KR101931440B1 - 각도 변위 측정용 저면적 위상 보정 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각도변위 측정장치(RVDT)의 입력신호와 출력신호의 디지털신호를 XOR 위상 검출기를 통해 비교하여 위상차만큼 시간딜레이를 주어 위상오차를 보정할 수 있는 각도 변위 측정용 저면적 위상 보정 회로에 관한 것이다. 본 발명은 각도변위 측정장치(RVDT)의 입력신호와 출력신호의 디지털신호를 XOR 위상 검출기를 통해 비교하여 위상차만큼 입력신호에 시간딜레이를 주어 위상오차를 보정함으로써, 칩 면적을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

각도 변위 측정용 저면적 위상 보정 회로{PHASE CORRECTION CIRCUIT HAVING LOW-AREA FOR ROTARY VARIABLE DIFFERENTIAL TRANSFORMER}

본 발명은 각도변위 측정장치(RVDT)의 위상을 보정하는 회로로써, 보다 상세하게는 각도변위 측정장치(RVDT)의 입력신호와 출력신호의 디지털신호를 XOR 위상 검출기를 통해 비교하여 위상차만큼 시간딜레이를 주어 위상오차를 보정할 수 있는 각도 변위 측정용 저면적 위상 보정 회로에 관한 것이다.

RVDT는 차동 출력 및 장기 신뢰성, 고해상도, 고선형성과 같은 우수한 특성을 갖추고 있다. 이를 바탕으로 고분해능 및 고선형성이 요구되는 산업용 어플리케이션에 널리 사용된다. 기존의 RVDT의 신호처리는 복조기를 사용한 위상보정방식을 사용하였으나 복조신호를 만들어 주기 위한 ROM table이 필요하기 때문에 칩의 면적이 커질 수밖에 없다. 또한, 샘플링된 입력신호와 복조신호를 비교하기 때문에 위상 오차를 줄이기 위해서는 입력신호의 높은 샘플링 주파수와 데이터가 많은 복조신호용 ROM table이 필요하다. 따라서, 위상 오차를 줄어들수록 칩 면적이 커지게 되는 단점이 있다.

한국 등록특허 제10-1206071호(이하 '선행문헌'이라 칭함)는 주파수의 변화를 이용하여 커플러의 위치에 대한 갭 보정을 행하므로 신뢰성이 높은 인덕턴스방식 변위감지센서의 갭 보정을 위한 신호처리방법에 관한 것이다. 커플러의 위치가 조립과정 또는 사용중에 원래의 설계값과 다르게 된 경우에도 신호처리기에서 커플러와 센싱코일 사이의 갭 변화에 대한 보정을 행한 다음 측정값의 결과를 출력하므로, 항상 정확한 회전각이나 이동거리를 얻는 것이 가능한 효과가 있다.

선행문헌은 커플러가 설치되는 위치가 조립공정 또는 온도나 진동에 따라 설계값과 차이가 있을 경우, 정확한 측정값을 얻을 수 없는 문제를 방지하기 위한 기술이다. 따라서 기존의 복조기를 사용하지 않고 저면적으로 신호의 위상차를 보정하는 기술이 필요한 실정이다.

한국 등록특허 제10-1206071호(발명의 명칭 : 인덕턴스방식 변위감지센서의 갭 보정을 위한 신호처리방법, 등록일 : 2011.11.22.)

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 각도변위 측정장치(RVDT)의 입력신호와 출력신호의 디지털신호를 XOR 위상 검출기를 통해 비교하여 위상차만큼 입력신호에 시간딜레이를 주어 위상오차를 보정하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 각도 변위 측정용 저면적 위상 보정 회로는 각도변위측정기의 입력신호를 샘플링하여 디지털신호로 변환하는 입력디지털변환부, 상기 각도변위측정기의 출력신호를 샘플링하여 또 다른 디지털신호로 변환하는 출력디지털변환부, 상기 디지털신호를 기준전압과 비교하여 구형파신호로 변환하는 제1비교기, 상기 또 다른 디지털신호를 상기 기준전압과 비교하여 또 다른 구형파신호로 변환하는 제2비교기, 상기 구형파신호와 상기 또 다른 구형파신호 간의 위상차를 측정하는 위상검출기, 상기 디지털신호를 상기 위상차만큼 지연시켜 상기 디지털신호를 보정하는 위상보정부, 상기 보정된 디지털신호를 보정된 구형파신호로 변환하는 제3비교기, 상기 보정된 구형파신호와 상기 또 다른 디지털신호를 곱셈하여 양수의 값으로 신호처리하는 신호처리부, 및 상기 양수의 값으로 처리된 신호를 연산처리하기 위해 주파수의 평균전압을 출력하는 저역통과필터부를 포함한다.

