KR200355292Y1 - 풍향계의 방위각 검출용 회전슬릿의 이중화광검출장치 - Google Patents

Abstract

본원고안은 풍향계의 방향각을 검출하는 장치에 관한 것으로서,

방위각을 보다 정밀하게 측정하기 위해서 디지털신호 회전원판의 정해진 직경 내에서 검출위치를 이중화하여 검출 가능한 회전슬릿(트랙)의 수를 증가시킴으로서 방위각을 더욱 정밀하게 등분화한 후, 보다 세분화된 신호를 검출하여 측정 회전각의 정밀도를 높이기 위한 것이다.

이를 보다 상세하게 설명하면,

본원고안은 동일한 회전원판의 환경(직경)하에서 회전슬릿(트랙)의 수를 증가시키되 이를 저해하는 발 ·수광 소자의 물리적 크기의 한계를 극복하기 위해 발 ·수광 소자의 배치를 일정한 거리를 두고 a b열로 나누어 2열로 배치하고 a열에서는 홀수의 트랙을 검출하고 b열에서는 짝수의 트랙을 검출할 수 있도록 함으로서 신호 검출이 가능한 트랙의 수를 증가시킨 후 증가된 비트(트랙)수 만큼 경우의 수를 키워 풍향각의 정밀도를 높이고자 하는 데 그 특징이 있는 것이다.

Description

풍향계의 방위각 검출용 회전슬릿의 이중화광검출장치 { An apparatus for double line detecting }

＜고안이 속하는 기술분야＞본원 고안은 광신호검출기에 의한 풍향계의 광신호검출기의 설치 위치를 이중화하여 한정된 회전원판의 직경 범위 안에서 보다 많은 회전슬릿(트랙)을 설치할 수 있도록 함으로서 풍향각의 측정 정밀도를 높이고자 한 것이다.

＜그 분야의 종래기술＞현재 사용되고 있는 디지털식 풍향계는 풍향계의 회전 각도의 크기를 알기 위하여 도1에서 볼 수 있는 바와 같이 다수의 트랙이 형성된 디지털식 신호판을 사용하고 상기 신호판의 양측에 발광소자와 수광소자를 설치한 다음 회전슬릿(트랙)을 통과한 빛이 있고 없음을 수광소자를 통하여 확인한 후, 이를 디지털신호로 변환하여 풍향계의 회전각도를 산출하고 있다.

그러나 상기와 같은 종래의 디지털식 풍향계의 경우 회전판의 지름이 한정되어 있고 발광소자 및 수광소자의 크기를 일정한 크기 이하로 줄일 수 없다는 물리적 한계 때문에 한정된 수 이상의 트랙을 설정하기가 용이하지 않다.

따라서 종래의 디지털식 풍향계는 디지털 2진법의 비트수를 일정 수 이상으로 늘릴 수 없기 때문에 회전각의 분해능을 일정한 수준 이상으로는 향상시킬 수없다는 문제를 안고 있었다.

이를 도2를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

예를 들면 종래의 방식에서 회전슬릿의 단일 검출위치의 반경크기는 발·수광 소자의 직경에 검출트랙수를 곱한 값과 회전축 설치를 위한 크기까지 포함되어야 하므로 구조설계상 일직선상에서 검출되는 트랙의 수는 일정한 한계를 갖게 된다.

이 경우 데이터의 양은 트랙(회전슬릿)의 수에 따라 그 정도가 결정된다. 즉, 회전각의 분해능은 각각의 수광소자에 의해 검출되는 광의 유무와 일렬로 배열되는 수광소자의 수(n), 다시 말해서 트랙의 수(n)에 따라 결정될 것이며, 그 정도는 360˚를 2의 n승으로 나눈 값이 될 것이다. 즉, n개의 트랙에 의해 측정되는 최소의 분해각은 다음 식에 의해 결정된다.

최소 분해각 = 360˚ / 2ⁿ (식 1)

일례를 들어 현재 사용되고 있는 디지털식 풍향계의 최대 트랙의 수를 6으로 가정하고 이에 대한 분해각을 상기 식1에 의해 산출해 보면, 이 경우 측정 가능한 최소 분해각은 다음과 같다.

측정 가능한 최소 분해각 = 360˚ / 2의 6승 = 360˚ / 64 = 5.63˚

즉 회전원판의 직경을 증가시키거나 발·수광소자의 크기를 줄이지 않는 한 현재의 여건 하에서는 풍향각의 정도를 5.63˚이하로 낮추는 것이 불가능하다는 결론에 이르게 된다.

물론 회전원판의 직경을 증가시키거나 발·수광소자의 크기를 줄이는 것이 현재의 기술로서 불가능한 것은 아니다. 그러나 그러한 일은 디지털식 풍향계를 제작하는 기술분야에서 해결할 수 있는 문제가 아닐 뿐만 아니라 그러한 문제의 해결을 위해서는 발·수광소자 및 회전원판을 포함하여 풍향계에 사용되는 각종 원부자재와 이를 생산하는 설비에 이르기까지 많은 단계의 설계 변경이 수반되므로 결코 바람직하지 않다.

