KR20090102012A - 인덕턴스방식 광각 앵글센서의 신호처리기 및 신호처리방법 - Google Patents

인덕턴스방식 광각 앵글센서의 신호처리기 및 신호처리방법

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Abstract

2쌍의 수신코일로도 360°를 정확하게 감지하는 것이 가능하며 신호의 크기가 다른 경우에도 용이하게 보정하는 것이 가능하도록, 위상차를 갖도록 설치되는 2쌍의 수신코일로부터 입력되는 신호를 각각 가감승제하여 제1신호와 제2신호를 얻는 한쌍의 제1신호처리부 및 제2신호처리부와, 제1신호처리부 및 제2신호처리부로부터 얻어지는 제1신호와 제2신호를 처리하여 360°에 대한 신호를 출력하는 출력신호부를 포함하는 인덕턴스방식 광각 앵글센서의 신호처리기를 제공한다.
제1신호처리부 및 제2신호처리부는 얻어진 신호를 더하는 가산기와, 얻어진 신호를 감산하는 감산기와, 가산기로부터 얻어진 값과 감산기로부터 얻어진 값을 승산하는 제1승산기와, 감산기로부터 얻어진 값을 제곱하는 제2승산기와, 제1승산기로부터 얻어진 값을 제2승산기로부터 얻어진 값으로 나누는 제산기를 포함하고, 출력신호부는 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 A/D변환기와, 디지털신호로 변환된 값을 연산하여 360°에 대한 연속되는 신호로 추출하는 연산기와, 연산된 360°에 대한 신호를 출력하는 출력기를 포함한다.

Description

인덕턴스방식 광각 앵글센서의 신호처리기 및 신호처리방법 {Signal Processor of Inductive Wide Angle Sensor and Signal Processing Method of The Same}
본 발명은 인덕턴스방식 광각 앵글센서의 신호처리기 및 신호처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2쌍의 수신코일로도 360°를 정확하게 감지하는 것이 가능하며 신호의 크기가 다른 경우에도 용이하게 보정하는 것이 가능한 인덕턴스 앵글센서의 신호처리기 및 신호처리방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 핸들이나 연료 게이지, 각종 기계장치의 경우 회전각에 대한 정확한 값을 측정하는 것이 정확한 제어를 행할 수 있으므로 중요하다. 따라서 회전체의 회전각을 측정하기 위하여 앵글센서를 설치하여 사용한다.
상기 앵글센서로는 빛의 발광 및 수광을 이용하는 방식과 코일의 인덕턴스를 이용하는 방식 등이 있다.
종래 인덕턴스방식 광각 앵글센서에 있어서, 360°를 감지하기 위해서는 둥근 링형상의 여자코일 위에 최소한 4쌍의 수신코일을 배치하고, 한쌍의 수신코일에는 각각 반대방향의 전류가 검출되도록 구성하여 커플러가 회전함에 따라 한쌍의 수신코일을 통하여 얻어지는 양(+)전류의 값과 음(-)전류의 값을 비교 분석하여 커플러의 회전각을 검출하며, 4쌍의 수신코일로부터 얻어지는 신호를 활용하여 360°를 구현하도록 이루어진다.
예를 들면 도 1에 나타낸 바와 같이, 4쌍의 수신코일로부터 4개의 톱니파형과 유사한 신호가 얻어진다. 이와 같이 얻어지는 신호의 경우 가장 이상적인 모델에서는 정확하게 직선으로만 이루어져야 하지만, 물리적인 문제로 회로(PCB)를 구성하는 과정에서의 오차와 신호를 처리하는 과정에서의 오차에 의해서 상하 꼭지점 부근에서 신호의 왜곡이 발생한다.
