KR20100003172A

KR20100003172A - 인덕티브 변위센서 및 그 수신코일구조와 갭 보정을 위한 신호처리방법

Info

Publication number: KR20100003172A
Application number: KR1020080122229A
Authority: KR
Inventors: 김기엽; 정규원
Original assignee: 주식회사 트루윈
Priority date: 2008-06-30
Filing date: 2008-12-04
Publication date: 2010-01-07
Also published as: KR101023198B1

Abstract

신호의 왜곡을 최소화하고 품질관리가 용이하며 생산성이 향상되도록, 기판에 설치되고 일정한 궤도를 따라 다수회 권선되며 발진기에 연결되는 여자코일과, 여자코일로부터 일정한 간격을 두고 설치되며 여자코일의 일부를 차폐하는 형상으로 형성되고 여자코일에 대하여 회전 또는 직선이동하도록 설치되는 커플러와, 커플러와 여자코일 사이에 설치되고 중앙 접지선을 공유하면서 커플러가 회전 또는 직선이동함에 따라 서로 차폐되는 면적의 변화가 반대로 증가 또는 감소하도록 양쪽에 대칭형상으로 형성되는 한쌍의 수신코일과, 한쌍의 수신코일과 연결되고 수신코일로부터 얻어지는 신호를 연산 처리하여 출력하는 신호처리기를 포함하는 인덕티브 변위센서를 제공한다.

인덕티브, 변위센서, 앵글센서, 리니어센서, 신호처리, 코일, 커플러, 간격, 왜곡, 보정

Description

인덕티브 변위센서 및 그 수신코일구조와 갭 보정을 위한 신호처리방법 {Inductive Displacement Sensor and Receiving Coil Structure and Signal Processing Method for Gap Compensation of The Same}

본 발명은 인덕티브 변위센서 및 그 수신코일구조와 갭 보정을 위한 신호처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 측정값의 선형성(직선성)을 향상시키고 커플러와의 간격 변화에 대한 보정을 행하므로 정확한 측정값을 얻는 것이 가능한 인덕티브 변위센서 및 그 수신코일구조와 갭 보정을 위한 신호처리방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 핸들이나 연료 게이지, 자동차의 변속레버위치, 각종 기계장치의 경우 회전각이나 직선이동거리에 대한 정확한 값을 측정하는 것이 정확한 제어를 행할 수 있으므로 매우 중요하다. 따라서 회전체의 회전각이나 물체의 직선이동거리를 측정하기 위한 변위센서를 설치하여 사용한다.

통상 변위센서는 접촉식과 비접촉식으로 나눌 수 있으며, 전기저항식과 정전용량식 및 전자유도식(인덕턴스방식) 등으로 나눌 수도 있다.

도 1에는 종래 인덕턴스방식 앵글센서를 나타낸다. 도 1에 나타낸 바와 같 이, 종래 인덕턴스방식 앵글센서는 둥근 링형상으로 권선된 여자코일(2) 위에 반원형 커플러(5)를 사이에 두고 한쌍의 수신코일(3), (4)을 배치하여 구성된다.

상기에서 제1수신코일(3)은 커플러(5)가 회전함에 따라 차동신호가 변화하므로 이를 이용하여 회전각에 대한 정보를 얻기 위한 것이고, 제2수신코일(4)은 커플러(5)와의 거리변화에 따라 차동신호가 변화하므로 이를 이용하여 커플러(5)와 센서기판(1)(예를 들면 여자코일(2) 및 수신코일(3), (4)이 형성된 기판) 사이의 거리변화에 대한 정보를 얻기 위한 것이다. 즉 인덕턴스방식 센서의 기본원리는 커플러(5)로 서로 방향이 다른 수신코일(3), (4)에 유기되는 자속(Magnetic Flux)의 크기를 변화시켜 커플러(5)의 위치에 따른 전체 자속의 크기와 방향을 감지하고, 그에 따라서 발생되는 전력의 변화를 측정에 이용하는 것이다.

상기와 같이 구성되는 종래 인덕턴스방식 앵글센서의 경우에는 2개의 수신코일(3), (4)을 사용하므로, 최소한 2개 이상의 기판(1)을 필요로 하며, 구조가 전체적으로 복잡하다는 문제가 있으며, 구조적으로 공통형 잡음(common noise)을 제거할 수 없다는 문제가 있다. 예를 들면, 하나의 기판(1)에 여자코일(2)과 제1수신코일(3)을 형성하고, 다른 하나의 기판에 제2수신코일(4)을 형성한다.

최근에는 상기와 같은 문제를 해소하기 위하여 도 2에 나타낸 바와 같은 1개의 기판으로 구성되는 인덕턴스방식 앵글센서가 제안되고 있다. 이 새로운 인덕턴스방식 앵글센서는 둥근 링형상의 여자코일(2) 위에 중앙선을 중심으로 반원링형상의 한쌍의 수신코일(7),(8)을 양쪽에 대칭으로 설치하는 구조이다. 따라서 1개의 기판에 여자코일(2)과 수신코일(7), (8)을 함께 설치하는 것이 가능한 구조이다.

상기와 같은 구조의 앵글센서에서는 커플러(5)가 회전함에 따라 각 수신코일(7), (8)의 인덕턴스가 변화하게 되고, 이를 이용하여 회전각도 정보의 추출이 가능하다.

그러나, 상기와 같이 수신코일(7), (8)을 구성하려면, 물리적으로 두 극성의 경계에는 손실(loss)을 발생시키는 부분이 반드시 생기게 되며, 이런 손실은 신호(signal) 왜곡의 원인이 된다.

