KR20130100751A - 근접도 센서 및 전기적으로 전도성인 바디에 대한 근접도를 결정하기 위한 방법 - Google Patents

근접도 센서 및 전기적으로 전도성인 바디에 대한 근접도를 결정하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기적으로 전도성인 바디(18)에 대한 근접도를 결정하기 위한 근접도 센서(36) 및 방법에 관한 것이다. 이 목적을 달성하기 위해, 전송 장치(12)에 의해, 교번하는 자계(16)가 선택된 주파수(33)에서 전송되고, 교번하는 자계(20)가 수신 장치(14)에 의해 등록된다. 또한, 선택된 주파수(33)를 포함하는 미리 정의된 주파수 대역 밖에 있고 미리 정의된 문턱값보다 높은 진폭값을 갖는 등록된 교번하는 자계(20)의 주파수들이 검출 수단(40)에 의해 검출된다. 제어 로직(41)에서, 블록 회로에 의해, 검출된 주파수(45)를 포함하는 미리 정의된 주파수 대역 또는 각각의 경우에서 검출된 주파수들 중 하나를 포함하는 복수의 미리 정의된 주파수 대역들의 주파수들이 차단되는 주파수들로서 정의된다. 또한, 이하 각각의 선택된 주파수의 이어지는 주파수(35)로서 표시되는, 각각의 선택된 주파수(33)에 이어지며 선택된 주파수 및 차단되는 주파수들과 상이한 주파수가 선택 제어기에서 정의된다. 제어 로직의 시간 제어에 의해, 선택된 주파수의 이어지는 주파수(35)는 선택된 시간 윈도우(34) 바로 이후에, 또는 연대적으로 떨어진 새로운 시간 윈도우(34) 동안 새롭게 선택된 주파수(33)로서 연속적으로 선택된다.

Description

근접도 센서 및 전기적으로 전도성인 바디에 대한 근접도를 결정하기 위한 방법{PROXIMITY SENSOR AND METHOD FOR DETERMINING THE PROXIMITY TO AN ELECTRICALLY CONDUCTIVE BODY}
본 발명은 청구항 1에 따른 전기적으로 전도성인 바디에 대한 근접도를 결정하기 위한 근접도 센서 및 청구항 9에 따라 전기적으로 전도성인 바디에 대한 근접도를 결정하기 위한 방법에 관한 것이다.
근접도 센서들은 종래에는 전기적으로 전도성인 바디에 대한 근접도를 결정하기 위해 이용되며, 상기 근접도 센서들은 발진 회로를 구비한 전송 장치(transmitting arrangement)를 갖는다. 선택된 미리 정의된 주파수에서의 전기 발진은 발진 회로에 의해 생성된다. 전기 발진은 결국, 발진 회로의 코일에 의해 전송되고 전기 발진과 동일한 주파수를 갖는 교번하는 자계(alternating magnetic field)를 생성한다. 전송된 교번하는 자계는 근접도 센서로부터 전파되고, 전기적으로 전도성인 바디가 전송된 교번하는 자계의 영역에 배치되는 경우, 상기 전기적으로 전도성인 바디에 부딪(hit)친다. 맴돌이 전류(eddy current)로서 또한 알려진 전류는 전송된 교번하는 자계에 의해 전기적으로 전도성인 바디에서 생성된다. 상기 맴돌이 전류는 전송된 교번하는 자계와 동일한 주파수를 갖는 교번하는 자계를 발생시킨다.
이러한 근접도 센서들은 또한 교번하는 자계가 등록(register)되는 수신 장치(receiving arrangement)를 갖는다. 특히, 전기적으로 전도성인 바디로부터 역으로(back) 전송된 교번하는 자계는 상기 수신 장치에 의해 등록된다. 전송된 교번하는 자계와 등록된 교번하는 자계를 비교함으로써, 예를 들어, 그의 최대 진폭들 및/또는 그의 위상 시프트를 비교함으로써, 근접도 센서에 대한 전기적으로 전도성인 바디의 근접도 정도 및/또는 근접도가 결정될 수 있다.
그러나 근접도를 결정할 때, 거짓 값들은 간섭하는 교번하는 자계들이 수신 장치의 영역에 존재할 때, 특히 전송된 교번하는 자계들의 각각의 전송된 주파수와 동일한 주파수에 있을 때 발생한다. 상기 간섭하는 교번하는 자계들은 예를 들어, 전기 모터들 또는 부근에 존재하는 다른 간섭하는 디바이스들의 결과로서 발생할 수 있다.
본 발명의 목적은 이에 따라 간섭하는 교번하는 자계들과 무관하게, 근접도가 신뢰할 수 있게 결정되도록 허용하는, 전기적으로 전도성인 바디에 대한 근접도를 결정하기 위한 방법 및 근접도 센서를 발견하는 것이다.
본 발명은 청구항 1에 따라 전기적으로 전도성인 바디에 대한 근접도를 결정하기 위한 근접도 센서 및 청구항 9에 따라 전기적으로 전도성인 바디에 대한 근접도를 결정하기 위한 방법에 의해 상기 목적을 달성한다.
이를 위해, 근접도를 결정하기 위한 본 발명에 따른 근접도 센서는 교번하는 자계가 전송되는 전송 장치를 포함한다. 이 경우의 교번하는 자계는 선택된 주파수에 대응하는 주파수를 갖는다. 연대순으로, 주파수는 미리 결정된 및/또는 미리 정의된 시간 윈도우 동안 각각의 경우에 전송되며, 상기 주파수는 현재 선택된 주파수의 현재 시간 윈도우의 시간들에 대응한다.
교번하는 자계는 자계에 대응하며, 그의 필드 세기는 미리 정의된 주파수에서 일시적으로 변한다. 이 경우, 음과 양의 최대치들 사이에서 변동하는 변하는 필드 세기가 가능하며, 그의 필드 라인들은 이에 따라 반대 방향들로 주기적으로 연장한다. 양의 최소치들 및 최대치들 또는 음의 최소치들 및 최대치들 사이에서 변동하는 변하는 필드 세기가 또한 가능하다. 또한, 본 발명은 교번하는 자계를 등록하기 위한 수신 장치를 포함한다. 상기 수신 장치는 예를 들어, 발진 회로이며, 등록된 교번하는 자계에 의해 생성된 발진 회로의 전기 발진이 측정된다.
