KR20090075783A - 홀소자를 이용한 기울기 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 홀소자를 이용한 기울기 센서에 관한 것으로서, 상세하게는 마그네틱의 전계의 변화를 감지하는 홀 소자와 마그네틱을 포함하여 상기 마그네틱의 전계변화량을 검출하므로 회전각도를 검출하여 기울기를 산출할 수 있는 홀소자를 이용한 기울기 센서에 관한 것이다.

본 발명의 제1실시예는, N극과 S극을 갖고 고정된 마그네틱과, 상기 마그네틱의 N극과 S극의 위치에 따른 전계의 변화량을 검출하여 기울기를 연산하는 홀소자를 포함한다.

기울기 센서, 홀소자, 마그네틱

Description

홀소자를 이용한 기울기 센서{Tilt sensor using hall device}

본 발명은 홀소자를 이용한 기울기 센서에 관한 것으로서, 상세하게는 마그네틱의 전계의 변화를 감지하는 홀소자와 마그네틱을 포함하여 상기 마그네틱의 전계변화량을 검출하므로 회전각도를 검출하여 기울기를 산출할 수 있는 홀소자를 이용한 기울기 센서에 관한 것이다.

일반적으로 기울기 센서는 자동차 휠 얼라이먼트 측정기, 카 리프트 자동 수평 조정기, 자동차 도난경보시스템, 자동차의 기울기 모니터, 로타리 엔코더, 자동차의 기울기를 이용한 서스펜션제어, 공작기계의 정렬제어, 콤바인 등 농업기계, 산업용 로보트, 의료장비, 건설장비, 교량기울기나 굴착지반의 감시, 금고의 도난 경보기 등의 여러 산업분야에 걸쳐 적용되는 구성이다.

이와 같이 기울기 센서는 장착되는 장치의 구성목적이나 기능을 위해서 측정대상의 기울기를 측정하는 것으로서, 이를 위한 종래의 기술 중 일 예로서 하나를 소개하자면, 종래의 기울기 센서는 액체의 충전 가능한 공간이 형성되도록 에폭시(epoxy)수지로 3장의 PCB를 접착하는 것으로 기울기 센서를 구성하였다.

이러한 종래의 PCB를 이용한 일체형 액체충전식 기울기 각도센서는 전기적으 로 서로 분리된 2개의 극판이 밑면에 형성된 상층 PCB와 유전체가 충전되는 내부공간 형성을 위한 홀이 중앙에 형성된 중간층 PCB 및 전기적으로 분리된 2개의 극판이 윗면에 형성된 하층 PCB가 에폭시 수지에 의해 하나로 접착되고, 상기 상층 PCB와 하층 PCB 사이의 내부공간에 유전체가 주입되어서, 피측정물의 기울기를 측정하도록 된 것이다.

그러나 이와 같은 종래의 기울기 센서는 온도와 습도에 따라서 그 특성이 변화되므로 여러가지 상황을 곤란하게 만들거나 또한 정확한 측정 및 계측에 치명적인 문제를 유발시킬 수 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 온도나 습도와 같은 환경에 의한 특성변화량이 발생되지 않아서 날씨나 온도등의 환경적인 영향을 받지 않는 홀소자를 이용한 기울기 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명의 목적은 외부열악한 환경에서도 정확한 측정이 이루어질 수 있도록 홀소자와 마그네틱을 구성하고, 상기 마그네틱의 회전범위를 상기 홀소자에서 상기 마그네틱의 전계량의 변화량을 검출하므로서 기울기의 각도를 측정할 수 있는 홀소자를 이용한 기울기 센서를 제공함에 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 하기와 같은 실시예를 포함한다.