따라서 선형성(linearity)이 보장되어 한쌍의 수신코일로부터 얻어진 신호에서 사용이 가능한 구간의 범위가 90°정도로 한정(도 1에서 굵은 실선으로 나타낸 부분)되는 문제가 있으며, 360°를 감지하기 위해서는 최소한 4쌍의 수신코일이 필요하다. 도 2에는 4쌍의 수신코일로부터 얻어진 신호중에서 선형성(linearity)을 갖는 부분(도 1에서 굵은 실선으로 나타냄)을 각각 90°씩 선형성(linearity)을 갖도록 연결하여 배열한 상태를 그래프로 나타낸다.
그런데 종래의 경우에는 4쌍의 수신코일에서 발생하는 신호의 크기가 모두 동일해야 하며, 동일하지 않은 경우에는 이를 동일하게 맞추기 위하여 신호를 처리하는 부분이 매우 복잡해진다는 문제가 있다.
그리고 4개의 신호를 일직선상으로 매핑(mapping)하는 부분도 매우 복잡하게 이루어진다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 2쌍의 수신코일로도 360°를 정확하게 감지하는 것이 가능하며 신호의 크기가 다른 경우에도 용이하게 보정하는 것이 가능한 인덕턴스 앵글센서의 신호처리기 및 신호처리방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 제안하는 인덕턴스방식 광각 앵글센서의 신호처리기는 위상차를 갖도록 설치되는 2쌍의 수신코일로부터 입력되는 신호를 각각 가감승제하여 제1신호와 제2신호를 얻는 한쌍의 제1신호처리부 및 제2신호처리부와, 상기 제1신호처리부 및 제2신호처리부로부터 얻어지는 제1신호와 제2신호를 처리하여 360°에 대한 신호를 출력하는 출력신호부를 포함하여 이루어진다.
상기 2쌍의 수신코일은 각각 중앙선을 중심으로 반원링형상이 양쪽에 대칭으로 위치하는 제1수신코일과 제2수신코일이 한조를 이루어 형성되고, 상기 제1수신코일과 제2수신코일은 각각 하나의 선로로 이루어지며 한쪽 단자로부터 반원을 그리며 형성된 다음 지름방향으로 직선을 이루며 형성된다.
상기 제1신호처리부 및 제2신호처리부는 각각 상기 제1수신코일과 제2수신코일로부터 얻어진 신호를 더하는 가산기와, 상기 제1수신코일과 제2수신코일로부터 얻어진 신호를 감산하는 감산기와, 상기 가산기로부터 얻어진 값과 감산기로부터 얻어진 값을 승산하는 제1승산기와, 상기 감산기로부터 얻어진 값을 제곱하는 제2승산기와, 상기 제1승산기로부터 얻어진 값을 제2승산기로부터 얻어진 값으로 나누는 제산기를 포함하여 이루어진다.
상기 제1승산기와 제2승산기에는 저역통과필터가 각각 연결된다.
상기 출력신호부는 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 A/D변환기와, 디지털신호로 변환된 값을 연산하여 360°에 대한 연속되는 신호로 추출하는 연산기와, 상기와 같이 연산된 360°에 대한 신호를 출력하는 출력기를 포함하여 이루어진다.
그리고 본 발명의 인덕턴스방식 광각 앵글센서의 신호처리방법은 제1신호처리부 및 제2신호처리부의 가산기에서 한조의 제1수신코일 및 제2수신코일로부터 얻어진 신호를 서로 더하고, 감산기에서 한조의 제1수신코일 및 제2수신코일로부터 얻어진 신호를 감산하고, 제1승산기에서 가산기에서 얻어진 값과 감산기에서 얻어진 값을 곱하고, 제2승산기에서 감산기에서 얻어진 값을 제곱하고, 제산기에서 제1승산기에서 얻어진 값을 제2승산기에서 얻어진 값으로 나누어 상기 제1신호처리부에서는 제1신호를 산출하고 상기 제2신호처리부에서는 제2신호를 산출하고, A/D변환기에서는 제1신호와 제2신호를 디지털신호로 변환하고, 연산기에서는 디지털신호로 변환된 값을 연산하여 360°에 대한 연속되는 신호로 추출하고, 출력기를 통하여 출력값을 출력하는 과정을 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 인덕턴스방식 광각 앵글센서의 신호처리기 및 신호처리방법에 의하면, 2쌍의 수신코일로부터 얻어지는 신호를 처리하여 360° 검출각을 갖는 앵글센서를 제공하는 것이 가능하므로, 구조가 간단하고 제조원가를 절감하는 것이 가능하다.
