KR20030022150A - 코일 임피던스 검출 방법 및 이것을 이용한 물체 검출방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

삼각파 발생 회로(21)는 삼각파의 소인 전압을 발생하고, VCO(22)는 상기 소인 전압에 따라 주파수를 소인하고, 구동 코일(4)은 상기 소인 전압에 의해 구동되어 구동 코일(4)에 흐르는 전류에 따라 간섭 성분을 추출하여 정류 회로(27)에서 정류하고, 피크 홀드 회로(28)는 1 소인 시간내의 간섭 전압의 피크치를 홀드하고, 홀드된 피크치를 비교 회로(29)에 의해 소정의 값과 비교하여 물체의 유무를 표시하는 신호를 릴레이 회로(30)로부터 출력한다.

Description

코일 임피던스 검출 방법 및 이것을 이용한 물체 검출 방법 및 장치{COIL IMPEDANCE DETECTION METHOD AND OBJECT DETECTION METHOD AND APPARATUS USING THE SAME}

도 18의 A 내지 도 18의 C는 종래의 진동식 레벨 센서의 개략 블록도로서, 특개평 11-351944호 공보에 기재되어 있는 것이다. 도 18의 A에 있어서, 검출 파이프부(1)는 그 기부(11)가 고정단으로 되고 그 선단부가 폐색부(12)에서 폐색되며 자유단으로 되고 되접어 꺾은 편측 지지 들보를 구성하고 있다. 검출 파이프부(1)의 내부에는 가늘고 긴 직사각형 형상의 진동편(2)이 마련된다. 즉, 진동편(2)의 일단은 검출 파이프부(1)의 폐색부(12)에 고정되고 타단에는 영구 자석(3)이 마련되고 자유단으로 된다.

또한, 진동편(2)의 축방향과 마주 보도록 전자석(4)이 검출 파이프부(1)의내벽에 밀착하도록 마련된다. 전자석(4)이 교류 전류로 구동되면 전자석(4)이 발생하는 자계와 영구 자석(3)의 자계의 흡인 반발 작용에 의해 진동편(2)과 폐색부(12)와 검출 파이프부(1)가 기부(11)를 고정단으로 하여 되접어 꺾은 편측 지지 들보의 진동이 발생된다.

검출 파이프부(1)의 기부(11)측에 있어서의 내측의 벽에는 왜곡 검출 소자(5)가 마련된다. 왜곡 검출 소자(5)는 검출 파이프(1)의 기부(11)측의 진동 진폭 상태를 검지하여 전기 신호로 변환하고 증폭 회로(6)에 제공한다. 증폭 회로(6)는 입력된 신호를 증폭하여 재차 전자석(4)에 입력한다.

전자석(4)에 가하여지는 전류의 극성과 전자석(4)에서 발생하는 자계와의 관계가 도 18의 B에 도시한 관계라고 하면 전자석(4)의 영구 자석(3)에 마주 보는 극이 N극으로 되고 이 N극과 진동현(2)에 마련된 영구 자석(3)의 S극과의 사이에는 흡인력이 생기고 영구 자석(3)의 S극과 N극의 사이에는 반발력이 생겨서 진동편(2)의 자유단은 도 18의 B에 있어서 상측으로 힘을 받아 변위하게 된다.

역으로, 전자석(4)에 가하여지는 전류의 극성을 역으로 하면 도 18의 C에 도시한 바와 같이, 전자석(4)의 영구 자석(3)을 마주 보는 측의 극성이 역전하여 S극으로 되고 이 S극과 진동편(2)의 영구 자석의 S극이 반발하여 N극과 흡인하기 때문에 진동편(2)의 자유단은 하측으로 힘을 받아 진동 모드가 변화한다. 따라서 전자석(4)에 가하여지는 전류의 극성을 되접어 꺾은 편측 지지 들보의 진동계의 고유 진동 주파수에 맞추어 전환함으로써 진동을 일으켜 계속하게 할 수 있다.

도 18의 A 내지 도 18의 C에 도시한 예에서는 진동계의 진동을 검출 소자(5)에서 검출하여 전기 신호로 변환하고 증폭 회로(6)에서 증폭하여 재차 전자석(4)에 입력함과 함께 검출 회로(7)로부터 검출 신호를 출력한다. 진동의 검출 소자(5)로서 압전 소자나 가속도 픽업이 사용되지만 압전 소자는 갈라지기 쉽고 검출 파이프에 접착제로 부착함에 의한 환경성이나 온도 특성 등의 영향을 받기 쉽고 압전 소자 그 자체의 신뢰성이 낮다는 문제도 있다.

그 밖에, 예를 들면 특개평 5-87612호 공보에 나타내여져 있는 검출 회로를 이용하는 방법도 있다. 즉, 이 방법에서는 위상 비교 회로와, 루프 필터(적분 회로)와, 전압 제어 발진 회로(VCO 회로)에 의해 PLL 회로를 구성하고 전치 발진 회로를 피검출물에 상응한 발진 주파수로 발진시키고 발진 주파수를 PLL 회로의 위상 비교 회로에 입력하고 VCO 회로의 주파수 신호와 주파수 비교를 행함으로써 피검출물을 검지한다.

