KR20140016738A - Linear displacement sensor and linear displacement detecting system using electromagnetic induction - Google Patents

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Abstract

Provided in the present invention are a linear displacement sensor using an electromagnetic induction method and a linear displacement measuring system for a movable object using the same, which can effectively detect the linear position of a movable object by adopting a simple mechanical composition and can be manufactured on a mass production basis at a low cost. The linear displacement sensor comprises: a core; an input coil which is wound at one side of the core, and forms a time-varying magnetic field by being supplied with a time-varying current; an output coil which is placed in parallel with the input coil at a fixed interval, and induces voltage by being influenced by the time-varying current; and a translator including an electric conductor which performs a relative straight-line motion along with the input and output coils inside the time-varying magnetic field formed around the input coil. The translator is a trapezoidal plate shaped structure where the straight-ling motion direction is a long side direction, and the vertical direction to the straight-ling motion direction is a short side direction. In the translator, two facing sides in the short side direction are in parallel to each other; one side between facing two sides in the long side direction is vertical to the two sides in the short side direction; the other side between facing two sides in the long side direction has a shape where a gradient thereof changes in a linear or a constant function form as going from one end to the other end. Therefore, the linear displacement sensor can measure the displacement of a straight-line movement of the movable object by measuring changes in the voltage in the output coil depending on the changes in the area of the translator inside the time-varying magnetic field during the relative straight-line motion of the translator and the input and output coils.

Description

전자기유도 방식을 이용한 선형변위센서 및 이를 이용한 가동물체의 선형변위 측정시스템{Linear displacement sensor and linear displacement detecting system using electromagnetic induction}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a linear displacement sensor using an electromagnetic induction method,

본 발명은 가동물체의 선형변위를 측정하기 위한 선형변위센서 및 이를 이용한 가동물체의 선형변위 측정시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 간단한 기구적 구성을 채용하여 가동물체의 선형 위치를 효과적으로 검출할 수 있고 저비용으로 대량생산이 가능한 전자기유도 측정방식을 갖는 선형변위센서 및 이를 이용한 가동물체의 선형변위 측정시스템에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a linear displacement sensor for measuring a linear displacement of a movable object and a linear displacement measurement system for the movable object using the linear displacement sensor. More particularly, The present invention relates to a linear displacement sensor having an electromagnetic induction measurement method capable of mass production at low cost and a linear displacement measurement system for a movable object using the linear displacement sensor.

일반적으로, 변위센서(또는 위치센서)는 각종 메카니즘의 회전각도 및 이동변위를 측정하기 위하여 사용되는데, 기계적인 구조의 형상에 따라 크게 접촉식과 비접촉식으로 분류되며, 접촉식의 경우 전기저항식이 대표적이고, 비접촉식으로는 홀소자(hall element)방식, 자력식(inductive sensing) 또는 암호판식 엔코더 방식(coded disk shaft encoder) 등이 있다.In general, a displacement sensor (or a position sensor) is used for measuring the rotational angle and the displacement of various mechanisms. The displacement sensor is classified into a contact type and a non-contact type according to the shape of a mechanical structure. A non-contact type, a hall element type, an inductive sensing type or a coded disk shaft type encoder.

전기저항식 변위센서로 대표되는 접촉식 변위센서는 PCB기판 또는 세라믹 기판에 저항 트랙을 가공한 것으로, 브러시 마모나 저항불량 등에 의한 내구수명의 저하와 출력값의 선형성, 측정 정도의 한계성 등과 관련하여 많은 문제점이 있다.A contact type displacement sensor typified by an electric resistance type displacement sensor is a resistance plate processed on a PCB substrate or a ceramic substrate and has many problems in terms of durability degradation due to brush wear or resistance failure, There is a problem.

반면, 비접촉식 변위센서는 구조적 종류에 따라 제작비용의 단가 상승이 나타날 수 있으나, 접촉식 변위센서에 비해 내구성 및 정확성 면에서 우수한 특성이 있기 때문에 정확한 위치센싱을 요하는 여러 산업분야에서 그 활용도가 매우 높은데, 이러한 변위센서에는 동일 직선상의 위치변화를 검출하는 선형변위센서와 회전 각도의 변화를 검출하는 회전변위센서가 있다.On the other hand, the non-contact type displacement sensor may have a cost increase depending on the structural type, but it has superior characteristics in terms of durability and accuracy as compared with the contact type displacement sensor. Such a displacement sensor includes a linear displacement sensor for detecting a change in position on the same straight line and a rotational displacement sensor for detecting a change in the rotation angle.

이 중 동일 직선상의 위치를 검출하는 선형변위센서에 대한 일 예가 미국특허공보 제 7,088,095호에 개시되어 있다. 이 공보에 개시된 선형변위센서는 자기장을 생성하는 두 개의 영구자석을 구비하고, 선형 측정섹션을 형성하는 자기장 영역 내에 배치된 홀 센서를 구비한다. 그리고, 홀 센서와 자기장 생성장치는 길이방향을 따라 서로 직선이동 가능하게 설치되어 측정섹션 내에서 홀 센서의 위치를 정할 수 있도록 되어 있다. 또한, 영구자석은 길이방향에 수직한 횡단방향으로 극성을 띠도록 분극되어 있다. 따라서, 각 영구자석의 N극과 S극은 횡단방향을 기준으로 맞은편 단부에 위치하도록 배치된다. 측정섹션 내에 선형자기장을 생성하기 위하여 변위센서에 구비된 두 개의 영구자석은 측정섹션 전체를 따라서 그리고 측정섹션의 양 단부를 넘어서 측면에서 길이방향으로 뻗어나가도록 되어 있다. 또한, 영구자석은 반대로 극성을 띠도록 되어 있는데, 예를 들어 두 S극들이 서로 마주하도록 배치되어 있다. 아울러, 측정섹션 쪽으로 서로 마주하는 내부면에서 두 개의 영구자석은 각각 서로 볼록하게 휘어진 상태로 유지되어, 휘어진 곡률에 의해 측정섹션 내에서 원하는 선형 자기장을 얻을 수 있도록 되어 있다.An example of a linear displacement sensor for detecting a position on the same straight line is disclosed in U.S. Patent No. 7,088,095. The linear displacement sensor disclosed in this publication has a Hall sensor having two permanent magnets for generating a magnetic field and disposed in a magnetic field region forming a linear measurement section. The hall sensor and the magnetic field generating device are installed so as to be linearly movable with respect to each other along the longitudinal direction, so that the position of the hall sensor can be determined within the measurement section. In addition, the permanent magnets are polarized so as to have a polarity in the transverse direction perpendicular to the longitudinal direction. Therefore, the N pole and the S pole of each permanent magnet are arranged so as to be located at the end portion opposite to the transverse direction. The two permanent magnets provided in the displacement sensor for generating a linear magnetic field in the measurement section are adapted to extend along the entire measurement section and longitudinally at the sides beyond both ends of the measurement section. In addition, the permanent magnets are arranged so as to have opposite polarities, for example, two S poles facing each other. In addition, the two permanent magnets are kept convexly bent on the inner surface facing each other toward the measurement section, so that a desired linear magnetic field can be obtained in the measurement section by the curved curvature.

