KR101810135B1 - 비접촉식 변위측정센서 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 비접촉식 변위측정센서는, 단부에 마련되어 피측정대상에 결합되는 플랜지부가 구비되는 중공 타입의 센서본체; 상기 센서본체에 나사 맞물림 결합되되 외면 일부를 부분적으로 수용되게 마련되며, 상기 피측정대상의 진동 발생 시 변위측정을 위한 변위측정용 코일이 매설되는 코일보빈; 상기 코일보빈의 외면을 부분적으로 수용하여 상기 센서본체에 연결되어 상기 코일보빈을 외부로부터 밀폐하는 코일보빈 밀폐캡; 및 상기 코일보빈 또는 상기 코일보빈 밀폐캡 중 적어도 어느 하나에 마련되어 상기 코일보빈에 대한 상기 코일보빈 밀폐캡의 풀림이 저지되도록 상기 코일보빈에 대하여 상기 코일보빈 밀폐캡을 일방향으로 나사 결합시키는 제1 나사결합부를 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 비접촉식 변위측정센서는, 비접촉식 변위측정센서가 설치되는 진동이 극심하거나 고온(150도 이상) 또는 고압(150 bar)의 극한 환경에서도, 비접촉식 변위측정센서의 변위측정을 수행하는 변위측정용 코일을 감싸는 코일보빈 차폐캡의 풀림이 저지될 수 있어 센서의 변형이나 파손이 방지되어 센서의 신뢰도가 향상될 수 있다.

Description

비접촉식 변위측정센서{DISPLACEMENT SENSOR}

본 발명은 비접촉식 변위측정센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가혹한 환경에서도 변위측정용 코일을 차폐하는 코일보빈 밀폐캡의 풀림을 저지하는 비접촉식 변위측정센서에 관한 것이다.

위치 감지 대상인 피측정대상의 위치를 정확하게 센싱하는 것은 제어 및 계측 분야에서 중요하다.

예컨대, 선박 엔진은 엔진 제어 장치에 의해 제어되고 있다. 엔진 제어 장치는, 연료 부스터(booster)나 배기 밸브(valve)의 위치를 센싱할 필요가 있다. 구체적으로, 연료 분사를 담당하는 연료 부스터와 배기 밸브의 위치를 비접촉식 변위측정센서가 측정하여 피드백하면, 이에 기초하여 엔진 제어량을 정확하게 산출한다. 따라서, 연료 부스터와 배기 밸브의 위치 측정은 선박 엔진의 제어에 매우 중요한 인자로 이들의 정확한 계측이 무엇보다 중요하다.

비접촉식 변위측정센서는 보통, 피측정대상으로부터 미소 변위의 편차를 계측하도록 자기장을 형성하는 코일과 코일을 감싸는 하우징류가 마련될 수 있다.

그러나, 비접촉식 변위측정센서는 피측정대상에 인접 배치되는 관계로, 진동이 극심하거나 고온(150℃ 이상) 또는 고압(150 )의 윤활유 내에 설치되는 등 가혹한 환경에 노출될 수 밖에 없고, 이러한 극한 환경이나 가혹한 상황에 비접촉식 변위측정센서가 설치되게 되면, 비접촉식 변위측정센서의 코일보빈 차폐캡의 결합이 풀려 코일이 노출되게 되고 이로 인해 센서의 변형이나 파손을 야기하는 등 센서가 제대로 동작되지 않게 되어 센서의 신뢰도가 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 비접촉식 변위측정센서가 설치되는 진동이 극심하거나 고온(150℃ 이상) 또는 고압(150 )의 극한 환경에서도, 비접촉식 변위측정센서의 변위측정을 수행하는 변위측정용 코일을 감싸는 코일보빈 차폐캡의 풀림이 저지될 수 있어 센서의 변형이나 파손이 방지되고 센서의 신뢰도가 향상될 수 있는 비접촉식 변위측정센서를 제공한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 비접촉식 변위측정센서는, 단부에 마련되어 피측정대상 또는 위치검출대상에 결합되는 플랜지부가 구비되는 중공 타입의 센서본체; 상기 센서본체에 나사 맞물림 결합되되 외면 일부를 부분적으로 수용되게 마련되며, 상기 피측정대상의 진동 발생 시 변위측정을 위한 변위측정용 코일이 매설되는 코일보빈; 상기 코일보빈의 외면을 부분적으로 수용하여 상기 센서본체에 연결되어 상기 코일보빈을 외부로부터 밀폐하는 코일보빈 밀폐캡; 및 상기 코일보빈 또는 상기 코일보빈 밀폐캡 중 적어도 어느 하나에 마련되어 상기 코일보빈에 대한 상기 코일보빈 밀폐캡의 풀림이 저지되도록 상기 코일보빈에 대하여 상기 코일보빈 밀폐캡을 일방향으로 나사 결합시키는 제1 나사결합부를 포함할 수 있다.

상기 제1 나사결합부의 결합방향과 반대방향으로 체결되도록 마련되며, 상기 코일보빈에 결합되거나 상기 코일보빈에 마련되어 상기 코일보빈과 상기 코일보빈 밀폐캡을 상호 나사 결합시키는 제2 나사결합부를 더 포함하며, 상기 제1 나사결합부는 왼 방향/오른 방향 중 어느 하나의 결합방향으로 결합되고, 상기 제2 나사결합부는 왼 방향/오른 방향 중 다른 하나의 결합방향으로 결합될 수 있다.

상기 코일보빈 밀폐캡은, 일단부가 개구된 캡몸체; 및 상기 캡몸체의 폐쇄된 내벽으로부터 상기 캡몸체의 중심축선을 따라 상기 개구부 측으로 돌출된 볼록 돌출부를 포함할 수 있다.

상기 센서본체에는 길이방향을 따라 관통개구가 형성되고, 상기 코일보빈에는 내부에 상기 센서본체에 결합되는 방향을 따라 상기 관통개구와 연통되는 연통구가 형성되며, 상기 연통구 상의 단부 일 구간은 상기 연통구의 내경보다 확관되되 상기 볼록 돌출부에 대응되게 마련되는 오목 결합부가 마련될 수 있다.

상기 제1 나사결합부는 상기 오목 결합부 내벽에 형성된 제1 암나사산과, 상기 볼록 돌출부의 외면의 일부 구간에 형성된 제1 수나사산이며, 상기 제2 나사결합부는, 상기 연통구에 관통되게 배치되어 상기 코일보빈과 상기 코일보빈 밀폐캡을 상호 연결하며, 외면에 제2 수나사산이 마련되는 캡연결나사; 및 상기 볼록 돌출부의 내벽에 상기 제2 수나사산에 대응되게 형성되는 제2 암나사산를 포함할 수 있다.

상기 코일보빈은, 보빈몸체; 상기 보빈몸체의 일단부 상에서 상기 센서본체에 나사 맞물림 결합되도록 외면에 본체결합용 나사산이 형성된 센서본체 결합부; 및 상기 코일보빈 밀폐캡과 상호 결합되는 단부에 마련되되, 상기 보빈몸체보다 상대적으로 직경이 감소되도록 단차져서 상기 변위측정용 코일이 권취되는 코일권취부를 포함할 수 있다.

상기 코일보빈 밀폐캡에는 상기 코일보빈과 상호 결합 시 상기 코일권취부 및 상기 변위측정용 코일이 안착되며 수용되는 안착수용홈이 형성될 수 있다.

