KR20070114550A

KR20070114550A - 자왜식 위치측정장치 및 이를 이용한 위치 측정 방법

Info

Publication number: KR20070114550A
Application number: KR1020060048276A
Authority: KR
Inventors: 박진하
Original assignee: 박진하
Priority date: 2006-05-29
Filing date: 2006-05-29
Publication date: 2007-12-04

Abstract

계측하고자 하는 유체에 담는 파이프 관과 위치를 측정하는 헤드로 이루어지는 위치 측정 장치에 있어서, 상기 위치측정을 위하여 파 발생기(230)를 통하여 파를 발생시켜 전류 펄스(start pulse)(2)를 인가하면 자왜선(Wave guide)부(202)에 원주방향의 자장이 발생되며, 상기 자장과 축 방향의 자장이 교차하여 합성 자장이 유도되는 위치 마그넷부(204)와 상기 합성 자장은 기계적 진동파인 초음파(4)로 자왜선(Wave guide)부(202)를 통하여 전파된다. 상기 초음파(4)는 전파 후 회신 되는 신호를 픽업 코일부(200)에서 전기신호로 변환 한 후 증폭기(220)에서 증폭된 신호를 정형화 회로부(206)를 통하여 정형화한 스탑 펄스(stop pulse)를 생성시키는 위치판정 회로부(208)로 이루어진다.

자왜식, 센서, 위치센서, 레벨전송기

Description

자왜식 위치측정장치 및 이를 이용한 위치 측정 방법{Displacement transducer of magnetostriction type and position finding method using for thereof}

도1은 종래에 플롯트식 위치전송기를 나타낸 사시도이다.

도2는 본 발명에 따른 자왜식 위치전송장치를 나타낸 사시도이다.

도3은 본 발명에 따른 전송장치의 내부 동작과정을 나타낸 구성도이다.

도4는 본 발명에 따른 자왜식 위치전송장치의 내부 상세도이다.

도5는 본 발명에 따른 플롯트 내부 구성도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

200: 픽업 코일부 202: 자왜선(Wave guide)부

204: 위치 마그넷부 206: 정형화 회로부

208: 위치판정 회로부 300: 플롯트

본 발명은 위치 검출을 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강자성체에 자계를 가하여 자화하면 내부의 자구가 회전하고 자계의 방향으로 일그러짐 현상이 발생된다. 이 현상을 자왜효과(Magnetostrictive Effect)라 하며, 이것을 응용한 자왜식 위치전송장치 및 이를 이용한 위치 측정 방법에 관한 것이다.

일반적으로 기계 센서는 변위, 속도 등의 물리량을 검출하는 센서로서, 상기 변위를 검출하고자 하는 경우 기구의 위치 및 유체의 깊이를 검출할 수 있도록 이루어져 있었다.

이러한 변위 측정 센서는 정전용량, 자계의 세기, 전자유도의 크기와 위상, 전기 저항 변화량 등에 의하여 변위센서가 작동하여 기구의 위치를 검출하거나 혹은 유체의 깊이를 판독하여 신호를 보낼 수 있도록 이루어졌다.

도1은 종래에 플롯트식 위치전송기를 나타낸 사시도로서, 일측에 스토퍼(100)를 구비하여 가이드 파이프(102) 내측에 리드 스위치(104)와 리드 스위치(104) 외측에 수위 변화에 따라 마그넷(106)을 포함하는 플로트(105)가 이동하면서 마그넷(106)의 자장에 의하여 상기 리드 스위치(104)가 작동하여 위치의 저항값을 아날로그 신호로 변환하도록 이루어진다.

상기 리드 스위치(104)는 각 일정간격으로 연속하여 위치되며 이러한 위치간격으로 인하여 위치의 정밀한 수위측정이 불가능하며, 센서의 길이 변화에 따른 리드 스위치(104)의 수량도 같이 증감하게 되므로 제작이 쉽지 않았다.

