KR20010005766A - 결합된 토크 및 각도 위치 센서 - Google Patents

결합된 토크 및 각도 위치 센서 Download PDF

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KR20010005766A
KR20010005766A KR1019997008837A KR19997008837A KR20010005766A KR 20010005766 A KR20010005766 A KR 20010005766A KR 1019997008837 A KR1019997008837 A KR 1019997008837A KR 19997008837 A KR19997008837 A KR 19997008837A KR 20010005766 A KR20010005766 A KR 20010005766A
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Abstract

결합된 토크 및 각도 위치 검출기는 공동 축에 대하여 회전될 수 있는 2 개의 디스크(10,12)를 포함한다. 상기 디스크들의 상대적인 각도 변위는 그들에 가해지는 토크로 부터 초래된다. 각각의 디스크는 다수의 상이한 광 투과율 영역을 지니며 이들은 광원(20)으로 부터 방출된 방사선을 상기 디스크들의 영역의 이미지가 형성되는 어레이(22)로 전달하는 것을 제어한다. 데이터 프로세서(24)는 이미지 강도 데이터를 처리하고 상기 디스크들의 각도 위치 및 상기 디스크들의 상대적 변위를 결정한다. 위치 정보가 (i) 한 디스크에 대하여 변하는 폭의 중간 투과율의 한 디스크 영역을 제공하고, (ii) 한 디스크에 대하여 변하는 폭의 보다 적은 투과율의 한 디스크 영역을 지니며, 또는 (iii) 한 디스크에 대하여 여러 개의 상이한 폭의 영역의 결합을 배치함으로써 생성되는 변형적인 배치가 기재되어 있다.

Description

결합된 토크 및 각도 위치 센서{COMBINED TORQUE AND ANGULAR POSITION SENSOR}
본 발명은 예를 들면, 전력 구동용 스티어링(Electrical Power Assisted Steering;EPAS)시스템에 사용하기 위한 결합된 토크 및 각도 위치 센서에 관한 것이다.
국제 공개 특허 제 WO95/06330 호에는 각각이 광원으로 부터 방출된 방사선을 변조시켜 광학 센서상에 이미지를 형성하도록 작용하는 상이한 투과율의 교번하는 제 1 및 제 2 영역을 지니는 비교적 이동가능한 2 개의 회전 요소가 있는 토크 센서가 개시되어 있다. 그러한 배열로 부터 얻어지는 데이터는 데이터 프로세서에 의해 분석되어, 한 회전 요소상의 낮은 투과율 영역에 의해 만들어 지는 제 1 의 어두운 부위 및 상기 제 1 의 어두운 부위의 양측상에 있으며 다른 한 회전 요소상의 2 개의 인접한 낮은 투과율 영역에 의해 만들어 지는 어두운 부위들사이의 갭(gap)의 폭을 검출함으로써 상기 2 개의 회전 요소의 상대적 위치를 결정한다.
EPAS 시스템에서는 상기 회전 요소들의 현재의 개별 위치가 알려져 있는 것이 또한 필요하며 국제 공개 특허 제 WO95/06330 호에는 한 회전 요소상의 다수의 낮은 투과율 영역들이 검출되는 경우에 "색인(index)" 위치가 확립될 수 있도록 한 회전 요소상의 다수의 낮은 투과율 영역들이 나머지 것과는 상이한 폭을 지니는 배치가 기재되어 있다. 단일의 상이한 낮은 투과율 영역이 이러한 목적에는 충분하지만, 상기 시스템이 초기에 온(on) 상태로 스위칭되는 경우에는 색인 위치가 검출되는 것을 가능하게 하도록 상기 회전 요소들이 180°에 이르기까지 완전히 회전될 필요가 있을 수 있다는 점이 밝혀져 왔다.