본 발명에 따라, 근접도 센서는 검출 수단을 포함하고, 이 검출 수단에 의해, 등록된 교번하는 자계의 하나 이상의 주파수들은, 상기 주파수들이 선택된 주파수를 갖는 미리 정의된 주파수 대역 밖에 있고 미리 정의된 문턱값 보다 높은 진폭값을 가질 때 선택 및/또는 검출된다.
그러므로 등록된 교번하는 자계에서 발생하는 개별 주파수들은 초기에 검출 수단에 의해 고려될 수 있다. 이를 위해, 예를 들어, 교번하는 자계로부터의 전기 신호가 생성되고, 증폭되고 및/또는 혼합 및 예를 들어, 푸리에 변환에 의해 스펙트럼 범위로 변환된다. 따라서 선택된 전송된 주파수의 주파수 라인에 대응하지 않거나, 또는 미리 정의된 범위 즉, 선택된 전송된 주파수의 주파수 라인 주위의 미리 정의된 주파수 대역 내에 있지 않고 각각의 경우에 미리 정의된 문턱값보다 높은 진폭을 부가적으로 갖는 스펙트럼 범위의 모든 주파수 라인들이 검출된다. 상기 검출된 주파수들은 이어서 제어 로직의 차단 회로에 전달된다.
검출된 주파수의 경우에, 검출된 주파수를 갖는 미리 정의된 주파수 대역에 있는 주파수들은 차단 회로에 의해 차단되는 주파수들로서 정의된다. "미리 정의된 주파수 대역"은 예를 들어, 대역폭에서 및/또는 평균 주파수에 상대적으로 - 각각의 검출된 주파수에 상대적으로 정의되는 주파수 대역을 의미한다. 복수의 검출된 주파수들의 경우에, 각각의 경우에 검출된 주파수들 중 적어도 하나를 갖는, 각각의 경우에 복수의 미리 정의된 주파수 대역들 중 하나 내에 있는 주파수들이 차단되는 주파수들로서 정의된다. 상기 차단되는 주파수들은 미리 정의된 시구간 동안 차단되는 주파수들로서 차단 회로에 의해 정의된다.
제어 로직은 또한 선택 제어기를 갖는다. 근접도를 결정할 때, 선택 제어기는 각각의 현재 선택된 주파수에 이어지는 하나의 각각의 주파수의 연속적이고 반복되는 정의(defining)를 하도록 역할한다. 각각의 현재 선택된 주파수에 이어지는 상기 주파수는 현재 선택된 주파수의 이어지는 주파수로서 표시된다. 이 경우에, 이어지는 주파수는, 상기 주파수가 이어지는 주파수에 선행하는 선택된 주파수와 상이하도록 정의된다. 또한, 이어지는 주파수는 상기 주파수가 그 시간에 차단된 주파수와 상이하도록 선택 및/또는 정의된다. 그러므로 현재 선택된 주파수의 이어지는 주파수를 정의할 때, 각각의 현재 선택된 주파수는 물론 차단되는 주파수들도 배제된다.
시간 제어시에, 현재 선택된 주파수의 이어지는 주파수는 새롭게 선택된 주파수로서 연속적으로 선택되어서, 연속적인 시간 윈도우들에서, 계속 가변 가능하며 차단되는 주파수들 중 하나에 대응하지 않는 주파수들이 선택된다. 따라서 이어지는 주파수는 현재 시간 윈도우로부터 연대순으로 떨어져 있거나 바로 이후에 이어지는 현재 시간 윈도우에 이어지는 시간 윈도우 동안 선택된다.
본 발명은 전기적으로 전도성인 바디에 대한 근접도를 결정하기 위한 방법을 더 포함한다. 방법에서, 교번하는 자계가 전송 단계에서 선택된 주파수로 전송되고, 수신 단계에서, 교번하는 자계가 등록된다. 검출 단계에서, 선택된 주파수를 갖는 미리 정의된 주파수 대역 밖에 있고 미리 정의된 문턱값보다 높은 진폭값을 갖는 검출된 교번하는 자계의 하나 이상의 주파수들이 검출된다.
검출 단계에서 검출된 주파수들은 제어 단계의 차단 단계에서 추가로 프로세싱된다. 차단 단계에서, 검출된 주파수를 갖는 미리 정의된 주파수 대역 또는 각각의 경우에서 검출된 주파수들 중 적어도 하나를 갖는 복수의 미리 정의된 주파수 대역들의 주파수들은 차단되는 주파수들로서 미리 정의된 시구간 동안 정의된다. 제어 단계의 선택 단계에서, 각각의 현재 선택된 주파수의 이어지는 주파수로서 표시되는, 현재 선택된 주파수에 이어지고 각각의 현재 선택된 주파수와 상이한 주파수가 연속적으로 선택된다. 이어지는 주파수를 선택 및/또는 정의할 때, 차단되는 주파수들이 배제된다.
제어 단계의 시간 제어 단계에서, 현재 선택된 주파수의 이어지는 주파수는 새롭게 선택된 주파수로서 연속적으로, 즉 시간이 지남에 따라 반복적으로 정의되고 및/또는 선택된다. 이어지는 주파수는 현재 시간 윈도우로부터 연대순으로 떨어지거나 바로 이후에 이어지는 후속의 새로운 시간 윈도우에 대한 선택된 주파수로서 선택된다.
본 발명의 결과로서, 전기적으로 전도성인 바디에 대한 근접도를 결정하는 것은, 간섭하는 교번하는 자계들이 수신 장치에 의해 등록될 때조차도 가능하다. 이는 검출 수단에 의해 검출되고 차단 회로에 의해 차단되는 주파수들에 의해 선택된 주파수가 간섭하는 교번하는 자계의 주파수들과 항상 상이하기 때문에 가능하다.
근접도 센서의 실시예에 따라, 전송 장치는 적어도 하나의 코일 및 각각의 경우에 스위치들에 의해, 서로 임의의 조합으로 병렬로 연결될 수 있는 복수의 커패시터들을 포함하는 발진 회로를 갖는다. 발진 회로는 선택된 주파수에서의 전기 발진 및 발진으로부터 발생하는 동일한 주파수의 교번하는 자계를 생성하도록 역할한다. 이 제어 로직은 스위치들을 작동하기 위한 작동 수단을 더 포함한다. 스위치들을 작동함으로써, 발진 회로의 전체 용량은 변하고, 이에 따라 전기 발진의 주파수가 전환된다.
