갭을 고려한 상기 커플러 소자의 변위를 연산하는 연산부
    를 포함하고,
    상기 보상 신호 생성부는
    상기 기준 신호와 상기 복수의 수신 신호의 합에 대한 차와 합의 비율을 이용하여 상기 보상 신호를 생성하는 변위 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수신부는
    상기 커플러 소자와의 갭 변화에 따라 상기 복수의 수신 신호의 합에 대한 신호 변화량과 다른 신호 변화량을 갖는 기준 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 변위 감지 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연산부는
    두 개의 수신 신호가 수신되는 경우, 상기 생성된 상기 보상 신호와 상기 두 개의 수신 신호의 차와 합의 비율을 이용하여 상기 갭을 고려한 상기 커플러 소자의 변위를 연산하는 것을 특징으로 하는 변위 감지 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연산부는
    세 개 이상의 수신 신호가 수신되는 경우, 상기 세 개 이상의 수신 신호 중 선택된 두 개의 수신 신호의 차와 합의 비율과 상기 생성된 상기 보상 신호를 이용하여 상기 갭을 고려한 상기 커플러 소자의 변위를 연산하는 것을 특징으로 하는 변위 감지 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연산부는
    세 개 이상의 수신 신호가 수신되는 경우, 상기 세 개 이상의 수신 신호 중 선택된 두 개의 수신 신호의 차와 상기 세 개 이상의 수신 신호 합의 비율 또는 상기 선택된 두 개의 수신 신호의 차와 상기 기준 신호의 비율 중 어느 하나와 상기 생성된 상기 보상 신호를 이용하여 상기 갭을 고려한 상기 커플러 소자의 변위를 연산하는 것을 특징으로 하는 변위 감지 장치.
  7. 커플러 소자의 변위에 독립적인 기준 신호와 상기 커플러 소자의 변위에 종속적인 복수의 수신 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신된 상기 기준 신호와 상기 복수의 수신 신호를 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 복수의 수신 신호를 이용하여 상기 갭을 고려한 상기 커플러 소자의 변위를 연산하는 단계
    를 포함하고,
    상기 보상신호를 생성하는 단계는
    상기 기준 신호와 상기 복수의 수신 신호의 합에 대한 차와 합의 비율을 이용하여 상기 보상 신호를 생성하는 변위 감지 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 수신하는 단계는
    상기 커플러 소자와의 갭 변화에 따라 상기 복수의 수신 신호의 합에 대한 신호 변화량과 다른 신호 변화량을 갖는 기준 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 변위 감지 방법.
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서,
    상기 연산하는 단계는
    두 개의 수신 신호가 수신되는 경우, 상기 생성된 상기 보상 신호와 상기 두 개의 수신 신호의 차와 합의 비율을 이용하여 상기 갭을 고려한 상기 커플러 소자의 변위를 연산하는 것을 특징으로 하는 변위 감지 방법.
  11. 제7항, 제8항, 제10항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록되어 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체.
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