그러나, 상기와 같은 구성을 갖는 종래의 선형변위센서는 센서를 구성하는 내부 구성 부품이 비교적 많고 복잡한 구조로 되어 있었기 때문에 제작비용이 많이 들게 되는 문제가 있었다. 아울러, 휘어진 내부면을 만들면서 생기는 공차에 의해 원하는 자기장의 선형성에 있어서 크게 오차가 발생할 우려가 있고, 홀 센서가 자기장의 직선 영역 내에 계속 유지될 수 있도록 하기 위해 홀 센서를 영구자석에 대해 정확한 위치상에 배치하도록 해야하고 그 위치를 조정해야 하는 등의 많은 구조적인 문제가 있었다.
However, the conventional linear displacement sensor having the above-described structure has a problem that the manufacturing cost is increased because the sensor has a relatively large number of internal components and a complicated structure. In addition, there is a risk that the linearity of the desired magnetic field may be largely erroneous due to the tolerance generated when the curved inner surface is formed. In order to keep the Hall sensor in the linear region of the magnetic field, And there was a lot of structural problems such as the need to adjust the position.

이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 코어에 권선된 입,출력코일과 도전체로 구성된 트랜슬레이터와의 상대 직선운동시 시변자기장 영역 내에서의 트랜슬레이터의 면적 변화에 따라 출력코일로 유도되는 전압의 변화를 검출하여 가동물체의 직선이동 변위를 측정하도록 함으로써, 간단한 기구적 구성을 적용하여 저비용으로 우수한 성능을 갖는 선형변위센서를 제조할 수 있는 전자기유도 측정방식을 이용한 선형변위센서 및 이를 이용한 가동물체의 선형변위 측정시스템을 제공함에 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a translator in a time-varying magnetic field region in a relative linear motion of an input / output coil and a conductor, It is possible to manufacture a linear displacement sensor having excellent performance at a low cost by applying a simple mechanical configuration by measuring a linear movement displacement of a movable object by detecting a change in voltage induced in an output coil according to an area change, And a linear displacement measurement system for a movable object using the linear displacement sensor.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전자기유도 방식을 이용한 선형변위센서는, 코어(core); 상기 코어의 일측에 권선되며, 시변전류가 인가되어 시변자기장을 형성하는 입력코일; 상기 입력코일과 일정간격을 두고 평행하게 배치되며, 상기 입력코일에서 발생하는 시변자기장의 영향을 받아 전압이 유도되는 출력코일; 및 상기 입력코일 주변에 형성된 시변자기장 영역 내에서 상기 입,출력코일과 서로 상대 직선운동을 수행하는 도전체로 구성된 트랜슬레이터(translator);를 포함하여 이루어지되, 상기 트랜슬레이터는 직선운동 방향이 장변측 방향이고 상기 직선운동 방향과 수직한 방향이 단변측 방향을 형성하는 사다리꼴 판 형태의 구조물로서, 그 단변측 방향의 서로 마주보는 두 변은 서로 평행을 이루고, 그 장변측 방향의 서로 마주보는 두 변 중 한쪽 변은 상기 단변측 방향의 두 변과 서로 수직을 이루며, 다른 한쪽 변은 한쪽 끝단에서 다른 쪽 끝단으로 갈수록 기울기가 선형적 또는 일정한 함수형태로 변화(증가 또는 감소)되는 형상을 갖도록 형성되어, 상기 입,출력코일과 트랜슬레이터의 상대 직선운동시 시변자기장 영역 내에서 트랜슬레이터의 면적 변화에 따른 출력코일에서의 전압의 변화를 측정함으로써 가동물체의 직선이동 변위를 측정하도록 형성한 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a linear displacement sensor using an electromagnetic induction method, the linear displacement sensor including: a core; An input coil wound on one side of the core and applying a time-varying current to form a time-varying magnetic field; An output coil disposed parallel to the input coil at a predetermined interval, the voltage being induced by the time-varying magnetic field generated by the input coil; And a translator composed of conductors that perform relative linear motion with respect to the input and output coils within a time-varying magnetic field region formed around the input coil, wherein the translator has a rectilinear motion And a direction orthogonal to the linear motion direction forms a short side direction, wherein two opposing sides in a short side direction of the structure are parallel to each other, and two mutually opposing sides in the long side direction Is formed so as to have a shape in which the inclination is changed (increased or decreased) in a linear or constant function form from one end to the other end, while the other side is perpendicular to the two sides in the short side direction , The change in the area of the translator within the time-varying magnetic field region during the relative linear movement of the input / output coils and the translator It is characterized in that it is formed to measure the linear displacement of the animal body by measuring the change in voltage in the output coil according to.