방법의 일 실시예에 따라, 전송 단계에서, 전기 발진은 발진 회로에 의해 선택된 주파수에서 생성되고 전기 발진으로부터 발생하는 교번하는 자계는 동일한 주파수에서 생성된다. 제어 단계의 작동 단계로 발진 회로의 스위치들을 스위칭함으로써 전기 발진의 주파수가 전환된다.
추가의 실시예에 따라, 발진 회로는 발진 회로에서 발진을 조장 및 유지하기 위해 그리고 예를 들어, 진폭을 일정하게 유지함으로써 발진의 진폭을 제어하기 위해 제어 전압 소스 또는 전류 소스, 예를 들어, 발진 회로에 연결된 DC 전압 회로를 갖는다.
이러한 발진 회로는 시간 윈도우에서 실질적으로 일정하고 스위치들을 스위칭함으로써 여전히 또한 변동되게 할 수 있는 주파수에서 전기 발진이 생성되도록 허용한다.
추가의 실시예에 따라, 전송 장치는 발진 회로에서 에너지 분포를 측정 및/또는 등록하기 위한 적어도 하나의 센서를 갖는다. 이를 위해, 예를 들어, 코일에 의해 생성되는 자계의 자계 세기 및/또는 전압이 커패시터들을 통해 측정 및/또는 등록된다. 또한, 작동 수단은 코일에서 측정되는 최대 에너지의 범위 내에 있거나 최대 에너지의 경우에만 스위치들을 전환하도록 구성된다.
방법의 일 실시예에 따라, 전송 단계에서, 발진 회로 내의 에너지 분포가 센서에 의해 측정되고, 작동 단계에서, 스위치들은 발진 회로의 에너지 분포에 의존하여 전환된다.
전체 에너지 및/또는 실질적으로 전체 에너지가 코일에 존재하는 경우에는 스위치들을 스위칭함으로써, 부하 없이 스위치들을 전환하는 것이 가능하다. 그 결과, 전기 발진 및 결과적인 교번하는 자계의 에너지 손실 및 위상 시프트들이 방지된다. 그러므로 전반적으로, 발진의 주파수를 변동시킴에도 불구하고 발진 회로에서 발진을 유지하기 위해 더 낮은 에너지 소비가 필요로 된다.
추가의 실시예에 따라, 근접도 센서는 선택된 주파수의 진폭, 선택된 주파수로부터 유도된 주파수, 선택된 주파수의 엔벨로프, 또는 선택된 주파수로부터 유도되는 등록된 교번하는 자계의 주파수의 엔벨로프를 모니터링하기 위한 진폭 모니터링 회로를 갖는 평가 회로를 갖는다. 근접도 센서의 평가 단계에서, 선택된 주파수의 진폭, 선택된 주파수로부터 유도된 주파수, 선택된 주파수의 엔벨로프 또는 선택된 주파수로부터 유도된 등록된 교번하는 자계의 주파수의 엔벨로프가 평가 단계의 진폭 모니터링 단계에서 모니터링된다.
진폭 모니터링 회로에 의해, 예를 들어, 진폭 값들 및/또는 모니터링된 진폭의 값들 예를 들어, 등록된 교번하는 자계의 선택된 주파수의 엔벨로프를 선택된 표에 저장된 값들과 비교함으로써 - 전송된 교번하는 자계의 선택된 주파수의 진폭을 고려함으로써 -, 전기적으로 전도성인 바디에 대한 근접도의 정도가 결정된다. 이러한 표들은 이 경우에, 예를 들어, 전기적으로 전도성인 바디쪽으로 근접도 센서의 이동의 기하학적 경로들에 따라 및/또는 전기적으로 전도성인 바디의 형상 및 크기 및 물질에 따라 미리 결정되고, 그 후 근접도를 결정할 때 구체적으로 선택된다. 대안적으로 또는 부가적으로, 예를 들어, 등록된 교번하는 자계의 선택된 주파수의 엔벨로프와 같이, 최대 모니터링된 진폭의 범위 내에 있거나 또는 최대 모니터링된 진폭에서 전기적으로 전도성인 바디를 지나가는 근접도 센서에 의해, 전기적으로 전도성인 바디로부터의 최단 거리가 결정 및/또는 등록되거나, 또는 검출된다.
추가의 실시예에 따라, 평가 회로는 위상 모니터링 회로를 가지며 및/또는 평가 단계에서, 위상은 위상 모니터링 단계에 의해 모니터링된다. 보다 구체적으로, 위상 모니터링 회로 및/또는 위상 모니터링 단계에 의해, 선택된 주파수의 위상, 선택된 주파수로부터 유도된 주파수, 선택된 주파수의 엔벨로프, 또는 선택된 주파수로부터 유도된 등록된 교번하는 자계의 주파수의 엔벨로프가 유도된다. 모니터링된 위상들의 위상 시프트들은 이어서 모니터링된 위상이 연대적인 기한(chronological term)들 내에 제 2 문턱값에 의해 미리 결정된 것보다 더 빨리 변경될 때 식별된다. "더 빠른" 위상 변화 및/또는 위상 시프트의 경우에, 근접도, 즉 근접도의 특유의 정도를 결정할 때 등록된 값들이 거절되거나 무효한 것으로서 식별된다.
위상 모니터링 회로에 의해, 검출 수단에도 불구하고, 선택된 주파수의 주파수 범위에서 "경고 없이" 발생하는 간섭하는 교번하는 자계를 식별하는 것이 가능한데, 그 이유는 경고 없이 발생하는 이러한 교번하는 자계들은 일반적으로 전송된 교번하는 자계와 상이한 위상을 갖기 때문이다.
추가의 실시예에 따라, 평가 회로는 주파수 혼합기를 갖고 및/또는 평가 단계는 주파수 혼합 단계를 갖는다. 주파수 혼합기에 의해 및/또는 주파수 혼합 단계에서, 등록된 및 전송된 교번하는 자계로부터 생성된 전기 신호들은 전기 신호들이 예를 들어, 위상 모니터링 회로 및/또는 진폭 모니터링 회로에 공급되기 이전에 곱셈적으로(multiplicatively) 혼합된다.