그러나, 전술한 종래 기술에 있어서는 검출 회로의 부품 개수가 많아지고 비용이 높아지고 구조적으로도 복잡하게 되고 조립 공수도 많게 된다는 문제가 있다. 부품 개수가 증가하는 것은 신뢰성의 저하에도 결부된다.

그러므로, 본 발명의 주된 목적은 고속 소인시에 발생하는 인가 전압과 역기 전압의 간섭에 의해 발생하는 비트 전압을 검출하고 그 크기로 분체의 유무를 판단할 수 있는 진동식 레벨 센서의 진동 코일 임피던스 검출 방법, 및 이것을 이용한 물체 검출 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 진동식 레벨 센서의 진동 코일 임피던스 검출 방법 및 이것을 이용한 물체 검출 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 진동 코일에 고속으로 주파수 신호를 소인할 때에 발생하는 인가 전압과 역기전압의 간섭에 의해 발생하는 비트 전압을 검출하여 진동 코일 임피던스를 검출하는 검출 방법 및 이것을 이용한 물체 검출 방법 및 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 원리를 설명하기 위한 도면.

도 2의 A 및 도 2의 B는 어느 것도 검출하지 않는 자유 진동 상태를 도시한 도면.

도 3의 A 및 도 3의 B는 분체를 검출하고 있는 상태를 도시한 도면.

도 4의 A 및 도 4의 B는 물을 검출하고 있는 상태를 도시한 도면.

도 5의a 및 도 5의 B는 검출 파이프의 선단을 바이스로 고정한 상태를 도시한 도면.

도 6의 A 및 도 6의 B는 검출 파이프를 손으로 잡은 상태를 도시한 도면.

도 7은 도 1에 도시한 구동용 코일에 버스트 파를 공급한 후, 공급을 정지한 때의 파형을 측정하는 방법을 도시한 도면.

도 8은 구동용 코일에 버스트 파를 공급한 후, 공급을 정지한 때의 파형도.

도 9는 도 8의 피형을 확대하여 도시한 도면.

도 10은 진동판에 300Hz로부터 400Hz의 소인 신호를 공급하는 때의 진폭과 주파수와의 관계를 도시한 도면.

도 11은 진동판을 고속으로 소인한 때의 진폭과 주파수와의 관계를 도시한 도면.

도 12는 상술한 원리에 의거한 제 1의 실시예의 블록도.

도 13은 본 발명의 제 2의 실시예의 블록도.

도 14는 본 발명의 제 3의 실시예의 블록도.

도 15는 본 발명의 제 4의 실시예의 블록도.

도 16은 본 발명의 제 5의 실시예의 블록도.

도 17은 본 발명의 제 6의 실시예의 블록도.

도 18의 A로부터 도 18의 C는 종래의 진동식 레벨 센서의 개략 블록도.

본 발명은 검출 파이프 내의 진동판에 마련한 마그넷에 약간의 갭을 통하여대향시킨 전자석의 코일의 진동 주파수에 있어서의 임피던스를 검출하는 방법으로서, 진동판의 공진 주파수와 일치하는 주파수의 교번 전류를 코일에 인가하고 해당 코일의 임피던스 변화를 흐르는 전류의 크기나 위상으로 연속적으로 감시하여 변화의 크기를 검출한다.

다른 발명은 검출 파이프 내의 진동판에 마련한 마그넷에 약간의 갭을 통하여 대향시킨 전자석의 코일의 진동 주파수에 있어서의 임피던스를 검출하는 방법으로서, 진동판의 공진 주파수를 포함하는 부근의 주파수의 교번 전류를 소인하면서 코일에 인가하고 소인중의 코일에 있어서의 임피던스의 변화를 계측한다.

또한, 다른 발명은 검출 파이프 내의 진동판에 마련한 마그넷에 약간의 갭을 통하여 대향시킨 전자석의 코일의 진동 주파수에 있어서의 임피던스를 검출하는 방법으로서, 진동판의 공진 주파수를 포함하는 부근의 주파수의 교번 전류를 소인하면서 코일에 인가하고 소인에 의해 발생하는 간섭 성분의 크기에 응하여 검출 신호를 출력한다.

또한, 다른 발명은 검출 파이프 내의 진동판에 마련한 마그넷에 약간의 갭을 통하여 대향시킨 전자석의 코일의 진동 주파수에 있어서의 임피던스를 검출하여 물체의 유무를 검출하는 방법으로서, 진동판의 공진 주파수와 일치하는 주파수의 교번 전류를 코일에 인가하고 그 코일의 임피던스 변화를 흐르는 전류의 크기나 위상으로 연속적으로 감시하여 변화의 크기를 검출하고 검출한 임피던스의 변화와 기준치를 비교하여 물체의 유무를 검출한다.

또한, 다른 발명은 검출 파이프 내의 진동판에 마련한 마그넷에 약간의 갭을통하여 대향시킨 전자석의 코일의 진동 주파수에 있어서의 임피던스를 검출하여 물체의 유무를 검출하는 방법으로서, 진동판의 공진 주파수를 포함하는 부근의 주파수의 교번 전류를 소인하면서 코일에 인가하고 소인중의 코일의 임피던스의 변화를 계측하고 계측된 소인중의 임피던스의 최대 변화와 기준치를 비교하여 물체의 유무를 검출한다.