여기서, 상기 입,출력코일과 트랜슬레이터 중 어느 한쪽은 고정된 상태로 유지되고, 다른 한쪽은 직선운동을 수행하도록 구성하되, 상기 직선운동을 수행하는 한쪽 편에 가동물체가 결합되도록 구성할 수 있다.Here, the input / output coil and the translator may be configured to be held in a fixed state while the other may perform linear motion, and the moving object may be coupled to one side of the linear motion .

그리고, 상기 트랜슬레이터는 입력코일과 출력코일 사이 공간에 비접촉 상태로 배치된 상태에서 입,출력코일과 상대 직선운동을 수행하도록 구성할 수 있다.The translator may be configured to perform relative linear motion with the input and output coils while being disposed in a non-contact state in a space between the input coil and the output coil.

또는, 상기 트랜슬레이터가 입,출력코일로부터 일정거리 이격된 외각부에 비접촉 상태로 배치된 상태에서 상기 입,출력코일과 상대 직선운동을 수행하도록 구성할 수 있다.Alternatively, the translator may be configured to perform a relative linear motion with the input / output coil in a state in which the translator is disposed in a non-contact state with an outer portion spaced from the input / output coil by a predetermined distance.

한편, 상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전자기유도 방식을 이용한 선형변위 측정시스템은, 시변전류를 공급하는 시변전류공급장치; 코어(core)와, 상기 코어의 일측에 권선되며 시변전류가 인가되어 시변자기장을 형성하는 입력코일과, 상기 입력코일과 일정간격을 두고 평행하게 배치되며 상기 입력코일에서 발생하는 시변자기장의 영향을 받아 전압이 유도되는 출력코일과, 상기 입력코일 주변에 형성된 시변자기장 영역 내에서 상기 입,출력코일과 서로 상대 직선운동을 수행하는 도전체로 구성된 트랜슬레이터(translator)를 포함하는 선형변위센서; 상기 가동물체의 직선운동시 상기 선형변위센서의 출력코일로 유도되는 전압 또는 전류를 검출하는 검출장치; 및 상기 검출장치에서 검출된 전압 또는 전류와 기준치를 비교하여 상기 가동물체의 선형변위를 연산하는 연산장치;를 포함하여 이루어지되, 상기 트랜슬레이터는 직선운동 방향이 장변측 방향이고 상기 직선운동 방향과 수직한 방향이 단변측 방향을 형성하는 사다리꼴 판 형태의 구조물로서, 그 단변측 방향의 서로 마주보는 두 변은 서로 평행을 이루고, 그 장변측 방향의 서로 마주보는 두 변 중 한쪽 변은 상기 단변측 방향의 두 변과 서로 수직을 이루며, 다른 한쪽 변은 한쪽 끝단에서 다른 쪽 끝단으로 갈수록 기울기가 선형적 또는 일정한 함수형태로 변화(증가 또는 감소)되는 형상을 갖도록 형성되어, 상기 입,출력코일과 트랜슬레이터의 상대 직선운동시 시변자기장 영역 내에서 트랜슬레이터의 면적 변화에 따른 출력코일에서의 전압의 변화를 측정함으로써 가동물체의 직선이동 변위를 측정하도록 형성한 것을 특징으로는 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a linear displacement measurement system using electromagnetic induction, comprising: a time-varying current supply device for supplying a time-varying current; An input coil having a core, an input coil wound on one side of the core and applied with a time-varying current to form a time-varying magnetic field, and an output coil disposed parallel to the input coil at a predetermined interval, A linear displacement sensor including an output coil from which a received voltage is induced and a translator composed of conductors that perform relative linear motion with the input and output coils in a time-varying magnetic field region formed around the input coil; A detecting device for detecting a voltage or a current induced in an output coil of the linear displacement sensor during linear motion of the movable object; And an arithmetic unit for calculating a linear displacement of the movable object by comparing the voltage or current detected by the detection unit with a reference value, wherein the translator is configured such that the rectilinear motion direction is a long side direction, Wherein two opposite sides of the short side are parallel to each other and one side of the two sides facing each other in the side direction of the long side is a short side of the short side And the other side is formed so as to have a shape that the slope changes (increases or decreases) linearly or constantly in a function form from one end to the other end, and the input / output coil Variation of the voltage in the output coil with the area change of the translator in the time-varying magnetic field area during the relative linear motion of the translator And that a form to measure a linear displacement of a movable object by measuring the features.

여기서, 본 발명에는 상기 검출장치에서 검출된 전압 또는 전류를 증폭하는 증폭기가 더 설치될 수 있다.Here, the present invention may further include an amplifier for amplifying the voltage or current detected by the detection device.

또한, 상기 증폭기를 통해 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터(Analog to Digital converter)를 추가적으로 설치하여 구성할 수 있다.Also, an A / D converter (Analog to Digital Converter) for converting an analog signal amplified through the amplifier to a digital signal may be additionally provided.

아울러, 상기 연산장치로부터 연산된 결과에 따라 가동물체의 선형변위를 디스플레이하는 디스플레이장치를 더 설치하여 구성할 수 있다.
In addition, a display device for displaying the linear displacement of the movable object may be further provided according to the result calculated by the calculation device.