따라서 현재의 풍향계 주변의 산업적 환경 하에서는 동일한 직경의 소형 회전원판에서 측정 정밀도를 높이는 것(측정각도를 낮추는 것)이 어렵다는 결론에 이르게 되며 이러한 이유로 풍향계의 정도를 크게 향상시킬 수 없다는 문제에 봉착하게 된다.

본원고안은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것이다.

즉, 종래의 회전원판의 직경 하에서 검출할 수 있는 트랙의 수를 하나 증가시킬 수 있다면 위 식1에 의하면 원각을 2의 7승으로 나누게 되므로 최소분해각을 1/2로 줄일 수 있고 두 개를 증가시킬 수 있다면 원각을 2의 8승으로 나누게 되므로 최소분해각은 1/4로 줄일 수 있게 된다는 결론에 이르게 된다.

다시 말해서 트랙의 수를 7개로 할 경우 최소분해각은 2.81˚가 되고 트랙의 수를 8개로 할 경우 최소분해각은 1.41˚가 된다.

이는 트랙의 수가 하나 증가할 때마다 분해능이 2배, 4배로 기하급수적으로 늘어남을 의미한다.

본원고안은 회전원판의 직경이나 발·수광소자의 크기가 정형화되어 있는 현재의 산업 환경하에서 발·수광소자를 배치함에 있어서 발·수광소자를 일정한 회전각(c)을 두고 a열과 b열로 나누어 배치하고 a열에서는 홀수의 트랙을 검출하고 b열에서는 짝수의 트랙을 검출할 수 있도록 함으로서 굳이 회전슬릿의 직경이나 발·수광소자의 크기를 변경하지 않으면서도 검출할 수 있는 트랙(회전슬릿)의 수를 증가시킨 후 증가된 비트수 만큼 경우의 수를 키워 풍향각의 정밀도를 높이고자 하는데 그 목적이 있다.

제1도는 본 고안의 광(光)신호검출기가 풍향계에 설치된 개략도

제2도는 종래의 일렬식 광(光)신호검출 방식

제3도는 본 고안의 이중화된 광(光)신호검출 방식

제4도는 2진 논리의 타이밍 챠트

제5도는 본 고안의 신호처리부 개략도

제6도는 본 고안의 실시예로 제시한 코드 방식표

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10, 12 : 회전슬릿(트랙) (광투과공)

11 : 회전원판

20 : 광신호검출부 21 : 수광소자

22 : 발광소자 S : 회전축

30 : 디지털신호입출력부(digital I/O)

40 : 중앙제어처리장치(CPU) 41 : 메모리(기억장치)

50 : 표시부 60 : 전원부

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본원고안의 구성을 도3 내지 도6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

우선 본원고안의 구성은,

회전원판에 형성되어 광의 통과를 제어하는 회전슬릿(10, 12)과;

상기 회전슬릿을 향해 2개 이상 복수의 라인을 형성하여 광을 조사하고 상기 회전슬릿을 통과한 광을 2개 이상 복수의 라인을 형성하여 검출하는 2개 이상의 복수 라인의 광신호 검출부(20)와;

상기 광신호검출부에서 출력된 디지탈신호를 중앙제어장치로 출력하는 디지털신호변환부(30)와;

상기 디지털신호변환부에서 출력된 신호를 수신하여 이를 분석한 후 방위각을 산출하는 중앙제어처리장치(40)와;

상기 중앙제어처리장치에서 방위각을 산출할 수 있도록 기준데이터를 저장하고 공급하는 기억장치(41)와;

상기 분석된 방위각을 사용자가 알 수 있도록 표시하는 표시부(50)와;

상기 장치에 필요한 전원을 공급하는 전원부(60)로; 구성됨을 특징으로 한다.

상기 회전슬릿(10, 12)은 디지털신호를 만들 수 있도록 각각의 트랙에 회전각을 등분하여 2진 논리에 맞도록 회전원판상에 형성된 광투과공으로서 그 형성 방식은 표1의 코드방식에 맞도록 되어 있다.

이때에 도면4에 표시된 바와 같이 BINARY 코드는 그 값이 변환 될 때에 여러 트랙이 동일시점에 변환되는 것을 볼 수 있다. 이것은 발·수광 소자가 구조적으로 회전반경 선상에 정확히 일치 하지 않으면 잘못된 값이 전달되므로 변환 주기신호를 함께 만들어야 하는 불편이 있기 때문이며, 표1과 도면4에 표시된 GRAY코드 방식은 회전각이 변환 할 때 항상 단일 트랙에서만 변환되는 코드방식 이므로 이를 채택하여 구조적으로 발·수광소자가 회전반경 선상에 정확히 일치하지 않아도 변환 값을 검출할 수 있도록 하였다.