예를 들어, 커플러(5)와 수신코일(7), (8) 사이에 간격(gap)이 0이고, 물리적인 오차가 전혀 없는 이상적인 시스템(ideal system)이 존재한다고 가정하자. 그러면, 상기와 같은 구조에서 커플러(5)가 360° 1회전하면, 출력되는 값의 그래프는 도 3에 실선으로 나타낸 바와 같이 얻어질 것이다. 이러한 그래프가 얻어지면, 센서의 선형성(직선성)이 전구간에서 모두 보장되므로, 센서에서는 전 영역을 유효하게 사용하는 것이 가능하다.

그러나 상기와 같은 이상적인 시스템은 존재할 수 없기 때문에, 실제로 구현된 시스템의 출력 그래프는 도 3에 점선으로 나타낸 바와 같이 얻어진다. 즉 선형성(직선성)을 보장할 수 없는 피크(peak) 부분이 발생하고, 이 부분이 수신코일(7), (8) 사이의 경계나 물리적으로 수신코일(7), (8)을 구성하기 위하여 필요한 기판(1)상의 비어(via), 선폭(trace width), 선 사이의 간격(trace pitch), 커플러(5)와 수신코일(7), (8) 사이의 간격 등에 의하여 발생하게 된다.

예를 들면, 기본적으로 수신코일(7), (8)을 기판(1)상에 패턴을 형성할 때에, 3W 규칙(선폭을 1W라고 하면, 인접한 선 사이의 간격은 최소한 1W 이상이 되어 야 하며, 양쪽 선폭(1W+1W)과 간격(1W)을 합하면 총 3W의 공간이 필요하다는 규칙)을 적용하여야 물리적인 인쇄회로기판의 신뢰성을 보장할 수 있다. 그런데, 수신코일(7), (8) 사이에 간격이 존재할수록 그 간격만큼 신호의 선형성을 얻을 수 없다는 문제가 발생한다.

그리고 상기와 같이 출력 그래프에 왜곡이 발생하면, 이 부분이 정보의 손실을 발생시키므로, 이 부분을 최소화하는 것이 센서의 특성과 효율을 높일 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 점에 착안하여 이루어진 것으로서, 한쌍의 수신코일 사이의 간격을 없애므로 신호의 왜곡을 최소화한 인덕티브 변위센서의 수신코일구조 및 인덕티브 변위센서를 제공하는데, 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 한쌍의 수신코일의 구조를 간단하게 구현하므로 품질관리가 용이하고 생산성이 향상되는 인덕티브 변위센서의 수신코일구조 및 인덕티브 변위센서를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 수신코일과 커플러 사이의 간격 변화에 대응하여 출력값을 보정하는 것에 의하여 정확한 측정값을 얻을 수 있는 인덕티브 변위센서 및 인덕티브 변위센서의 갭 보정을 위한 신호처리방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 제안하는 인덕티브 변위센서의 수신코일구조는 여자코일과 커플러 사이에 설치되고, 중앙 접지선을 공유하면서 상기 커플러가 회전 또는 직선이동함에 따라 서로 차폐되는 면적의 변화가 반대로 증가 또는 감소하도록 양쪽에 대칭형상으로 형성되는 한쌍의 수신코일로 이루어진다.

상기에서 여자코일이 원형상으로 권선되는 경우에는 상기 한쌍의 수신코일을 지름방향으로 형성되는 중앙 접지선을 공유하면서 반원형상으로 형성되고 중앙 접지선을 중심으로 서로 선대칭을 이루는 형상으로 형성하고, 상기 여자코일이 사각형상으로 권선되는 경우에는 상기 한쌍의 수신코일을 대각선방향으로 형성되는 중 앙 접지선을 공유하면서 삼각형상으로 형성되고 중앙 접지선의 중앙점을 중심으로 180°회전대칭을 이루는 형상으로 형성한다.

그리고 본 발명의 인덕티브 변위센서는 기판에 설치되고 일정한 궤도를 따라 다수회 권선되며 발진기에 연결되는 여자코일과, 상기 여자코일로부터 일정한 간격을 두고 설치되며 상기 여자코일의 일부를 차폐하는 형상으로 형성되고 상기 여자코일에 대하여 회전 또는 직선이동하도록 설치되는 커플러(coupler)와, 상기 커플러와 여자코일 사이에 설치되고 중앙 접지선을 공유하면서 상기 커플러가 회전 또는 직선이동함에 따라 서로 차폐되는 면적의 변화가 반대로 증가 또는 감소하도록 양쪽에 대칭형상으로 형성되는 한쌍의 수신코일과, 상기 한쌍의 수신코일과 연결되고 상기 수신코일로부터 얻어지는 신호를 연산 처리하여 출력하는 신호처리기를 포함하여 이루어진다.

상기에서 여자코일을 원형상으로 권선되는 형상으로 형성하고, 상기 한쌍의 수신코일을 지름방향으로 형성되는 중앙 접지선을 공유하면서 반원형상으로 형성되고 중앙 접지선을 중심으로 서로 선대칭형상으로 형성하는 것도 가능하다.

또 상기 여자코일을 사각형상으로 권선되는 형상으로 형성하고, 상기 한쌍의 수신코일을 대각선방향으로 형성되는 중앙 접지선을 공유하면서 삼각형상으로 형성되고 중앙 접지선의 중앙점을 중심으로 180°회전대칭형상으로 형성하는 것도 가능하다.