본 발명의 목적은 시동시 어떠한 회전 요소의 회전을 필요로 하지 않고서도 개별 위치가 확립될 수 있는 결합된 토크 및 각도 위치 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 실시 태양에 의하면, 광학 방사원, 광학 센서 어레이, 상기 방사원 및 상기 광학 센서 어레이사이에 삽입되며, 함께 회전될 수 있고 또한 토크 측정을 위해 서로에 대하여 제한된 범위까지 각도를 이루어 이동될 수 있는 제 1 및 제 2 요소로서, 각각의 요소가 복수 개의 교번하는 제 1 및 제 2 영역을 지니고, 상기 제 1 영역이 상기 제 2 영역보다 큰 광 투과율을 지니며, 상기 제 2 요소가 상기 제 1 및 제 2 영역의 투과율사이에 있는 광 투과율의 부가적인 영역을 또 지니고, 상기 부가적인 영역 각각이 상이한 각도 폭을 지니는 제 1 및 제 2 요소, 및 상기 어레이를 구성하는 광학 센서 각각으로 부터 광학 강도 데이터를 수집하도록 배치되며 그러한 데이터를 처리하여, 상기 제 2 요소상의 부가적인 영역중 검출된 영역의 이미지의 폭 및 위치를 측정함으로써 상기 제 2 요소의 각도 위치를 결정하고, 상기 제 1 요소의 2 개의 인접한 제 2 영역의 이미지들의 위치에 대하여 상기 제 2 요소의 제 2 영역의 이미지의 위치를 측정함으로써 상기 제 1 및 제 2 요소의 상대적인 각도 변위를 결정하도록 작동하는 데이터 프로세서를 포함하는 결합된 토크 및 각도 위치 검출기가 제공된다.
바람직스럽기로는, 상기 제 1 및 제 2 영역의 이미지 위치들이 상기 어레이를 구성하는 각각의 센서에 대한 광학 강도 데이터를 상한 값과 비교함으로써 결정되는 것이다. 상기 부가적인 영역들의 이미지 위치들은 상기 어레이를 구성하는 각각의 센서에 대한 강도 데이터를 하한 값과 비교함으로써 결정된다.
바람직하기로는, 상기 제 2 요소의 부가적인 영역이 상기 제 2 요소의 제 1 영역내의 중앙에 놓이도록 배치되는 것이다.
상기 제 2 요소는 상기 제 1 및 제 2 영역을 한정하는 마스크를, 상기 부가적인 영역을 형성하는 반투명 부위를 지니는 투명 오버레이(transparent overlay)로 적층함으로써 형성될 수 있다.
본 발명의 제 2 실시 태양에 의하면, 광학 방사원, 상기 광학 방사원에 의해 조명되는 광학 센서 어레이, 상기 광학 방사원 및 상기 광학 센서 어레이사이에 삽입되며, 함께 회전될 수 있고 토크 측정을 위해 제한된 범위까지 서로에 대하여 각도를 이루어 이동될 수 있는 제 1 및 제 2 요소로서, 각각의 요소가 복수 개의 교번하는 제 1 및 제 2 영역을 지니고, 상기 제 1 영역이 상기 제 2 영역보다 큰 광 투과율을 지니며, 상기 제 2 요소의 제 2 영역들은 상기 제 2 요소의 제 1 영역들의 각도 폭이 상기 제 2 요소에 대하여 점진적으로 감소하도록 각도 폭 변화하는 제 1 및 제 2 요소, 및 상기 어레이를 구성하는 광학 센서 각각으로 부터 광학 강도 데이터를 수신하도록 접속되며 그러한 데이터를 처리하여, 상기 제 2 요소의 제 2 영역들의 이미지의 위치 및 폭을 측정함으로써 상기 제 2 요소의 각도 위치를 결정하고, 상기 제 2 요소의 2 개의 인접한 제 2 영역의 이미지들의 위치에 대하여 상기 제 1 요소의 제 2 영역들의 이미지 위치를 측정함으로써 상기 요소들사이의 상대적인 각도 변위를 결정하도록 작동하는 데이터 프로세서를 포함하는 결합된 토크 및 각도 위치 센서가 제공된다.
상기 제 2 요소의 제 2 영역들은 상기 제 2 요소에 대하여 등각으로 이격된 상기 2 영역의 중심 라인으로 배치되는 것이 바람직스럽다.
직경 방향으로 대향된 위치에는 2개의 센서 어레이가 존재하는 것이 바람직스럽다. 이러한 경우에는, 상기 제 2 요소의 제 2 영역들이 주로 상기 제 2 요소에 대하여 인접한 쌍을 이루어 배치되며, 각각의 쌍의 2 개의 제 2 영역들은 동일한 각도 폭을 지니는 것이 바람직스럽다. 각각의 어레이가 단지 서로와는 동일한 폭의 제 2 영역만을 "찾을" 수 있는 상황을 지니지 않게 하기 위하여, 상기 쌍들은 대향되지 않는 위치에 단일의 제 2 영역들을 포함함으로써 서로 엇갈려져 있다.