그리고 본 발명에 따른 인덕턴스방식 광각 앵글센서의 신호처리기 및 신호처리방법에 의하면, 전자기파 노이즈와 같은 공통형 잡음(common mode noise)를 효과적으로 제거하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 인덕턴스방식 광각 앵글센서의 신호처리기 및 신호처리방법에 의하면, 신호처리를 위한 계산식 및 과정이 간단하므로, 처리속도가 빠르고 오차가 적다.
또 본 발명에 따른 인덕턴스방식 광각 앵글센서의 신호처리기 및 신호처리방법에 의하면, 다양한 용도에 대응하여 출력전달 함수를 임의로 프로그래밍할 수 있다.
도 1은 종래 인덕턴스방식 광각 앵글센서로부터 얻어지는 신호를 나타내는 그래프이다.
도 2는 도 1에 나타낸 종래 인덕턴스방식 광각 앵글센서로부터 얻어지는 신호를 이용하여 360°에 대한 신호를 구성하는 상태를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 인덕턴스방식 광각 앵글센서의 신호처리기의 일실시예에 있어서 인덕턴스방식 광각 앵글센서의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 인덕턴스방식 광각 앵글센서의 신호처리기의 일실시예를 나타내는 블럭도이다.
도 5는 본 발명에 따른 인덕턴스방식 광각 앵글센서의 신호처리기의 일실시예에 있어서 제1신호처리부 및 제2신호처리부를 통하여 처리되어 출력되는 제1신호 및 제2신호를 나타내는 그래프이다.
도 6은 도 5에 나타낸 제1신호 및 제2신호를 출력신호부에서 연산하여 출력하는 360°에 대한 출력신호를 나타내는 그래프이다.
도 7은 도 5에 나타낸 제1신호 및 제2신호를 360°에 대한 신호로 연산하여 추출하고 왜곡된 부분을 보정하기 전의 상태를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 인덕턴스방식 광각 앵글센서의 신호처리기의 일실시예에 있어서 제1신호처리부를 통하여 처리되어 출력되는 제1신호를 가로축으로 하고 제2신호처리부를 통하여 처리되어 출력되는 제2신호를 세로축으로 하여 나타내는 그래프이다.
도 9는 도 8에 나타낸 제1신호 및 제2신호를 출력신호부에서 연산하여 직선으로 증가하는 출력으로 변환한 상태를 나타내는 그래프이다.
다음으로 본 발명에 따른 인덕턴스방식 광각 앵글센서의 신호처리기 및 신호처리방법의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저 본 발명에 따른 인덕턴스방식 광각 앵글센서의 신호처리기의 일실시예는 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 여자코일(10)과, 2쌍의 수신코일(20), (21)과, 커플러(30)로 이루어지는 앵글센서로부터 입력되는 감지신호를 한쌍의 제1신호처리부(50) 및 제2신호처리부(60)에서 각각 처리하도록 이루어진다.
상기 여자코일(10)은 둥근 링형상으로 형성된다. 상기 여자코일(10)은 원형링형상으로 선로를 다수회 감는 것으로 형성된다.
상기 2쌍의 수신코일(20), (21)은 상기 여자코일(10)로부터 일정한 간격을 두고 서로 90°의 위상차를 갖도록 설치된다.
상기 2쌍의 수신코일(20), (21)은 각각 중앙선을 중심으로 반원링형상이 양쪽에 대칭으로 위치하는 제1수신코일(22), (23)과 제2수신코일(24), (25)이 한조를 이루어 형성된다.
상기 제1수신코일(22), (23)과 제2수신코일(24), (25)은 각각 하나의 선로로 이루어지며 한쪽 단자로부터 반원을 그리며 형성된 다음 지름방향으로 직선을 이루며 형성된다.