또한, 고온과 저온 등의 환경에서 수명이 짧아지므로 정상 작동이 안 되는 문제점이 있었으며, 분해능 15mm ~ 25mm 정도이므로 정밀한 수위측정이 불가능하였다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 주위 온도 등의 영향을 받지 않고 분해능 0.5mm로 정밀한 수위를 측정할 수 있음으로 고신뢰성의 산업현장에서 적용이 가능한 자왜식 위치전송장치 및 이를 이용한 위치 측정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

그러므로 물, 유류, 약품, 음료, 염료 등의 조액 조제 배합 시스템에서 적용이 가능하고, 플롯트 내부의 위치 마그넷트 만을 사용할 경우는 위치제어용 센서로 적용함으로 산업용 절단공구, 유압 시스템, 댐 수문의 제어등 여러 가지 용도의 적용이 가능하다.

본 발명은 계측하고자 하는 유체에 담는 파이프 관과 위치를 측정하는 헤드로 이루어지는 위치 측정 장치에 있어서,

상기 위치측정을 위하여 파를 발생시켜 전류 펄스(start pulse)(2)를 인가하는 파 발생기(230)와 상기 파 발생기(230)에서 발생 된 파는 자왜선(Wave guide) 부(202)의 원주방향으로 자장을 발생시키며, 상기 자왜선(Wave guide)부(202)를 감싸는 보호관(320) 내측에 상기 자장과 축 방향의 자장이 교차하여 합성 자장이 유도되는 위치 마그넷부(204)와 상기 위치 마그넷부(204)에서 유도된 합성 자장은 초음파(4)로 자왜선(Wave guide)부(202)에 전파되고, 전파 후 회신 되는 초음파(4)를 추출하여 전기신호로 변환하는 픽업 코일부(200) 및,

상기 픽업 코일부(200)에서 변환 후 증폭기(220)에서 증폭된 신호를 정형화하는 정형화 회로부(206)와 상기 정형화 회로부(206)에서 정형화한 신호에서 최종 스탑 펄스(stop pulse)를 생성시키는 위치판정 회로부(208)와 상기 위치판정 회로부(208)에서 생성된 스탑 펄스(stop pulse)와 전류 펄스(start pulse)(2)사이의 지연시간으로 거리를 산출하는 거리 산출부(210)와 상기 거리 산출부(210)에서 산출된 거리 정보를 표시하는 위치정보표시부(212)로 이루어진다.

또한, 위치 마그넷부(204)는 링형상의 영구자석으로 자왜선(Wave guide)부(202)를 감싸는 보호관(320)이 상기 링형상의 중심을 통과하도록 이루어지며,

상기 위치 마그넷부(204)는 플롯트(300) 내부에 구성되어 수위의 부력에 의한 레벨에 따라 플롯트(300)가 상하이동되며, 이때 자왜선(Wave guide)부(202)의 축방향으로 자장을 생성시킨다.

이하, 본 발명의 상세한 설명은 첨부된 도면과 함께 상세히 설명한다.

도2는 본 발명에 따른 자왜식 위치전송장치를 나타낸 사시도이며, 도3은 본 발명에 따른 전송장치의 전송 흐름을 나타낸 구성도이다.

상기 위치측정을 위하여 파를 발생시켜 전류 펄스(start pulse)(2)를 인가하는 파 발생기(230)와 상기 파 발생기(230)에서 발생된 파는 자왜선(Wave guide)부(202)의 원주방향으로 자장을 발생시키며, 상기 자왜선(Wave guide)부(202)를 감싸는 보호관(320) 내측에 상기 자장과 축 방향의 자장이 교차하여 합성 자장이 유도되는 위치 마그넷부(204)와

상기 위치 마그넷부(204)에서 유도된 합성 자장은 초음파(4)로 자왜선(Wave guide)부(202)에 전파되고, 상기 위치 마그넷부(204)는 링형상의 영구자석으로 자왜선(Wave guide)부(202)를 감싸는 보호관(320)이 상기 링형상의 중심을 통과하도록 이루어진다.