상기 센서본체 결합부의 단부면에는 상기 코일보빈과 상기 코일보빈 밀폐캡이 상호 결합된 이후 충진되는 경화수지재가 상기 코일보빈 밀폐캡 측으로 유동되는 수지 유동홀와, 상기 변위측정용 코일의 배선이 상기 관통되는 배선홀이 각각 복수개 마련될 수 있다.

상기 보빈몸체의 외면 상에는 상기 센서본체 및 상기 코일보빈 밀폐캡에 상기 코일보빈이 수용 결합될 때 실링시키는 복수의 실링용 링이 마련될 수 있다.

상기 센서본체의 단부에는 상기 코일보빈과 나사 맞물림 결합 시 상기 코일보빈의 삽입을 용이하게 하는 경사면이 형성될 수 있다.

상기 센서본체 및 상기 코일보빈 밀폐캡의 외면은 널링(knurling)가공될 수 있다.

상기 코일보빈, 상기 캡연결나사 및 상기 코일보빈 밀폐캡은 모두 합성경화수지 재질로 제작될 수 있다.

상기 코일보빈 내에 마련되며, L-C 공진 메커니즘에 따라 발진 신호를 출력하는 공진부; 상기 코일보빈 내에 마련되며, 금속 재질인 피측정대상까지의 거리 변화에 따른 상기 발진 신호의 변화를 검출하고, 상기 검출된 발진 신호의 변화에 대응되는 레벨을 가지며 상기 피측정대상까지의 거리에 대한 비선형성을 갖는 제1 전기적 신호를 발생하는 검출부; 상기 센서본체에 마련되며, 상기 피측정대상의 재질을 고려하여 상기 피측정대상의 재질까지의 거리에 대한 상기 제1 전기적 신호의 비선형성을 감소시키기 위한, 상기 피측정대상의 재질에 대응되는 제1 보정 정보를 수신하는 통신부; 상기 센서본체에 마련되며, 상기 피측정대상의 재질에 대응되는 상기 제1 보정 정보에 기초하여 상기 제1 전기적 신호를 보정하여, 상기 피측정대상의 재질까지의 거리에 대한 비선형성이 미리 정해진 범위 이내인 제2 전기적 신호를 발생하는 제어부; 상기 제2 전기적 신호를 상기 피측정대상의 재질까지의 거리에 대응되는 제3 전기적 신호로 변환하여 출력하는 출력부; 및 외부로부터 수신되는 전력으로부터 필요로 하는 전력으로 변환하여 공급하는 전원부를 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 비접촉식 변위측정센서는, 비접촉식 변위측정센서가 설치되는 진동이 극심하거나 고온(150℃ 이상) 또는 고압(150 )의 극한 환경에서도, 비접촉식 변위측정센서의 변위측정을 수행하는 변위측정용 코일을 감싸는 코일보빈 차폐캡의 풀림이 저지될 수 있어 센서의 변형이나 파손이 방지되고 센서의 신뢰도가 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉식 변위측정센서의 전체 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉식 변위측정센서의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉식 변위측정센서의 코일보빈과 코일보빈 밀폐캡의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉식 변위측정센서의 제1 나사결합부를 통한 코일보빈 및 코일보빈 밀폐캡의 결합 상태의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉식 변위측정센서의 제2 나사결합부를 통한 코일보빈 및 코일보빈 밀폐캡의 결합 상태의 단면도이다.
도 6은 센서본체와 코일보빈 및 코일보빈 밀폐캡의 결합 상태의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉식 변위측정센서가 장착된 선박 엔진 블락도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉식 변위측정센서가 선박 엔진에 장착된 것을 나타내는 상태도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉식 변위측정센서의 실제 사진 및 분해 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉식 변위측정센서의 블락도이다.
도 11은 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서의 공진부 및 검출부의 회로도이다.
도 12는 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서의 통신부의 회로도이다.
도 13은 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서의 제어부의 회로도이다.
도 14는 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서의 출력부의 회로도이다.
도 15는 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서의 전원부의 회로도이다.
도 16은 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서 구동 방법의 일예를 나타내는 흐름도이다.
도 17은 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서 구동 방법의 다른 예를 나타내는 흐름도이다.
도 18은 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서의 위치 감지 대상에 대하여 측정된 위치의 비선형성을 측정하기 위한 시험을 수행하기 위한 상태도이다.
도 19은 도 18에 도시된 시험 방법에 따라서, 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서에 의하여 측정된 위치 감지 대상의 위치의 비선형성을 나타내는 도면이다.
도 20은 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서의 응답 시간을 측정하기 위한 시험을 수행하기 위한 상태도이다.
도 21 및 22은 도 20에 도시된 시험 방법에 따라서 측정된 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서의 응답 시간을 측정하기 위한 그래프이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 비접촉식 변위측정센서의 일 실시예를 상세히 설명한다.

설명에 앞서, 변위 측정의 대상이 되는 대상물 즉, 피측정대상은 진동이 발생되는 항공기, 자동차의 내연기관 또는 선박 엔진, 건설 현장의 각종 엔진류 등이 그 대상이 될 수 있으며, 본 설명에서는 피측정대상을 실제 변위 발생되는 부품에 한정하지 아니하고, 비접촉식 변위측정센서가 설치되는 부분을 포함하여 피측정대상 또는 위치검출대상으로 혼용하여 설명하고 있다.

그리고, 예를 들어 선박 엔진으로 특정하는 경우, 선박 엔진뿐만 아니라, 배기 밸브 또는 연료 부스터 등 선박 엔진과 연관된 다양한 설비가 대상이 될 수 있다. 그러나, 본 발명이 적용되는 피측정대상은 이에 한정되지 않으며, 진동이 발생되고 변위 측정이 요구되는 다양한 산업 분야의 산업 기기나 설비에 적용될 수 있을 것이다. 이하, 피측정대상은 선박 엔진, 배기 밸브 또는 연료 부스터와, 이들 대상물 내의 실제 변위가 발생되는 부품을 대상으로 하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉식 변위측정센서의 전체 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉식 변위측정센서의 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉식 변위측정센서의 코일보빈과 코일보빈 밀폐캡의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉식 변위측정센서의 제1 나사결합부를 통한 코일보빈 및 코일보빈 밀폐캡의 결합 상태의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉식 변위측정센서의 제2 나사결합부를 통한 코일보빈 및 코일보빈 밀폐캡의 결합 상태의 단면도이며, 도 6은 센서본체와 코일보빈 및 코일보빈 밀폐캡의 결합 상태의 단면도이다.

본 발명에 의한 비접촉식 변위측정센서(100)는 도 1 내지 도 6 및 도 9에 도시된 바와 같이, 중공 타입의 센서본체(10)와, 상기 피측정대상의 진동 발생 시 변위측정을 위한 변위측정용 코일(c)이 매설되는 코일보빈(20)과, 상기 코일보빈(20)의 외면을 부분적으로 수용하며 상기 센서본체(10)에 연결되어 상기 코일보빈(20)을 외부로부터 밀폐하는 코일보빈 밀폐캡(30)과, 상기 코일보빈(20) 또는 상기 코일보빈 밀폐캡(30) 중 적어도 어느 하나에 마련되어 상기 코일보빈(20)에 대한 상기 코일보빈 밀폐캡(30)의 풀림이 저지되도록 상기 코일보빈(20)에 대하여 상기 코일보빈 밀폐캡(30)을 일방향으로 나사 결합시키는 제1 나사결합부(40)와, 상기 코일보빈(20)에 결합되거나 상기 코일보빈(20)에 마련되어 상기 코일보빈(20)과 상기 코일보빈 밀폐캡(30)을 상호 나사 결합시키되, 상기 제1 나사결합부(40)의 나사 결합 방향과 동일한 방향으로 회전하여 결합되는 제2 나사결합부(50)를 포함할 수 있다.