또한, 다른 발명은 검출 파이프 내의 진동판에 마련한 마그넷에 약간의 갭을 통하여 대향시킨 전자석의 코일의 진동 주파수에 있어서의 임피던스를 검출하여 물체의 유무를 검출하는 방법으로서, 진동판의 공진 주파수를 포함하는 부근의 주파수의 교번 전류를 소인하면서 코일에 인가하고 소인에 의해 발생하는 간섭 성분의 크기를 기준치와 비교하여 물체의 유무를 검출한다.

또한, 다른 발명은 검출 파이프 내의 진동판에 마련한 마그넷에 약간의 갭을 통하여 대향시킨 전자석의 코일의 진동 주파수에 있어서의 임피던스를 검출하여 물체의 유무를 검출하는 장치로서, 진동판의 공진 주파수와 일치하는 부근의 주파수의 교번 전류를 상기 코일에 인가하는 교류 전류 인가 회로와, 교류 전류를 인가한 때의 상기 코일의 임피던스 변화를 흐르는 전류의 크기나 위상으로 연속적으로 감시하여 변화의 크기를 검출하는 임피던스 변화 검출 회로와, 검출한 임피던스의 변화와 기준치를 비교하여 물체의 유무를 검출하는 물체 검출 회로를 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 다른 발명은 검출 파이프 내의 진동판에 마련한 마그넷에 약간의 갭을 통하여 대향시킨 전자석의 코일의 진동 주파수에 있어서의 임피던스를 검출하여 물체의 유무를 검출하는 장치로서, 진동판의 공진 주파수를 포함하는 부근의 주파수의 교번 전류를 소인하면서 코일에 인가하는 교류 전류 인가 회로와, 교류 전류 인가 회로에 의해 교류 전류를 소인중의 코일의 임피던스의 변화를 계측하는 임피던스 변화 계측 회로와, 임피던스 변화 계측 회로에 의해 계측된 소인중의 임피던스의 최대 변화와 기준치를 비교하여 물체의 유무를 검출하는 물체 검출 회로를 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 다른 발명은 검출 파이프 내의 진동판에 마련한 마그넷에 약간의 갭을 통하여 대향시킨 전자석의 코일의 진동 주파수에 있어서의 임피던스를 검출하여 물체의 유무를 검출하는 장치로서, 진동판의 공진 주파수를 포함하는 부근의 주파수의 교번 전류를 소인하면서 코일에 인가하는 교류 전류 인가 회로와, 교번 전류 소인에 의해 발생하는 간섭 성분의 크기를 추출하는 간섭 성분 추출 회로와, 간섭 성분 추출 수단에 의해 추출된 간섭 성분과 기준치를 비교하여 물체의 유무를 검출하는 물체 검출 회로를 구비한 것을 특징으로 한다.

우선, 본 발명의 실시예에 관해 설명하기 전에, 도 1을 참조하여 본 발명의 원리에 관해 설명한다. 도 1에 있어서, 검출 파이프(1)와 진동판(2)과 영구자석(3)과 구동 코일(4)은 도 18의 A로부터 도 18의 C에 도시한 종래 기술와 마찬가지로 구성되지만, 진동판(2)의 공진 주파수는 380Hz가 되도록 선택되어 있고 이 진동판(2)을 진동시키기 위해 구동 코일(4)은 철심에 0.12φ의 코일을 144O회 두루감아 구성되어 있다.

구동 코일(4)의 일단은 저항(R1 = 10Ω)을 통하여 주파수 특성 분석기(Frequency Response Analyzer: FRA)(15)의 제 1의 입력 단자와 출력 단자에 접속되고 저항(R1)의 양단이 FRA(15)의 제 2의 입력 단자에 접속된다. FRA(15)의 출력 단자의 출력 전압이 10Vp-p로 설정되고 FRA의 주파수가 300Hz 내지 500Hz의 사이에서 소인되고 제 1의 입력 단자의 입력 전압이 측정됨과 함께, 제 2의 입력 단자에 입력된 저항(R1)에 흐른 전류가 측정된다. 그 측정 결과가 도 2의 A 내지 도 6의 B에 도시되어 있다.

도 2의 A 내지 도 6의 B에 있어서, 도 2의 A 및 도 2의 B는 어느것도 검출하지 않는 자유 진동 상태를 도시하고, 도 3의 A 및 도 3의 B는 분체를 검출하고 있는 상태를 도시하고, 도 4의 A 및 도 4의 B는 물을 검출하고 있는 상태를 도시하고, 도 5의a 및 도 5의 B는 검출 파이프(1)의 선단을 바이스로 고정한 상태를 도시하고, 도 6의 A 및 도 6의 B는 검출 파이프(1)를 손으로 잡은 상태를 도시하고 있다.

또한, 각 도면에 있어서 a는 코일의 이득을 도시하고 b는 코일에 흐르는 전류의 위상차를 도시하고 있고 각 측정 상태에 있어서 이득이나 위상이 가장 크게 변화하고 있는 주파수를 중심으로 적당한 주파수 폭으로 측정한 것이다. 따라서 각그래프의 X축의 주파수 범위가 다르다.