본 발명의 제1 실시예는 N극과 S극을 갖고 고정된 마그네틱, 상기 마그네틱의 중심부에 연결고정되는 지지축, 상기 지지축에 고정되어 상기 지지축의 회전 및 진동을 방지하는 베어링 및 중심추, 상기 베어링이 장착되는 하우징, 상기 마그네틱의 N극과 S극의 위치에 따른 전계의 변화량을 검출하여 기울기를 연산하는 홀소자를 포함하며, 상기 홀소자는 감지수단으로서 사용되는 다수의 자전변환소자가 집적된 기판, 상기 기판이 탑재되는 베이스, 상기 기판의 일 측에 마련되고, 상기 마그네틱과 근접되도록 위치되어 상기 마그네틱의 N극과 S극의 위치를 검출하는 홀전 계 검출부, 상기 기판의 다른 측에 마련되어 상기 홀전계 검출부에서 출력된 전계 검출신호에 따라 기울기를 연산하고 이를 디지탈신호로 출력하는 마이크로프로세서와 상기 마이크로프로세서에서 출력된 신호를 외부기기에 출력하는 인터페이스를 포함하며, 상기 베이스에는 상기 인터페이스가 장착되는 장착홈이 구비되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2 실시예는 제1 실시예에 있어서, 상기 홀전계 검출부는 상하측과 좌우 양측에 좌표를 설정하고, 상기 마그네틱의 N극과 S극이 상기 좌표와 각 좌표 사이에 위치될 때 서로 다른 비트 수를 갖는 검출신호를 출력하고, 상기 인터페이스는 사용자의 요구에 의해 쓸 수 있도록 아날로그출력단자, PWM출력단자, HEX출력단자로 구분되어 사용되고, 상기 아날로그출력단자는 상기 마이크로프로세서에서 출력된 디지탈 신호를 아날로그신호로 변환시켜 출력하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제3 실시예는 제1 실시예에 있어서, 상기 홀전계 검출부는 상기 마그네틱의 N극과 S극의 위치에 따라서 0도에서는 1비트의 검출신호, 360도에서는 n비트의 전계 검출신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상술한 바와 같이, 온도나 습도 등에 영향을 받지않는 마그네틱의 전계변화량을 이용하기 때문에 외부의 열악한 환경에 적응할 수 있는 완벽한 내구성을 갖고 있으며, 환경변화에 따른 출력변화가 미세하여 언제 어디서든 정확한 측정이 가능한 효과가 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 홀소자를 이용한 기울기 센서의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 홀소자를 이용한 기울기 센서의 바람직한 실시예를 나타낸 정면 사시도, 도 2는 본 발명에 따른 홀소자를 이용한 기울기 센서의 바람직한 실시예를 나타낸 측면도 및 분해 사시도 이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 기울기 센서는 N극과 S극을 갖는 마그네틱(10), 상기 마그네틱(10)을 지지하는 지지축(11), 상기 지지축(11)의 회전 및 이동을 방지하도록 고정시키는 베어링(13) 및 중심추(12), 상기 마그네틱(10)의 전계 변화량을 검출하여 이를 디지탈 신호로서 출력하는 홀소자(20)를 포함한다. 본 발명에 적용되는 홀소자(20)는 감지수단으로서 사용되는 다수의 자전변환소자가 집적된 기판과 상기 기판이 탑재되는 베이스(24)로 이루어지고, 이 베이스(24)에는 인터페이스(23)가 장착되는 장착홈(22)이 구비된다.

상기 마그네틱(10)은 N극과 S극을 모두 포함하여 상기 홀소자(20)의 중심부에 위치한 기판에 근접하게 위치되며, 상기 홀소자(20)의 회전에 관련없이 원래의 위치에서 고정된다.

아울러 상기 지지축(11)은 일측이 상기 마그네틱(10), 타측이 베어링(13)을 거쳐 중심추(12)에 고정되어 상기 마그네틱(10)의 회전 또는 진동에 의한 움직임을 방지하여 상기 마그네틱(10)을 자중에 의해 고정시킨다. 또한 상기 베어링(13)은 하우징(25)에 장착되며, 상기 베이스(24)와 하우징(25)은 통상의 방법, 예를 들어 나사에 의해 결합된다.

또한 중심추(12)는 상기 지지축(11)의 소정부분에서 하측으로 무게중심을 갖도록 상기 지지축(11)에 고정되어 상기 지지축(11)의 회전을 방지하도록 무게중심을 갖고 설치된다. 바람직하게는 상기 중심추(12)는 타원형으로서 타원형의 일측 방향에서 상기 지지축(11)이 관통형성되며 타측이 하측 방향에 위치되도록 하여 자연스럽게 무게중심이 하측에 향하므로, 상기 지지축(11)이 회전됨을 방지한다.

상기 홀소자(20)는 상기 기울기 센서가 장착되는 장치가 기울어지거나 회전되면, 상기 마그네틱(10)을 중심으로 회전되며 고정된 마그네틱(10)에서 방출되는 전계의 변화량을 검출하여 그 변화량에 따라 기울기를 연산하여 출력한다. 즉 상기 홀소자(20)는 고정된 마그네틱(10)을 중심으로 회전되면서, 고정된 상기 마그네틱(10)의 N극과 S극에 방출되는 전계량을 회전된 상기 홀소자(20)에서 검출하므로, 상기 홀소자(20)가 회전되지 않았을 때와 회전되었을 때 상기 마그네틱(10)의 N극과 S극의 위치에 따라 전계의 변화량으로 기울기를 연산하여 출력한다. 이를 위해 상기 홀소자(20)는 도 3의 구성을 포함한다.