센서본체(10)는 도 1에 주로 도시된 것처럼, 단면이 원형으로 마련되되 중공 타입으로 마련되며, 일단부 영역에 마련되어 선박 엔진(1)에 결합되는 플랜지부(11)가 마련되어 진동이 발생되는 장치에 부착될 수 있게 한다. 이를 위해, 플랜지부(11) 판면에는 결합공(15)이 복수개 마련된다.

센서본체(10)의 중심에서 길이방향을 따라 관통개구(12)가 형성될 수 있다. 관통개구(12)에는 후술할 변위측정용 코일(c)의 일부 배선이 배치될 수 있으며, 배선은 센서본체(10)를 관통하여 신호처리기판(미도시)과 연결될 수 있다. 그리고 관통개구(12)의 단부에는, 상기 코일보빈(20)과 나사 맞물림 결합 시 상기 코일보빈(20)의 삽입을 용이하게 하는 경사면(14)이 형성될 수 있다. 그리고, 관통개구(12)의 일부 구간에는 보빈결합용 나사산(13)이 형성되어 있다.

한편, 외부커버(16)가 플랜지부(11) 상에서 단부 측으로 돌출되게 마련된다. 외부커버(16) 내에는 비접촉식 변위측정센서(100)의 동작에 필요한 반도체 칩, 각종 전자 또는 전기 소자 등이 장착된 신호처리기판(미도시, pcb board)이 기판지지체(bracket)에 결합되어 수납된다. 외부커버(16) 중앙에는 케이블 그랜드(미도시, cable grand)가 마련되어 전원 케이블이나 통신 케이블 등의 케이블 연결 부위이다.

이러한 센서본체(10)는, 금속 재질로 제작될 수 있으며. 센서본체(10)의 외면은 장치에 장착 시 미끄러짐이 방지되도록, 널링(knurling) 가공될 수 있다.

코일보빈(20)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 변위측정용 코일(c)이 매설되는 부분이다. 코일보빈(20)은 상기 센서본체(10)에 나사 맞물림 결합되며, 코일보빈(20)의 외면 일부가 센서본체(10) 내부에 부분적으로 수용되게 마련될 수 있다. 여기서, 변위측정용 코일(c)은 금속에 고주파 자기장을 형성하여 피측정대상에 의해 감쇠되는 양을 검출하는 부분이다.

이러한 코일보빈(20)은, 보빈몸체(21)와, 상기 보빈몸체(21)의 일단부 상에서 상기 센서본체(10)에 나사 맞물림 결합되도록 외면에 본체결합용 나사산(25)이 형성된 센서본체 결합부(24)와, 상기 변위측정용 코일(c)이 권취되는 코일권취부(28)를 포함할 수 있다.

보빈몸체(21)에는 외면 둘레를 따라 복수의 실링용 링(22)이 마련될 수 있다. 실링용 링(22)은 코일보빈(20)이 센서본체(10) 및 코일보빈 밀폐캡(30)에 각각 나사 결합될 때, 코일보빈(20)과 센서본체(10) 또는 코일보빈(20)과 코일보빈 밀폐캡(30) 사이의 이격 틈으로 윤활유나 다른 이물질이 유입됨을 차단하는 역할을 한다. 본 실시예에서는 실링용 링(22)은 보빈몸체(21)의 외면 둘레를 따라 3개가 마련되며, 도 3에 도시된 바와 같이 좌측의 1개의 실링용 링(22)은 센서본체(10)와 결합 시 센서본체(10)와 코일보빈(20) 사이에 개재되고, 우측의 2개의 실링용 링(22)은 코일보빈 밀폐캡(30)과 사이에 개재될 수 있다. 실링용 링(22)의 개수는 본 실시예에 한정되지 아니한다.

센서본체 결합부(24)는 보빈몸체(21)의 직경보다 상대적으로 작게 형성되며, 센서본체(10)의 보빈결합용 나사산(13)과 나사 결합되는 부분이다. 이를 위해, 센서본체 결합부(24)의 외면에는 본체결합용 나사산(25)이 마련되고, 이에 대응되는 센서본체(10) 측에는 보빈결합용 나사산(13, 도 6 참조)이 각각 마련될 수 있다. 그리고, 센서본체 결합부(24)의 판면에는 수지 유동홀(26, 도 6 참조)과 배선홀(27)이 각각 마련된다.

배선홀(27)은 변위측정용 코일(c)의 배선이 배치되는 부분이다. 도 4에는 연통구(29)를 중심으로 상부 측의 배선홀(27)만 도시하고 있다. 배선홀(27)은 센서본체(10)에서 코일보빈 밀폐캡(30) 측으로 관통되게 마련되되, 단부 일부구간에서는 변위측정용 코일(c)과 연결되도록 비스듬히 경사지도록 마련된다. 이를 통해, 변위측정용 코일(c)의 배선이 도면 상의 좌측으로 연장되게 배치될 수 있다.

수지 유동홀(26)은 도 6에 도시된 바와 같이, 한쌍의 배선홀(27)로부터 원주방향으로 수직되는 위치에 형성된다. 상기 코일보빈(20)과 상기 코일보빈 밀폐캡(30)이 상호 결합된 이후 관통개구(12) 및 연통구(29) 등의 빈 공간에는 액체로 마련된 경화수지재가 투입되고, 진공 건조 과정을 거쳐 고체로 경화됨으로써 센서본체(10)와 코일보빈(20)을 결합시킨다. 이 과정에서 수지 유동홀(26)로 흘러 들어간 경화수지재가 센서본체(10)와의 결합력을 증대시키고 밀폐력을 높일 수 있다. 본 실시예에서는 중심축을 기준으로 한쌍의 수지 유동홀(26)이 형성되어 있으며, 경화수지재는 에폭시(epoxy) 계열의 경화수지재로서, 120℃에서 60분 또는 150℃에서 30분 정도 가열시켜 액체상으로 만들어 투입되고 별도의 진공 건조장치에서 건조 및 경화될 수 있다.

코일권취부(28)는 상기 코일보빈 밀폐캡(30)과 상호 결합되는 단부에 마련되되, 상기 보빈몸체(21)보다 상대적으로 직경이 감소되도록 단차져서 변위측정용 코일(c)이 권취되는 부분이다. 변위측정용 코일(c)은 코일권취부(28)의 외면을 따라 권취되어 배치될 수 있다. 보빈몸체(21)와 코일권취부(28) 사이의 단차진 판면 상에 배선홀(27)이 복수개 마련되어 변위측정용 코일(c)의 일부 배선이 관통되게 배치된다.

이러한 코일보빈(20)의 중심에는 코일보빈(20)의 길이방향을 따라 연통구(29)가 형성될 수 있다. 연통구(29) 상의 단부 일 구간은 상기 연통구(29)의 내경보다 확관되되 상기 볼록 돌출부(43)에 대응되게 마련되는 오목 결합부(41)가 마련될 수 있다. 오목 결합부(41)의 내면 상에는 제1 암나사산(42)이 형성되며, 이는 후술할 제1 나사결합부(40)의 일부를 구성한다.