상기한 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 코어에 권선된 입,출력코일과 상대 직선운동하는 트랜슬레이터의 형상을 직선운동 방향으로 폭이 점차 선형적 또는 일정한 함수형태로 증가(또는 감소)되는 형태로 형성하고, 입,출력코일과 트랜슬레이터와의 상대운동시 시변자기장 영역 내에서의 트랜슬레이터의 면적 변화에 따라 출력코일로 유도되는 전압의 변화를 검출하여 가동물체의 직선이동 변위를 측정하도록 함으로써, 전자기유도 방식을 이용한 간단한 기구적 구성을 적용하여 저비용으로 우수한 성능을 갖는 선형변위센서를 구현할 수 있는 장점이 있다. 이렇게 제작된 선형변위센서는 선형 액츄에이터(Linear Actuator)의 변위센서로도 활용이 가능하다.According to the present invention having the above-described configuration, the shapes of the input and output coils wound around the core and the translator moving relative to each other linearly increase (or decrease) in a linear or constant function And a linear movement displacement of the movable object is measured by detecting a change in the voltage induced in the output coil in accordance with the area change of the translator in the time-varying magnetic field area during relative movement between the input and output coils and the translator, It is advantageous to realize a linear displacement sensor having excellent performance at a low cost by applying a simple mechanical structure using an electromagnetic induction method. The manufactured linear displacement sensor can be used as a displacement sensor of a linear actuator.

도 1은 본 발명의 제1일실시 예에 따른 전자기유도 방식을 이용한 선형변위센서를 도시한 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 선형변위센서를 측면에서 바라본 측면도.
도 3은 본 발명의 제2실시 예에 따른 전자기유도 방식을 이용한 선형변위센서를 도시한 사시도.
도 4는 도 3에 도시된 선형변위센서를 측면에서 바라본 측면도.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 전자기유도 방식을 이용한 가동물체 선형변위 측정시스템을 도시한 구성도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 가동물체 선형변위 측정시스템을 도시한 구성도.
1 is a perspective view illustrating a linear displacement sensor using an electromagnetic induction method according to a first embodiment of the present invention;
Fig. 2 is a side view of the linear displacement sensor shown in Fig. 1; Fig.
3 is a perspective view illustrating a linear displacement sensor using an electromagnetic induction method according to a second embodiment of the present invention.
Fig. 4 is a side view of the linear displacement sensor shown in Fig. 3; Fig.
5 is a view showing a moving object linear displacement measurement system using an electromagnetic induction method according to an embodiment of the present invention.
6 is a block diagram illustrating a moving object linear displacement measurement system according to another embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 일실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 제1일실시 예에 따른 전자기유도 방식을 이용한 선형변위센서를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 선형변위센서를 측면에서 바라본 측면도이다.FIG. 1 is a perspective view illustrating a linear displacement sensor using an electromagnetic induction method according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a side view of the linear displacement sensor shown in FIG. 1.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 전자기유도 방식을 이용한 선형변위센서(100)는 코어(core;110), 입력코일(120), 출력코일(130) 및 트랜슬레이터(translator; 150)를 포함하여 구성된다.1 and 2, a linear displacement sensor 100 using an electromagnetic induction method according to an embodiment of the present invention includes a core 110, an input coil 120, an output coil 130, and a translator 150.

입력코일(120)은 코어(110)의 일측에 권선되어 후술되는 시변전류공급장치(200)와 연결되고, 출력코일(130)은 상기 입력코일(120)과 일정간격 이격된 코어(110)상에 권선되어 상기 입력코일(120)과 평행하게 배치되고 후술되는 검출장치(300)와 연결된다.The input coil 120 is wound on one side of the core 110 and connected to a time-varying current supply device 200 to be described later. The output coil 130 is wound on the core 110 spaced apart from the input coil 120 And is connected in parallel with the input coil 120 and with a detecting device 300 described later.

따라서, 시변전류공급장치(200)에서 시변전류(시간에 따라 전류가 변하는 전원)가 입력코일(120)에 공급되면 상기 입력코일(120) 주변에 시변자기장을 형성하게 되고, 상기 입력코일(120)에 의해 형성된 시변자기장 내에 위치하는 출력코일(130)에 전압이 유도되게 된다. Therefore, when a time-varying current (a power source whose current changes with time) is supplied to the input coil 120 in the time-varying current supply device 200, a time-varying magnetic field is formed around the input coil 120, The voltage is induced in the output coil 130 located in the time-varying magnetic field formed by the voltage-controlled oscillator.

트랜슬레이터(translator; 150)는 도전체로 구성된 일정한 길이를 갖는 사다리꼴 판 형상의 구조물로서, 입력코일(120)과 출력코일(130) 사이에 비접촉 상태로 평행하게 배치된 상태에서 직선이동 가능하게 설치된다. 그리고 상기 트랜슬레이터(150)의 일측에는 가동물체(미도시)가 결합되어 상기 가동물체의 직선이동시 상기 트랜슬레이터(150)가 연동하여 직선운동하도록 되어 있다. 이러한 트랜슬레이터(150)는 입력코일(120) 주변에 형성된 시변자기장 영역 내에서 직선운동을 수행하며 출력코일(130) 측으로 전압 또는 전류의 변화를 유도하게 된다.The translator 150 is a trapezoidal plate-like structure having a certain length made of a conductor and is installed so as to be linearly movable in a state of being placed in parallel between the input coil 120 and the output coil 130 in a noncontact state . A movable object (not shown) is coupled to one side of the translator 150 so that the translator 150 can move linearly when the movable object moves linearly. The translator 150 performs a linear movement in a time-varying magnetic field region formed around the input coil 120 and induces a change in voltage or current to the output coil 130 side.

구체적으로, 상기 트랜슬레이터(150)는 도 2에서 보는 것과 같이 직선운동 방향이 장변측 방향을 형성하고 상기 직선운동 방향과 수직한 방향이 단변측 방향을 형성하는 비등변사다리꼴 구조를 갖는다. 즉, 트랜슬레이터(150)의 단변측 방향의 서로 마주보는 두 변(151)(152)은 서로 평행을 이루고, 그 장변측 방향의 서로 마주보는 두 변(153)(154) 중 한쪽 변(153)은 상기 단변측 방향의 두 변(151)(152)과 서로 수직을 이루며, 다른 한쪽 변(154)은 한쪽 끝단에서 다른 쪽 끝단으로 갈수록 기울기가 선형적 또는 일정한 함수형태로 변화(증가 또는 감소)되는 형상을 갖도록 형성된다.2, the translator 150 has a non-inverted trapezoidal structure in which the rectilinear motion direction forms the long side direction and the direction perpendicular to the rectilinear motion direction forms the short side direction. That is, the two sides 151 and 152 of the translator 150 facing each other in the direction of the short side of the translator 150 are parallel to each other, and one of the two sides 153 and 154 facing each other Is perpendicular to the two sides 151 and 152 in the short side direction and the other side 154 changes in a linear or constant function form from one end to the other end ).