예를 들면, 평면에서 보아서, 상기 제1수신코일(22), (23)은 오른쪽으로 반원이 위치하며 중앙쪽에 직선이 위치하도록 배치하고, 제2수신코일(24), (25)은 왼쪽으로 반원이 위치하며 중앙쪽에 직선이 위치하도록 배치한다.
상기 커플러(30)는 상기 여자코일(10)과의 사이에 한쌍의 수신코일(20), (21)을 사이에 두고 배치된다.
상기 커플러(30)는 반원형으로 형성된다.
상기 커플러(30)의 여자코일(10) 절반의 크기에 대응하는 반원형으로 형성한다.
상기 여자코일(10)에는 도 4에 나타낸 바와 같이, 발진기(11)가 연결된다.
본 발명에 따른 인덕턴스방식 광각 앵글센서의 신호처리기의 일실시예는 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 2쌍의 수신코일(20), (21)로부터 입력되는 신호를 각각 한쌍의 제1신호처리부(50) 및 제2신호처리부(60)를 통하여 처리하고, 상기 제1신호처리부(50) 및 제2신호처리부(60)로부터 얻어지는 제1신호와 제2신호를 출력신호부(70)에서 처리하여 360°에 대한 신호를 출력하도록 이루어진다.
상기 제1신호처리부(50) 및 제2신호처리부(60)는 각각 가산기(51), (61)와, 감산기(52), (62)와, 제1승산기(53), (63)와, 제2승산기(54), (64)와, 제산기(57), (67) 등을 포함하여 이루어진다.
상기 가산기(51), (61)는 상기 제1수신코일(22), (23) 및 제2수신코일(24), (25)로부터 얻어진 신호를 더하여 출력한다. 즉, 상기 제1신호처리부(50)의 가산기(51)는 상기 수신코일(20)의 제1수신코일(22)로부터 얻어진 신호(Ax) 및 제2수신코일(24)로부터 얻어진 신호(Bx)를 더하여 출력하고, 상기 제2신호처리부(60)의 가산기(61)는 상기 수신코일(21)의 제1수신코일(23)로부터 얻어진 신호(Ay) 및 제2수신코일(25)로부터 얻어진 신호(By)를 더하여 출력한다.
상기 감산기(52), (62)는 상기 제1수신코일(22), (23)로부터 얻어진 신호에서 상기 제2수신코일(24), (25)로부터 얻어진 신호를 감산하여 출력한다. 즉, 상기 제1신호처리부(50)의 감산기(52)는 상기 수신코일(20)의 제1수신코일(22)로부터 얻어진 신호(Ax)에서 제2수신코일(24)로부터 얻어진 신호(Bx)를 감산하여 출력하고, 상기 제2신호처리부(60)의 감산기(62)는 상기 수신코일(21)의 제1수신코일(23)로부터 얻어진 신호(Ay)에서 제2수신코일(25)로부터 얻어진 신호(By)를 감산하여 출력한다.
상기 제1승산기(53), (63)는 상기 가산기(51), (61)로부터 얻어진 값과 감산기(52), (62)로부터 얻어진 값을 각각 곱하여 출력한다.
상기 제2승산기(54), (64)는 상기 감산기(52), (62)로부터 얻어진 값을 제곱하여 출력한다.
상기 제1승산기(53), (63) 및 제2승산기(54), (64)에는 각각 저역통과필터(LPF)(55), (56), (65), (66)가 연결된다.
상기 제1승산기(53), (63)와 저역통과필터(55), (65)는 정류회로로서 기능한다.
상기 제산기(57), (67)는 상기 제1승산기(53), (63)로부터 얻어진 값을 제2승산기(54), (64)로부터 얻어진 값으로 나누어 출력한다.
그리고 상기 제1신호처리부(50) 및 제2신호처리부(60)는 각각 상기 제산기(57), (67)로부터 출력되는 값에 기준전압(Vref)을 곱하여 출력하는 제3승산기(58), (68)를 더 포함하는 것도 가능하다.