이러한 혼합으로 인해, 위상 모니터링 회로 및 진폭 모니터링 회로에 대해 각각의 경우에서 고유하기 미리 정의되는 대역통과들(bandpasses)을 통해 평가 회로에서 및/또는 평가 단계에서 혼합된 신호를 필터링하는 것이 가능하다. 따라서 변하는 선택된 주파수들의 결과로서 주파수 범위에서 대역 통과들을 시프트할 필요가 없다.
추가의 실시예에 따라, 근접도 센서는 메모리 회로 및 예측 회로를 갖는다. 검출된 주파수의 시간 곡선은 메모리 회로에 의해 저장된다. 미래에 발생할 가능성이 높은 간섭하는 주파수들은 이에 따라 예측 회로에 의해 상기 시간 곡선으로부터 예측된다. 상기 예측된 주파수들은 이어서 추가의 검출된 주파수들로서 제어 로직의 차단 회로에 공급된다. 이에 따라, 방법의 일 실시예에서, 저장 단계에서, 검출된 주파수들의 시간 곡선이 저장되고 추가의 검출된 주파수들로서 차단 단계에서 차후에 공급되는 주파수들은 예측 단계에서 미리 결정된다.
메모리 회로 및 예측 회로 및/또는 메모리 단계 및 예측 단계에 의해, 간섭하는 교번하는 자계들의 잠재적으로 간섭하는 주파수들을 미리 예측하고 이들 주파수들에서 교번하는 자계의 전송을 방지하는 것이 주파수에 대해 일시적으로 변하는 간섭하는 교번하는 자계들에서 가능하다.
추가의 실시예에 따라, 근접도 센서는 보정 회로를 가지며, 이 보정 회로에 의해 근접도를 평가할 때 결정된 값들이 검출된 주파수들의 지식을 이용하여 보정된다. 보정 회로에 의해, 예를 들어, 진폭 또는 위상의 값들이 검출된 주파수들에 의해 영향을 받을 때 평가 회로에서 상기 값들을 보정하는 것이 가능하다.
추가의 유리한 실시예들은 종속-청구항들은 물론, 도면들을 참조하여 보다 상세히 기술되는 예시적인 실시예들로부터 밝혀진다.
도 1은 본 발명에 따른 근접도 센서의 예시적인 실시예를 포함하는 선박을 도시하는 도면.
도 2는 전송 장치의 발진 회로를 도시하는 도면.
도 3은 근접도 센서의 제어 로직에서 발생하며 예로서 도시되는 연대적 시퀀스를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 전송 장치의 발진 회로의 예시적인 실시예에서 전기 발진의 진폭의 시간 곡선의 상세를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 근접도 센서의 예시적인 실시예의 개략적인 레이아웃을 도시하는 도면.
도 6은 평가 회로의 예시적인 실시예를 도시하는 도면.
도 7은 본 발명에 따른 방법의 예시적인 실시예의 흐름도.
도 8은 전송된 교번하는 자계는 물론 간섭하는 교번하는 자계의 주파수의 시간 곡선을 도시하는 도면.
도 1은 수중 운송수단(10)에 배열되는 본 발명에 따른 근접도 센서의 예시적인 실시예를 도시한다. 예를 들어, 어뢰(torpedo)인 수중 운송수단(10)은 후면 영역에 전송 장치(12)를 그리고 전면 영역에 수신 장치(14)를 갖는다. 전송 장치(12)는 선박의 길이 방향으로 배열되는 코일에 의해 표현되고, 수신 장치(14)는 수중 운송수단(10)의 횡 방향으로 그리고 수직 방향으로 배열되는 것으로 도시된다. 교번하는 자계(16)는 전송 장치(12)에 의해 전송되고, 이 경우에, 상기 교번하는 자계는 예를 들어, 필드 라인들(field lines)에 의해 표현된다. 전송된 교번하는 자계(16)는, 이 경우에 수상함으로서 도시되는 전기적으로 전도성인 바디(18)에 부딪친다. 전기적으로 전도성인 바디(18)에서, 이 경우에, 수상함의 외피에서, 맴돌이 전류들은 전송된 교번하는 자계(16)에 의해 생성되고, 결국 교번하는 자계를 생성한다. 전기적으로 전도성인 바디(18)에서 생성된 교번하는 자계(20)는 수중 운송수단(10)의 수신 장치(14)에 의해 등록된다.
도 2는 전송 장치(12)의 예시적인 실시예의 발진 회로(21)를 도시한다. 발진 회로(21)는 코일(22), 3개의 커패시터들(24a 내지 24c), 3개의 스위치들(26a 내지 26c), 센서(27) 및 제어 전압 소스(28)를 갖는다. 예를 들어, 클로킹된(clocked) DC 전압 회로 또는 제어된 교번하는 전압 소스인 제어 전압 소스(28)는 전기 발진으로 전송 장치(12)의 발진 회로(21)를 세팅하고 미리 정의된 진폭 곡선을 갖는 상기 발진을 유지한다. 또한, 전압 소스(28) 대신, 제어된 전류 소스가 또한 가능하다.
스위치들(26a 내지 26c)을 스위칭함으로써, 전기 발진의 주파수가 조정될 수 있다. 이를 위해, 스위치들(26a 내지 26c)은 서로 독립적으로 또는 임의의 조합으로 개방되거나 폐쇄될 수 있다. 도 2의 본 예시적인 실시예에서, 스위치들(26a)은 폐쇄되고, 스위치들(26b 및 26c)은 개방된다. 또한, 도 2에서, 3개의 스위치들(26a 내지 26c) 및 커패시터들(24a 내지 24c)이 도시되며, 여기서 대안적인 구성의 발진 회로(21)는 3개의 스위치들(26a 내지 26c) 및 커패시터들(24a 내지 24c)보다 많은 또는 더 적은 스위치들 및 커패시터들을 갖는다.