또한, 상기 초음파(4)는 자왜선(Wave guide)부(202)에 전파되어, 반대방향으로 회신 초음파(4)를 추출하여 전기신호로 변환하는 픽업 코일부(200)와 상기 픽업 코일부(200)에서 변환 후 증폭기(220)에서 증폭된 신호를 정형화하는 정형화 회로부(206) 및,

상기 정형화 회로부(206)에서 정형화한 신호에서 최종 스탑 펄스(stop pulse)를 생성시키는 위치판정 회로부(208)와 상기 위치판정 회로부(208)에서 생성된 스탑 펄스(stop pulse)와 전류 펄스(start pulse)(2) 사이 지연시간으로 거리를 산출하는 거리 산출부(210)와 상기 거리 산출부(210)에서 산출된 거리 정보를 표시 하는 위치정보표시부(212)로 이루어진다.

상기 자왜선(Wave guide)부(202)를 감싸는 보호관(320)은 상기 위치 마그넷부(204) 링 형상의 중심을 통과하도록 이루어지며, 상기 합성 자장은 보호관(320) 내측에 자왜선의 원주방향으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 위치정보표시부(212)는 산출된 거리인 측정하고자 하는 유체의 내부 남은 공간을 알리는 것으로서, 이러한 정보는 거리표시, 레벨표시 및 경고음 등으로 공지하는 것을 포함한다.

도5는 본 발명에 따른 플롯트 내부 구성도이다.

상기 플롯트(300)는 내부에 자왜선(Wave guide)(202)을 감싸는 보호관(320)과, 상기 보호관(300)은 위치 마그넷부(204)의 링형상의 중심을 통과하여 수위 부력에 의한 위치(레벨)에 따라 보호관(300)을 중심으로 위치 마그넷부(204)를 포함하는 플롯트(300)가 상하이동하여 자장을 유도하도록 이루어진다.

상기 도4의 내부 상세도에 도시된 바와 같이 상기 위치측정을 위하여 초기 전류 펄스(start pulse)(2)를 인가하는 제1단계와 상기 제1단계에서 인가된 펄스로 자왜선(Wave guide) 주변에 원주방향의 자장이 발생되는 제2단계와 상기 제2단계에 서 발생된 자장과 위치 마그넷부(204) 축방향의 자장이 교차하여 합성 자장을 유도하는 제3단계로 이루어지며,

상기 제3단계에서 유도된 합성 자장은 기계적 진동으로 발생되어 초음파(4)로 자왜선(Wave guide)부(202)를 통하여 전파되는 제4단계와 상기 제4단계에서 전파 후 회신되는 초음파(4)를 픽업 코일부(200)에서 전기신호로 변환하고, 증폭기부(220)를 통하여 변환된 신호가 증폭되는 제5단계와 상기 제5단계에서 증폭된 신호 파형을 정형화 회로부(206)를 통하여 정형화한 후 위치판정 회로부(208)를 통과하여 스탑 펄스(stop pulse)를 생성(제6단계)시킨다.

상기 제6단계에서 생성된 스탑 펄스(stop pulse)와 상기 제1단계에서 인가된 전류 펄스(start pulse)(2) 사이에 전달 시간(T)을 측정하고, 자왜선(Wave guide) 상의 초음파(4) 전달속도(V)를 측정하여 T × V의 수식으로 거리(L)를 측정하는 제7단계 및 상기 제7단계에서 측정된 거리(L)을 위치정보표시부(212)를 통하여 표시 및 경고되는 제8단계로 이루어진다.

이때, 상기 수식 T × V = L에서 산출된 거리(L)은 픽업코일에서 위치마그넷까지의 거리를 나타낸 것이다.

따라서, 계측하고자 하는 유체에 여분공간을 상기 픽업코일에서 위치마그넷까지 거리(L)로서 검출하여 그 수위를 측정하고, 외부에 여분공간(상기 거리(L)의 변동사항)을 알려주는 역할을 한다. 상기 장치를 이용한 위치 검출 방법에 의하여 0.5mm의 분해능을 가지므로 고정밀도의 위치측정이 가능하다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등범위내에 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 자왜식 위치전송장치 및 이를 이용한 위치 측정 방법에 의하면, 주위 온도 등의 영향을 받지 않고 자석의 자장을 이용하여 수위의 레벨에 따라 위치 마그넷부(204)의 상하이동으로 정밀하게 위치를 측정할 수 있으므로 높은 신뢰성을 가지는 효과가 있다.