본 발명의 제 3 실시 태양에 의하면, 광학 방사원, 상기 광학 방사원에 의해 조명되는 광학 센서 어레이, 상기 광학 방사원 및 상기 광학 센서 어레이사이에 삽입되며, 함께 회전될 수 있고 또한 토크 측정을 위해 제한된 범위까지 서로에 대하여 각도를 이루어 이동될 수 있는 제 1 및 제 2 요소로서, 각각의 요소가 복수 개의 교번하는 제 1 및 제 2 영역을 지니고, 상기 제 1 영역이 상기 제 2 영역보다 큰 광 투과율을 지님으로써, 상기 요소들의 구역의 결합된 이미지가 상기 광학 센서 어레이상에 형성되며, 상기 제 2 영역의 폭은 상기 제 1 및 제 2 요소의 어느 한 위치에서, 유일한 각도 폭의 결합을 지니는 제 2 영역들의 이미지가 상기 결합된 이미지내에 존재하도록 서로 상이한 제 1 및 제 2 요소, 및 상기 어레이를 구성하는 광학 센서 각각으로 부터 광학 강도 데이터를 수신하도록 접속되며 그러한 데이터상에서, 유일한 결합이 상기 이미지에서 생기는 지를 식별함으로써 상기 요소들의 각도 위치의 복잡한 측정을 결정하고, 다른 한 요소의 2 개의 인접한 제 2 영역의 이미지들에 대하여 한 요소의 제 2 영역의 이미지의 위치를 결정함으로써 상기 요소들의 상대적인 각도 위치 및 민감한 이미지 내에서의 선택된 제 2 영역의 이미지의 위치에 따른 각도 위치의 미세한 측정을 결정하도록 작동하는 데이터 프로세서를 포함하는 결합된 토크 및 각도 위치 센서가 제공된다.
바람직하기로는 유일한 결합들을 식별하도록 충분한 데이터를 얻어서 상기 각도 위치 및 상대적인 각도 변위를 고도의 분해능 및 정확도로 측정하기 위해, 상기 제 1 및 제 2 요소의 공통 축에 대한 직경 방향으로 대향된 위치에 있는 2 개의 방사원 및 2 개의 센서 어레이를 이용하는 것이 바람직스럽다.
첨부된 도면에 있어서,
도 1은 본 발명이 관련된 형태의 결합된 토크 및 각도 위치 검출기의 일반적인 특징을 보여주는 다이어그램이고,
도 2는 도 1에 포함된 센서 어레이의 각각의 센서로 부터 데이터 프로세서내로 데이터를 로딩하기 위해 제공된 회로의 블록 다이어그램이며,
도 3은 본 발명에 따른 도 1에 도시된 센서의 수정예의 개략적인 도면이고,
도 4는 제로(zero)토크 상태에서 도 3에 도시된 수정예를 사용한 센서 어레이로 부터 발생된 이상화된 "파형"을 도시한 것이며,
도 5는 도 4에 도시된 센서 어레이로 부터 발생된 이상화된 "파형"을 도시한 것이고, 도 5(b) 내지 5(i)는 도 4에서 라인(b) 내지 (i)으로 표시된 바와 같은 센서 어레이에 대한 센서 요소들의 작은 위치 변화의 효과를 보여주는 것이며,
도 6 및 7은 도 4 및 5에 도시된 파형들에 해당하지만 최대 토크가 존재하는 이상화된 "파형"을 도시한 것이고,
도 8은 본 발명의 제 2 실시예를 예시하는 다이어그램이며,
도 9 및 10은 도 4 및 5에 도시된 파형들에 해당하지만 제 2 실시예에 대한 이상화된 "파형"이고,
도 11 및 12는 도 6 및 7에 해당하지만 제 2 실시예에 대한 이상화된 "파형"이며,
도 13은 본 발명의 제 3 실시예를 보여주는 도면이고,
도 14는 복잡한 각도 위치 결정을 위해 본 발명의 제 3 실시예에서 얻은 일련의 코드를 보여주는 챠트이며,
도 15는 제로 토크에서 도 13에 도시된 센서 배열로 부터 발생된 한 세트의 이상화된 "파형"이고,
도 16(a) 내지 16(e)는 도 17의 라인(a) 내지 (h)에 나타나 있으며 센서 어레이의 상대적인 위치에서의 비교적 적은 변화의 효과를 보여주는 도 15에 도시된 센서 배열로 부터 발생된 한 세트의 이상화된 파형이며,
도 17은 최대 토크 상태에 대하여 도 5와 유사한 도면이고,
도 18 및 19(a) 내지 19(h)는 완전한 토크 상태에서 도 16(a) 내지16(e)에 해당한다.
국제 공개 특허 제 WO96/06330 호의 도 1과 동일한 도면인 도 1에는 하기에 기술되는 결합된 토크 및 각도 위치 센서의 기본적인 구조가 도시되어 있으며, 상기 국제 공개 특허 제 WO96/06330 호의 설명은 센서의 작동을 완전히 이해하도록 참조될 수 있다.