이 경우에, 센서(27)는 커패시터들의 병렬 회로를 통해 인가되는 전압(Uc)을 등록하기 위한 전압계(voltage meter)로서 구성된다. 센서(27)의 목적은 발진 회로(21)의 에너지 분포, 즉 발진의 현재 상태를 결정하는 것이다. 그러므로 추가의 예시적인 실시예에 따라, 코일에서의 자계 또는 커패시터(들)에서의 전계의 필드 세기를 결정하는 하나의 센서(27)가 이용되는 것이 또한 가능하다. 스위치들(26a 내지 26c)은 도시되지 않은 작동 수단에 의해 작동된다.
도 3은 근접도 센서의 제어 로직, 특히 제어 로직의 시간 제어에서 발생하는, 예로서 도시되는, 선택된 주파수로서 주파수의 선택의 시퀀스를 도시한다. 이를 위해, 포인터(30) 및 시간 축(31)은 물론 주파수들(f1 및 f2)이 도시된다. 포인터(30)는 시간과 더불어, 즉 시간 축(31)의 방향(32)으로, 시간의 경과(passage)에 따라 이동하고, 이에 따라 항상 주파수를 포인팅한다. 도시된 시간에서, 포인터(30)는 주파수(f1)를 포인팅하고, 이는 이에 따라, 동시에 선택된 주파수(33)로서 선택된다. 시간 윈도우(34a), 즉 시구간의 지속기간을 통해 시간이 지남에 따라, 주파수(f1)는 선택된 주파수(33)로서 선택된다. 시간 윈도우(34a)를 통한 시간의 경과 이후에, 이전의 현재 선택된 주파수(34)의 이어지는 주파수(35)로서 표시되는 후속 주파수(f2)는 현재 시간 윈도우(34a)에 이어지는 시간 윈도우(34b) 동안 새롭게 선택된 주파수(33)로서 선택된다. 특정한 예시적인 실시예에 따라, 모든 시간 윈도우들(34a, 34b)의 지속기간은 길이가 동일하다. 도 3에서, 서로 이어지는 시간 윈도우(34a, 34b)는 연대순으로 도시되며, 여기서, 추가의 예시적인 실시예에 따라, 시간 윈도우(34a, 34b)는 연대순으로 떨어져 있다.
이어지는 주파수(35)의 정의 및 하나의 각각의 시간 윈도우(34) 동안 선택된 주파수(33)로서 주파수들의 선택은 제어 로직에서 수행되며, 여기서 상기 제어 로직의 작동 수단을 이용함으로써, 예를 들어, 도 2에서 도시된 바와 같이 발진 회로(21)의 스위치들(26a 내지 26c)이 작동된다. 이러한 작동에 의해, 교번하는 자계(16)가 주파수에서 전달되며, 여기서 상기 주파수는 현재 전송 시간에 선택된 주파수(33)에 대응한다.
도 4는 발진 회로(21)의 전압(Uc)의 시간 곡선의 상세를 도시한다. 전압(Uc)의 시간 곡선은 발진 회로(21)에서 전기 발진의 주파수에 대응하는 주파수를 갖는다. 시간 곡선의 0 교차(zero crossing)들(36)에서, 발진 회로(21)의 코일(22)의 발진 회로(21)의 총 에너지는 최대 필드 세기 및/또는 진폭으로 전계의 형태로 저장된다. 그러므로 상기 0 교차들(36)에서, 스위치들(26a 내지 26c)은 바람직하게는, 발진 회로(21)의 전기 발진의 주파수를 변경하기 위해 전환된다. 상기 0 교차들(36) 이후에, 커패시터들(24a 내지 24c)을 스위치들(26a 내지 26c)에 연결 또는 단절함으로써, 어떠한 전압도 커패시터들(24a 내지 24c)에 인가되지 않는데, 즉, 어떠한 에너지도 커패시터들(24a 내지 24c)에 전계의 형태로 저장되지 않고, 어떠한 위상 시프트도 전기 발진에서 발생하지 않는다. 이는 전환 이전에 주파수(f1)를 갖는 전기 발진이 전환 시간(37)의 전환 이후에 주파수(f2)를 갖도록, 스위치들(26a 내지 26c)이 전환되는 전환 시간(37)에 의해 도 4에서 예로서 도시된다.
도 5에서, 근접도 센서(38)의 예시적인 실시예의 개략적인 레이아웃이 도시된다. 근접도 센서(38)는 교번하는 자계(20)가 등록되는 수신 장치(14)를 갖는다. 예를 들어, 전기 신호로 변환됨으로써 처리된 이후 등록된 교번하는 자계(20)가 평가 회로(39)에 공급된다. 또한, 전기 신호는 검출 수단(40)에도 공급된다. 근접도 센서(38)는 부가적으로 주파수들이 선택된 주파수들(33)로서 선택되고, 이어지는 주파수들(35)이 각각의 경우에서 각각의 선택된 주파수(33)에 대해 정의되는 제어 로직(41)을 포함한다. 제어 로직(41)에서 현재 선택된 주파수(33)는 평가 회로(39)는 물론 검출 수단(40)에 공급된다.
평가 회로(39)에서, 선택된 주파수(33)로부터 유도된 주파수의, 선택된 주파수(33)의 진폭 및/또는 위상, 선택된 주파수(33)의 엔벨로프(envelope) 또는 선택된 주파수(33)로부터 유도된 등록된 교번하는 자계(20)의 주파수의 엔벨로프가 모니터링되고, 전기적으로 전도성인 바디(18)에 대한 근접도의 정도 및/또는 근접도가 이로부터 결정된다. 또한, 전기적으로 전도성인 바디(18)에 대한 근접도의 값 및/또는 근접도의 정도를 결정하기 위해, 예를 들어, 전송된 교번하는 자계(16)의 선택된 주파수(33)는 물론, 등록된 교번하는 자계(20)의 모니터링된 주파수의 진폭 및/또는 위상의 비교를 이용하는 것이 또한 가능하다. 근접도 정도 및/또는 근접도는 이어서 예를 들어, 디스플레이로서 구성되는 인터페이스(44)에 의해 디스플레이된다. 추가의 예시적인 실시예에 따라, 여기서 도시되지 않은 트리거링 디바이스를 인터페이스(44)에 연결하는 것이 가능하며, 상기 트리거링 디바이스에 의해, 이벤트는 미리 정의된, 예를 들어, 최대의 근접도의 경우에 트리거링된다.