따라서 회전각의 분해능을 증가하기 위하여 GRAY코드 논리의 짝수 트랙에 해당하는 광 투과공과 발·수광소자의 위치를 도면3과 같이 회전각(c) 만큼 회전시켜 트랙 수를 증가 시켰으며, 이는 도3-1과 같이 일직선상의 한 개소에서 검출되도록 설계된 회전슬릿을 도3-2와 같이 짝수 트랙과 그 트랙의 검출용 회로소자의 위치를 동일한 각도로 회전시켜 제작되므로 실제의 회전각 검출은 도3-1이나 도3-2는 같은 결과를 얻을 수 있다.

상기 광신호 검출부(20)는 홀수의 트랙을 검출하는 a열과 짝수의 트랙을 검출하는 b열의 사이의 각을 회전각(c)과 같게 하여 발광 소자 (22)및 수광 소자(21)를 일체형으로 제작하여 구조상의 오차 발생을 극소화 하였으며 도면5에 도시한 바와 같이 수광 소자인 광 트랜지스터의 콜랙터에서 신호를 검출 하므로 광이 투과될 때는 디지털신호는 0이 되고, 광이 투과되지 않을 때는 디지털신호는 1이 되도록 하여 GRAY코드 방식의 디지털신호가 검출 되도록 하였다.

여기에서 회전 슬릿의 각각의 길이와 그 배치를 설명하지 않는 것은 회전 슬릿의 길이나 배치는 발수광소자의 수량에 따라 가변되는 것(도면3과 표에서는 7개를 예시하였고 도면 5에서는 8개를 예시하였다)으로서 일정한 형식을 갖출 수 없기 때문이며, 또한 회전슬릿의 길이나 배치는 종래의 단일 라인 방식에서 이미 구현되어 공지된 기술이므로 여기에서 이를 굳이 설명할 필요도 없기 때문에 이를 생략한 것이다.

이와 같이 만들어진 디지털신호는 도면5와 같이 디지털신호 입출력부(DIGITAL I/O)를 거쳐 중앙제어처리장치(C.P.U)로 입력되어 연산 및 변환되며 기억장치(MEMORY)에 저장된 기준데이터에 의해 비교 판단된 후 이를 수치화하여 표시기(DISPLAY)통해 회전각에 맞는 풍향의 방위를 표시하게 된다.

본원고안은 그 응용범위를 확장하기 위해 상기 회전슬릿을 통과하는 광을 검출하기 위한 검출라인의 수를 3개 이상으로 확장하는 것도 가능하며, 이러한 검출라인의 확장은 본원고안의 기술사상의 연장선상에 있는 것임은 물론이다.

상기와 같은 본원고안에 의하면,

회전각의 분해능을 수백등분하기 위하여 도면3과 같이 광(光)신호검출기(20)를 (c)각도만큼 회전하여 (a)와 (b)에 이중으로 설치하여 (a)지점에서는 1,3,5,7... 등 짝수트랙을 검출하고, (b)지점에서는 2,4,6,8... 등 홀수트랙을 검출하면 한정된 회전판 직경에 보다 많은 트랙을 설치할 수 있고, 따라서 디지털2진법의 비트수가 증가함으로 세분된 크기의 방위각을 알 수 있다.

따라서 이 장치를 이용한 풍향계는 방위각 분해능이 소형의 회전슬릿에서 180등분 또는 360등분 혹은 그 이상도 용이하게 달성된다.

Claims (4)

1. 회전 원판에 형성되어 광의 통과를 제어하는 회전슬릿(10, 12)을 통과하는 광을 검출하여 풍향각을 측정하는 풍향각 검출장치에 있어서,

   상기 회전슬릿을 향해 2개의 라인을 형성하여 광을 조사하고 상기 회전슬릿을 통과한 광을 2개의 라인을 형성하여 검출할 수 있도록 된 2개 라인의 광신호 검출부(20)를 구비하여 구성됨을 특징으로 하는 풍향계의 방위각 검출용 회전슬릿의 이중화광검출장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 회전원판에 형성되어 광의 통과를 제어하는 회전슬릿(10, 12)과;

   상기 회전슬릿을 향해 2개의 라인을 형성하여 광을 조사하고 상기 회전슬릿을 통과한 광을 2개의 라인을 형성하여 검출하는 2개 라인의 광신호 검출부(20)와;

   상기 광신호검출부에서 출력된 디지탈신호를 중앙제어장치로 출력하는 디지털신호입출력부(30)와:

   상기 디지털신호변환부에서 출력된 신호를 수신하여 이를 분석한 후 방위각을 산출하는 중앙제어처리장치(40)와;

   상기 중앙제어처리장치에서 방위각을 산출할 수 있도록 기준데이터를 저장하고 공급하는 기억장치(41)와;

   상기 분석된 방위각을 사용자가 알 수 있도록 표시하는 표시부(50)와;

   상기 장치에 필요한 전원을 공급하는 전원부(60)로; 구성됨을 특징으로 하는 풍향계의 방위각 검출용 회전슬릿의 이중화광검출장치.