코일보빈 밀폐캡(30)은 변위측정센서의 선단부를 구성하는 한편, 변위측정용 코일(c)을 감싸면서 외부로부터 차폐하는 역할을 수행한다. 이를 위해, 상기 코일보빈 밀폐캡(30)은, 일단부가 개구된 캡몸체(31)와, 상기 캡몸체(31)의 폐쇄된 내벽으로부터 상기 캡몸체(31)의 중심축선을 따라 상기 개구부 측으로 돌출된 볼록 돌출부(43)을 포함할 수 있다.

캡몸체(31)에는 코일보빈(20)과 결합되는 측으로 개구면을 형성하며, 반대측의 폐쇄면의 내벽으로부터 중심축선을 따라 개구면 방향으로 돌출 형성된 볼록 돌출부(43)이 마련될 수 있다. 볼록 돌출부(43)은 오목 결합부(41)와 나사 결합하여 제1 나사결합부(40)를 구성하게 된다.

폐쇄면의 내벽 상에 볼록 돌출부(43)에 인접하게 안착수용홈(33)이 형성될 수 있다. 안착수용홈(33)은 코일보빈 밀폐캡(30)에는 상기 코일보빈(20)과 상호 결합 시 상기 코일권취부(28) 및 상기 변위측정용 코일(c)이 안착되며 수용되는 수용공간을 형성할 수 있다.

이러한 구성의 코일보빈 밀폐캡(30)의 외면 또한, 전술한 센서본체(10)와 마찬가지로, 널링(knurling) 가공되어 미끄러짐이 방지될 수 있다.

한편, 비접촉식 변위측정센서(100)가 설치되는 장소는 진동이 극심하거나 고온(150℃ 이상) 또는 고압(150 )의 극한 환경에 노출되게 되는데, 이러한 극한 환경에 비접촉식 변위측정센서(100)가 설치되게 되면, 비접촉식 변위측정센서(100)의 코일보빈 차폐캡(30) 간의 나사 결합이 풀려 변위측정용 코일(c)이 노출되는 등 센서 자체의 변형이나 파손되는 문제점이 발생한다. 따라서, 본 발명의 일실시예에서는, 제1 및 제2 나사결합부(50)가 마련될 수 있다.

상기 제1 나사결합부(40)는 주로 도 4를 참조하면, 상기 오목 결합부(41) 내벽에 형성된 제1 암나사산(42)과, 상기 볼록 돌출부(43)의 외면의 일부 구간에 형성된 제1 수나사산(44, 도 3 참조)일 수 있다. 이러한 제1 나사결합부(40)의 결합 방향은 왼 나사 결합된다. 다시 말해, 코일보빈(20)에 대하여 상기 코일보빈 밀폐캡(30)에서 센서본체(10)를 바라볼 때 시계 반대 방향으로 나사 결합시킬 수 있다.

이러한 제1 나사결합부(40)의 구성과 함께, 코일보빈(20)에 대한 상기 코일보빈 밀폐캡(30)의 풀림이 저지되도록 제2 나사결합부(50)가 마련될 수 있다.

상기 제2 나사결합부(50)는 주로 도 5를 참조하면, 상기 연통구(29)에 관통되게 배치되어 상기 코일보빈(20)과 상기 코일보빈 밀폐캡(30)을 상호 연결하며, 외면에 제2 수나사산(52)이 마련되는 캡연결나사(51)와, 상기 볼록 돌출부(43)의 내벽에 상기 제2 수나사산(52)에 대응되게 마련되는 제2 암나사산(53, 도 3 및 도 4 참조)을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서 상기 제2 나사결합부(50)의 결합 방향은, 상기 센서본체(10)에서 상기 코일보빈 밀폐캡(30)측을 바라볼 때 오른 나사 방향으로 회전하여 결합되고, 왼 나사 방향으로 회전하여 결합 해제될 수 있다. 즉,제2 나사결합부(50)는 시계 방향으로 회전하며 결합될 수 있고, 제1 나사결합부(40)는 이와 반대방향 즉, 시계 반대 방향으로 회전하며 결합될 수 있다. 이와 같은 방향 설정으로, 코일보빈(20)에 대한 상기 코일보빈 밀폐캡(30)의 풀림이 저지될 수 있는 것이다. 한편, 제1 및 제2 나사결합부(40, 50)의 결합 방향이 상호 반대 방향으로 설정된다면 제1 및 제2 나사결합부(40, 50) 각각의 오른 방향(시계 방향)이나 왼 방향(시계 반대 방향)의 결합 방향 설정은 달라질 수 있다.

이와 같은 제1 및 제2 나사결합부(50)의 구성을 통해, 진동이 극심하게 발생된다 하더라도 코일보빈(20)에 대한 코일보빈 밀폐캡(30)이 풀림이 저지될 수 있다. 즉, 만약 제1 나사결합부(40)의 풀림 현상이 발생되더라도, 제2 나사결합부(50)가 마련되어 있고, 제2 나사결합부(50)의 결합 회전방향이 제1 나사결합부(40)의 회전방향과 동일하게 구성되기 때문에 제1 나사결합부(40)의 풀림 현상이 저지된다. 마찬가지로, 제2 나사결합부(50)의 풀림이 발생하더라도 제1 나사결합부(40)의 구성과 동일한 결합방향으로 인해, 코일보빈(20)에 대한 코일보빈 밀폐캡(30)의 풀림 현상이 차단될 수 있다.

또한, 본 실시예에서의 상기 코일보빈(20), 상기 캡연결나사(51) 및 상기 코일보빈 밀폐캡(30)은 모두 합성경화 수지재로 제작될 수 있으며, 이와 달리, 극한 환경에 노출되더라도 저항성이 있는 소재라면 적용될 수도 있다.

이와 같은 구성의 비접촉식 변위측정센서를 통해, 센서가 설치되는 진동이 극심하거나 고온(150도 이상) 또는 고압(150 bar)의 극한 환경에서도, 비접촉식 변위측정센서의 변위측정을 수행하는 변위측정용 코일(c)을 감싸는 코일보빈 차폐캡(30)의 풀림이 저지될 수 있어 센서의 변형이나 파손이 방지되어 센서의 신뢰도가 향상될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉식 변위측정센서가 장착된 선박 엔진 블락도이고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉식 변위측정센서가 선박 엔진에 장착된 것을 나타내는 상태도이고, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉식 변위측정센서의 실제 사진 및 분해 사시도이며, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉식 변위측정센서의 블락도이고, 도 11은 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서의 공진부 및 검출부의 회로도이고, 도 12는 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서의 통신부의 회로도이고, 도 13은 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서의 제어부의 회로도이고, 도 14는 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서의 출력부의 회로도이고, 도 15는 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서의 전원부의 회로도이다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 비접촉식 변위측정센서(100)가 선박 엔진 특히, 배기 밸브(200), 연료 부스터에 장착된 것을 가정하여 상기 비접촉식 변위측정센서(100)의 기능(또는 동작)에 대하여 살펴 본다.

도 7을 참조하면, 상기 선박 엔진(1)은 비접촉식 변위측정센서(100), 배기 밸브(200), 연료 부스터(300), 및 엔진 제어 장치(400)를 포함할 수 있다. 도 7에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 본 발명에 따른 선박 엔진(1)은 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 가질 수도 있다. 이하, 상기 구성요소들에 대해 차례로 살펴본다.

상기 배기 밸브(200)는 가스 배출을 제어하기 위한 밸브이며 상기 연료 부스터(300)는 연료 분사를 담당한다. 상기 비접촉식 변위측정센서(100)은 상기 배기 밸브(200) 및 상기 연료 부스터(300)의 위치를 감지하여 상기 엔진 제어 장치(400)로 전달한다. 그러면, 상기 엔진 제어 장치(400)는 상기 배기 밸브(200)와 연료 부스터(300)의 위치 정보에 기초하여 엔진 제어를 위한 각종 신호를 발생하여 출력할 수 있다.