검출 수단(40)에서, 선택된 주파수(33)를 이용하여, 그리고 검출된 교번하는 자계(20)의 주파수들 및/또는 주파수 컴포넌트들을 이용하여, 전송된 교번하는 자계(16)의 주파수, 즉 선택된 주파수(33)에 대응하지 않고 각각의 경우에, 미리 정의된 문턱값보다 높은 진폭을 갖는 주파수들이 결정 및/또는 검출된다. 이들 검출된 주파수들(45)은 한편으로는, 검출된 주파수들의 시간 곡선을 저장하는 메모리 회로에, 그리고 다른 한편으로는 도시되지 않은 제어 로직(41)의 차단 회로에 공급된다.
검출된 주파수들(45) 또는 미리 정의된 대역의 주파수들은 제어 로직(41)의 차단 회로에 의해, 각각의 경우에, 차단된 주파수들로서 검출된 주파수들(45) 중 하나씩 세팅 및/또는 정의되고, 선택된 주파수(33)에 이어지는 적어도 하나의 이어지는 주파수(35)를 정의할 때 배제된다.
검출된 주파수들(45)은 메모리 회로(46)에 저장되고, 시구간에 걸쳐서 검출된 주파수들(47)을 저장함으로써 획득된 시간 곡선은 예측 회로(50)에 공급된다. 예측 회로(50)에서, 추가의 주파수들(48)은 검출된 주파수들(47)의 시간 곡선을 이용하여 예측된다. 이들 추가의 주파수들(48)은 또한 제어 로직(41)의 차단 회로에 공급되고, 이를 검출된 주파수들(45)로서 처리하는데, 다시 말해, 차단되는 주파수들이 정의된다.
또한, 제어 로직(41)의 작동 수단(도시되지 않음)에 의해, 전송 장치(12), 특히, 전송 장치의 스위치들(26a 내지 26c)은 전송 장치(12)가 선택된 주파수(33)로 교번하는 자계를 전송하도록 제어 로직(51)에 의해 작동된다.
도 6은 인터페이스(44)를 갖는 평가 회로의 유리한 예시적인 실시예를 도시한다. 평가 회로(39)는 혼합기 및/또는 주파수 혼합기(52)를 갖는다. 등록된 교번하는 자계(20) 및/또는 등록된 교번하는 자계(20)로부터 유도되는 전기 신호는 주파수 혼합기(52)에 공급된다. 또한, 선택된 주파수(33) 및/또는 선택된 주파수(33)로부터 유도되는 전기 신호는 주파수 혼합기(52)에 공급된다. 2개의 신호들이 주파수 혼합기(52)에서 곱셈적으로(multiplicatively) 혼합된다. 혼합의 결과는 혼합된 신호(53)이며, 이 혼합된 신호(53)는 한편으로는 진폭 모니터링 회로(54)에, 그리고 다른 한편으로는 위상 모니터링 회로(56)에 공급된다.
진폭 모니터링 회로(54) 및 위상 모니터링 회로(56)에서, 혼합된 신호(53)는 대역 통과 필터에 의해 각각의 경우에서 필터링된다. 진폭 모니터링 회로(54)에서, 예를 들어, 진폭들만을 모니터링할 때 혼합 이후의 모니터링의 시간 윈도우에서 선택된 주파수(33)에 대응하는 주파수만이 고려되도록 좁은 대역으로 이루어진 대역통과 필터가 선택된다. 그러나 위상 모니터링 회로(56)에서, 대역통과 필터는 예를 들어, 진폭 모니터링 회로(54)에 비해 더 넓게 되도록 선택되어서, 혼합 이후 모니터링의 시간 윈도우에서 선택된 주파수에 대응하는 주파수보다 더 "높은" 또는 "낮은" 미리 정의된 주파수에 있는 주파수들의 위상들이 또한 고려된다.
진폭 모니터링 회로(54)에서, 상기 혼합된 주파수의 진폭 또는 상기 주파수의 엔벨로프가 모니터링되고, 예를 들어, 특유의 진폭 값에 도달할 때, 및/또는 예를 들어, 최대 진폭에 도달할 때, 트리거 임펄스가 인터페이스(44)에 전송된다. 위상 모니터링 회로(46)에서, 혼합된 주파수의 위상 또는 상기 주파수의 엔벨로프가 모니터링되고 추가의 미리 정의된 문턱값에 의해 미리 결정된 것보다 더 빨리 일시적으로 변하는 위상의 경우에, 신호가 또한 인터페이스(44)에 전송되어서, 인터페이스에 연결된 트리거링 디바이스(도시되지 않음)는 위상 모니터링 회로(46)의 신호가 동일한 시간 범위에서 발생하는 경우, 존재하는 트리거링 임펄스를 무시할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 방법의 예시적인 실시예의 흐름도를 도 5와 유사한 방식으로 도시한다. 제어 단계(58)에서, 주파수들이 선택되고, 각각의 선택된 주파수(33)에 대한 이어지는 주파수들(35)이 전송된다. 전송 단계(62)에서, 교번하는 자계(16)가 이어서 각각의 선택된 주파수(33)에서 전송된다. 수신 단계(64)에서, 교번하는 자계들(20)이 등록되고, 평가 단계(66)에서, 전송된 교번하는 자계(16)를 평가함으로써, 특히 등록된 교번하는 자계(20)와 비교함으로써 근접도가 결정된다.
또한, 검출 단계(70)에서, 등록된 교번하는 자계(20)의 하나 이상의 주파수들이 검출되고, 여기서 상기 주파수들은 선택된 주파수(33)를 포함하는 미리 정의된 및/또는 미리 결정된 주파수 밖에 있고 미리 정의된 문턱값보다 높은 진폭 값을 갖는다. "미리 결정된" 및/또는 "미리 정의된"은 여기서 적어도 선택된 주파수(33)의 위치 및 대역폭이 주파수 대역 내에 있다는 것을 의미하며, 즉 각각의 주파수 대역의 평균 주파수로부터 선택된 주파수의 거리 및 방향이 미리 정의된다.