그리고 본 발명에 따른 인덕턴스방식 광각 앵글센서의 신호처리기의 일실시예는 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 제1신호처리부(50) 및 제2신호처리부(60)로부터 얻어지는 제1신호(Vx)와 제2신호(Vy)를 처리하여 360°에 대한 신호를 출력하는 출력신호부(70)를 더 포함하여 이루어진다.
상기 출력신호부(70)는 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 A/D변환기(72)와, 디지털신호로 변환된 값을 연산하여 360°에 대한 연속되는 신호로 추출하는 연산기(74)와, 상기와 같이 연산된 360°에 대한 신호를 출력하는 출력기(76)를 포함하여 이루어진다.
다음으로 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 본 발명에 따른 인덕턴스방식 광각 앵글센서의 신호처리기의 일실시예를 적용하여 상기 2쌍의 수신코일(20), (21)로부터 얻어지는 신호를 제1신호처리부(50) 및 제2신호처리부(60)를 통하여 처리하는 과정을 설명한다. 이하에서는 제1신호처리부(50)와 제2신호처리부(60)의 신호처리 과정이 동일하게 이루어지므로, 제1신호처리부(50)를 중심으로 설명한다.
먼저 상기 여자코일(10)에 발진기(11)를 통하여 발진전압을 인가하면, 상기 2쌍의 수신코일(20), (21)의 제1수신코일(22), (23) 및 제2수신코일(24), (25)로부터 전압의 변화가 감지된다. 즉, 상기 제1수신코일(22) 및 제2수신코일(24)로부터 다음의 수학식 1 및 수학식 2와 같은 제1수신전압(Ax) 및 제2수신전압(Bx)이 얻어진다.
상기 수학식 1 및 수학식 2에서 A, B는 상수를 나타낸다.
상기 제1수신코일(22)과 제2수신코일(24)은 서로 180°의 위상차를 가지고 있으므로, 얻어지는 제1수신전압(Ax)와 제2수신전압(Bx)도 180°의 위상차를 가지며, 제2수신전압은(Bx)는 상기 수학식 2와 같이 변환할 수 있다.
상기 수학식 1 및 수학식 2에서 n(t)는 공통형 잡음(common mode noise)을 나타낸다.
상기 가산기(51)에서는 상기 제1수신전압(Ax)과 제2수신전압(Bx)을 더하여 출력하며, 그 값은 다음의 수학식 3과 같다.
상기 감산기(52)에서는 상기 제1수신전압(Ax)으로부터 제2수신전압(Bx)을 감산하여 출력하며, 그 값은 다음의 수학식 4와 같다.
상기 제1승산기(53)에서는 상기 가산기(51)에서 가산한 값(수학식 3)과 상기 감산기(52)에서 감산한 값(수학식 4)을 서로 곱하여 출력하며, 그 값은 다음의 수학식 5와 같다.
상기 수학식 5에 있어서 sin2(wt)는 삼각함수 공식에 의하여 다음의 수학식 6과 같이 나타내어지므로, 상기 수학식 5는 다음의 수학식 7과 같이 나타내어진다.
상기 제1승산기(53)에 저역통과필터(55)를 연결하면, 상기 수학식 7에 있어서 cos(2wt) 및 sin(wt) 성분이 모두 제거되므로, 상기 수학식 7은 다음의 수학식 8과 같이 나타내어진다.
마찬가지로 상기 제2승산기(54)에서 상기 감산기(52)에서 얻어진 값을 제곱하고, 저역통과필터(56)를 통과시키면, 다음의 수학식 9와 같은 값이 출력된다.
상기 수학식 8 및 수학식 9에서 확인되는 바와 같이, 동기되지 않은 전자파 노이즈(잡음)인 공통형 잡음은 정류회로에서 모두 제거되어 비례적(ratio-metric) 출력에 영향을 미치지 않게 된다.