기본적으로는, 상기 센서는 샤프트(14)의 보어(bore;8)에 내재하는 토션 바(6)에 의해 상호접속되는 2 개의 정렬 축(2,4)상에 각각 장착되는 2 개의 나란한 디스크 요소(10,12)를 포함한다. 각각의 디스크 요소(10,12)는 아치형 슬롯(16,18)의 고리 모양의 배열로 형성되고, 상기 슬롯(16,18)은 상기 아치형 슬롯을 분리시키는 부분들 보다 큰 광 투과율을 지니는 상기 디스크 요소(10,12)의 부분들을 나타낸다. 이하의 설명에서는, 이와 같은 분리 부분들이 "스포크(spoke)"로서 언급된다. 각각의 디스크 요소상에는 동일 개수(예컨대, 36 개)의 등각으로 이격된 스포크가 존재하며 한 디스크 요소상의 스포크는 다른 한 디스크 요소상의 스포크보다 큰 각도 폭을 지닌다.
광원(20)은 상기 디스크들의 한측상에 제공되며 광학 센서 어레이(20)는 다른 한측상에 제공된다. 상기 스포크들은 상기 센서 어레이(20)상에 음영 이미지를 투사하고 상기 어레이(22)를 이루는 각각의 센서로 부터 데이터 프로세서(24)내로 수신되는 광학 강도 데이터를 판독하여 이러한 데이터를 처리함으로써 다른 한 디스크 요소에 대한 한 디스크 요소의 각도 변위를 결정하는 것이 가능하다.
광원(20)은 확산기를 갖는 점광원이기 때문에, 음영 이미지의 에지는 다소 흐릿해져서 달리 상기 어레이(22)를 이루는 센서를 일정 간격을 두고 유지하게 함으로써 부과되는 분해능보다 높은 레벨의 분해능으로 에지 위치를 결정하는 것을 가능하게 한다.
광의 입사 각도에 따라 상기 어레이를 이루는 센서의 감도의 변화 때문에 취해지는 강도 측정치에는 여러 가지의 오차가 도입된다. 더군다나, 상기 센서의 기하학적 특징에 의해 왜곡이 도입되지만, 국제 공개 특허 제 WO96/06330 호에서 상세하게 설명된 바와 같이, 데이터 프로세서는 이들 오차 및 왜곡을 보상하며 실제로 이상화된 상기 어레이상의 이미지의 스냅 사진인 선형화되고 이상화된 "파형"을 발생시킬 수 있다.
사용되는 어레이는 스냅 사진을 찍을 경우 동시에 신호가 공급되는 대개 128 개의 아날로그 저장 요소를 포함하는 128 개의 픽셀 선형 어레이이다. 그후, 스위치(70-73)를 제어하는 클록 발생기(82)의 제어하에서 픽셀 버퍼(74)를 거쳐 차동 증폭기(80)내로 수신되는 이들 신호는 판독된다. 상기 차동 증폭기는 픽셀 버퍼(78)를 거쳐 픽셀 값 및 "어두운 픽셀" 기준 값(76)사이의 차를 나타내는 신호를 제공한다. 상기 차동 신호는 샘플 및 유지 회로(84)내에 저장된 다음에 출력 버퍼를 거쳐 상기 데이터 프로세서의 a/d 변환기(도시되지 않음)에 전달된다. 각각의 스냅 사진에 대하여, 128 개의 디지탈 값이 차후의 처리를 위해 상기 프로세서의 램(RAM)에 저장된다.
지금부터 도 3을 참조하면, 도 1의 기본적인 센서는 상부에 반투명 구역(100a)을 지니는 투명한 고리 모양의 오버레이(100)를 부가함으로써 수정된다. 상기 반투명 구역(100a)은 상기 오버레이에 대하여 점진적으로 큰 폭을 지니지만, 그의 중심은 등각으로 이격되어 있다. 상기 오버레이(100)는 상기 디스크 요소(12)에 부착되고 상기 반투명 구역은 상기 디스크 요소(12)의 스포크들 사이의 중간에 존재한다. 상기 요소(10)의 스포크들은 디스크의 중심에서 1.2901°의 각도의 경계를 정하는 기본 폭(x)을 지닌다. 디스크 요소(12)의 스포크는 이러한 폭의 1.4 배이다. 상기 반투명 구역은 0.1x 의 스텝으로 1.6x 에서 5.2x 까지 변한다.