상기 신호처리기는 상기 한쌍의 수신코일로부터 감지되는 신호를 더하는 가산기와, 상기 하나의 수신코일로부터 감지되는 신호에서 다른 하나의 수신코일로부 터 감지되는 신호를 감산하는 감산기와, 상기 감산기로부터 얻어진 값을 상기 가산기로부터 얻어진 값을 이용하여 보정하는 가변증폭보정기와, 상기 가변증폭보정기를 통하여 보정된 감산기로부터 얻어진 값을 상기 가산기로부터 얻어진 값으로 나누는 제산기를 포함하여 이루어진다.

상기 신호처리기는 상기 한쌍의 수신코일로부터 감지되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환부와, 디지털로 변환된 신호를 연산 및 분석하여 보정을 행하고 결과값을 디지털 신호로 출력하는 주제어부와, 상기 주제어부로부터 출력되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 디지털/아날로그 변환부를 포함하여 이루어지는 것도 가능하다.

상기 주제어부에서는 상기 한쌍의 수신코일로부터 감지되는 신호를 더하는 가산연산과 상기 하나의 수신코일로부터 감지되는 신호에서 다른 하나의 수신코일로부터 감지되는 신호를 감산하는 감산연산을 행하고, 상기 가산연산으로부터 얻어진 값에 대응하는 보정값을 저장된 테이블로부터 읽어들이고, 읽어들인 보정값을 감산연산으로부터 얻어진 값에 곱하여 보정을 행하고, 보정된 감산연산된 값을 가산연산된 값으로 나누는 제산연산을 행한 후 그 값을 출력하도록 이루어진다.

그리고 본 발명의 인덕티브 변위센서의 갭 보정을 위한 신호처리방법은 인덕티브 변위센서의 커플러를 회전 또는 직선이동시킴에 따라 변화하는 한쌍의 수신코일로부터 감지되는 신호를 서로 더하는 가산단계와, 한쌍의 수신코일 중 하나의 수신코일로부터 감지되는 신호로부터 다른 하나의 수신코일로부터 감지되는 신호를 빼는 감산단계와, 상기 감산단계에서 얻은 값을 상기 가산단계에서 얻은 값을 이용 하여 보정하는 보정단계와, 상기 보정단계에서 보정된 감산값을 상기 가산단계에서 얻어진 값으로 나누는 제산단계를 포함하여 이루어진다.

상기 보정단계는 상기 가산단계에서 얻은 값을 다양한 단계의 비교값과 대비하여 대응되는 보정값을 선택하는 비교선택단계와, 선택된 보정값을 상기 감산단계에서 얻은 값에 곱하여 보정하는 승산단계를 포함하여 이루어진다.

상기 보정단계는 상기 가산단계에서 얻은 값의 변화를 피드백시켜 상기 감산단계에서 얻은 값에 곱하여 보정하는 과정으로 이루어지는 것도 가능하다.

상기 보정단계는 상기 가산단계에서 얻은 값에 대응하는 보정값을 미리 설정된 테이블에서 선택하여 상기 감산단계에서 얻은 값에 곱하여 보정하는 과정으로 이루어지는 것도 가능하다.

본 발명에 따른 인덕티브 변위센서의 수신코일구조 및 인덕티브 변위센서에 의하면, 한쌍의 수신코일을 중앙 접지선을 공유하도록 형성하여 수신코일 사이의 간격을 없애므로, 신호의 왜곡을 최소화하는 것이 가능하다. 따라서 수신코일의 감지신호의 선형성(직선성) 및 효율성을 확보하는 것이 가능하고, 커플러의 회전 및 이동에 따른 신호의 감지 및 사용 범위를 최대화하는 것이 가능하다.

또 본 발명에 따른 인덕티브 변위센서의 수신코일구조 및 인덕티브 변위센서에 의하면, 한쌍의 수신코일의 구조를 간단한 형상으로 구성하므로, 물리적인 결함을 최소화하는 것이 가능하고, 품질관리가 용이하고 생산성이 향상되는 효과가 얻어진다.

그리고 본 발명에 따른 인덕티브 변위센서의 수신코일구조 및 인덕티브 변위센서에 의하면, 한쌍의 수신코일로부터 얻어지는 원신호(raw signal)의 크기가 크므로, 신호대잡음비(SNR)가 상대적으로 우수하다.

본 발명에 따른 인덕티브 변위센서 및 인덕티브 변위센서의 갭 보정을 위한 신호처리방법에 의하면, 한쌍의 수신코일로부터 얻어지는 값을 감산한 값을 가산한 값의 변화를 이용하여 보정하므로, 항상 정확한 측정값을 얻는 것이 가능하다. 즉 커플러의 자세변화에 따른 간격의 변화가 발생하는 경우에도 정확한 측정값을 얻는 것이 가능하다.

다음으로 본 발명에 따른 인덕티브 변위센서의 수신코일구조, 인덕티브 변위센서 및 인덕티브 변위센서의 갭 보정을 위한 신호처리방법의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저 본 발명에 따른 인덕티브 변위센서의 일실시예는 도 4 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 여자코일(20)과, 한쌍의 수신코일(30), (40)과, 커플러(50)와, 신호처리기(100)를 포함하여 이루어진다.

상기 여자코일(20)과 한쌍의 수신코일(30), (40)은 하나의 기판(10)에 형성한다.

상기 여자코일(20)은 기판(10)에 일정한 궤도(예를 들면 원형상)를 따라 다수회 권선되는 형상으로 형성된다.