이와 같은 구조를 갖는 트랜슬레이터(150)는 단변측 방향의 두 변(151)(152)과 수직한 장변측 방향의 한쪽 변(153)이 아래쪽 방향으로 향하도록 한 상태에서 입력코일(120)과 출력코일(130) 사이 공간에 비접촉식으로 배치되어 직선운동을 수행하게 된다.The translator 150 having such a structure is provided with the input coil 120 and the input coil 120 in a state in which the one side 153 of the longer side in the lateral direction perpendicular to the two sides 151, And is disposed in a space between the output coils 130 in a non-contact manner to perform a linear motion.

이때, 상기 트랜슬레이터(150)는 그 장변측 한쪽 변(154)이 직선운동 방향을 따라 높이(h)가 선형적 또는 일정한 함수형태로 증가(또는 감소)되는 형태를 갖는다. 이 중에서 높이가 선형적으로 증가되는 형태를 갖는 트랜슬레이터(150) 구조의 예를 들어 설명하면, 트랜슬레이터(150)의 한쪽 끝단의 높이가 h이면, 다른 한쪽 끝단의 높이는 Δh 만큼 선형적으로 증가된 h+Δh의 높이를 갖는다. 이에 따라, 입력코일(120) 주위에 형성된 시변자기장 형성 영역 내에서 트랜슬레이터(150)가 직선운동하게 되면, 트랜슬레이터(150)의 선형적인 높이(면적) 변화에 따라 출력코일(130)로 향하는 시변자기장에 영향을 미쳐 출력코일(130)에 전압 또는 전류의 변화를 야기하게 된다.At this time, the translator 150 has a shape in which one side 154 of the long side of the translator 150 is increased (or decreased) in a linear or constant function form along the linear motion direction. For example, when the height of one end of the translator 150 is h, the height of the other end of the translator 150 is linearly increased by? H, H < / RTI > Thus, when the translator 150 linearly moves within the time-varying magnetic field forming region formed around the input coil 120, the output signal from the output coil 130 Which affects the time-varying magnetic field, causing a change in voltage or current in the output coil 130. [

이러한 원리를 이용하여, 트랜슬레이터(150)가 정지된 상태에서의 출력코일(130)에서의 전압이나 전류를 측정한 후, 트랜슬레이터(150)가 직선이동된 상태에서 출력코일(130)로 유도된 전압이나 전류를 측정하여 양자를 비교하면 트랜슬레이터(150)의 이동변위를 알 수 있게 된다.Using this principle, after measuring the voltage or current in the output coil 130 in the state where the translator 150 is stopped, the translator 150 is guided to the output coil 130 in a linearly shifted state The displacement or displacement of the translator 150 can be known by comparing the measured voltage and current.

따라서, 트랜슬레이터(150)에 이동변위를 측정하고자 하는 가동물체를 연결하면, 가동물체가 직선이동하게 됨에 따라 입력코일(120)과 출력코일(130) 사이에서 트랜슬레이터(150)가 연동하여 이동하게 되므로 출력코일(130)로 유도되는 전압을 측정하여 가동물체의 이동변위를 측정할 수 있게 된다. Therefore, when the moving object to be measured is moved to the translator 150, the translator 150 interlocks with the input coil 120 and the output coil 130 So that it is possible to measure the displacement of the movable object by measuring the voltage induced in the output coil 130.

이때, 상술한 실시 예에서는 코어(110) 및 입,출력코일(120)(130)을 포함하는 구조물이 고정되고, 트랜슬레이터(150)가 입,출력코일(120)(130) 사이에서 직선운동하는 구조로 이루어져 있으나, 이와 반대로, 트랜슬레이터(150)가 고정되고 상기 입,출력코일(120)(130)이 직선운동하는 하는 구조로 구성하는 것도 가능하다. 이렇게 구성할 경우 가동물체(미도시)는 상기 직선운동하는 입,출력코일(120)(130) 구조물과 결합할 수 있다.In this case, in the above-described embodiment, the structure including the core 110 and the input and output coils 120 and 130 is fixed, and the translator 150 moves linearly between the input and output coils 120 and 130. However, on the contrary, the translator 150 may be fixed and the input and output coils 120 and 130 may be configured to linearly move. In this configuration, a moving object (not shown) can engage with the linear motion input / output coil 120 (130) structure.

한편, 도 3은 본 발명의 제2실시 예에 따른 전자기유도 방식을 이용한 선형변위센서를 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 선형변위센서를 측면에서 바라본 측면도이다.FIG. 3 is a perspective view illustrating a linear displacement sensor using an electromagnetic induction method according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a side view of the linear displacement sensor shown in FIG. 3.

도 3 및 도 4에 도시한 본 발명의 선형변위센서(100)는 전술된 제1실시 예에서 보인 선형변위센서(100)와 비교하여 센서의 기본적인 구성 및 작동원리를 동일하고, 입,출력코일(120)(130)과 트랜슬레이터(150)의 배치구조만 달라진 형태를 갖는다.The linear displacement sensor 100 of the present invention shown in Figs. 3 and 4 has the same basic configuration and operation principle as the linear displacement sensor 100 shown in the first embodiment described above, (120) 130 and the translator (150).