도 4는 스냅 사진을 찍은 다음에 상기 어레이로 부터 판독된 데이터로 부터 상기 프로세서에 의해 발생된 이상화된 "파형"을 도시하며, 상기 파형의 첨두값은 검출되는 어두운 공간들을 나타낸다. 제로 토크에서, "완전한 높이" 위치들은 그들이 기본 설계로 이루어진 것처럼 정확하다. 상기 오버레이의 반투명 구역에 의해 만들어 지는 "절반-높이" 부분들은 Wa,Wb,Wc 로서 도시되어 있다. 상기 프로세서는 토크 결정을 위한 상한 기준 레벨 및 위치 결정을 위한 하한 기준 레벨과의 상기 파형의 2 번의 일련의 비교를 이행함으로써 완전한 높이 및 절반 높이를 구별할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제로 토크 상태에서, 스냅 사진을 찍는 순간에 상기 센서에 상기 파형의 어떠한 부분이 가시화되더라도, 절반 높이 부분의 완전한 폭이 항상 가시화됨으로써 상기 프로세서는 상기 반투명 구역중 어느 한 반투명 구역이 가시화되는 지를 결정하고 각도 위치가 정확하게 계산되는 것을 허용하도록 어레이 윈도우에서의 정확한 위치를 결정하는 것을 허용한다.
도 6은 완전한 토크가 가해지는 상황을 도시한 것이다. 도 1의 기본적인 센서의 경우와 같이, 상기 프로세서는 서로에 대한 2 개의 디스크 요소의 상대적인 변위(결과적으로는 토크)를 용이하게 결정할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 반투명 구역의 폭의 직접적인 측정에 의해서나, 상승 에지가 완전한 높이 스포크에 의해 가려지는 경우에 상기 반투명 구역 다음에 오는 갭, 또는 하강 에지가 그러한 방식으로 가려지는 경우에 상기 반투명 구역에 선행하는 갭의 폭의 측정에 의해 가시화될 수 있는 반투명 구역을 식별하는 것이 항상 가능하다.
도 8에 도시된 실시예에서, 어떠한 투명 오버레이도 사용되지 않는다. 그 대신에, 디스크 요소(12)상의 스포크는 개략적으로 도시된 바와 같이 1.2x 폭에서 3.0x 폭까지 변한다. 도시된 바와 같이, 0.1x 의 증분은 교번 스포크의 폭에 적용되고, 이는 스포크사이의 갭이 도 8에 도시된 바와 같이 시계 방향으로 점진적으로 감소되게 하는 효과를 지닌다. 2 개의 어레이는 직경 방향으로 대향된 위치에서 사용되고 각각의 어레이에 의해 보여질 수 있는 스포크들만이 존재하는 상황이 생기지 않게 하기 위해 대향되지 않은 위치에 2 개의 단일 스포크(110,120)를 포함함으로써 서로 엇갈려져 있다,
도 9 내지 12의 제로 토크 및 최대 토크 파형은 어레이 윈도우가 스냅 사진을 찍을 때 위치해 있는 부분마다, 토크를 결정하는 갭 및 어두운 요소의 복잡한 위치를 식별하는 스포크의 폭사이의 비율을 결정하는 것이 항상 가능하다. 상기 프로세서는 토크 및 개별 위치를 정확하게 결정하도록 가변 스포크 폭 데이터 및 갭 데이터를 사용할 수 있다.
도 13에 도시된 배열에 있어서, 4 개의 상이한 스포크의 폭은 2 개의 디스크 요소(10,12)상에 사용된다. 상기 스포크 폭은 a=x, b=1.2x, c=1.4x 및 d=1.6x 이다. 상기 2 개의 디스크 요소상의 스포크는 다음과 같은 순서로 생긴다.
디스크(10)aaaaaaaaaaaaaaaaaabcbdccddcbdcbcdddb
디스크(12)bcdcdbcbbbdccddcbcbbdcbcddddcdbcbbbc
도 13은 실제로 디스크 요소의 36 개의 세그먼트 각각에 대하여 2 개의 디스크 요소상에 나타나는 스포크 폭을 보여준다.
2 개의 직경 방향으로 대향된 어레이가 사용되며, 각각의 어레이는 그 자체의 개별 광원을 지닌다. 일단 스포크 신호가 표준화되어 보정되어진 경우에 볼 수 있는 스포크의 순서는 2 개의 어레이 윈도우에 대한 파형으로 부터 교번으로 스포크 폭을 판독함으로써 코드를 구성하여 확립된다. 결과적인 코드의 표는 도 14에 도시되어 있다.