상기 제산기(57)에서는 제1승산기(53)쪽에서 얻어진 값을 제2승산기(54)쪽에서 얻어진 값으로 나누어 출력하며, 그 값은 다음의 수학식 10와 같이 나타내어진다.
상기 수학식 10에 있어서, 제1수신코일(22)과 제2수신코일(24)의 극성에 의하여 A, B는 서로 같은 양이며 서로 반대로 증감하므로, (A-B) 항은 각도정보를 나타내며, (A+B)항은 일정(A+B=상수)하게 된다.
따라서 (A-B)/(A+B)는 비례적(ratio-metric) 출력값이 된다.
상기 제3승산기(58)에서는 비례적 출력값에 기준전압(Vref)을 곱하여 제1신호처리부(50)의 출력값으로 제1신호(Vx)를 출력한다.
그리고 상기한 제1신호처리부(50)와 마찬가지의 과정을 거쳐, 상기 제2신호처리부(60)에서도 출력값으로 제2신호(Vy)를 출력한다.
도 5에는 제1신호(Vx)와 제2신호(Vy)를 나타낸다.
상기와 같은 과정을 거쳐서 신호를 처리하게 되면, 인덕턴스방식 광각 앵글센서의 단점 중 하나인 코일 자체의 안테나 역할 때문에 설계가 완벽하지 않으면 전자파 적합성(EMC) 특성이 나빠지는 점을 개선하는 것이 가능하다. 또한, 공통형 잡음이 신호처리되는 과정에서 모두 상쇄되어 제거되고, 전자파 적합성에서 발생할 수 있는 잡음(노이즈)은 거의 대부분이 공통형 잡음이므로 이를 상쇄하는 것에 의하여 전자파 적합성 특성이 매우 향상된다.
상기와 같이 얻어진 제1신호처리부(50)의 제1신호(Vx)와 제2신호처리부(60)의 제2신호(Vy)는 90°의 위상차를 갖고 있는 2쌍의 수신코일(20), (21)에 의해서 생성된 신호가 처리되어 출력되는 것으로, 가장 이상적인 모델에서는 정확히 직선으로만 이루어진 신호가 출력되어야 하지만, 물리적인 형태로 PCB를 구성하는 과정에서의 오차와 신호처리에서의 오차 등에 의해서 상하 꼭지점에서는 도 5에 나타낸 바와 같이 신호 왜곡(그래프가 상하 꼭지점에서 둥글게 형성)이 발생하게 된다.
상기 출력신호부(70)의 A/D변환기(72)에서는 상기 제1신호처리부(50) 및 제2신호처리부(60)로부터 얻어지는 제1신호(Vx)와 제2신호(Vy)의 아날로그신호를 디지털신호를 변환한다.
그리고 상기 출력신호부(70)의 연산기(74)에서는 상하 꼭지점에서의 왜곡을 보정하기 위하여 다음의 연산과정을 수행한다.
먼저 제1신호(Vx) 및 제2신호(Vy)의 중앙값을 기준으로 양음의 부호를 부여하고, 가로축을 제1신호(Vx)축으로 하고 세로축을 제2신호(Vy)축으로 하는 평면에 각도(θ)를 360°회전할 때의 그래프로 매핑(mapping)하면, 도 7에 나타낸 바와 같은 마름모 형태의 그래프가 얻어진다.
그런데 제1신호(Vx) 및 제2신호(Vy)의 경우 도 7에 나타낸 바와 같이, 4개의 꼭지점에 왜곡이 존재하는 형태의 그래프가 얻어진다. 즉 0°와 180°에서는 제2신호(Vy), 90°와 270°에서는 제1신호(Vx)에서 왜곡이 발생한다.
상기와 같은 왜곡을 보정하기 위해서 다음의 수학식 11과 같은 함수를 정의한다.
상기한 수학식 11에서 두 신호의 크기가 같고 절편이 기준전압(Vref)인 경우에는 상기 수학식 11은 다음의 수학식 12와 같이 나타내어진다.