도 3은 본 발명에 따른 홀소자를 이용한 기울기 센서를 나타낸 블럭도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 홀소자(20)를 이용한 기울기 센서에서 홀소자(20)는 상기 마그네틱(10)의 전계를 검출하는 홀전계 검출부(21), 상기 홀전계 검출부(21)에서 출력된 아날로그신호 감지신호를 수신하여 기울기를 연산하고 디지탈 신호로 변환시켜 출력하는 마이크로프로세서(22)와 상기 마이크로프로세서(22)에서 출력된 디지털 신호를 외부장치에 출력하는 출력단을 포함하는 인터페이스(23)를 포함한다. 즉, 상기 홀전계 검출부(21)는 상기 마그네틱(10)에 대향하도록 상기 기판의 일 측에 마련되고, 상기 마이크로 프로세서(22)는 상기 기판의 다른 측에 마련되어 상기 베이스(24)의 내부 공간에 장착되며, 상기 인터페이스(23)는 상기 베이스(24)에 형성된 장착홈(22)에 장착된다.

상기 홀전계 검출부(21)는 상기 마그네틱(10)을 중심으로 홀소자(20)의 회전에 따라 회전되어 상기 마그네틱(10)의 N극과 S극의 위치에 따라서 서로 다른 전계의 변화량을 검출하여 상기 마이크로프로세서(22)에 출력한다.

상기 마이크로 프로세서(22)는 상기 홀전계 검출부(21)에서 출력된 전계 변화량검출 신호를 연산하여 기울기를 산출하고, 산출된 기울기를 디지털 신호로서 변환시켜 상기 인터페이스(23)로 출력한다.

상기 인터페이스(23)는 사용자의 요구에 의해 쓸 수 있도록 아날로그출력단자, PWM출력단자, HEX출력단자로 구분되어 사용함이 바람직하다. 여기서 상기 아날로그출력단자는 상기 마이크로프로세서(22)에서 출력된 디지털 신호를 아날로그신호로 변환시켜 출력하게 된다.

이하에서는 상기와 같은 구성을 포함하는 본 발명에 따른 홀소자(20)를 이용한 기울기 센서의 작용설명을 하기의 도 4 내지 도 6을 이용하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 홀소자를 이용한 기울기 센서에서 마그네틱의 회전범위를 도시한 그래프, 도 5는 본 발명에 따른 홀소자를 이용한 기울기 센서에서 마그네틱의 위상각 배치도를 도시한 도면, 도 6은 본 발명에 따른 홀소자를 이용한 기울기 센서의 출력신호를 나타낸 도면이다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 홀소자(20)를 이용한 기울기 센서는 상기 지지축(11)과 중심추(12)에 의해 고정된 마그네틱(10)을 중심으로 하여 상기 홀소자(20)가 회전되는 변위량을 검출하여 기울기를 연산하게 된다.

즉, 상기 홀소자(20)는 상기 홀전계 검출부(21)를, 도 5 참조, 상하측에 Y1과 Y2, 좌우측에 X1과 X2의 좌표를 갖고 있으며, 상기 좌표와 상기 마그네틱(10)의 N극과 S극이 어느 정도의 위치 간격을 갖고 있는지에 따라서 기울기를 산출한다.

그러므로 상기 마그네틱(10)의 N극과 S극이 상기 Y1과 Y2 좌표에 각각 위치되면, 상기 홀전계 검출부(21)는 이때 검출되는 전계의 변위량을 검출하고, 상기 마이크로 프로세서는 상기 홀전계 검출부(21)의 전계검출 신호를 연산하여 기울기가 0도임을 산출한다. 그리고 상기 인터페이스(23)는 상기 마이크로프로세서(22)의 디지탈 신호를 도 6에 도시된 바와 같은 파형으로서 출력하게 된다. 이때 상기 인터페이스(23)에서 출력되는 신호는 상기 홀전계 검출부(21)의 N비트의 분해능 대비하여 각각의 기울기를 표시하게 되며 이는 도 4의 그래프에 도시된 바와 같다.