도 2의 A 내지 도 5의 B에 있어서, 주목하여야 할 점은 382Hz 부근에서 이득이나 위상에 변화가 보여지고 그 밖의 주파수에는 변화가 보여지지 않는 것이다. 도 2의 A 내지 도 6의 B를 대비하면 알 수 있는 바와 같이, 검출 파이프(1)의 구속을 강화하게 하면 이득이나 위상의 변화 상태가 감소한다. 도 2의 A 및 도 2의 B에 도시한 자유 진동 상태와 도 4의 A 및 도 4의 B에 도시한 물을 검출하고 있는 상태를 대비하면 물을 검출하고 있는 상태의 쪽이 이득 및 위상의 변화가 감소하고 있는 양상을 알 수 있다.

또한, 도 5의a 내지 도 6의 B에 도시한 바와 같이 검출 파이프의 선단을 바이스로 고정하거나 손으로 잡은 때에는 진동이 생기지 않고 도 3의 A 및 도 3의 B에 도시한 분체를 검출하고 있는 상태에서는 이득이나 위상의 변화는 거의 소멸하여 자유 진동 상태와는 충분히 구별할 수 있음이 확인되었다.

도 7은 도 1에 도시한 구동용 코일에 버스트 파를 공급한 후, 공급을 정지한 때의 파형을 측정하는 방법을 도시한 도면이고 도 8은 그 때의 파형도이고, 도 9는 도 8의 파형을 확대하여 도시한 도면이다.

도 7에 도시한 바와 같이, 구동 코일(4)에 저항(R1 = 1OΩ과 R2 = 100Ω)을 직렬 접속하고 주파수 발진기(6)로부터 382Hz의 sin파를 발생하여 스위치(SW)와 저항(R1)을 통하여 구동 코일(4)에 공급하고 저항(R1)의 양단을 오실로스코프(17)에 접속한다. 스위치(SW)를 온 하여 382Hz의 sin파를 5Vp-p로 구동 코일(4)에 공급하여 전자석을 구동하면 전자석에 발생하는 교대 자계와 영구 자석(3)의 자계가 반발 흡인을 반복하고 진동판(2)에 그 382Hz의 주파수로 가진력이 가하여지게 된다. 이 가진력의 주기가 진동판(2)의 기계적인 진동 주파수와 일치한 경우에 플레밍 왼손법칙에 의해 진동판(2)의 진동 진폭은 최대로 된다. 그 결과, 오실로스코프(7)에는 도 8에 도시한 바와 같이 5Vp-p를 피크치로 한 공진 파형이 관측된다.

스위치(SW)를 오프 하면 구동 코일(4)로부터의 자계가 영구 자석(3)에 주어지지 않음으로 진동판(2)은 공진을 정지하기 때문에 오실로스코프(17)의 파형은 스위치(SW)를 오프 한 시점에서 공진 파형이 없어질 것이지만 약간의 물결치는 파형이 나타난다.

그 이유에 관해, 이하에 설명한다. 구동 코일(4)에의 사인파의 공급을 정지하더라도 진동판(2)과 영구 자석(3)은 기계적으로 자유 진동 상태로 되어 있기 때문에 그때까지의 공진의 타성으로 진동을 계속한다. 진동판(2)의 진동에 의해 영구 자석(3)이 진동을 계속함으로써 구동 코일(4)에 발전 작용이 생기기 때문에 기전력이 발생한다. 이 기전력에 의한 전류가 저항(R1 및 R2)의 경로에 흐른다. 그 결과, 오실로스코프(7)로 측정한 구동 코일(4)에 흐르는 파형은 도 8에 도시한 바와 같이, 스위치(SW)를 오프 하여도 순식간에 0으로는 되지 않고 약 1.1Vp-p까지 저하된 후, 서서히 감쇠한다.

그 파형의 감쇠 상태를 확대한 것이 도 9이다. 도 9에 도시한 바와 같이, 스위치(SW)를 오프한 순간에 5Vp-p의 전압이 1.1Vp-p로 저하되지만 그로부터 약 1.2초의 시정수를 갖고 0.3Vp-p로 저하되는 양상이 관찰된다. 이 감쇠하는 파형은 진동판(2)의 진동이 감쇠하는 상태와 일치하고 있다.

구동 코일(4)로부터의 자계에 의해 진동판(2)이 공진 주파수로 공진하고 있는 상태에서는 영구 자석(3)이 흔들림의 결과로서 구동 코일(4)에 역기전력이 발생하고 구동 코일(4)에 흐르는 전류를 저지하는 방향으로 흐른다. 이 때문에, 공진 부분에서 임피던스가 변화한다고 생각된다. 그런데, 주파수가 어긋나면 진동판(2)은 흔들리지 않기 때문에 구동 코일(4)에 흐르는 전류가 같더라도 흔들리지 않는 것 만큼 역기전력의 발생은 없기 때문에 구동 코일(4)에는 순순히 전류가 흐른다. 그 결과, 전류가 같더라도 진동판(2)이 흔들리고 있는지 아닌지에 의해 임피던스에 변화가 나타난다. 따라서 진동판(2)이 자유 진동하고 있는 상태와 물체에 의해 그 진동이 구속되어 있는 상태에 있어서 각각의 구동 코일(4)에 흐르는 전류의 차에 의해 물체의 유무를 검출하는 것이 가능하게 된다.