상기 수학식 11 및 수학식 12로부터 왜곡된 부분의 정확한 값을 계산하는 것이 가능하다.
즉 이면 Vx 값을 이용하여 Vy의 값을 상기 수학식 1 및 수학식 2로부터 구하고, 이면 Vy 값을 이용하여 Vx의 값을 상기 수학식 1 및 수학식 2로부터 구하는 것이 가능하다. 따라서 제1신호(Vx) 및 제2신호(Vy)의 크기를 맞추기 위한 별도의 시스템을 필요로 하지 않는다.
상기와 같은 과정을 통하여 상기 연산기(74)에서는 도 7에 나타낸 바와 같은 그래프의 왜곡을 보정하는 것이 가능하며, 도 6에 나타낸 바와 같은 정확한 마름모형 그래프를 산출하는 것이 가능하다. 즉 커플러(30)가 1회전한 경우 360° 전체 범위의 각도(θ)를 정밀하게 검출하는 것이 가능하다.
그리고 상기와 같이 보정되는 각도 신호인 제1신호(Vx) 및 제2신호(Vy)를 변수로 하는 출력함수는 사용자가 사용 용도에 따라 임의로 정의하여 상기 연산기(74) 및 출력기(76)를 구성하는 것이 가능하다.
예를 들면, 필요한 용도에 따라서 다음의 수학식 13과 같은 적절한 함수만 구성하여 제공하면 가능하다.
그리고 예를 들어 도 9에 나타낸 바와 같이 각도에 따라 직선적으로 증가하는 출력(Vout)이 필요한 경우에는 다음의 수학식 14와 같이 함수를 정의하여 상기 연산기(74)와 출력기(76)를 구성하면, 정밀한 360° 앵글센서를 구현하는 것이 가능하다. 이 경우에 제1신호(Vx)와 제2신호(Vy)로부터 얻어지는 그래프는 도 8과 같이 나타내어진다.
상기 연산기(74)에서는 상기 제1신호처리부(50) 및 제2신호처리부(60)로부터 입력되는 제1신호(Vx) 및 제2신호(Vy)를 다음의 수학식 15에 대입하여 계산한 결과가 인 경우에는 이상 검출 신호로 판정하며, 이에 따른 보정을 수행하여 출력을 수행한다.
상기에서 Eref는 미리 설정한 오차 범위의 한계값을 나타낸다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 인덕턴스방식 광각 앵글센서의 신호처리기 및 신호처리방법에 의하면, 다양한 용도에 맞게 출력전달함수를 임의로 프로그래밍하는 것이 가능하다. 그리고 출력값(Vout)을 얻기 위한 계산식이 간단하여 처리속도가 빠르고 오차가 적다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 인덕턴스방식 광각 앵글센서의 신호처리기 및 신호처리방법은 자동차용 스로틀위치센서(TPS;Throttle Position Sensor), 자동차용 액셀레이터위치센서(APS;Accelerator Position Sensor) 등 각도 감지가 필요한 모든 센서에 적용하는 것이 가능하다.
상기에서는 본 발명에 따른 인덕턴스방식 광각 앵글센서의 신호처리기 및 신호처리방법의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.