상기 여자코일(20)에는 설정된 주파수를 인가하기 위한 발진기(28)가 연결된 다.

상기 한쌍의 수신코일(30), (40)은 커플러(50)와 여자코일(20) 사이에 위치하도록 설치된다.

본 발명에 따른 인덕티브 변위센서의 수신코일구조의 일실시예는 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 여자코일(20)이 원형으로 권선되는 경우에 상기 한쌍의 수신코일(30), (40)을 반원형상으로 형성한다.

상기 한쌍의 수신코일(30), (40)은 지름방향으로 형성되는 중앙 접지선(35)을 공유하는 형상으로 형성된다.

상기와 같이 한쌍의 수신코일(30), (40)이 중앙 접지선(35)을 공유하도록 형성하면, 도 2에 나타낸 한쌍의 수신코일(7), (8)에 비하여 수신코일(30), (40) 사이에 간격이 필요 없게 되므로, 보다 신뢰성이 향상된다.

즉 도 2에 나타낸 한쌍의 수신코일(7), (8)의 경우에는 3W 규칙을 적용하므로 기본적으로 간격이 존재하여 그 간격 만큼 신호의 선형성을 얻을 수 없지만, 본 발명에 있어서는 간격이 존재하지 않으므로 신호의 선형성이 보다 향상된다.

본 발명에 있어서는 출력값의 그래프(실선으로 나타냄)가 도 6에 나타낸 바와 같이 얻어진다. 예를 들면 피크 부분의 왜곡이 도 2에 나타낸 수신코일(7), (8)의 출력그래프(도 6에 점선으로 나타냄)에 비하여 크게 작아진다.

나아가 본 발명의 경우에는 한쌍의 수신코일(30), (40)이 중앙 접지선(35)을 공유하므로, 구조가 간단하고, 기판(10)에 형성할 때에 비어(via)나 물리적인 결함 등이 발생할 가능성이 감소하고, 품질관리가 용이하며, 생산성이 향상된다.

상기 한쌍의 수신코일(30), (40)은 중앙 접지선(35)을 중심으로 서로 선대칭형상으로 형성한다.

상기 한쌍의 수신코일(30), (40)은 상기 커플러(50)가 회전함에 따라 서로 차폐되는 면적의 변화가 반대로 증가 또는 감소하도록 대칭형상으로 형성된다.

상기 커플러(50)는 상기 여자코일(20) 및 한쌍의 수신코일(30), (40)로부터 일정한 간격을 두고 설치된다.

상기 커플러(50)는 상기 여자코일(20)의 일부를 차폐하는 반원형상으로 형성된다.

상기 커플러(50)는 상기 여자코일(20)에 대하여 회전하도록 설치된다.

상기와 같이 설치되는 커플러(50)가 회전함에 따라 커플러(50)에 의하여 차폐되는 하나의 수신코일(30)의 면적이 감소할수록 다른 하나의 수신코일(40)을 차폐하는 면적은 증가하고, 하나의 수신코일(30)의 차폐 면적이 증가할수록 다른 하나의 수신코일(40)의 차폐 면적은 감소한다.

그리고 본 발명에 따른 인덕티브 변위센서의 수신코일구조의 다른 실시예는 도 5에 나타낸 바와 같이, 여자코일(22)을 사각형상으로 권선되는 형상으로 형성하고, 한쌍의 수신코일(32), (42)을 대각선방향으로 형성되는 중앙 접지선(37)을 공유하면서 삼각형상으로 형성한다.

상기 여자코일(22)에는 설정된 주파수를 인가하기 위한 발진기(28)가 연결된다.

상기 한쌍의 수신코일(32), (42)은 중앙 접지선(37)의 중앙점을 중심으로 180°회전대칭형상으로 형성한다.

상기 커플러(52)는 사각형상으로 형성하고, 상기 한쌍의 수신코일(32), (42)의 가로방향으로 직선이동하도록 설치한다.

상기와 같이 설치되는 커플러(52)가 직선이동(왕복이동)함에 따라 커플러(52)에 의하여 차폐되는 하나의 수신코일(32)의 면적이 감소할수록 다른 하나의 수신코일(42)을 차폐하는 면적은 증가하고, 하나의 수신코일(32)의 차폐 면적이 증가할수록 다른 하나의 수신코일(42)의 차폐 면적은 감소한다.

상기 신호처리기(100)는 상기 한쌍의 수신코일(30), (32), (40), (42)과 연결되고 상기 수신코일(30), (32), (40), (42)로부터 얻어지는 신호를 연산 처리하여 출력한다.

상기 신호처리기(100)는 도 7에 나타낸 바와 같이, 가산기(72)와, 감산기(70)와, 가변증폭보정기(80)와, 제산기(90)를 포함하여 이루어진다.

상기 감산기(70)는 상기 하나의 수신코일(30), (32)로부터 감지되는 신호(A)에서 다른 하나의 수신코일(40), (42)로부터 감지되는 신호(B)를 감산(A-B)하는 기능을 수행한다.

상기 가산기(72)는 상기 한쌍의 수신코일(30), (32), (40), (42)로부터 감지되는 신호(A), (B)를 더하여 가산(A+B)하는 기능을 수행한다. 즉 상기 하나의 수신코일(30), (32)로부터 감지되는 신호(A)와 다른 하나의 수신코일(40), (42)로부터 감지되는 신호(B)를 더하여 가산(A+B)하는 기능을 수행한다.