즉, 입력코일(120)과 출력코일(130)이 코어(110)의 양단 하부측에 권선되고, 상기 입,출력코일(120)(130)로부터 일정거리 이격된 하부측에 사다리꼴 판 형상을 갖는 트랜슬레이터(150)가 비접촉 상태로 배치되어 상기 입,출력코일(120)(130)과 상대 직선운동을 수행하도록 되어 있다.That is, the input coil 120 and the output coil 130 are wound on the lower side of both ends of the core 110 and have a trapezoidal shape on the lower side spaced apart from the input / output coils 120 The translator 150 is disposed in a non-contact state to perform relative linear motion with the input / output coils 120 and 130. [

따라서, 입력코일(120)의 하부측에 형성된 시변자기장 형성 영역 내에서 트랜슬레이터(150)의 직선운동시, 트랜슬레이터(150)의 좌우 폭(W) 변화에 따라 출력코일(130)로 유도된 전압 또는 전류의 변화를 검출하여 가동물체의 선형 이동변위를 측정할 수 있게 된다.Therefore, when the translator 150 is linearly moved in the time-varying magnetic field forming region formed on the lower side of the input coil 120, the translator 150 is guided to the output coil 130 in accordance with the lateral width W of the translator 150 It is possible to measure the linear movement displacement of the movable object by detecting a change in voltage or current.

한편, 도 5는 전술된 본 발명의 전자기유도 방식 각도센서를 구비한 가동물체 회전각도 측정시스템을 도시한 구성도이다.FIG. 5 is a block diagram showing a movable body rotation angle measuring system including the above-described electromagnetic induction type angle sensor of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 전자기유도 방식을 이용한 가동물체 선형변위 측정시스템은, 시변전류공급장치(200), 선형변위센서(100), 검출장치(300), 연산장치(400) 및 디스플레이장치(700)를 포함하여 구성된다.5, the moving object linear displacement measuring system using the electromagnetic induction method according to an embodiment of the present invention includes a time-varying current supplying device 200, a linear displacement sensor 100, a detecting device 300, (400) and a display device (700).

시변전류공급장치(200)는 션형변위센서(100)의 입력코일(120)에 시변전류를 공급하기 위한 장치로서, 상기 시변전류공급장치(200)를 통해 입력코일(120)에 시변전류가 인가되면 입력코일(120) 주변에는 시변자기장이 형성된다.The time-varying current supply device 200 is a device for supplying a time-varying current to the input coil 120 of the shock type displacement sensor 100. The time-varying current is supplied to the input coil 120 through the time- A time-varying magnetic field is formed around the input coil 120.

선형변위센서(100)는 입력코일(120)과 출력코일(130), 그리고 상기 입력코일(120)과 출력코일(130) 사이에서 직선운동하는 비등변사다리꼴 형태의 트랜슬레이터(150)를 포함한 구성을 갖는 전자기유도 방식을 이용한 선형변위센서로서, 그 구성 및 작동원리는 전술된 바와 같다.The linear displacement sensor 100 includes a non-inverted trapezoidal type translator 150 that linearly moves between an input coil 120 and an output coil 130 and between the input coil 120 and the output coil 130 The configuration and operation principle of the linear displacement sensor are as described above.

검출장치(300)는 가동물체의 직선이동시 출력코일(130)로 유도되는 전류 및 전압을 검출하는 장치이다. 상기 검출장치(300)로는 전류계 또는 전압계 등이 이용될 수 있으며, 트랜슬레이터(150)가 이동되진 않은 정지상태의 전압이나 전류, 그리고 트랜슬레이터(150)의 직선이동에 따른 전압이나 전류 값을 미리 확보한 후, 가동물체가 직선이동하는 중에 검출장치(300)를 통해 검출된 전류 또는 전압 값을 비교하면 가동물체의 선형 이동변위를 알 수 있게 된다.The detection device 300 is a device for detecting a current and a voltage induced in the output coil 130 when the movable object linearly moves. As the detection device 300, an ammeter or a voltmeter may be used, and the voltage or current in a stationary state in which the translator 150 is not moved, and the voltage or current value according to the linear movement of the translator 150 in advance After securing, the linear movement displacement of the animal body can be known by comparing the current or voltage values detected by the detection device 300 while the animal body is linearly moved.

검출장치(300)에서 검출한 전류 또는 전압 값과 트랜슬레이터(150)가 직선이동하지 않은 상태의 전압이나 전류, 트랜슬레이터(150)의 직선이동에 따른 전압이나 전류의 값을 비교하는 것은 연산장치(400)에서 수행하며, 상기 연산장치(400)의 연산결과를 디스플레이장치(700)를 통해 화면에 표시함으로써 사용자가 가동물체의 이동변위를 쉽게 인식할 수 있다. The comparison of the current or voltage value detected by the detecting apparatus 300 with the voltage or current in the state in which the translator 150 does not move linearly and the voltage or current in accordance with the linear movement of the translator 150, And the operation result of the calculation device 400 is displayed on the screen through the display device 700 so that the user can easily recognize the movement displacement of the moving object.

도 6은 본 발명의 다른 실시 예를 도시한 것으로서, 도 5에 도시된 가동물체 선형변위 측정시스템에 필터, 증폭기, A/D 컨버터가 추가적으로 포함된 형태를 보여주고 있다.FIG. 6 illustrates another embodiment of the present invention, in which a filter, an amplifier, and an A / D converter are additionally included in the moving object linear displacement measurement system shown in FIG.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 가동물체 선형변위 측정시스템은 도 6에 나타낸 바와 같이, 전술된 도 5의 가동물체 선형변위 측정시스템 구성에서 필터(500), 증폭기(600), A/D 컨버터(Analog to Digital converter;800)가 더 포함된 구성을 갖는다.6, the movable object linear displacement measurement system according to another embodiment of the present invention includes a filter 500, an amplifier 600, an A / D converter (not shown) An analog to digital converter 800 is further included.