Claims (8)

  1. 각각 중앙선을 중심으로 반원링형상이 양쪽에 대칭으로 위치하는 제1수신코일과 제2수신코일이 한조를 이루는 2쌍의 수신코일과, 여자코일 및 커플러를 포함하여 이루어지는 인덕턴스방식 광각 앵글센서에 있어서,
    2쌍의 수신코일로부터 입력되는 신호를 각각 가감승제하여 제1신호와 제2신호를 얻는 한쌍의 제1신호처리부 및 제2신호처리부와, 상기 제1신호처리부 및 제2신호처리부로부터 얻어지는 제1신호와 제2신호를 처리하여 360°에 대한 신호를 출력하는 출력신호부를 포함하고,
    상기 제1신호처리부 및 제2신호처리부는 각각 상기 제1수신코일과 제2수신코일로부터 얻어진 신호를 더하는 가산기와, 상기 제1수신코일과 제2수신코일로부터 얻어진 신호를 감산하는 감산기와, 상기 가산기로부터 얻어진 값과 감산기로부터 얻어진 값을 승산하며 저역통과필터가 연결되는 제1승산기와, 상기 감산기로부터 얻어진 값을 제곱하며 저역통과필터가 연결되는 제2승산기와, 상기 제1승산기로부터 얻어진 값을 제2승산기로부터 얻어진 값으로 나누는 제산기를 포함하고,
    상기 출력신호부는 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 A/D변환기와, 디지털신호로 변환된 값을 연산하여 360°에 대한 연속되는 신호로 추출하는 연산기와, 상기와 같이 연산된 360°에 대한 신호를 출력하는 출력기를 포함하는 인덕턴스방식 광각 앵글센서의 신호처리기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 감산기는 상기 제1수신코일로부터 얻어진 신호에서 상기 제2수신코일로부터 얻어진 신호를 감산하여 출력하는 인덕턴스방식 광각 앵글센서의 신호처리기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1신호처리부 및 제2신호처리부는 각각 상기 제산기로부터 출력되는 값에 기준전압을 곱하여 출력하는 제3승산기를 더 포함하는 인덕턴스방식 광각 앵글센서의 신호처리기.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3에 기재된 인덕턴스방식 광각 앵글센서의 신호처리기에 있어서,
    제1신호처리부 및 제2신호처리부의 가산기에서 한조의 제1수신코일 및 제2수신코일로부터 얻어진 신호를 서로 더하고, 감산기에서 한조의 제1수신코일 및 제2수신코일로부터 얻어진 신호를 감산하고, 제1승산기에서 가산기에서 얻어진 값과 감산기에서 얻어진 값을 곱하고, 제2승산기에서 감산기에서 얻어진 값을 제곱하고, 제산기에서 제1승산기에서 얻어진 값을 제2승산기에서 얻어진 값으로 나누어 상기 제1신호처리부에서는 제1신호를 산출하고 상기 제2신호처리부에서는 제2신호를 산출하고, 출력신호부의 A/D변환기에서는 제1신호와 제2신호를 디지털신호로 변환하고, 출력신호부의 연산기에서는 디지털신호로 변환된 값을 연산하여 360°에 대한 연속되는 신호로 추출하고, 출력기를 통하여 출력값을 출력하는 과정을 포함하는 인덕턴스방식 광각 앵글센서의 신호처리방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제3승산기에서 상기 제산기에서 출력되는 값에 기준전압을 곱하여 제1신호처리부의 출력값으로 제1신호와 제2신호처리부의 출력값으로 제2신호를 출력하는 인덕턴스방식 광각 앵글센서의 신호처리방법.
  6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 출력신호부의 연산기에서는 상하 꼭지점에서의 왜곡을 보정하기 위하여 상기 제1신호 및 제2신호의 중앙값을 기준으로 양음의 부호를 부여하고, 가로축을 제1신호축으로 하고 세로축을 제2신호축으로 하는 평면에 각도(θ)를 360°회전할 때의 그래프로 매핑하고, 의 식으로부터 왜곡된 부분의 정확한 값을 보정하여 계산하는 인덕턴스방식 광각 앵글센서의 신호처리방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 출력신호부에서는 제1신호(Vx) 및 제2신호(Vy)를 변수로 하는 출력함수를 로 정의하고, 출력값(Vout)을
    의 식을 만족하도록 산출하는 인덕턴스방식 광각 앵글센서의 신호처리방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 출력신호부에서는 상기 제1신호처리부 및 제2신호처리부로부터 입력되는 제1신호 및 제2신호를 의 식에 대입하여 계산한 결과가 인 경우(여기에서 Eref는 미리 설정한 오차 범위의 한계값을 나타냄)에는 이상 검출 신호로 판정하며, 이에 따른 보정을 수행하여 출력을 행하는 인덕턴스방식 광각 앵글센서의 신호처리방법.
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