제어 단계(58)의 차단 단계에서, 하나의 시구간에 대한 각각의 경우에서, 검출된 주파수(45)를 포함하는 미리 정의된 주파수 대역 또는 각각의 경우에서 검출된 주파수들(45) 중 적어도 하나를 포함하는 복수의 미리 결정된 주파수 대역들의 주파수들이 차단되는 주파수들로서 정의된다. 이들 차단되는 주파수들은 이어서 미리 정의된 지속기간 내에 있는 시구간의 시간들 동안 로직(41)에서 이어지는 주파수들(35)로서 정의되지 않는다.
도 8은 본 발명의 예시적인 실시예에 의해 전송된 교번하는 자계(16)의 주파수의 시간 곡선을 도시한다. 이 시간 곡선은 라인들(80a 내지 80o)에 의해 도시된다. 라인들(80a 내지 80o) 각각은 각각의 경우에, 주파수 축(82)으로부터 이해되는 주파수들(f1 내지 f7) 중 하나에 대응한다. 각각의 라인(80a 내지 80o)은 부가적으로 미리 정의된 시간 윈도우(34)에 할당되고 그의 시간은 시간 축(84)으로부터 이해된다. 각각의 시간 윈도우(34)는 이 경우에, 동일한 지속기안을 갖는다. 각각의 라인(80a 내지 80o)은 따라서 시간 윈도우(34)에서 주파수 축으로부터 이해될 수 있는 시간 윈도우에서 선택된 주파수(33)로서 선택되는 주파수들(f1 내지 f7) 중 하나에 대응한다. 따라서, 예를 들어, 시간 t0 내지 t1에서, 교번하는 자계(16)는 주파수(f1)에서 전송되고, 시간 t1 내지 t2에서, 교번하는 자계는 주파수(f2)에서 전송되며, 기타 등등이다. 시간 윈도우(t1 내지 t2)의 주파수(f2)는 앞서 현재 시간 윈도우(t0 내지 t1)에서 앞서 선택된 주파수(f1)의 이어지는 주파수(35)에 대응한다.
또한, 간섭하는 자계의 주파수(86)가 도시된다. 이는 시간 곡선에 걸쳐서, 즉 시간 윈도우(t8, 내지 t10)에서 변한다. 주파수 대역(88)은 간섭하는 자계의 주파수(86) 주위에서 도시된다.
주파수들(f1 내지 f7)의 시간 곡선이 고려되는 경우, 상기 주파수들은 결코 주파수 대역(88)의 범위에 있지 않다고 식별될 수 있다. 그 이유는, 제어 로직(41)에서, 및/또는 제어 단계(58)에서, 후속의 연속적인 주파수들에 대한 주파수들만이 정의되기 때문이며, 여기서 상기 주파수들은 검출 수단(40)에 의해 및/또는 검출 단계(70)에서 검출되지 않고 정의 프로세스로부터 차단 블록 단계에서 및/또는 차단 회로에 의해 배제되며 차단되지 않는 주파수들로서 정의된다.
따라서, 본 발명에 따른 근접도 센서(36) 및 전기적으로 전도성인 바디(18)에 대한 근접도를 결정하기 위한 본 발명에 따른 방법은 간섭하는 교번하는 자계들과 무관하게 근접도가 신뢰할 수 있게 결정되도록 허용한다.
위의 설명 및 청구항들에서 인용되는 모든 특징들은 본 발명에 따라 개별적으로 또는 임의의 조합으로 이용될 수 있다. 그러므로 본 발명의 개시는 특징들의 개시된 및/또는 청구된 조합으로 제한되지 않는다. 대신, 개별 특징들의 모든 조합들이 개시된 것으로 간주될 것이다.

Claims (13)

  1. 전기적으로 전도성인 바디(18)에 대한 근접도를 결정하기 위한 근접도 센서(36)에 있어서,
    a) 선택된 주파수(33)에서 교번하는 자계(alternating magnetic field; 16)를 전송하기 위한 전송 장치(transmitting arrangement; 12);
    b) 교번하는 자계(20)를 등록하기 위한 수신 장치(14);
    c) 상기 선택된 주파수(33)를 갖는 미리 정의된 주파수 대역 밖에 있고 미리 정의된 문턱값보다 높은 진폭값을 갖는 상기 등록된 교번하는 자계(20)의 하나 이상의 주파수들을 검출하기 위한 검출 수단(40); 및
    d) 제어 로직(41)
    을 포함하고,
    상기 제어 로직(41)은,
    (i) 미리 정의된 시구간 동안 차단되는 주파수들로서, 상기 검출된 주파수(45)를 갖는 미리 정의된 주파수 대역, 또는 각각의 경우에서 상기 검출된 주파수들 중 적어도 하나를 갖는 복수의 미리 정의된 주파수 대역들의 주파수들을 정의하기 위한 차단 회로;
    (ii) 이하 각각의 선택된 주파수(33)의 이어지는 주파수(following frequency; 35)로서 표시되는, 상기 각각의 선택된 주파수(33)에 이어지고 각각의 선택된 그리고 차단되는 주파수들과 상이한 주파수를 정의하기 위한 선택 제어기; 및
    (iii) 현재 선택된 주파수(33)에 대해 미리 결정된 시간 윈도우(34) 바로 이후에, 또는 연대순으로 떨어져서, 새롭게 선택된 주파수로서 상기 현재 선택된 주파수(33)의 각각의 이어지는 주파수의 연속적인 선택을 위한 시간 제어를
    포함하는 것인, 근접도 센서(36).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전송 장치(12)는,
    상기 선택된 주파수(33)에서 전기 발진(electrical oscillation) 및 상기 발진으로부터 발생하는 교번하는 자계(16)를 생성하기 위해, 적어도 하나의 코일(22) 및 서로 임의로 조합하여 스위치들(26)에 의해 병렬로 각각 연결될 수 있는 복수의 커패시터들(24)을 갖는 발진 회로(21)를 갖고,
    상기 제어 로직(41)은,
    상기 전기 발진의 주파수를 전환(switching over)하기 위해 상기 발진 회로(21)의 스위치들(26)을 작동하기 위한 작동 수단을
    포함하는 것을 특징으로 하는 것인, 근접도 센서(36).