상기 가변증폭보정기(80)는 상기 감산기(70)로부터 얻어진 값(A-B)을 상기 가산기(72)로부터 얻어진 값(A+B)을 이용하여 보정하는 기능을 수행한다. 예를 들면 상기 가변증폭보정기(80)는 상기 가산기(72)로부터 얻어진 값(A+B)을 미리 설정된 (A+B)의 기준값과 비교하여 그 차이에 해당하는 보정값(AGC)을 구하고, 이 보정값(AGC)을 상기 감산기(70)로부터 얻어진 값(A-B)에 곱하여 보정((A-B)*AGC)을 행하도록 구성한다.

상기 제산기(90)는 상기 가변증폭보정기(80)를 통하여 보정된 감산기(70)로부터 얻어진 값((A-B)*AGC)을 상기 가산기(72)로부터 얻어진 값(A+B)으로 나누는 기능을 수행한다.

상기 한쌍의 수신코일(30), (32), (40), (42)에는 감지되는 신호(A), (B)를 정류하기 위한 정류기(60), (62)가 연결 설치된다.

상기 제산기(90)에는 기준전압(Vref)을 곱하여 출력하는 승산출력기(92)를 더 연결 설치하는 것도 가능하다.

상기에서 커플러(50)가 회전 또는 이동하여도 상기 가산기(72)를 통하여 출력되는 값(A+B)은 항상 일정한 반면, 상기 감산기(70)를 통하여 출력되는 값(A-B)은 상기 커플러(50)의 회전 또는 이동함에 따라 변화하게 된다.

상기 가산기(72)를 통하여 출력되는 값(A+B)은 항상 일정하다. 예를 들면, 하나의 수신코일(30), (32)에서 감지되는 신호(A)의 크기가 증가함에 따라, 다른 하나의 수신코일(40), (42)에서 감지되는 신호(B)의 크기가 대응하여 감소하므로, 그 합(A+B)이 항상 일정하게 얻어진다. 반대로, 하나의 수신코일(30), (32)에서 감지되는 신호(A)의 크기가 감소함에 따라, 다른 하나의 수신코일(40), (42)에서 감지되는 신호(B)의 크기가 대응하여 증가하므로, 그 합(A+B)이 항상 일정하게 얻어진다.

그리고 상기 감산기(70)를 통하여 출력되는 값(A-B)은 점점 커지거나 작아진다. 예를 들면, 하나의 수신코일(30), (32)에서 감지되는 신호(A)의 크기가 증가함에 따라, 다른 하나의 수신코일(40), (42)에서 감지되는 신호(B)의 크기가 대응하여 감소하므로, 그 차의 값(A-B)은 점점 커진다. 반대로, 하나의 수신코일(30), (32)에서 감지되는 신호(A)의 크기가 감소함에 따라, 다른 하나의 수신코일(40), (42)에서 감지되는 신호(B)의 크기가 대응하여 증가하므로, 그 차의 값(A-B)은 점점 작아진다.

그런데 상기 커플러(50)와 상기 수신코일(30), (32), (40), (42) 사이의 간격(gap)이 변화하면, 상기 커플러(50)의 회전 또는 이동이 동일 지점에 위치한 경우(간격만이 변화한 경우)에도, 상기 가산기(72)를 통하여 출력되는 값(A+B)이 변화하며, 상기 감산기(70)를 통하여 출력되는 값(A-B)도 변화한다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 상기 가산기(72)를 통하여 출력되는 값(A+B)은 간격이 증가할수록 점차 증가하고, 상기 감산기(70)를 통하여 출력되는 값(A-B)은 간격이 증가할수록 점차 감소하는 변화를 나타낸다.

상기에서 커플러(50)의 회전 또는 직선이동된 위치를 나타내는 값은 상기 감산기(70)를 통하여 얻어지는 값(A-B)이므로, 이 값(A-B)은 커플러(50)와의 간격이 변화하여도 달라져선 안된다. 즉 이 값(A-B)이 달라지면, 이는 커플러(50)와의 간격이 변화한 것이 아니라, 커플러(50)가 회전 또는 직선이동된 것을 나타내므로, 잘못된 측정값으로 인하여 잘못된 제어를 행할 우려가 높다.

따라서 본 발명의 실시예에서는 상기 수신코일(30), (32), (40), (42)과 상기 커플러(50) 사이의 간격에 따라 항상 일정한 값을 나타내는 상기 가산기(72)를 통하여 얻은 값(A+B)을 이용하여 상기 감산기(70)를 통하여 얻은 값을 보정한다.

예를 들면, 도 9에 나타낸 바와 같이, 상기 가변증폭보정기(80)를 다단계의 비교기(82)를 이용하여 구성한다.

즉 상기 가산기(72)로부터 얻어진 값(A+B)이 비교기(82)의 특정 단계의 값에 근접한 것으로 판단되면, 해당되는 보정값(AGC)을 선택하여 상기 감산기(70)로부터 얻어진 값(A-B)에 곱하여 보정하도록 구성한다.

예를 들면, 각 단계의 비교기(82)마다 상기 수신코일(30), (32), (40), (42)과 커플러(50) 사이의 간격이 변화됨에 따라 한쌍의 수신코일(30), (32), (40), (42)로부터 측정되는 값을 가산한 값에 대응하는 값(설계값 및 많은 실험을 통하여 얻어진 평균값)을 설정하여 구성하고, 실제 측정한 상기 가산기(72)로부터 얻어진 값(A+B)과 근접된 값으로 설정된 비교기(82)의 회로(보정값(AGC))를 선택하여 통과하면서 보정이 이루어지도록 구성한다.