도 8의 (a) 및 도 8의 (b)를 참조하면, 상기 비접촉식 변위측정센서(100)가 위치 감지 대상인 연료 부스터(300) 및 배기 밸브(200)의 위치를 감지하기 위하여 선박 엔진에 장착될 수 있음을 알 수 있다.

상기 비접촉식 변위측정센서(100)은 아래와 같은 특징을 가질 수 있다.

1. 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서(100)는, 위치 감지 대상의 위치 측정 값의 비선형성을 감소시켜, 위치 감지 대상에 대한 보다 정밀하고 빠른 위치 측정을 수행할 수 있다.

2. 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서(100)는, 온도 오차 및 회로 오차를 보상하여, 위치 감지 대상에 대한 보다 정밀한 위치 측정을 수행할 수 있다.

3. 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서(100)는, 위치 데이터에 대한 영점 조정 및 스판 조정을 디지털 신호 기반으로 수행하여, 환경 변화에도 보다 정확한 피측정대상에 대한 위치 측정을 수행할 수 있다.

4. 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서(100)는, 위치 감지 대상의 재질을 고려하여, 비선형성의 감소, 온도 오차 및 회로 오차의 보정, 디지털 신호 기반의 영점 및 스판 조정 등을 수행할 수 있다.

5. 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서(100)는, 다양한 재질의 위치 감지 대상에 대한, 비선형성의 감소, 온도 오차 및 회로 오차의 보정, 디지털 신호 기반의 영점 및 스판 조정 등에 필요한 데이터 또는 정보를 외부로부터 통신을 통하여 수신할 수 있다. 그러므로 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서는 그 유지 보수가 매우 편리하다.

한편, 본 명세서에서는 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서(100)이 선박 엔진(1)에 장착된 것을 가정하여 상기 비접촉식 변위측정센서(100)의 구성(또는 구조) 및 기능(또는 동작)에 대하여 살펴 본다. 그러나 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서(100) 센서는 항공기 엔진, 각종 차량 엔진, 건설 또는 토목 장비의 엔진 등에 장착되어 위치 감지 대상의 위치를 측정하는데 이용될 수도 있다. 그러나 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 비접촉식 변위측정센서(100)는 비선형성 감소, 온도 오차 및 회로 오차의 보정, 디지털 신호 기반의 영점 및 스판 조정 등에 필요한 데이터 또는 정보를 외부로부터 통신을 통하여 수신할 수 있다. 그러므로, 하드웨어적 수리나 교체를 제외한 상당 부분의 유지 보수를 상기 비접촉식 변위측정센서(100)가 장착된 상태에서 수행할 수 있어, 유지 보수가 기존의 비접촉식 변위측정센서에 비하여 매우 편리한 장점을 가진다.

도 10을 참조하면, 상기 비접촉식 변위측정센서(100)는 공진부(110), 검출부(120), 통신부(130), 제어부(140), 출력부(150), 및 전원부(160)를 포함한다. 도 10에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서(100)는 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 가질 수도 있다. 이하, 상기 구성요소들에 대해 차례로 살펴본다.

본 실시예에서의 공진부(110) 및 검출부(120)는 비접촉식 변위측정센서(100)의 구성 중 코일보빈(20)이 담당할 수 있으며, 나머지 검출부(120), 통신부(130), 제어부(140), 출력부(150)는 신호처리기판이 담당할 수 있으며, 전원부(160)에 대응되는 구성은 비접촉식 변위측정센서(100)가 아닌 다른 외부의 장치에서 담당할 수 있다.

상기 공진부(110)는 L-C 공진 메커니즘에 따라 발진 신호를 출력할 수 있다. 상기 발진 신호는 금속 재질인 피측정대상까지의 거리 변화에 따른 상기 발진 신호에 따라 변화된다. 상기 검출부(120)는 금속 재질인 피측정대상까지의 거리 변화에 따른 상기 발진 신호의 변화를 검출할 수 있다. 그런 다음, 상기 검출부(120)는 상기 검출된 발진 신호의 변화에 대응되는 레벨을 가지며 상기 피측정대상까지의 거리에 대한 비선형성을 갖는 제1 전기적 신호를 발생할 수 있다. 한편, 본 명세서에서 전기적 신호는 아날로그 신호일 수도 있고 디지털 신호일 수도 있으며, 전압 신호일 수도 있고 전류 신호일 수도 있다.

상기 공진부(110)에서는 도 11을 참조하면, 인덕터(111)와 커패시터(112)로 이루어진 병렬 공진 탱크 회로가 제 1 트랜지스터(113)에 접속된다. 상기 인덕터(111)와 커패시터(112)의 L-C 공진에 의해 250KHz 이상의 발진 신호가 발생할 수 있다. 한편, 제 2 트랜지스터(114)와 제 1 연산증폭기(115)는 피드백 회로를 구성한다.

상기 검출부(120)는 선박 엔진(1)의 배기 밸브(200)나 연료 부스터(300) 등의 위치 감지 대상의 접근이나 이격에 의해 형성되는 와전류에 의한 발진 신호의 감쇄를 검출한다. 감쇄된 발진 신호는 제2 연산 증폭기(121), 한 쌍의 다이오드(122)와 제 3 연산증폭기(123)를 경유하면서 전파 정류 및 필터링된다. 그런 다음, 상기 제3 연산 증폭기(123)의 출력 신호는 제4 연산 증폭기(124)에 의하여 상기 제어부(140)에서 처리될 수 있는 전압(즉, 제1 전기적 신호)로 변환되어 출력된다.

도 11의 예에서 상기 검출부(120)의 출력 신호는 소정의 전압 레벨을 갖는 아날로그 신호일 수 있다. 한편, 제1 전기적 신호는 검출된 발진 신호의 변화에 대응되는 레벨을 가지며 상기 피측정대상까지의 거리에 대한 비선형성을 갖는다.

도 11에 도시된 공진부(110) 및 검출부(120)는 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서(100)에서 포함될 수 있는 공진부 및 검출부 일예일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

다시 도 10을 참조하면, 상기 통신부(130)는 다양한 재질에 따른, 위치 감지 대상에 대한 측정 값의 비선형성의 감소, 온도 오차 및 회로 오차의 보정, 디지털 신호 기반의 영점 및 스판 조정 등에 필요한 데이터 또는 정보를 외부로부터 통신을 통하여 수신할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서(100)은 위치 데이터 또는 정보를 외부로부터 통신을 통하여 수신하여, 다양한 재질의 위치 감지 대상의 위치 측정 등을 수행할 수 있어, 그 유지 보수가 매우 편리하다.

상기 통신부(130)는 별도의 통신용 라인 없이, 전원 공급 라인 및 상기 출력부(150)의 신호 라인 중 적어도 하나를 통하여 상술한 각종 데이터를 외부로부터 수신할 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서(100)은 기존의 비접촉식 변위측정센서에 비하여 별도의 하드웨어의 추가 없이도 외부와의 통신을 수행할 수 있다.

이하, 상기 통신부(130)를 통하여 수신될 수 있는 데이터의 구체적 예들을 살펴 본다.

먼저, 상기 통신부(130)를 통해, 피측정대상의 재질(예컨대, 금속의 종류)을 고려하여 상기 피측정대상까지의 거리에 대한 상기 제1 전기적 신호의 비선형성을 감소시키기 위한, 상기 피측정대상의 재질에 대응되는 제1 보정 정보를 수신할 수 있다.