그러나, 진동판(2)의 Q는 상당히 높아서 진동판(2)을 공진시키기 위해 구동 코일(4)을 구동할 때의 대역 폭(피크로부터 -3dB 이내를 대역 폭이라고 하다)으로 환산하면 공진 주파수는 1Hz 이내로 된다. 즉, 진동판(2)이 예를 들면 300Hz로 진동하는 것으로 하면 298Hz 또는 302Hz에서는 진동하지 않는다. 따라서 이론적으로는 진동판(2)의 진동수의 주파수를 발진기로부터 발생하여 구동 코일(4)을 항상 구동시켜 놓고 그 때에 구동 코일(4)에 흐르는 전류를 측정하면 물체의 유무를 측정할 수 있게 된다.

그러나, 실제로는 진동판(2)의 공진 주파수에 있어서의 온도 특성 및 발진기에도 온도 특성이 있고 검출 파이프(1)에는 기계적인 편차도 있어서 주파수가 어느 정도 변동하는 것은 피할 수 없다. 이 때문에, 주파수를 고정하여 물체의 유무를측정측하는 것은 상당히 곤란하게 된다.

그래서, 진동판(2)의 진동 주파수를 중심으로 하여 어느 범위 내에서 주파수를 소인하고 그 중에서 전류의 변화가 있으면 물체의 유무를 검출할 수 있게 된다.

도 1O은 진동판에 3OOHz로부터 400Hz의 소인 신호를 준 때의 진폭과 주파수와의 관계를 도시한 도면이다. 도 10에 도시한 바와 같이, 진동판의 공진 주파수가 예를 들면 350Hz로 설정되어 있는 것으로 한다. 진동판에 주는 신호의 주파수를 300Hz로부터 서서히 올려 가면 350Hz 부근에서 진동판(2)이 공진을 시작하고 공진이 피크에 달한 후 서서히 공진이 약해져 간다. 공진하는 주파수 범위는 전술한 바와 같이 1Hz 이내로 된다. 이 범위는 넓을수록 계측에는 좋지만 진동판(2) 자체가 기계계이기 때문에 진동을 시작하는데도 시간을 요하고 검출 파이프(1)와 진동판(2)과의 진동의 시작 시간(전자석에 진동판이 공진하는 주파수를 가하고 나서 진동이 충분 커지기 까지의 시간)이 수초간 필요하게 된다. 예를 들면, 1Hz를 소인하는데 1초 요한다고 하면 300Hz로부터 400HZ까지 소인하는데 100초나 걸려서 물체의 유무를 검지하는 장치로서 현실적이 아니다. 그래서, 진동판을 고속으로 소인하는 방법에 관해 생각하여 본다.

도 11은 구동 코일(4)을 고속으로 소인한 때의 진폭과 주파수와의 관계를 도시한 도면이다. 진동판(2)의 공진 주파수를 350Hz로 설정하고 3OOHz로부터 400Hz의 소인 신호를 예를 들면 3초에서 소인한다. 그러면, 도 11에 도시한 바와 같이 진동판(2)의 고유 공진 주파수는 350Hz이기 때문에 소인 신호가 35OHz로 되면 진동판(2)은 공진을 시작하지만 소인 속도가 빠르기 때문에 주파수가 곧바로 어긋나게 된다.

그러나, 소인 신호의 주파수가 약간 어긋났다 하더라도 진동판(2)은 기계계의 잔향 특성으로 일정 시간 공진 주파수로 진동을 계속한다. 소인 신호의 주파수가 예를 들면 355Hz로 되면 진동판(2)의 고유 진동수 35OHz와 355Hz의 소인 신호와의 사이에서 간섭(비트)이 생긴다. 이 때문에, 도 11에 도시한 바와 같은 8Hz 내지 1O Hz의 물결침이 생긴다. 이 물결침은 구동 코일(4)을 예를 들면 3 내지 5초의 속도로 소인하면 반드시 생기는 것이 실험에서 확인되었다. 그래서, 본 발명은 상술한 물결침의 유무를 검출함으로써 물체의 유무를 검출하는데 적용하고자 하는 것이다.

도 12는 상술한 원리에 의거한 구체적인 블록도이다. 도 12에 있어서, 삼각파 발생 회로(21)는 삼각파의 소인 전압을 발생하여 전압 제어 발진기(이하, VCO라고 칭한다)(22)에 준다. VCO(22)는 그 소인 전압에 응한 주파수를 소인하고 주파수 신호를 발생하여 구동 코일(4)에 가한다. 예를 들면, VCO(22)는 삼각파의 진폭이 낮으면 주파수를 내리고 진폭을 높이면 주파수를 올릴 수 있다. 구동 코일(4)은 도 18의 A로부터 도 18의 C에서 설명한 바와 같이, 전자석을 구성하고 있고 그 밖의 검출 파이프(1)와 진동판(2)과 영구 자석(3)은 도 18의 A로부터 도 18의 C와 마찬가지로 구성되어 있다.