도 15는 제로 토크에서의 2 개의 어레이에 대한 이상화된 파형을 보여준다. 스냅 사진을 찍는 순간의 상이한 어레이 윈도우 위치는 결과적으로 현재의 각도 위치에 대한 유일한 코드 순서가 어떠한 방식으로 결정되는 지를 보여주는 도 16에 도시된 상이한 위치를 초래시킨다.
토크의 변화는 스포크의 겹침이 토크에 의한 변위를 제한함으로써 억제되는 것처럼 코드 순서를 변화시키지 않는다. 디스크들이 "서로" 회전되는 경우 관찰된 4-요소 코드는 따라서 변한다. 최소한 5 개의 스포크 에지는 상기 어레이 각각상에 가시화될 수 있기 때문에, 최소한 2 개의 완전한 스포크는 각각의 어레이상에 가시화될 수 있다. 짝수 개(즉, 36 개)의 윈도우 및 대향 어레이의 경우, 정확한 "복합" 코드를 형성하기 위해 가시 스포크가 서로에 해당하는 것이 보장될 수 있다. 각각의 코드는 하나의 스포크 "a" 를 포함함으로써 단지 디스크 요소(10)만이 "a" 스포크를 지님에 따라 디스크 요소를 구별하는 것이 가능하다. 복잡한 디스크 요소 위치는 상기 코드로 부터 단순히 5° 이내에서 확인가능하며, 미세한 위치 데이터는 윈도우내의 스포크 이미지의 정확한 위치에 대한 이전의 실시예에서와 같이 계산된다.
한 윈도우내의 특정 스포크가 나머지 윈도우내의 보다 넓은 스포크에 대향하는 위치 코드를 할당함에 있어서, 보다 넓은 스포크의 에지중 하나 또는 나머지 에지는 어레이 윈도우의 바로 외측에 있을 수 있는 것이 가능하다. 예를 들면, 완전한 "a" 스포크가 어레이 1 이미지에 나타나 있지만, 해당하는 "b" 스포크가 어레이 2 이미지내에서 단지 부분적으로 나타나 있는 도 16(b)를 참조하기 바란다. 이러한 상황은 단지 완전한 스포크 쌍 이미지만을 고려하며 abbc 라기 보다는 오히려 정확한 코드(bbac)를 할당하는, 다시 말하면 제 1 "a" 스포크가 무시되는 프로세서에 의해 인식된다.

Claims (12)

  1. 광학 방사원, 광학 센서 어레이, 상기 방사원 및 상기 광학 센서 어레이사이에 삽입되며, 함께 회전될 수 있고 또한 토크 측정을 위해 서로에 대하여 제한된 범위까지 각도를 이루어 이동될 수 있는 제 1 및 제 2 요소로서, 각각의 요소가 복수 개의 교번하는 제 1 및 제 2 영역을 지니고, 상기 제 1 영역이 상기 제 2 영역보다 큰 광 투과율을 지니며, 상기 제 2 요소가 상기 제 1 및 제 2 영역의 투과율사이에 있는 광 투과율의 부가적인 영역을 또 지니고, 상기 부가적인 영역 각각이 상이한 각도 폭을 지니는 제 1 및 제 2 요소, 및 상기 어레이를 구성하는 광학 센서 각각으로 부터 광학 강도 데이터를 수집하도록 배치되며 그러한 데이터를 처리하여, 상기 제 2 요소상의 부가적인 영역중 검출된 영역의 이미지의 폭 및 위치를 측정함으로써 상기 제 2 요소의 각도 위치를 결정하고, 상기 제 1 요소의 2 개의 인접한 제 2 영역의 이미지들의 위치에 대하여 상기 제 2 요소의 제 2 영역의 이미지의 위치를 측정함으로써 상기 제 1 및 제 2 요소의 상대적인 각도 변위를 결정하도록 작동하는 데이터 프로세서를 포함하는 결합된 토크 및 각도 위치 검출기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 데이터 프로세서가 상기 어레이를 구성하는 각각의 센서에 대한 광학 강도 데이터를 상한 값과 비교함으로써 상기 제 1 및 제 2 영역의 이미지들의 위치를 결정하는 결합된 토크 및 각도 위치 검출기.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 데이터 프로세서가 상기 어레이를 이루는 각각의 센서에 대한 강도 데이터를 하한 값과 비교함으로써 상기 부가적인 영역들의 이미지 위치들을 결정하는 결합된 토크 및 각도 위치 검출기.