또한, 자기적 원리를 이용하여 모델화한 것으로서, 제작이 용이하므로 대량 생산가능하며 현장에서 사용이 편리한 효과가 있다.

Claims

계측하고자 하는 유체에 담는 파이프 관과 위치를 측정하는 헤드로 이루어지는 위치 측정 장치에 있어서,

상기 위치측정을 위하여 파를 발생시켜 전류 펄스(start pulse)(2)를 인가하는 파 발생기(230);

상기 파 발생기(230)에서 발생 된 파는 자왜선(Wave guide)부(202)의 원주방향으로 자장을 발생시키며, 상기 자왜선(Wave guide)부(202)를 감싸는 보호관(320) 내측에 상기 자장과 축 방향의 자장이 교차하여 합성 자장이 유도되는 위치 마그넷부(204);

상기 위치 마그넷부(204)에서 유도된 합성 자장은 초음파(4)로 자왜선(Wave guide)부(202)에 전파되고, 전파 후 회신 되는 초음파(4)를 추출하여 전기신호로 변환하는 픽업 코일부(200);

상기 픽업 코일부(200)에서 변환 후 증폭기(220)에서 증폭된 신호를 정형화하는 정형화 회로부(206);

상기 정형화 회로부(206)에서 정형화한 신호에서 최종 스탑 펄스(stop pulse)를 생성시키는 위치판정 회로부(208);

상기 위치판정 회로부(208)에서 생성된 스탑 펄스(stop pulse)와 전류 펄스(start pulse)(2)사이의 지연시간으로 거리를 산출하는 거리 산출부(210);

상기 거리 산출부(210)에서 산출된 거리 정보를 표시하는 위치정보표시 부(212)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자왜식 위치측정장치.
제 1 항에 있어서,

상기 위치 마그넷부(204)는 링형상의 영구자석이며 플롯트(300) 내부에 구성되어 수위의 부력에 의한 위치에 따라 상하이동되는 것을 특징으로 하는 자왜식 위치측정장치.
제1항의 장치를 이용하여 위치를 측정 방법에 있어서,

상기 위치측정을 위하여 초기 전류 펄스(start pulse)(2)를 인가하는 제1단계;

상기 제1단계에서 인가된 펄스로 자왜선(Wave guide) 주변에 원주방향의 자장이 발생되는 제2단계;

상기 제2단계에서 발생된 자장과 위치 마그넷부(204) 축방향의 자장이 교차하여 합성 자장을 유도하는 제3단계;

상기 제3단계에서 유도된 합성 자장은 기계적 진동으로 발생되어 초음파(4)로 자왜선(Wave guide)부(202)를 통하여 전파되는 제4단계;

상기 제4단계에서 전파 후 회신되는 초음파(4)를 픽업 코일부(200)에서 전기신호로 변환하고, 증폭기부(220)를 통하여 변환된 신호가 증폭되는 제5단계;

상기 제5단계에서 증폭된 신호 파형을 정형화 회로부(206)를 통하여 정형화 한 후 위치판정 회로부(208)를 통과하여 스탑 펄스(stop pulse)를 생성시키는 제6단계;

상기 제6단계에서 생성된 스탑 펄스(stop pulse)와 상기 제1단계에서 인가된 전류 펄스(start pulse)(2) 사이에 전달 시간(T)을 측정하고, 자왜선(Wave guide) 상의 초음파(4) 전달속도(V)를 측정하여 T × V의 수식으로 거리(L)를 측정하는 제7단계;

상기 제7단계에서 측정된 거리(L)을 위치정보표시부(212)를 통하여 표시 및 경고되는 제8단계;

로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자왜식 위치전송장치를 이용한 위치 측정 방법.