예컨대, 선박 엔진(1)에는 대표적으로 5가지 정도의 금속이 사용되는데, 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서(100)은 상기 5가지 금속 각각에 대응되는 제1 보정 정보를 수신할 수 있다. 이러한 금속 재질을 고려한 외부로부터의 데이터 수신은 향수 살펴볼 영점 조정 정보, 스판 조정 정보, 온도 및 회로 오차 중 적어도 하나를 보정하기 위한 제2 보정 정보에 대해서도 마찬가지일 수 있다.

그리고, 상기 통신부(130)는 상기 피측정대상 위치 측정 값에 대한 영정 조정 정보 및 스판 조정 정보를 더 수신할 수 있다. 그리고, 상기 통신부(130)는 상기 비접촉식 변위측정센서의 회로 오차 및 온도 오차 중 적어도 하나를 보정하기 위한 제2 보정 정보를 더 수신할 수도 있다.

도 12를 참조하면, 상기 통신부(130)는 통신 칩(131)과 그 동작 수행에 필요한 각종 소자들로 구현될 수 있음을 알 수 있다. 상기 통신부(130)는 별도의 통신선을 구비하기 어려운 비접촉식 변위측정센서(100) 특성을 고려하여 입/출력 신호 라인을 통한 HART 통신 또는 전력선통신을 통하여 외부와 통신 기능을 수행할 수 있다.

한편, 도 12에 도시된 통신부(130)는 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서(100)에서 포함될 수 있는 통신부의 일예일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 상기 통신부(130)는 전력 공급 라인을 통한 전력선 통신을 통하여 외부와의 통신 기능을 수행할 수도 있다.

다시 도 10을 참조하면, 상기 제어부(140)는 비접촉식 변위측정센서(100)의 구성 요소의 동작을 전반적으로 제어한다. 상기 제어부(140)는 상기 통신부(130)를 통하여 수신된 제1 보정 정보에 기초하여 상기 검출부(120)에서 출력되는 제1 전기적 신호를 보정하여 제2 전기적 신호를 발생할 수 있다. 이때, 상기 제2 전기적 신호는 상기 피측정대상까지의 거리에 대한 비선형성이 미리 정해진 범위 이내인 전기적신호일 수 있다.

상기 제어부(140)는 상기 통신부(130)를 통하여 수신된 영점 조정 정보 및 스판 조정 정보를 고려하여 상기 제1 전기적 신호를 더 처리할 수도 있다. 그러므로 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서(100)에서의 영점 및 스판 조정은, 이 종래의 비접촉식 변위측정센서에서 가변 저항 조작을 통한 영점 조정 및 스판 조정에 비하여 환경 영향을 덜 받을 수 있고, 보다 정확할 수 있다.

상기 제어부(140)는 온도 오차 및 회로 오차 중 적어도 하나를 보정하기 위한 제2 보정 정보를 더 고려하여 상기 제2 전기적 신호를 발생할 수 있다. 상기 제2 보정 정보 역시 상기 통신부(130)를 통하여 외부로부터 수신된 것일 수 있다.

도 13을 참조하면, 상기 제어부(140)는 하나의 칩(141)과 소수의 소자로 구성됨을 알 수 있다. 이는, 상기 제어부(140) 내부에서 다양한 재질의 피측정대상에 대한 위치 측정 값의 비선형성의 감소, 온도 오차 및 회로 오차의 보정, 디지털 신호 기반의 영점 및 스판 조정 등이 모두 수행됨을 의미할 수 있다. 이러한, 하나의 칩 내에서의 데이터 처리로 인하여, 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서(100)의 데이터 처리 속도는 기존의 비접촉식 변위측정센서에 비하여 증가될 수 있다.

그리고, 상기 제어부(140)는 각종 기능 수행 시, 내장된 ADC(Analong to Digital Converter), DAC(Digital to Analog Converter) 및 DMA(Direct Memory Access) 수단을 이용하여 전기적 신호의 아날로그 신호의 디지털화, 디지털 신호의 아날로그화를 수행할 수 있다. 이 경우, 상기 제어부(140)는 DMA 방식으로 대량의 데이터를 중앙 처리부(미도시)가 메모리(미도시)와의 사이에서 직접 고속으로 전송(轉送)함으로써 데이터 처리 속도를 증가시킬 수 있다. 도면에 도시되지는 않았으나 상기 메모리는 상기 제어부(140)에 포함된 것일 수 있고, 상기 제어부(140) 외부에 마련된 별도의 메모리일 수도 있다.

즉, 상기 제어부(140)는 상기 검출부(120)로부터 아날로그 신호를 수신하여 이를 디지털 신호로 변환하여 각종 신호 처리를 수행한 다음, 그 디지털 신호를 다시 아날로그 신호로 변환하여 출력할 수 있다.

또한, 상기 제어부(140)는 온도 감지 수단을 포함할 수 있다. 물론, 온도 감지 수단은 상기 제어부(140)와 하드웨어적으로 구분된 별개의 구성요소일 수도 있다. 한편, 도 13에 도시된 제어부(140)는 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서(100)에서 포함될 수 있는 제어부의 일예일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

다시 도 10을 참조하면, 상기 출력부(150)는 상기 제어부(140)에서 출력되는, 피측정대상까지의 거리에 대한 비선형성이 미리 정해진 범위 이내인, 제2 전기적 신호를 상기 피측정대상까지의 거리에 대응되는 제3 전기적 신호로 변환하여 출력할 수 있다. 상기 비접촉식 변위측정센서(100)이 선박 엔진(1)에 장착된 것을 가정할 경우, 상기 선박 엔진(1)의 엔진 제어 장치(400)는 상기 제3 전기적 신호에 기초하여 피측정대상인 배기 밸브(200)나 연료 부스터(300)의 위치를 판단할 수 있다. 한편, 앞서 상술한 바와 같이, 상기 출력부(150)의 입출력 라인은 통신부(130)의 통신용으로도 이용될 수 있다.

도 14를 참조하면, 상기 출력부(150)는 상기 제어부(140)로부터 수신되는 전기적 신호의 변환을 칩(151)과 다수의 소자로 구현될 수 있음을 알 수 있다. 상기 칩(151)은 상기 제어부(140)로부터 출력되는 전압 신호인 제2 전기적 신호를 전류 값으로 변환하여 출력할 수 있다. 한편, 도 14에 도시된 출력부(150)는 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서(100)에서 포함될 수 있는 출력부의 일예일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

다시 도 10을 참조하면, 상기 전원부(160)는 외부로부터 수신되는 전력을 상기 비접촉식 변위측정센서(100)의 구성 요소들에서 필요로 하는 전력으로 변환하여 출력한다.

도 15를 참조하면, 상기 전원부(160)는 서지 보호 수단(161) 및 전압 안정기(62) 등을 포함하여 구현될 수 있음을 알 수 있다. 한편, 도 15에 도시된 전원부(160)는 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서(100)에서 포함될 수 있는 전원부의 일예일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

도 16은 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서 구동 방법의 일예를 나타내는 흐름도이다. 이하, 필요한 도면들을 참조하여 상기 구동 방법을 설명한다.

먼저, 통신부(130)를 통하여 피측정대상까지의 거리에 대한 비선형성을 감소시키기 위한, 상기 피측정대상의 재질에 대응되는 제1 보정 정보가 수신된다(S100). 상기 수신된 제1 보정 정보는 제어부(140) 내의 메모리 또는 별도로 마련된 메모리에 저장된다.