  3. 제2항에 있어서, 상기 발진 회로(31)는,
    상기 발진 회로(21)의 에너지 분포를 측정하기 위한 센서(27)를 갖고,
    상기 작동 수단은 상기 코일(22)에서 측정된 최대 에너지의 범위 내에 있거나 또는 최대 에너지의 경우에만, 상기 발진 회로(21)의 스위치들(26)을 전환하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 것인, 근접도 센서(36).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 근접도 센서(36)는,
    상기 선택된 주파수(33)의 진폭, 상기 선택된 주파수(33)로부터 유도된 주파수, 상기 선택된 주파수(33)의 엔벨로프(envelope) 또는 상기 선택된 주파수(33)로부터 유도된 등록된 교번하는 자계(20)의 주파수의 엔벨로프를 모니터링함으로써 근접도를 결정하기 위한 진폭 모니터링 회로(54)를 갖는 평가 회로(39)를 갖는 것을 특징으로 하는 것인, 근접도 센서(36).
  5. 제4항에 있어서, 상기 근접도 센서(36)는 상기 선택된 주파수(33)의 위상, 상기 선택된 주파수(33)로부터 유도된 주파수, 상기 선택된 주파수(33)의 엔벨로프 또는 상기 선택된 주파수(33)로부터 유도된 등록된 교번하는 자계(20)의 주파수의 엔벨로프를 모니터링하고 상기 근접도를 결정할 때 결과들을 검증하기 위한 위상 모니터링 회로(56)를 갖는 평가 회로(39)를 갖는 것을 특징으로 하는 것인, 근접도 센서(36).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 평가 회로(39)는 등록된 교번하는 자계(20)로부터 유도된 전기 신호 및 상기 선택된 주파수(33)로부터 유도된 전기 신호를 혼합하기 위한 주파수 혼합기(52)를 갖는 것을 특징으로 하는 것인, 근접도 센서(36).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 근접도 센서(36)는, 검출된 주파수들(47)의 시간 곡선을 저장하기 위한 메모리 회로(46) 및 이미 검출된 주파수들의 시간 곡선으로부터 추가의 주파수들을 예측하고 검출된 주파수들(45)로서 상기 추가의 주파수들(48)을 상기 차단 회로에 전송하기 위한 예측 회로(50)를 갖는 것을 특징으로 하는 것인, 근접도 센서(36).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 로직(41)은, 상기 검출된 주파수들(45)의 지식을 이용하여 상기 근접도를 결정한 결과들을 보정하기 위한 보정 회로를 갖는 것을 특징으로 하는 것인, 근접도 센서(36).
  9. 전기적으로 전도성인 바디(18)에 대한 근접도를 결정하기 위한 방법에 있어서,
    a) 교번하는 자계(16)가 선택된 주파수(33)에서 전송되는 전송 단계(62);
    b) 교번하는 자계(20)가 등록되는 수신 단계(64);
    c) 상기 선택된 주파수(33)를 갖는 미리 정의된 주파수 대역 밖에 있고 미리 정의된 문턱값보다 높은 진폭값을 갖는 등록된 교번하는 자계(20)의 하나 이상의 주파수들이 검출되는 검출 단계(70); 및
    d) 제어 단계(58)를
    포함하고,
    상기 제어 단계(58)는,
    (i) 검출된 주파수(45)를 포함하는 미리 정의된 주파수 대역, 또는 각각의 경우에서 상기 검출된 주파수들 중 적어도 하나를 포함하는 복수의 미리 정의된 주파수 대역들의 주파수들이 미리 정의된 시구간 동안 차단되는 주파수들로서 정의되는 차단 단계;
    (ii) 이하 각각의 선택된 주파수(33)의 이어지는 주파수(following frequency; 35)로서 표시되는, 상기 각각의 선택된 주파수(33)에 이어지고 각각의 선택된 그리고 차단되는 주파수들과 상이한 주파수가 선택되는 선택 단계; 및
    (iii) 현재 선택된 주파수(33)에 대해 미리 결정된 시간 윈도우(34) 바로 이후에, 또는 연대순으로 떨어져서, 새롭게 선택된 주파수(33)로서 상기 현재 선택된 주파수(33)의 각각의 이어지는 주파수가 연속적으로 선택되는 시간 제어 단계를
    갖는 것인, 근접도를 결정하기 위한 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전송 단계(62)에서,
    적어도 하나의 코일(22) 및 서로 임의로 조합하여 스위치들(26)에 의해 병렬로 각각 연결될 수 있는 복수의 커패시터들(24)을 포함하는 발진 회로(21)를 통해, 상기 선택된 주파수(33)에서 전기 발진(electrical oscillation) 및 상기 발진으로부터 발생하는 교번하는 자계(16)가 생성되고,
    상기 제어 단계(58)의 작동 단계에서,
    상기 발진 회로(21)의 스위치들(26)이 상기 전기 발진의 주파수를 스위칭하기 위해 전환(switching over)되는 것을 특징으로 하는 것인, 근접도를 결정하기 위한 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전송 단계(62)에서,
    상기 발진 회로(21)의 에너지 분포가 적어도 하나의 센서(27)에 의해 등록되고,
    상기 작동 단계에서,
    상기 발진 회로(21)의 스위치들(26)은 상기 코일(22)에서 측정된 최대 에너지의 범위 내에 있거나 또는 최대 에너지의 경우에만, 전환되는 것을
    특징으로 하는 것인, 근접도를 결정하기 위한 방법.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 평가 단계(39)에서,
    진폭 모니터링 회로(54)를 통해, 상기 선택된 주파수(33)의 진폭, 상기 선택된 주파수(33)로부터 유도된 주파수, 상기 선택된 주파수(33)의 엔벨로프(envelope) 또는 상기 선택된 주파수(33)로부터 유도된 등록된 교번하는 자계(20)의 주파수의 엔벨로프를 모니터링함으로써 근접도가 결정되는 것을 특징으로 하는 것인, 근접도를 결정하기 위한 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 방법의 평가 단계(39)에서, 위상 모니터링 회로(56)를 통해, 상기 선택된 주파수(33)의 위상, 상기 선택된 주파수(33)로부터 유도된 주파수, 상기 선택된 주파수(33)의 엔벨로프 또는 상기 선택된 주파수(33)로부터 유도된 등록된 교번하는 자계(20)의 주파수의 엔벨로프가 모니터링되고 상기 근접도를 결정할 때 결과들이 검증되는 것을 특징으로 하는 것인, 근접도를 결정하기 위한 방법.
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