본 실시예에서는 VCO(22)는 예를 들면 300Hz 내지 4O0Hz의 주파수를 소인한다. VCO(22)에서 소인된 신호는 구동 회로(23)에 의해 검출 파이프(1) 내의 전자석을 구성하는 구동 코일(4)을 구동하기 위한 구동 신호로 증폭되고 전류 검출회로(24)를 통하여 구동 코일(4)에 공급된다. 전류 검출 회로(24)는 구동 코일에 흐르는 전류를 검출한다.

전류 검출 회로(24)에서 검출된 검출 전류는 증폭 회로(25)에 주어져서 증폭되고 밴드 패스 필터(이하, BPF라고 칭한다)(26)에 의해 전술한 도 11에 도시한 간섭 성분 즉 간섭 전압의 주파수 성분만이 추출된다. 그 간섭 성분은 정류 회로(27)에 주어져서 정류되고 간섭 전압의 정(또는 부)의 성분만이 추출된다. 피크 홀드 회로(28)는 1소인 시간 내의 간섭 전압의 피크치를 홀드한다. 홀드된 피크치는 비교 회로(29)에 의해 미리 정한 값과 비교되고 피크치가 미리 정한 값보다도 크면 물체가 존재하지 않고 진동판(2)이 공진하고 있는 것으로 하고 물체가 존재하지 않는 것을 나타내는 신호가 릴레이 회로(30)로부터 출력된다. 역으로, 피크치가 미리 정한 값보다도 작으면 물체가 존재하는 것을 나타내는 신호가 릴레이 회로(30)로부터 출력된다.

또한, 상술한 설명에서는 홀드된 피크치와 미리 정한 값을 비교함으로써 물체의 유무를 판별하도록 했지만 물체의 상태를 판별하도록 하여도 좋다. 예를 들면, 검출 매체가 물이 동결된 상태와, 물의 상태와, 물의 상태로부터 동결되기까지의 상태에 응하여 진동판(2)의 진동 상태가 다르기 때문에 각각에 응한 미리 정한 값을 비교 회로(29)에서 비교하면 좋다. 그 밖에, 검출 매체의 점도가 다른 상태를 검출할 수 있도록 하여도 좋다.

도 13은 본 발명의 다른 실시예의 블록도이다. 도 13에 있어서, 마이크로 컴퓨터(31)는 PWM(Pulse Width Modu1ation: 펄스 폭 변조) 출력을 갖고 있고 이 PWM출력은 평활 회로(32)에 주어져서 삼각파 신호로 변환된다. 이 삼각파 신호는 VCO(33)에 주어져서 예를 들면 3O0 내지 4O0Hz의 주파수를 반복하는 소인 신호가 구동 회로(34)에 주어지고 구동 신호가 전류 검출 회로(35)를 통하여 구동 코일(4)에 주어진다.

전류 검출 회로(35)는 구동 코일(4)에 흐르는 전류를 검출하고 그 검출 신호를 위상 검출 회로(36)에 준다. 위상 검출 회로(36)는 구동 코일(4)에 흐르는 전류의 위상이 흔들림의 변화를 검출한다. 그 검출 신호는 평활 회로(37)에 주어져서 평활되고 흔들림 성분이 전압 변화 성분으로서 출력된다.

또한, BPF(39)를 통하여 간섭 성분이 추출되고 증폭 회로(40)에 주어져서 증폭된다. 그 증폭 출력은 검파 회로(41)에 주어져서 간섭 성분이 검출되고 평활 회로(42)에서 평활되어 마이크로 컴퓨터(31)의 A/D 입력에 주어진다. 마이크로 컴퓨터(31)는 A/D 입력에 주어진 간섭 성분을 디지털 신호로 변환한 후 소프트 처리에 의거하여 그 피크치를 구하고 그 피크치와 미리 정한 값을 비교함으로써 물체의 유무를 나타내는 신호를 릴레이 회로(44)에 출력한다.

또한, 마이크로 컴퓨터(31)에는 감도 설정기(43)와 릴레이 회로(44)와 동작 표시기(45)가 접속되어 있다. 감도 설정기(43)는 간섭 성분을 검출하기 위한 감도를 설정한다.

도 14는 본 발명의 제 3의 실시예의 블록도이다. 이 도 14에 도시한 실시예는 도 13에 도시한 검파 회로(41)와 평활 회로(42)를 생략하고 증폭 회로(40)의 출력의 교류 레벨 신호를 직접 마이크로 컴퓨터(31)의 A/D 입력에 주어서 판독 처리를 행하는 것이다. 이로써, 하드 구성을 간략하게 할 수 있지만, A/D 변환을 빈번하게 사용할 필요가 생기고 그것에 맞추어 소프트웨어가 필요하게 된다.

도 15는 본 발명의 제 4의 실시예의 블록도이다. 본 실시예는 구동 회로(34)에 주는 전압과, 위상 검출 회로(36)에서 검출된 구동 전류의 위상의 변화를 직접 비교 회로(46)에 주어서 비교하고 그 비교 출력을 평활 회로(37)에서 평활하여 마이크로 컴퓨터(31)의 A/D 입력에 주도록 한 것이다.