그 상태에서, 공진부(110)에서 출력되는 발진 신호는 금속 재질인 피측정대상까지의 거리 변화에 따라 변화하고, 검출부(120)는 상기 발진 신호의 변화를 검출한다(S110). 그런 다음 상기 검출부(120)는, 상기 검출된 발진 신호의 변화에 대응되는 레벨을 가지며, 상기 피측정대상까지의 거리에 대해 비선형적인 제1 전기적 신호를 발생한다(S120). 상기 제1 전기적 신호는 아날로그 전압 신호일 수 있다.

그런 다음, 제어부(140)는 상기 피측정대상의 재질에 대응되는 상기 제1 보정 정보에 기초하여 상기 제1 전기적 신호를 보정하여, 상기 피측정대상까지의 거리에 대한 비선형성이 미리 정해진 범위 이내인 제2 전기적 신호를 발생할 수 있다(S130). 상기 제2 전기적 신호는 아날로그 전압 신호일 수 있다.

그런 다음, 출력부(150)는 상기 제2 전기적 신호를 상기 피측정대상까지의 거리에 대응되는 제3 전기적 신호로 변환하여 출력할 수 있다(S140). 그러면, 상기 비접촉식 변위측정센서(100)이 장착된 대상에서는 상기 제3 전기적 신호에 기초하여 상기 피측정대상의 위치를 판단할 수 있다. 앞서 살펴본 바와 같이, 상기 피측정대상은 선박 엔진(1)의 배기 밸브(200) 및 연료 부스터(300)일 수 있다.

도 17은 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서 구동 방법의 다른 예를 나타내는 흐름도이다. 이하, 필요한 도면들을 참조하여 상기 구동 방법을 설명한다.

먼저, 통신부(130)를 통하여 피측정대상까지의 거리에 대한 비선형성을 감소시키기 위한 상기 피측정대상의 재질에 대응되는 제1 보정 정보 및 회로 오차 및 온도 오차 보상을 위한 제2 보정 정보가 수신되어 저장된다(S200). 상기 수신된 제1 및 제2 보정 정보는 제어부(140) 내의 메모리 또는 별도로 마련된 메모리에 저장된다.

상기 제1 및 제2 보정 신호가 저장된 상태에서, 검출부(120)로부터 상기 피측정대상까지의 거리 변화를 반영한 제1 전기적 신호가 수신되면, 제어부(140)는 내장된 ADC(Analong to Digital Converter) 및 제1 DMA(Direct Memory Access) 수단을 이용하여 상기 제1 전기적 신호를 디지털 값으로 변환하여 출력한다(S210).

그런 다음, 상기 제어부(140)는, 상기 변환된 디지털 값에 대하여, 상기 제2 보정 정보에 기초하여 회로 오차 및 온도 오차 중 적어도 하나를 보정하는 단계 및 상기 제1 보정 정보에 기초하여 상기 변환된 디지털 값에 대한 선형 보간을 수행하는 단계 중 적어도 하나를 수행하여, 보정된 디지털 신호를 발생하여 출력한다(S220).

그런 다음, 상기 제어부(140)는 내장된 제2 DMA 수단 및 DAC(Digital to Analog Converter)를 이용하여 상기 보정된 디지털 신호를 상기 제2 전기적 신호로 변환하여 출력한다(S230). 그러면, 출력부(150)는 상기 제2 전기적 신호를 상기 피측정대상까지의 거리에 대응되는 제3 전기적 신호로 변환하여 출력하고, 상기 비접촉식 변위측정센서(100)이 장착된 대상에서는 상기 제3 전기적 신호에 기초하여 상기 피측정대상의 위치를 판단하고, 그에 기초하여 각종 제어 동작을 수행할 수 있다.

도 18은 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서(100)의 위치 감지 대상에 대하여 측정된 위치의 비선형성을 측정하기 위한 시험을 수행하기 위한 상태도이다.

상기 시험은, 상기 비접촉식 변위측정센서(100)을 테스트 지그(500)에 장착하고, 버니어켈리퍼스를 이용해 위치 감지 대상까지의 거리를 0.5mm에서 7.5mm까지 0.5mm 단위로 가변해 가면서 계측 장치(600)를 통하여 상기 위치 감지 대상까지의 거리에 대한 전류를 측정하는 시험이다. 상기 위치 감지 대상까지의 거리 및 전류 값에 기초하여 측정된 위치 값의 비선형성이 산출될 수 있다.

도 19는 도 18에 도시된 시험 방법에 따라서, 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서(100)에 의하여 측정된 피측정대상의 위치의 비선형성을 나타낸다. 참고로, 도 19에서 피측정대상의 재질이 S480은 선박 엔진에 이용될 수 있는 대표적인 금속이다.

도 19를 참조하면, 피측정대상의 재질이 S480 금속인 경우, 피측정대상의 이격 및 접근에 대한 비선형성 모두 0.09% 이내인 것을 알 수 있다. 도면으로 첨부하지는 않았으나, 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서(100)에 의한 피측정대상에 대한 비선형성은 S45C 금속, S355 금속, S439 금속, 80A 금속, SNCRW 금속 등에 대해서도 측정되었다. 그러나 상술한 금속 모두에 대해서 이격에 대한 비선형성은 0.52% 이내이며, 접근에 대한 비선형성은 0.47% 이내로 특정되었다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서(100)에 의하여 측정된 전류 값의 비선형성은 다양한 금속들에 대하여 0.09 % 내지 0.52%로 매우 적은 것을 알 수 있다. 이는 상기 비접촉식 변위측정센서(100)은 금속의 종류에 따른 선형 보정 데이터를 외부로부터 수신하여 적용한 효과일 수 있다. 한편, 종래의 비접촉식 변위측정센서의 비선형성이 1% 내지 2%에 이르는 점을 고려할 때, 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서(100)의 비선형성은 매우 적은 것이다.

도 20은 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서(100)의 응답 시간을 측정하기 위한 시험을 수행하기 위한 상태도이다. 도 20을 참조하면, 상기 비접촉식 변위측정센서(100)에는 신호 발생기들(700 및 800)이 연결되어 있고, 응답 시간 산출을 위한 파형 측정용 계측 장치(900)가 연결되어 있는 것을 알 수 있다.

도 21 및 22는 도 20에 도시된 시험 방법에 따라서 측정된 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서(100)의 응답 시간을 측정하기 위한 그래프이다.

도 21을 참조하면, 피측정대상까지의 거리가 멀어지는 경우 응답 시간(즉, 라이징 타임)이 310 usec인 것을 알 수 있다. 이를 응답 주파수로 표시하면, 상기 비접촉식 변위측정센서(100)의 응답 주파수는 1/(310 X 10^{- 6})Hz이다. 즉, 상기 비접촉식 변위측정센서(100)의 응답 주파수는 약 3.23kHz에 이른다.

도 22를 참조하면, 피측정대상까지의 거리가 가까워지는 경우 폴링 타임이 610 usec인 것을 알 수 있다. 이를 주파수로 표시하면, 상기 비접촉식 변위측정센서(100)의 응답 주파수는 1/(610 X 10^{- 6})Hz이다. 즉, 상기 비접촉식 변위측정센서(100)의 응답속도는 약 1.64kHz에 이른다.

종래의 비접촉식 변위측정센서의 응답 주파수가 1kHz 정도인 것을 감안할 경우, 본 발명에 따른 비접촉식 변위측정센서(100)의 응답 주파수가 피측정대상의 이격 시에는 종래의 3배가 넘고, 접근 시에도 종래의 1.5배가 넘는 것을 알 수 있다.