즉, 가동물체 선형변위 측정시스템의 검출장치(300)에서 측정되는 전압 또는 전류 값이 낮은 경우 정확한 값을 확인하기 곤란한 문제가 발생할 수 있는데, 이러한 문제를 개선하기 위하여 상기 검출장치(300)에서 검출된 전압 또는 전류 값을 필터(500)를 통해 필터링한 후 증폭기(600)를 통해 증폭하고, 증폭된 아날로그 신호를 A/D 컨버터(800)를 통해 디지털 신호로 변환하여 출력함으로써 검출장치(300)를 통해 정확한 전압 또는 전류 값을 검출할 수 있다. That is, when the voltage or the current value measured by the detecting device 300 of the moving object linear displacement measuring system is low, it may be difficult to confirm an accurate value. To solve this problem, in the detecting device 300, And the amplified analog signal is converted into a digital signal through the A / D converter 800 and outputted to the detection device 300, The correct voltage or current value can be detected.

상술한 바와 같이, 본 발명은 코어(110)에 권선된 입,출력코일(120)(130)과 상대 직선운동하는 트랜슬레이터(150)의 형상을 직선운동 방향으로 폭이 점차 선형적 또는 일정한 함수형태로 증가(또는 감소)되는 형상으로 형성하고, 입,출력코일(120)(130)과 트랜슬레이터(150)와의 상대운동시 시변자기장 영역 내에서의 트랜슬레이터(150)의 면적 변화에 따라 출력코일(130)로 유도되는 전압의 변화를 검출하여 가동물체의 직선이동 변위를 측정하도록 구성함으로써, 전자기유도 방식을 이용한 간단한 기구적 구성을 적용하여 저비용으로 우수한 성능을 갖는 선형변위센서를 구현할 수 있는 장점이 있다. 이렇게 제작된 선형변위센서는 선형 액츄에이터(Linear Actuator)의 변위센서로도 활용이 가능하다.As described above, the present invention is characterized in that the shapes of the input and output coils 120 (130) wound on the core 110 and the translator 150 performing the relative linear motion are gradually shifted in the linear motion direction from linear (Or reduced) in response to change in the area of the translator 150 in the time-varying magnetic field area when the input / output coils 120, 130 and the translator 150 are relatively moved, By detecting a change in the voltage induced in the coil 130 and measuring a linear movement displacement of the movable object, it is possible to realize a linear displacement sensor having a superior performance at a low cost by applying a simple mechanical configuration using an electromagnetic induction system There are advantages. The manufactured linear displacement sensor can be used as a displacement sensor of a linear actuator.

이상 본 발명의 구체적인 실시 형태에 대하여 상세하게 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서도 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 본 발명은 본 상세한 설명에 기재된 것에 한정되는 것은 아닌 것으로 이해되어야만 한다. 본 발명의 권리범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 실시형태는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
While the present invention has been described in detail with reference to the specific embodiments thereof, those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. It should be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and that the present invention is not limited to what is described in the present specification. It is to be understood that the scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the foregoing description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are included in the scope of the present invention Should be interpreted.

100 : 선형변위센서 110 : 코어
120 : 입력코일 130 : 출력코일
150 : 트랜슬레이터 200 : 시변전류공급장치
300 : 검출장치 400 : 연산장치
500 : 필터 600 : 증폭기
700 : 디스플레이장치 800 : A/D 컨버터
100: linear displacement sensor 110: core
120: input coil 130: output coil
150: Translators 200: Time-varying current supply
300: detecting device 400: calculating device
500: filter 600: amplifier
700: Display device 800: A / D converter

Claims (8)