본 발명에 따른 상기 위상검출기는 구형파신호와 상기 또 다른 구형파신호 간 위상의 비동일성을 판단할 수 있는 XOR게이트로 이루어진다.

본 발명은 각도변위 측정장치(RVDT)의 입력신호와 출력신호의 디지털신호를 XOR 위상 검출기를 통해 비교하여 위상차만큼 입력신호에 시간딜레이를 주어 위상오차를 보정함으로써, 칩 면적을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 각도 변위 측정용 저면적 위상 보정 회로도이다.
도 2는 본 발명에 따른 입력신호와 출력신호의 디지털신호를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 입력신호와 출력신호의 디지털신호를 구형파로 변환한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 입력신호의 위상차를 보정하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 구형파의 입력신호와 사인파의 출력신호 간의 곱셈에 의한 신호처리를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 각도 변위 측정용 저면적 위상 보정 회로도이다. 도 1을 참조하면, 각도 변위 측정용 저면적 위상 보정 회로는 각도변위측정기(100), 입력디지털변환부(210), 출력디지털변환부(220), 제1비교기(310), 제2비교기(320), 위상검출기(400), 위상보정부(500), 제3비교기(600), 신호처리부(700), 저역통과필터부(800)을 포함할 수 있다,

각도변위측정기(100)는 각도 변위를 측정하는 데 사용되는 전기적 변환장치이다. 각도변위측정기(100)는 RVDT(Rotary Variable Differential Transformer)와 같이 회전방향의 변위를 측정하는 장치이다. 각도변위측정기(100)는 1차코일(110)과 2차코일(120)로 이루어질 수 있다. 1차코일(110)에 전류가 흐름에 따라 변위가 생겨 자성 코어가 움직임에 따라 2차코일에 유도전류가 발생된다. 각도변위측정기(100)의 작동원리는 공지된 기술로써, 그 자세한 설명은 생략하도록 한다.

입력디지털변환부(210)는 각도변위측정기(100)의 입력신호를 생플링하여 디지털신호로 변환하는 장치이다. 출력디지털변환부(220)는 각도변위측정기(100)의 출력신호를 샘플링하여 또 다른 디지털신호로 변환하는 장치이다.

이하, 도 2를 통해 입력신호와 출력신호의 디지털신호를 설명하도록 한다. 도 2를 살펴보면, 출력신호와 입력신호가 디지털신호로 변환된 것을 볼 수 있다.

입력신호와 출력신호는 사인파(sine wave)의 아날로그신호로 이루어진다. 입력디지털변환부(210)는 입력신호에 대한 사인파를 샘플링하여 디지털신호로 변환하며, 출력디지털변환부(220)는 출력신호에 대한 사인파를 샘플링하여 또 다른 디지털신호로 변환한다.

한편, 도 2를 살펴보면, 출력신호와 입력신호의 디지털신호는 서로 다른 위상을 가지는 것을 볼 수 있다. 출력신호와 입력신호는 약 40ㅀ정도의 위상차가 있다. 이에 본 발명은 출력신호와 입력신호 간의 서로 다른 위상을 보정하기 위해 시간딜레이를 주는 방식을 사용한다. 위상보정 방식은 도 4를 통해 후술한다.

제1비교기(310)는 입력디지털변환부(210)에 의해 변환된 디지털신호와 기준전압을 비교하는 장치이다. 제1비교기(310)에 의해 기준전압과 디지털신호가 비교됨으로써, 사인파의 디지털신호는 구형파(square wave)의 신호로 변환된다.

제2비교기(320)는 출력디지털변환부(220)에 의해 변환된 또 다른 디지털신호와 기준전압을 비교하는 장치이다. 제2비교기(310)에 의해 기준전압과 또 다른 디지털신호가 비교됨으로써, 사인파의 또 다른 디지털신호는 구형파의 신호로 변환된다. 도 3을 살펴보면, 출력신호와 입력신호가 구형파의 신호로 변환된 것을 볼 수 있으며, 도 2의 위상차와 동일하게 출력신호와 입력신호 간에 위상차가 존재하는 것을 확인할 수 있다.

위상검출기(400)는 구형파신호와 또 다른 구형파신호간의 위상차를 측정하는 장치이다. 위상검출기(400)는 구형파신호와 또 다른 구형파신호 간 위상의 비동일성을 판단할 수 있는 XOR게이트로 이루어진다. XOR게이트는 두 신호가 동일하면 '0'이 출력되며, 두 신호가 비동일하면 '1'이 출력되는 특성을 가지는 디지털 논리회로이다. 이러한 배타적 논리합(exclusive or)의 특성을 통해 구형파신호와 또 다른 구형파신호 간의 위상차를 측정하게 된다.