상기에서 비교기(82)는 센서의 특성이나 용도, 필요한 정밀도 등에 따라 단계의 수를 증가 또는 감소시키는 것이 가능하고, 비교기(82)의 수 및 단계를 증가시켜 구성할수록 간격(gap)에 의한 출력신호 특성의 분해능(resolution)이 우수해진다.

그리고 도 10에 나타낸 바와 같이, 상기 가변증폭보정기(80)를 전계효과트랜 지스터(84)를 이용하여 구성하는 것도 가능하다.

즉 전계효과트랜지스터(84)를 이용하여 가산기(72)로부터 얻어지는 값(A+B)의 변화를 피드백시켜 그 값에 대응하는 보정값(AGC)을 상기 감산기(70)로부터 얻어지는 값(A-B)에 곱하여 보정하도록 구성한다.

다음으로 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 인덕티브 변위센서의 실시예를 이용하여 갭 보정을 위한 신호를 처리하는 방법을 설명한다.

본 발명에 따른 인덕티브 변위센서의 갭 보정을 위한 신호처리방법의 일실시예는 도 11에 나타낸 바와 같이, 측정단계(S10), 가산단계(S20), 감산단계(S30), 보정단계(S40), 제산단계(S50)를 포함하여 이루어진다.

상기 측정단계(S10)에서는 인덕티브 변위센서의 커플러(50)를 회전 또는 직선이동시킴에 따라 한쌍의 수신코일(30), (32), (40), (42)로부터 감지되는 신호(A), (B)의 변화되는 값을 측정한다.

상기 가산단계(S20)에서는 상기 한쌍의 수신코일(30), (32), (40), (42)로부터 감지되는 신호(A), (B)를 서로 더하는 가산을 행한다.

상기 감산단계(S30)에서는 상기 한쌍의 수신코일 중 하나의 수신코일(30), (32)로부터 감지되는 신호(A)로부터 다른 하나의 수신코일(40), (42)로부터 감지되는 신호(B)를 빼는 감산을 행한다.

상기 보정단계(S40)에서는 상기 감산단계(S30)에서 얻은 값(A-B)을 상기 가산단계(S20)에서 얻은 값(A+B)을 이용하여 보정한다.

상기 제산단계(S50)에서는 상기 보정단계(S40)에서 보정된 감산값((A- B)*AGC)을 상기 가산단계(S20)에서 얻어진 값(A+B)으로 나누는 제산을 행한다.

상기 보정단계(S40)는 도 12에 나타낸 바와 같이, 상기 가산단계(S20)에서 얻은 값(A+B)을 다양한 단계의 비교값과 대비하여 대응되는 비교값을 선택하는 비교선택단계(S42)와, 선택된 비교값에 따른 보정값(AGC)을 선택하여 상기 감산단계(S30)에서 얻은 값(A-B)에 곱하여 보정하는 승산단계(S44)를 포함하여 이루어진다.

상기 비교선택단계(S42)에서는 도 9에 나타낸 바와 같은 비교기(82) 또는 도 10에 나타낸 바와 같은 전계효과트랜지스터(84) 등을 이용하여 커플러(50)와 수신코일(30), (32), (40), (42) 사이의 간격(gap) 변화에 따른 보정값(AGC)을 선택하도록 구성한다.

그리고 도 13에 나타낸 바와 같이, 신호처리기(80)를 상기 한쌍의 수신코일(30), (32), (40), (42)로부터 감지되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환부(ADC)(87)와, 디지털로 변환된 신호를 연산 및 분석하여 보정을 행하고 결과값을 디지털 신호로 출력하는 주제어부(88)와, 상기 주제어부(88)로부터 출력되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 디지털/아날로그 변환부(DAC)(89)를 포함하여 이루어지는 것도 가능하다.

상기 주제어부(88)에서는 상기 한쌍의 수신코일(30), (32), (40), (42)로부터 감지되는 신호(A), (B)를 더하는 가산연산(A+B)과 상기 하나의 수신코일(30), (32)로부터 감지되는 신호(A)에서 다른 하나의 수신코일(40), (42)로부터 감지되는 신호(B)를 감산하는 감산연산(A-B)을 행하고, 상기 가산연산으로부터 얻어진 값(A+B)에 대응하는 보정값(AGC)을 저장된 테이블로부터 읽어들이고, 읽어들인 보정값(AGC)을 감산연산으로부터 얻어진 값(A-B)에 곱하여 보정을 행하고, 보정된 감산연산된 값((A-B)*AGC)을 가산연산된 값(A-B)으로 나누는 제산연산([(A-B)*AGC]/[A+B])을 행한 후 그 값을 출력하도록 이루어진다.

예를 들면 도 14에 나타낸 바와 같이, 측정단계(S10)에서 인덕티브 변위센서의 커플러(50)를 회전 또는 직선이동시킴에 따라 한쌍의 수신코일(30), (32), (40), (42)로부터 감지되는 신호(A), (B)의 변화되는 값을 측정하고, 상기 아날로그/디지털 변환부(ADC)(87)에서 측정된 값의 아날로그신호를 디지털신호로 변환한다(S12).

그리고 가산단계(S20)에서 디지털신호로 변환된 상기 한쌍의 수신코일(30), (32), (40), (42)로부터 감지되는 신호(A), (B)를 서로 더하는 가산을 행하고, 감산단계(S30)에서 디지털신호로 변환된 상기 한쌍의 수신코일 중 하나의 수신코일(30), (32)로부터 감지되는 신호(A)로부터 다른 하나의 수신코일(40), (42)로부터 감지되는 신호(B)를 빼는 감산을 행한다.