코어(core);
상기 코어의 일측에 권선되며, 시변전류가 인가되어 시변자기장을 형성하는 입력코일;
상기 입력코일과 일정간격을 두고 평행하게 배치되며, 상기 입력코일에서 발생하는 시변자기장의 영향을 받아 전압이 유도되는 출력코일; 및
상기 입력코일 주변에 형성된 시변자기장 영역 내에서 상기 입,출력코일과 서로 상대 직선운동을 수행하는 도전체로 구성된 트랜슬레이터(translator);를 포함하여 이루어지되,
상기 트랜슬레이터는 직선운동 방향이 장변측 방향이고 상기 직선운동 방향과 수직한 방향이 단변측 방향을 형성하는 사다리꼴 판 형태의 구조물로서, 그 단변측 방향의 서로 마주보는 두 변은 서로 평행을 이루고, 그 장변측 방향의 서로 마주보는 두 변 중 한쪽 변은 상기 단변측 방향의 두 변과 서로 수직을 이루며, 다른 한쪽 변은 한쪽 끝단에서 다른 쪽 끝단으로 갈수록 기울기가 선형적 또는 일정한 함수형태로 변화(증가 또는 감소)되는 형상을 갖도록 형성되어,
상기 입,출력코일과 트랜슬레이터의 상대 직선운동시 시변자기장 영역 내에서 트랜슬레이터의 면적 변화에 따른 출력코일에서의 전압의 변화를 측정함으로써 가동물체의 직선이동 변위를 측정하도록 형성한 것을 특징으로 하는 전자기유도 방식을 이용한 선형변위센서
A core;
An input coil wound on one side of the core and applying a time-varying current to form a time-varying magnetic field;
An output coil disposed parallel to the input coil at a predetermined interval, the voltage being induced by the time-varying magnetic field generated by the input coil; And
And a translator composed of conductors that perform relative linear motion with respect to the input and output coils within a time-varying magnetic field region formed around the input coil,
Wherein the translator is a trapezoidal plate-like structure in which a rectilinear motion direction is a long side direction and a direction perpendicular to the rectilinear motion direction forms a short side direction, wherein two opposing sides in the short side direction are parallel to each other, One side of the two sides facing each other in the direction of the long side is perpendicular to the two sides in the direction of the short side, and the slope changes linearly or constantly in the form of a function from the other side to the other side Increasing or decreasing)
It is formed to measure the linear displacement of the animal body by measuring the change of the voltage in the output coil according to the change of the translator area in the time-varying magnetic field area during the relative linear movement of the input, output coil and the translator Linear displacement sensor using electromagnetic induction
제1항에 있어서, 상기 입,출력코일과 트랜슬레이터 중 어느 한쪽은 고정된 상태로 유지되고, 다른 한쪽은 직선운동을 수행하며, 상기 직선운동을 수행하는 한쪽 편에 가동물체가 결합되는 것을 특징으로 하는 전자기유도 방식을 이용한 선형변위센서
2. The apparatus according to claim 1, characterized in that either one of the input / output coil and the translator is held in a fixed state, the other performs linear motion, and the movable object is coupled to one side performing the linear motion A linear displacement sensor using an electromagnetic induction method
제1항에 있어서, 상기 트랜슬레이터는 입력코일과 출력코일 사이 공간에 비접촉 상태로 배치된 상태에서 입,출력코일과 상대 직선운동을 수행하는 것을 특징으로 하는 전자기유도 방식을 이용한 선형변위센서
The linear displacement sensor according to claim 1, wherein the translator performs relative linear motion with the input and output coils in a state in which the translator is disposed in a non-contact state between the input coil and the output coil.
제1항에 있어서, 상기 트랜슬레이터는 입,출력코일로부터 일정거리 이격된 외각부에 비접촉 상태로 배치된 상태에서 상기 입,출력코일과 상대 직선운동을 수행하는 것을 특징으로 하는 전자기유도 방식을 이용한 선형변위센서
The electromagnetic induction method of claim 1, wherein the translator performs a relative linear motion with the input and output coils in a state in which the translator is disposed in a non-contact state at a predetermined distance from the input and output coils. Linear displacement sensor
시변전류를 공급하는 시변전류공급장치;
코어(core)와, 상기 코어의 일측에 권선되며 시변전류가 인가되어 시변자기장을 형성하는 입력코일과, 상기 입력코일과 일정간격을 두고 평행하게 배치되며 상기 입력코일에서 발생하는 시변자기장의 영향을 받아 전압이 유도되는 출력코일과, 상기 입력코일 주변에 형성된 시변자기장 영역 내에서 상기 입,출력코일과 서로 상대 직선운동을 수행하는 도전체로 구성된 트랜슬레이터(translator)를 포함하는 선형변위센서;
상기 가동물체의 직선운동시 상기 선형변위센서의 출력코일로 유도되는 전압 또는 전류를 검출하는 검출장치; 및
상기 검출장치에서 검출된 전압 또는 전류와 기준치를 비교하여 상기 가동물체의 선형변위를 연산하는 연산장치;를 포함하여 이루어지되,
상기 트랜슬레이터는 직선운동 방향이 장변측 방향이고 상기 직선운동 방향과 수직한 방향이 단변측 방향을 형성하는 사다리꼴 판 형태의 구조물로서, 그 단변측 방향의 서로 마주보는 두 변은 서로 평행을 이루고, 그 장변측 방향의 서로 마주보는 두 변 중 한쪽 변은 상기 단변측 방향의 두 변과 서로 수직을 이루며, 다른 한쪽 변은 한쪽 끝단에서 다른 쪽 끝단으로 갈수록 기울기가 선형적 또는 일정한 함수형태로 변화(증가 또는 감소)되는 형상을 갖도록 형성되어,
상기 입,출력코일과 트랜슬레이터의 상대 직선운동시 시변자기장 영역 내에서 트랜슬레이터의 면적 변화에 따른 출력코일에서의 전압의 변화를 측정함으로써 가동물체의 직선이동 변위를 측정하도록 형성한 것을 특징으로는 하는 전자기유도 방식을 이용한 가동물체의 선형변위 측정시스템.
A time-varying current supply device for supplying a time-varying current;
An input coil having a core, an input coil wound on one side of the core and applied with a time-varying current to form a time-varying magnetic field, and an output coil disposed parallel to the input coil at a predetermined interval, A linear displacement sensor including an output coil from which a received voltage is induced and a translator composed of conductors that perform relative linear motion with the input and output coils in a time-varying magnetic field region formed around the input coil;
A detection device for detecting a voltage or current induced in an output coil of the linear displacement sensor during linear movement of the animal body; And
And a computing device for calculating a linear displacement of the movable object by comparing a voltage or current detected by the detection device with a reference value,
Wherein the translator is a trapezoidal plate-like structure in which a rectilinear motion direction is a long side direction and a direction perpendicular to the rectilinear motion direction forms a short side direction, wherein two opposing sides in the short side direction are parallel to each other, One side of the two sides facing each other in the direction of the long side is perpendicular to the two sides in the direction of the short side, and the slope changes linearly or constantly in the form of a function from the other side to the other side Increasing or decreasing)
The linear movement of the animal body is measured by measuring the change in voltage at the output coil according to the change of the translator area in the time-varying magnetic field during the relative linear motion of the input and output coils. Linear displacement measurement system of animal body using electromagnetic induction method.
제5항에 있어서, 상기 검출장치에서 검출된 전압 또는 전류를 증폭하는 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기유도 방식을 이용한 가동물체의 선형변위 측정시스템.
The linear displacement measurement system according to claim 5, further comprising an amplifier for amplifying the voltage or current detected by the detection device.
제5항에 있어서, 상기 증폭기를 통해 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터(Analog to Digital converter)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기유도 방식을 이용한 가동물체의 선형변위 측정시스템.
The system of claim 5, further comprising an analog-to-digital converter for converting the analog signal amplified by the amplifier into a digital signal. .
제5항에 있어서, 상기 연산장치로부터 연산된 결과에 따라 가동물체의 선형변위를 디스플레이하는 디스플레이장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기유도 방식을 이용한 가동물체의 선형변위 측정시스템.The system of claim 5, further comprising a display device for displaying the linear displacement of the animal according to the result calculated by the computing device.
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