  4. 전기한 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 요소의 부가적인 영역들이 상기 제 2 요소의 각각의 제 1 영역내의 중앙에 놓이도록 배치되는 결합된 토크 및 각도 위치 검출기.
  5. 전기한 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 요소는 상기 부가적인 영역을 형성하는 반투명 부위를 지니는 투명 오버레이(transparent overlay)로 적층된, 상기 제 1 및 제 2 영역을 한정하는 마스크를 포함하는 결합된 토크 및 각도 위치 검출기.
  6. 광학 방사원, 상기 광학 방사원에 의해 조명되는 광학 센서 어레이, 상기 광학 방사원 및 상기 광학 센서 어레이사이에 삽입되며, 함께 회전될 수 있고 토크 측정을 위해 제한된 범위까지 서로에 대하여 각도를 이루어 이동될 수 있는 제 1 및 제 2 요소로서, 각각의 요소가 복수 개의 교번하는 제 1 및 제 2 영역을 지니고, 상기 제 1 영역이 상기 제 2 영역보다 큰 광 투과율을 지니며, 상기 제 2 요소의 제 2 영역들은 상기 제 2 요소의 제 1 영역들의 각도 폭이 상기 제 2 요소에 대하여 점진적으로 감소하도록 각도 폭 변화하는 제 1 및 제 2 요소, 및 상기 어레이를 구성하는 광학 센서 각각으로 부터 광학 강도 데이터를 수신하도록 접속되며 그러한 데이터를 처리하여, 상기 제 2 요소의 제 2 영역들의 이미지의 위치 및 폭을 측정함으로써 상기 제 2 요소의 각도 위치를 결정하고, 상기 제 2 요소의 2 개의 인접한 제 2 영역들의 이미지 위치들에 대하여 상기 제 1 요소의 제 2 영역들의 이미지의 위치를 측정함으로써 상기 요소들사이의 상대적인 각도 변위를 결정하도록 작동하는 데이터 프로세서를 포함하는 결합된 토크 및 각도 위치 센서.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 2 요소의 제 2 영역들은 상기 제 2 요소에 대하여 등각으로 이격된 중심 라인을 지니는 결합된 토크 및 각도 위치 센서.
  8. 제 7 항에 있어서, 직경 방향으로 대향된 위치에는 2 개의 센서 어레이가 존재하는 결합된 토크 및 각도 위치 센서.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제 2 요소의 제 2 영역들이 주로 상기 제 2 요소에 대하여 인접한 쌍을 이루어 배치되며, 각각의 쌍의 2 개의 제 2 영역들은 동일한 각도 폭을 지니는 결합된 토크 및 각도 위치 센서.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 영역들의 쌍들은 대향되지 않는 위치에 2 개의 단일의 제 2 영역들을 포함함으로써 서로에 대하여 엇갈려져 있는 결합된 토크 및 각도 위치 센서.
  11. 광학 방사원, 상기 광학 방사원에 의해 조명되는 광학 센서 어레이, 상기 광학 방사원 및 상기 광학 센서 어레이사이에 삽입되며, 함께 회전될 수 있고 또한 토크 측정을 위해 제한된 범위까지 서로에 대하여 각도를 이루어 이동될 수 있는 제 1 및 제 2 요소로서, 각각의 요소가 복수 개의 교번하는 제 1 및 제 2 영역을 지니고, 상기 제 1 영역이 상기 제 2 영역보다 큰 광 투과율을 지님으로써, 상기 요소들의 구역의 결합된 이미지가 상기 광학 센서 어레이상에 형성되며, 상기 제 2 영역의 폭은 상기 제 1 및 제 2 요소의 어느 한 위치에서, 유일한 각도 폭의 결합을 지니는 제 2 영역들의 이미지가 상기 결합된 이미지내에 존재하도록 서로 상이한 제 1 및 제 2 요소, 및 상기 어레이를 구성하는 광학 센서 각각으로 부터 광학 강도 데이터를 수신하도록 접속되며 그러한 데이터상에서, 유일한 결합이 상기 이미지에서 생기는 지를 식별함으로써 상기 요소들의 각도 위치의 복잡한 측정을 결정하고, 다른 한 요소의 2 개의 인접한 제 2 영역의 이미지들에 대하여 한 요소의 제 2 영역의 이미지 위치를 결정함으로써 상기 요소들의 상대적인 각도 위치 및 민감한 이미지내에서의 선택된 제 2 영역의 이미지 위치에 따른 각도 위치의 미세한 측정을 결정하도록 작동하는 데이터 프로세서를 포함하는 결합된 토크 및 각도 위치 센서.