위상보정부(500)는 디지털신호를 위상차만큼 지연시켜 디지털신호를 보정하는 장치이다. 위상보정부(500)는 지연셀(Delay cell)와 같은 소자를 이루어지며, 입력신호의 디지털신호를 위상차만큼 지연시켜 출력신호의 또 다른 디지털신호의 위상과 동일하도록 보정한다.

도 4를 살펴보면, 최초 위상보정 전 출력신호와 입력신호 간에 약 40ㅀ의 위상차가 있는 것을 볼 수 있다. 위상검출기(400)는 출력신호와 입력신호 간의 위상차를 측정하며, 측정된 위상차만큼 입력신호에 시간딜레이를 준다. 도 4와 같이, 입력신호에 위상차만큼의 시간딜레이를 줌으로서 출력신호와 입력신호의 위상이 동일하게 보정된다.

제3비교기(600)는 위상차가 보정된 디지털신호를 구형파신호로 변환하는 장치이다.

신호처리부(700)는 위상차가 보정된 디지털신호의 구형파신호와 또 다른 디지털신호를 곱셈하여 양수의 값으로 신호처리하는 장치이다.

신호처리부(700)에 의해 구형파신호의 입력신호와 사인파신호의 출력신호가 곱셈되면, 양수와 양수의 곱에 따라 양수의 값, 음수와 음수의 곱에 따라 양수의 값의 신호가 출력된다.

이는 도 5를 통해 상세히 설명하도록 한다. 도 5는 본 발명에 따른 구형파의 입력신호와 사인파의 출력신호 간의 곱셈에 의한 신호처리를 설명하기 위한 도면이다.

도 5의 제1스텝(1 step)을 살펴보면, 출력신호의 사인파(sine wave)가 출력된 것을 확인할 수 있다.

제2스텝(2 step)은 출력신호의 사인파(sine wave)와 보정된 입력신호의 구형파(square wave)가 겹쳐진 신호이며, 신호처리부(700)에 의해 겹쳐진 사인파(sine wave)와 구형파(square wave)의 곱셈이 이루어진다.

이에 제3스텝(3 step)과 같이 음의 사인파(sine wave)와 음의 구형파(square wave)가 곱해짐으로써 양의 값이 되어 제3스텝(3 step)와 같이 양의 값을 갖는 반파의 형태가 된다.

이와 같이 신호처리부(700)에 통해 양의 값만을 갖는 반파의 사인파를 생성함으로서 정류(rectification)가 가능해진다.

저역통과필터부(800)는 양수의 값으로 처리된 신호를 연산처리하기 위해 주파수의 평균전압을 출력하는 장치이다. 저역통과필터(Low Pass Filter)는 위상검출기 출력에 관해 원하는 저 주파수 평균 전압을 달성하는데 이용된다.

100 : 1각도변위측정기 110 : 제1코일
120 : 제2코일 210 : 입력디지털변환부
220 : 출력디지털변환부 310 : 제1비교기
320 : 제2비교기 400 : 위상검출기
500 : 위상보정부 600 : 제3비교기
700 : 신호처리부 800 : 저역통과필터부

Claims (3)

1. 각도변위측정기의 입력신호를 샘플링하여 디지털신호로 변환하는 입력디지털변환부;
   상기 각도변위측정기의 출력신호를 샘플링하여 또 다른 디지털신호로 변환하는 출력디지털변환부;
   상기 디지털신호를 기준전압과 비교하여 구형파신호로 변환하는 제1비교기;
   상기 또 다른 디지털신호를 상기 기준전압과 비교하여 또 다른 구형파신호로 변환하는 제2비교기;
   상기 구형파신호와 상기 또 다른 구형파신호 간의 위상차를 측정하는 위상검출기; 및
   상기 디지털신호를 상기 위상차만큼 지연시켜 상기 디지털신호를 보정하는 위상보정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 각도 변위 측정용 저면적 위상 보정 회로
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 위상차가 보정된 디지털신호를 보정된 구형파신호로 변환하는 제3비교기;
   상기 보정된 구형파신호와 상기 또 다른 디지털신호를 곱셈하여 양수의 값으로 신호처리하는 신호처리부; 및
   상기 양수의 값으로 처리된 신호를 연산처리하기 위해 주파수의 평균전압을 출력하는 저역통과필터부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 각도 변위 측정용 저면적 위상 보정 회로
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 위상검출기는 구형파신호와 상기 또 다른 구형파신호 간 위상의 비동일성을 판단할 수 있는 XOR게이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 각도 변위 측정용 저면적 위상 보정 회로

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