도 12 내지 도 14에 도시한 예는 어느것이나 간섭에 의한 흔들림으로 생기는 위상을 위상 검출 회로(36)에서 검출하도록 하였지만 흔들림을 발생시키기 위해서는 주파수를 다이내믹하게 소인할 필요가 있다. 이에 대해, 도 15에 도시한 예는 구동 코일(4)에 주는 구동 신호의 파형과 전류 검출에 의한 파형과의 위상을 비교하고 있기 때문에 스태틱하게 피크의 존재를 검출할 수 있는 이점이 있다.

도 16은 본 발명의 제 5의 실시예의 블록도이다. 본 실시예는 도 15에 도시한 평활 회로(37)를 생략하고 위상 비교 회로(46)의 출력을 직접 마이크로 컴퓨터(31)의 캡처 입력으로 주어서 검출하는 것이다. 이 예에서는 공진점의 특정이 정확하게 될 수 있는 특징이 있다.

도 17은 본 발명의 제 6의 실시예의 블록도이다. 본 실시예에서는 위상 검출 회로(36)에서 검출한 구동 전류의 위상의 간섭의 변화를 직접 마이크로 컴퓨터(31)의 캡처 입력으로 주어서 검출하는 것이다. 이 예에서는 상술한 각 실시예에 비해 가장 회로 구성을 간략하게 할 수 있지만, 소프트웨어의 처리가 많게 된다.

또한, 도 17에 도시한 마이크로 컴퓨터(31)으로부터 PWM 출력 대신에 프로그램 처리에 의해 진동 주파수 또는 그 부근의 주파수의 펄스 출력을 도출할 수 있도록 하고 평활 회로(32)와 VCO(33)을 생략하여 펄스 출력을 구동 회로(34)에 직접 주도록 하여도 좋다.

본 발명에서 개시된 실시의 형태는 모든 점에서 예시이고 제한적인 것이 아니라고 생각하여야 할 것이다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라 특허청구의 범위에 의해 나타나고 특허청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

이상과 같이, 본 발명에 따르면 진동식 레벨 센서에 있어서 진동판의 공진 주파수를 중심으로 하여 전자석에 인가하는 전압의 주파수를 소인하는 때 소인하는 주파수와 진동체의 기계적 진동과의 차에 의해 생기는 간섭에 의한 전자석의 코일 임피던스의 변화를 검출할 수 있고 이 임피던스의 변화에 의거하여 상기 물체의 유무를 검출할 수 있다.

따라서, 센서 부분으로서 구동용의 코일(전자석)과 영구 자석만을 마련하고 수신용의 센서 부분에 종래와 같이 압전 소자나 가속도 픽업을 이용하지 않고 물체의 유무를 판별할 수 있고 이로써 구조의 간소화와 대폭적인 비용 저감을 도모하는 것이 가능하게 되고 장치의 신뢰성도 향상할 수 있다.

본 발명은 진동식 레벨 센서의 진동 코일 임피던스 검출 방법, 및 이것을 이용한 물체 검출 방법 및 장치로서, 진동 코일에 고속으로 주파수 신호를 소인할 때에 발생하는 인가 전압과 역기 전압의 간섭에 의해 발생하는 비트 전압을 검출하여진동 코일 임피던스를 검출함으로써 탱크 내의 분체를 검출하는 장치 등에 적용될 수 있다.

Claims (12)

1. 검출 파이프(1) 내의 진동판(2)에 마련한 마그넷(3)에 약간의 갭을 통하여 대향시킨 구동 코일(4)의 진동 주파수에 있어서의 임피던스를 검출하는 방법으로서,

   상기 진동판(2)의 공진 주파수와 일치하는 주파수의 교번 전류를 상기 구동 코일(4)에 인가하고 해당 구동 코일의 임피던스 변화를 흐르는 전류의 크기나 위상으로 연속적으로 감시하여 변화의 크기를 검출하는 것을 특징으로 하는 코일 임피던스 검출 방법.
2. 검출 파이프(1) 내의 진동판(2)에 마련한 마그넷(3)에 약간의 갭을 통하여 대향시킨 구동 코일(4)의 진동 주파수에 있어서의 임피던스를 검출하는 방법으로서,

   상기 진동판(2)의 공진 주파수를 포함하는 부근의 주파수의 교번 전류를 소인하면서 상기 구동 코일(4)에 인가하고 소인중의 구동 코일(4)의 임피던스의 변화를 계측하는 것을 특징으로 하는 코일 임피던스 검출 방법.
3. 검출 파이프(1) 내의 진동판(2)에 마련한 마그넷(3)에 약간의 갭을 통하여 대향시킨 구동 코일(4)의 진동 주파수에 있어서의 임피던스를 검출하는 방법으로서,

   상기 진동판(2)의 공진 주파수를 포함하는 부근의 주파수의 교번 전류를 소인하면서 상기 구동 코일(4)에 인가하고 소인에 의해 발생하는 간섭 성분의 크기에 응하여 검출 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 코일 임피던스 검출 방법.
4. 검출 파이프(1) 내의 진동판(2)에 마련한 마그넷(3)에 약간의 갭을 통하여 대향시킨 구동 코일(4)의 진동 주파수에 있어서의 임피던스를 검출하여 물체의 유무를 검출하는 방법으로서,