또 보정단계(S40)에서는 상기 가산단계(S20)에서 얻은 값(A+B)에 대응하는 보정값(AGC)을 미리 설정된 테이블에서 선택하고(S46), 이 선택된 보정값(AGC)을 상기 감산단계(S30)에서 얻은 값(A-B)에 곱하여 보정한다.

그리고 제산단계(S50)에서 상기 보정단계(S40)에서 보정된 감산값((A-B)*AGC)을 상기 가산단계(S20)에서 얻어진 값(A+B)으로 나누는 제산을 행하고, 제산을 행한 값에 대하여 상기 디지털/아날로그 변환부(DAC)(89)에서 디지털신호를 아날로그신호로 변환한다.

상기 가산단계(S20), 감산단계(S30), 보정값선택단계(S46), 보정단계(S40), 제산단계(S50)는 주제어부(88)에서 수행하도록 구성한다.

상기와 같은 과정을 거쳐서 얻어진 제산연산된 값([(A-B)*AGC]/[A+B])에 기준전압(Vref)을 곱하여 출력하도록 구성하는 것도 가능하다.

상기에서는 본 발명에 따른 인덕티브 변위센서의 수신코일구조, 인덕티브 변위센서 및 인덕티브 변위센서의 갭 보정을 위한 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.

도 1은 종래 인덕티브 앵글센서의 일예를 나타내는 분해 사시도이다.

도 2는 종래 인덕티브 앵글센서의 다른 예를 나타내는 분해 사시도이다.

도 3은 종래 인덕티브 앵글센서를 이용하여 측정한 출력값의 이상적인 상태와 실제 상태를 비교하여 나타내는 그래프이다.

도 4는 본 발명에 따른 인덕티브 변위센서의 수신코일구조의 일실시예에 있어서 여자코일과 수신코일을 나타내는 분해 사시도이다.

도 5는 본 발명에 따른 인덕티브 변위센서의 수신코일구조의 다른 실시예에 있어서 여자코일과 수신코일을 나타내는 분해 사시도이다.

도 6은 본 발명에 따른 인덕티브 변위센서의 수신코일구조의 일실시예를 이용하여 측정한 출력값과 도 2의 종래 인덕티브 앵글센서를 이용하여 측정한 출력값을 비교하여 나타내는 그래프이다.

도 7은 본 발명에 따른 인덕티브 변위센서의 일실시예를 나타내는 회로도이다.

도 8은 본 발명에 따른 인덕티브 변위센서의 일실시예에 있어서 커플러와 수신코일 사이의 간격이 변화함에 따라 가산기와 감산기의 출력값의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 9는 본 발명에 따른 인덕티브 변위센서의 일실시예에 있어서 가변증폭보정기의 일예를 나타내는 회로도이다.

도 10은 본 발명에 따른 인덕티브 변위센서의 일실시예에 있어서 가변증폭보 정기의 다른 예를 나타내는 회로도이다.

도 11은 본 발명에 따른 인덕티브 변위센서의 갭 보정을 위한 신호처리방법의 일실시예를 나타내는 순서도이다.

도 12는 본 발명에 따른 인덕티브 변위센서의 갭 보정을 위한 신호처리방법의 일실시예에 있어서 보정을 행하는 과정을 나타내는 순서도이다.

도 13은 본 발명에 따른 인덕티브 변위센서의 또 다른 실시예를 나타내는 회로도이다.

도 14는 본 발명에 따른 인덕티브 변위센서의 갭 보정을 위한 신호처리방법의 다른 실시예를 나타내는 순서도이다.

Claims

여자코일과 커플러 사이에 설치되고,

중앙 접지선을 공유하면서 상기 커플러가 회전 또는 직선이동함에 따라 서로 차폐되는 면적의 변화가 반대로 증가 또는 감소하도록 양쪽에 대칭형상으로 형성되는 한쌍의 수신코일로 이루어지는 인덕티브 변위센서의 수신코일구조.
청구항 1에 있어서,

여자코일이 원형상으로 권선되는 경우에는 상기 한쌍의 수신코일을 지름방향으로 형성되는 중앙 접지선을 공유하면서 반원형상으로 형성되고 중앙 접지선을 중심으로 서로 선대칭을 이루는 형상으로 형성하는 인덕티브 변위센서의 수신코일구조.
청구항 1에 있어서,

여자코일이 사각형상으로 권선되는 경우에는 상기 한쌍의 수신코일을 대각선방향으로 형성되는 중앙 접지선을 공유하면서 삼각형상으로 형성되고 중앙 접지선의 중앙점을 중심으로 180°회전대칭을 이루는 형상으로 형성하는 인덕티브 변위센서의 수신코일구조.
기판에 설치되고 일정한 궤도를 따라 다수회 권선되며 발진기에 연결되는 여 자코일과,

상기 여자코일로부터 일정한 간격을 두고 설치되며 상기 여자코일의 일부를 차폐하는 형상으로 형성되고 상기 여자코일에 대하여 회전 또는 직선이동하도록 설치되는 커플러와,

상기 커플러와 여자코일 사이에 설치되고 중앙 접지선을 공유하면서 상기 커플러가 회전 또는 직선이동함에 따라 서로 차폐되는 면적의 변화가 반대로 증가 또는 감소하도록 양쪽에 대칭형상으로 형성되는 한쌍의 수신코일과,