본 명세서에 기재된 비접촉식 변위측정센서 구동 방법의 적어도 일부는 하나의 기능 또는 작동을 수행하게 하는 별개의 소프트웨어 모듈에 의하여 구현될 수 있다. 이러한 소프트웨어 코드는 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 어플리케이션에 의해 구현될 수 있다. 또한, 소프트웨어 코드는 제어부에 내장되거나 별도의 메모리에 저장될 수 있으며, 상기 제어부에 의해 실행될 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

1 : 선박 엔진 10 : 센서본체
11 : 플랜지부 12 : 관통개구
20 : 코일보빈 22 : 실링용 링
26 : 수지 유동홀 27 : 배선홀
29 : 연통구 30 : 코일보빈 밀폐캡
31 : 캡몸체 40 : 제1 나사결합부
41 : 오목 결합부 42 : 제1 암나사산
43 : 볼록 돌출부 44 : 제1 수나나산
50 : 제2 나사결합부 52 : 제2 수나나산
53 : 제2 암나사산 100 : 비접촉식 측정변위센서
110 : 공진부 120 : 검출부
130 : 통신부 140 : 제어부
150 : 출력부 160 : 전원부

Claims (13)

1. 단부에 마련되어 피측정대상 또는 위치검출대상에 결합되는 플랜지부가 구비되는 중공 타입의 센서본체;
   상기 센서본체에 나사 맞물림 결합되되 외면 일부를 부분적으로 수용되게 마련되며, 상기 피측정대상의 진동 발생 시 변위측정을 위한 변위측정용 코일이 매설되는 코일보빈;
   상기 코일보빈의 외면을 부분적으로 수용하며 상기 센서본체에 연결되어 상기 코일보빈을 외부로부터 밀폐하는 코일보빈 밀폐캡;
   상기 코일보빈 또는 상기 코일보빈 밀폐캡 중 적어도 어느 하나에 마련되어 상기 코일보빈에 대한 상기 코일보빈 밀폐캡의 풀림이 저지되도록 상기 코일보빈에 대하여 상기 코일보빈 밀폐캡을 일방향으로 나사 결합시키는 제1 나사결합부; 및
   상기 제1 나사결합부의 결합방향과 반대방향으로 체결되도록 마련되며, 상기 코일보빈에 결합되거나 상기 코일보빈에 마련되어 상기 코일보빈과 상기 코일보빈 밀폐캡을 상호 나사 결합시키는 제2 나사결합부를 포함하며,
   상기 제1 나사결합부는 왼 방향/오른 방향 중 어느 하나의 결합방향으로 결합되고,
   상기 제2 나사결합부는 왼 방향/오른 방향 중 다른 하나의 결합방향으로 결합되며,
   상기 코일보빈 밀폐캡은,
   일단부가 개구된 캡몸체; 및
   상기 캡몸체의 폐쇄된 내벽으로부터 상기 캡몸체의 중심축선을 따라 개구된 상기 캡몸체의 일단부 측으로 돌출된 볼록 돌출부를 포함하며,
   상기 센서본체에는 길이방향을 따라 관통개구가 형성되고,
   상기 코일보빈에는 내부에 상기 센서본체에 결합되는 방향을 따라 상기 관통개구와 연통되는 연통구가 형성되며,
   상기 연통구 상의 단부 일 구간은 상기 연통구의 내경보다 확관되되 상기 볼록 돌출부에 대응되게 마련되는 오목 결합부가 마련되며,
   상기 제1 나사결합부는 상기 오목 결합부 내벽에 형성된 제1 암나사산과, 상기 볼록 돌출부의 외면의 일부 구간에 형성된 제1 수나사산이며,
   상기 제2 나사결합부는,
   상기 연통구에 관통되게 배치되어 상기 코일보빈과 상기 코일보빈 밀폐캡을 상호 연결하며, 외면에 제2 수나사산이 마련되는 캡연결나사; 및
   상기 볼록 돌출부의 내벽에 상기 제2 수나사산에 대응되게 형성되는 제2 암나사산을 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 변위측정센서.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 코일보빈은,
   보빈몸체;
   상기 보빈몸체의 일단부 상에서 상기 센서본체에 나사 맞물림 결합되도록 외면에 본체결합용 나사산이 형성된 센서본체 결합부; 및
   상기 코일보빈 밀폐캡과 상호 결합되는 단부에 마련되되, 상기 보빈몸체보다 상대적으로 직경이 감소되도록 단차져서 상기 변위측정용 코일이 권취되는 코일권취부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 변위측정센서.
7. 제6항에 있어서,
   상기 코일보빈 밀폐캡에는 상기 코일보빈과 상호 결합 시 상기 코일권취부 및 상기 변위측정용 코일이 안착되며 수용되는 안착수용홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 변위측정센서.
8. 제6항에 있어서,
   상기 센서본체 결합부의 단부면에는 상기 코일보빈과 상기 코일보빈 밀폐캡이 상호 결합된 이후 충진되는 경화수지재가 상기 코일보빈으로 유동되는 수지 유동홀와, 상기 변위측정용 코일의 배선이 관통되는 배선홀이 각각 복수개 마련되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 변위측정센서.
9. 제6항에 있어서,
   상기 보빈몸체의 외면 상에는 상기 센서본체 및 상기 코일보빈 밀폐캡에 상기 코일보빈이 수용 결합될 때 실링시키는 복수의 실링용 링이 마련되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 변위측정센서.
10. 제1항에 있어서,
    상기 센서본체의 단부에는 상기 코일보빈과 나사 맞물림 결합 시 상기 코일보빈의 삽입을 용이하게 하는 경사면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 비접촉식 변위측정센서.
11. 제1항에 있어서,
    상기 센서본체 및 상기 코일보빈 밀폐캡의 외면은 널링(knurling)가공되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 변위측정센서.
12. 제1항에 있어서,
    상기 코일보빈, 상기 캡연결나사 및 상기 코일보빈 밀폐캡은 모두 합성수지 재질로 제작되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 변위측정센서.
13. 제1항에 있어서,
    상기 코일보빈 내에 마련되며, L-C 공진 메커니즘에 따라 발진 신호를 출력하는 공진부;
    상기 코일보빈 내에 마련되며, 금속 재질인 피측정대상까지의 거리 변화에 따른 상기 발진 신호의 변화를 검출하고, 상기 검출된 발진 신호의 변화에 대응되는 레벨을 가지며 상기 피측정대상까지의 거리에 대한 비선형성을 갖는 제1 전기적 신호를 발생하는 검출부;
    상기 센서본체에 마련되며, 상기 피측정대상의 재질을 고려하여 상기 피측정대상의 재질까지의 거리에 대한 상기 제1 전기적 신호의 비선형성을 감소시키기 위한, 상기 피측정대상의 재질에 대응되는 제1 보정 정보를 수신하는 통신부;
    상기 센서본체에 마련되며, 상기 피측정대상의 재질에 대응되는 상기 제1 보정 정보에 기초하여 상기 제1 전기적 신호를 보정하여, 상기 피측정대상의 재질까지의 거리에 대한 비선형성이 미리 정해진 범위 이내인 제2 전기적 신호를 발생하는 제어부;
    상기 제2 전기적 신호를 상기 피측정대상의 재질까지의 거리에 대응되는 제3 전기적 신호로 변환하여 출력하는 출력부; 및
    외부로부터 수신되는 전력으로부터 필요로 하는 전력으로 변환하여 공급하는 전원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 변위측정센서.

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