  12. 제 11 항에 있어서, 2 개의 방사원 및 2 개의 센서 어레이는 상기 제 1 및 제 2 요소의 공통 축에 대한 직경 방향으로 대향된 위치에 제공되는 있는 결합된 토크 및 각도 위치 센서.
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Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10003738A1 (de) * 2000-01-28 2001-08-09 Bosch Gmbh Robert Drehmoment-Erfassungseinrichtung an einer sich drehenden oder ruhenden Vorrichtung, insbesondere an der Welle einer Fahrzeuglenkung
US6563109B1 (en) * 2000-11-27 2003-05-13 Kir Kupplungstechnik Gmbh Apparatus for optoelectronically determining power using a light source being of annular design
JP2002242829A (ja) * 2001-02-16 2002-08-28 Sanden Corp 容量可変圧縮機
US6817528B2 (en) * 2001-07-17 2004-11-16 Honeywell International Inc. Reflective apparatus and method for optically sensing relative torque employing Moirè fringes
GB0212465D0 (en) 2002-05-30 2002-07-10 Trw Ltd A vehicle steering system
US7406884B2 (en) 2004-01-20 2008-08-05 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Device for determining a steering angle and a torque that is exerted on a steering shaft
KR100629796B1 (ko) * 2004-09-07 2006-09-28 현대모비스 주식회사 광학방식을 이용한 절대조향각 또는 토크 측정 방법
JP4483548B2 (ja) * 2004-11-25 2010-06-16 パナソニック電工株式会社 マッサージ機
FI118979B (fi) * 2005-04-29 2008-05-30 Metso Automation Oy Menetelmä sakeuden mittaamiseksi, katkojarakenne ja sakeusmittari
DE102005047258A1 (de) * 2005-10-01 2007-04-05 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Positionsmesseinrichtung
US8352149B2 (en) * 2008-10-02 2013-01-08 Honeywell International Inc. System and method for providing gas turbine engine output torque sensor validation and sensor backup using a speed sensor
US8077303B2 (en) 2009-11-30 2011-12-13 Bi Technologies Corporation Rotation and differential angle optical sensor with short optical sensing array
US8077301B2 (en) 2009-11-30 2011-12-13 Bi Technologies Corporation Rotation and differential angle optical sensor with integral bearing races
WO2011066066A2 (en) * 2009-11-30 2011-06-03 Bi Technologies Corporation Rotation and differential angle optical sensors
US8077302B2 (en) 2009-11-30 2011-12-13 Bi Technologies Corporation Rotation and differential angle optical sensor which does not require keyed installation
US8218134B2 (en) * 2009-11-30 2012-07-10 Bi Technologies Corporation Rotation and differential angle optical sensor with non-transition pattern sampling
US8171805B2 (en) * 2010-02-18 2012-05-08 Honeywell International Inc. Non-contact torque determination system and method for a non-mechanically coupled rotating system
EP2775269B1 (en) * 2011-10-31 2019-03-06 NSK Ltd. Torque detection device and electric power steering device
US9519254B2 (en) 2014-12-17 2016-12-13 Lexmark International, Inc. Systems for configuring settings of an electronic device for customization thereof
US9964891B2 (en) * 2014-12-17 2018-05-08 Lexmark International, Inc. Systems for optical communication between an image forming device and a replaceable unit of the image forming device
US10282721B2 (en) 2015-06-10 2019-05-07 Lexmark International, Inc. System and method for price verification in a retail environment
CA3127859A1 (en) * 2019-01-25 2020-07-30 4Iiii Innovations Inc. Virtual inertia enhancements in bicycle trainer resistance unit
CN114893426B (zh) * 2022-06-24 2023-03-31 珠海格力电器股份有限公司 一种摇头风扇及其控制方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4678908A (en) * 1983-07-25 1987-07-07 Bei Electronics, Inc. Zero reference generating method and apparatus for optical encoders
US4866268A (en) * 1988-05-20 1989-09-12 General Motors Corporation Optical fast synchronization shaft position and speed sensor
GB9202868D0 (en) * 1992-02-12 1992-03-25 Lucas Ind Plc Optical torque sensors and steering systems for vehicles incorporating them
GB9316851D0 (en) * 1993-08-13 1993-09-29 Lucas Ind Plc Enhanced position signals in optical torque sensors
USRE37969E1 (en) * 1994-08-25 2003-01-28 Trw Lucas Variety Electric Steering Limited Optical displacement sensor and torque sensor employing relatively movable slit patterns

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Publication number Publication date
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DE69902209D1 (de) 2002-08-29
EP0972176A1 (en) 2000-01-19

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