상기 한쌍의 수신코일과 연결되고 상기 수신코일로부터 얻어지는 신호를 연산 처리하여 출력하는 신호처리기를 포함하는 인덕티브 변위센서.
청구항 4에 있어서,

상기 여자코일을 원형상으로 권선되는 형상으로 형성하고,

상기 한쌍의 수신코일을 지름방향으로 형성되는 중앙 접지선을 공유하면서 반원형상으로 형성되고 중앙 접지선을 중심으로 서로 선대칭형상으로 형성하는 인덕티브 변위센서.
청구항 4에 있어서,

상기 여자코일을 사각형상으로 권선되는 형상으로 형성하고,

상기 한쌍의 수신코일을 대각선방향으로 형성되는 중앙 접지선을 공유하면서 삼각형상으로 형성되고 중앙 접지선의 중앙점을 중심으로 180°회전대칭형상으로 형성하는 인덕티브 변위센서.
청구항 4 내지 청구항 6 중 어느 한항에 있어서,

상기 신호처리기는 상기 한쌍의 수신코일로부터 감지되는 신호를 더하는 가산기와, 상기 하나의 수신코일로부터 감지되는 신호에서 다른 하나의 수신코일로부터 감지되는 신호를 감산하는 감산기와, 상기 감산기로부터 얻어진 값을 상기 가산기로부터 얻어진 값을 이용하여 보정하는 가변증폭보정기와, 상기 가변증폭보정기를 통하여 보정된 감산기로부터 얻어진 값을 상기 가산기로부터 얻어진 값으로 나누는 제산기를 포함하는 인덕티브 변위센서.
청구항 7에 있어서,

상기 가변증폭보정기를 다단계의 비교기를 이용하여 구성하고,

상기 가변증폭보정기를 상기 가산기로부터 얻어진 값이 비교기의 특정 단계의 값에 근접한 것으로 판단되면 해당되는 보정값을 선택하여 상기 감산기로부터 얻어진 값에 곱하여 보정하도록 구성하는 인덕티브 변위센서.
청구항 7에 있어서,

상기 가변증폭보정기를 전계효과트랜지스터를 이용하여 구성하고,

상기 가변증폭보정기를 상기 전계효과트랜지스터를 이용하여 상기 가산기로부터 얻어지는 값의 변화를 피드백시켜 그 값에 대응하는 보정값을 상기 감산기로 부터 얻어지는 값에 곱하여 보정하도록 구성하는 인덕티브 변위센서.
청구항 4 내지 청구항 6 중 어느 한항에 있어서,

상기 신호처리기는 상기 한쌍의 수신코일로부터 감지되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환부와, 디지털로 변환된 신호를 연산 및 분석하여 보정을 행하고 결과값을 디지털 신호로 출력하는 주제어부와, 상기 주제어부로부터 출력되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 디지털/아날로그 변환부를 포함하는 인덕티브 변위센서.
청구항 10에 있어서,

상기 주제어부는 상기 한쌍의 수신코일로부터 감지되는 신호를 더하는 가산연산과 상기 하나의 수신코일로부터 감지되는 신호에서 다른 하나의 수신코일로부터 감지되는 신호를 감산하는 감산연산을 행하고, 상기 가산연산으로부터 얻어진 값에 대응하는 보정값을 저장된 테이블로부터 읽어들이고, 읽어들인 보정값을 감산연산으로부터 얻어진 값에 곱하여 보정을 행하고, 보정된 감산연산된 값을 가산연산된 값으로 나누는 제산연산을 행한 후 그 값을 출력하도록 이루어지는 인덕티브 변위센서.
청구항 4 내지 청구항 11에 기재된 인덕티브 변위센서의 커플러를 회전 또는 직선이동시킴에 따라 변화하는 한쌍의 수신코일로부터 감지되는 신호를 서로 더하 는 가산단계와, 한쌍의 수신코일 중 하나의 수신코일로부터 감지되는 신호로부터 다른 하나의 수신코일로부터 감지되는 신호를 빼는 감산단계와, 상기 감산단계에서 얻은 값을 상기 가산단계에서 얻은 값을 이용하여 보정하는 보정단계와, 상기 보정단계에서 보정된 감산값을 상기 가산단계에서 얻어진 값으로 나누는 제산단계를 포함하는 인덕티브 변위센서의 갭 보정을 위한 신호처리방법.
청구항 12에 있어서,

상기 보정단계는 상기 가산단계에서 얻은 값을 다양한 단계의 비교값과 대비하여 대응되는 비교값을 선택하는 비교선택단계와, 선택된 비교값에 따른 보정값을 선택하여 상기 감산단계에서 얻은 값에 곱하여 보정하는 승산단계를 포함하는 인덕티브 변위센서의 갭 보정을 위한 신호처리방법.
청구항 12에 있어서,

상기 보정단계는 상기 가산단계에서 얻은 값의 변화를 피드백시켜 상기 감산단계에서 얻은 값에 곱하여 보정하는 과정으로 이루어지는 인덕티브 변위센서의 갭 보정을 위한 신호처리방법.
청구항 12에 있어서,

상기 보정단계는 상기 가산단계에서 얻은 값에 대응하는 보정값을 미리 설정된 테이블에서 선택하여 상기 감산단계에서 얻은 값에 곱하여 보정하는 과정으로 이루어지는 인덕티브 변위센서의 갭 보정을 위한 신호처리방법.