   상기 진동판(2)의 공진 주파수와 일치하는 주파수의 교번 전류를 상기 구동 코일(4)에 인가하고 해당 구동 코일(4)의 임피던스 변화를 흐르는 전류의 크기나 위상으로 연속적으로 감시하여 변화의 크기를 검출하고 상기 검출한 임피던스의 변화와 기준치를 비교하여 물체의 유무를 검출하는 것을 특징으로 하는 물체 검출 방법.
5. 검출 파이프(1) 내의 진동판(2)에 마련한 마그넷(3)에 약간의 갭을 통하여 대향시킨 구동 코일(4)의 진동 주파수에 있어서의 임피던스를 검출하여 물체의 유무를 검출하는 방법으로서,

   상기 진동판(2)의 공진 주파수를 포함하는 부근의 주파수의 교번 전류를 소인하면서 상기 구동 코일(4)에 인가하고 소인중의 구동 코일(4)의 임피던스의 변화를 계측하고 상기 계측된 소인중의 임피던스의 최대 변화와 기준치를 비교하여 물체의 유무를 검출하는 것을 특징으로 하는 물체 검출 방법.
6. 검출 파이프(1) 내의 진동판(2)에 마련한 마그넷(3)에 약간의 갭을 통하여 대향시킨 구동 코일(4)의 진동 주파수에 있어서의 임피던스를 검출하여 물체의 유무를 검출하는 방법으로서,

   상기 진동판(2)의 공진 주파수를 포함하는 부근의 주파수의 교번 전류를 소인하면서 상기 구동 코일(4)에 인가하고 소인에 의해 발생하는 간섭 성분의 크기를 기준치와 비교하여 물체의 유무를 검출하는 것을 특징으로 하는 물체 검출 방법.
7. 검출 파이프(1) 내의 진동판(2)에 마련한 마그넷(3)에 약간의 갭을 통하여 대향시킨 구동 코일(4)의 진동 주파수에 있어서의 임피던스를 검출하여 물체의 유무를 검출하는 장치로서,

   상기 진동판의 공진 주파수와 일치하는 주파수의 교번 전류를 상기 코일에 인가하는 교류 전류 인가 회로(21 내지 23)와,

   상기 교류 전류 인가 회로에 의해 교류 전류를 인가한 때의 구동 코일의 임피던스 변화를 흐르는 전류의 크기나 위상으로 연속적으로 감시하여 변화의 크기를 검출하는 임피던스 변화 검출 회로(24 내지 27)와,

   상기 임피던스 변화 검출 회로에서 검출한 임피던스의 변화와 기준치를 비교하여 물체의 유무를 검출하는 물체 검출 회로(29)를 구비한 것을 특징으로 하는 물체 검출 장치.
8. 검출 파이프(1) 내의 진동판(2)에 마련한 마그넷(3)에 약간의 갭을 통하여 대향시킨 구동 코일(4)의 진동 주파수에 있어서의 임피던스를 검출하여 물체의 유무를 검출하는 장치로서,

   상기 진동판(2)의 공진 주파수를 포함하는 부근의 주파수의 교번 전류를 소인하면서 상기 구동 코일(4)에 인가하는 교류 전류 인가 회로(21 내지 23)와,

   상기 교류 전류 인가 회로에 의해 교류 전류를 소인중의 구동 코일에 있어서의 임피던스의 변화를 계측하는 임피던스 변화 계측 회로(24 내지 27)와,

   상기 임피던스 변화 계측 회로에 의해 계측된 소인중의 임피던스의 최대 변화와 기준치를 비교하여 물체의 유무를 검출하는 물체 검출 회로(29)를 구비한 것을 특징으로 하는 물체 검출 장치.
9. 검출 파이프(1) 내의 진동판(2)에 마련한 마그넷(3)에 약간의 갭을 통하여 대향시킨 구동 코일(4)의 진동 주파수에 있어서의 임피던스를 검출하여 물체의 유무를 검출하는 장치로서,

   상기 진동판의 공진 주파수를 포함하는 부근의 주파수의 교번 전류를 소인하면서 상기 구동 코일에 인가하는 교류 전류 인가 회로(21 내지 23)와,

   상기 교류 전류 인가 회로에 의한 교번 전류의 소인에 의해 발생하는 간섭 성분의 크기를 추출하는 간섭 성분 추출 회로(26)와,

   상기 간섭 성분 추출 회로에 의해 추출된 간섭 성분과 기준치를 비교하여 물체의 유무를 검출하는 물체 검출 회로(29)를 구비한 것을 특징으로 하는 물체 검출장치.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 간섭 성분 추출 회로는 소인하는 주파수와 진동체의 기계적 진동에 의해 생기는 간섭의 위상차를 검출하는 것을 특징으로 하는 물체 검출 장치.
11. 제 9항에 있어서,

    상기 간섭 성분 추출 회로는 소인하는 주파수와 진동체의 기계적 진동에 의해 생기는 간섭 위상의 피크치를 검출하는 것을 특징으로 하는 물체 검출 장치.
12. 제 9항에 있어서,

    상기 간섭 성분 추출 회로는 상기 구동 코일에 흐르는 전류를 검출하여 간섭의 위상차 또는 간섭 위상의 피크를 검출하는 것을 특징으로 하는 물체 검출 장치.