즉, 도 4의 그래프를 참조하면, 상기 홀전계 검출부(21)는 n비트의 분해능을 갖고 있으며, 전계검출 신호의 비트 수에 따라서 상기 마그네틱(10)을 중심으로 회전되는 홀전계 검출부(21)의 회전각을 표시하게 된다.

이를 다시 설명하자면, 상기 N극이 상기 Y1과 X1의 좌표 사이에 위치되고, 상기 S극이 Y2와 X2 좌표 사이의 n/2비트에 위치된다면, 상기 마이크로프로세서(22)는 상기 도 4의 그래프와 같이 n/2비트에 해당되는 기울기 각도를 연산한다.

따라서 본 발명은 상기 홀소자(20)가 상기 마그네틱(10)을 중심으로 360도 회전하여 원래의 위치인 Y1과 Y2의 좌표에 도달한다 하더라도 이를 0도의 기울기로서 산출하지 않고, 상기 홀전계 검출부(21)의 1비트의 출력신호가 점차적으로 n비트의 출력신호로 변화됨에 따라 상기 홀소자(20)가 360도 회전되는 것을 인지할 수 있다(도 4 및 도 6참조).

도 1은 본 발명에 따른 홀소자를 이용한 기울기 센서의 바람직한 실시예를 나타낸 정면 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 홀소자를 이용한 기울기 센서의 바람직한 실시예를 나타낸 측면도 및 분해 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 홀소자를 이용한 기울기 센서를 나타낸 블럭도,

도 4는 본 발명에 따른 홀소자를 이용한 기울기 센서에서 마그네틱의 회전범위를 도시한 그래프,

도 5는 본 발명에 따른 홀소자를 이용한 기울기 센서에서 마그네틱의 위상각 배치도를 도시한 도면,

도 6은 본 발명에 따른 홀소자를 이용한 기울기 센서의 출력신호를 나타낸 도면이다.

*도면의 주요부분을 나타낸 부호의 설명*

10 : 마그네틱 11 : 지지축

12 : 중심추 20 : 홀소자

21 : 홀전계 검출부 22 : 마이크로프로세서

23 : 인터페이스

Claims (3)

1. N극과 S극을 갖고 고정된 마그네틱,

   상기 마그네틱의 중심부에 연결고정되는 지지축,

   상기 지지축에 고정되어 상기 지지축의 회전 및 진동을 방지하는 베어링 및 중심추,

   상기 베어링이 장착되는 하우징,

   상기 마그네틱의 N극과 S극의 위치에 따른 전계의 변화량을 검출하여 기울기를 연산하는 홀소자를 포함하며,

   상기 홀소자는

   감지수단으로서 사용되는 다수의 자전변환소자가 집적된 기판,

   상기 기판이 탑재되는 베이스,

   상기 기판의 일 측에 마련되고, 상기 마그네틱과 근접되도록 위치되어 상기 마그네틱의 N극과 S극의 위치를 검출하는 홀전계 검출부,

   상기 기판의 다른 측에 마련되어 상기 홀전계 검출부에서 출력된 전계 검출신호에 따라 기울기를 연산하고 이를 디지탈신호로 출력하는 마이크로프로세서와

   상기 마이크로프로세서에서 출력된 신호를 외부기기에 출력하는 인터페이스를 포함하며,

   상기 베이스에는 상기 인터페이스가 장착되는 장착홈이 구비되는 것을 특징으로 하는 홀소자를 이용한 기울기 센서.
2. 제1항에 있어서,

   상기 홀전계 검출부는 상하측과 좌우 양측에 좌표를 설정하고, 상기 마그네틱의 N극과 S극이 상기 좌표와 각 좌표 사이에 위치될 때 서로 다른 비트 수를 갖는 검출신호를 출력하고,

   상기 인터페이스는 사용자의 요구에 의해 쓸 수 있도록 아날로그출력단자, PWM출력단자, HEX출력단자로 구분되어 사용되고, 상기 아날로그출력단자는 상기 마이크로프로세서에서 출력된 디지탈 신호를 아날로그신호로 변환시켜 출력하는 것을 특징으로 하는 홀소자를 이용한 기울기 센서.
3. 제2항에 있어서,

   상기 홀전계 검출부는 상기 마그네틱의 N극과 S극의 위치에 따라서 0도에서는 1비트의 검출신호, 360도에서는 n비트의 전계 검출신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 홀소자를 이용한 기울기 센서.

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