KR930009516B1 - 진동검출기 및 그의 고유진동주파수 조정방법 - Google Patents
진동검출기 및 그의 고유진동주파수 조정방법 Download PDFInfo
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Abstract
내용 없음.
Description
제 1 도∼제 3 도는 이 발명의 제 1 발명에 의한 한 실시예를 표시하며 제 1 도는 일부평면도.
제 2a 도는 요부조립표시 평면도. 동도(b)는 같은 단면도.
제 3 도는 온도-주파수 특성도.
제 4 도는 다른 실시예의 요부단면도.
제 5 도는 이 발명의 제 2 발명에 의한 한 실시예의 요부평면도.
제 6 도∼제 8 도는 이 발명의 제 3 발명에 의한 한 실시예를 설명하기 위한 것으로서,
제 6 도는 진동검출부의 평면도.
제 7 도는 같은 진동검출부의 측단면도.
제 8 도는 진동판의 가공을 설명하기 위한 측단면도.
제 9 도는 종래의 진동검출기의 일부단면 측면도.
제 10 도는 같은 진동검출부의 측단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 케이스 2,12 : 진동판
2c : 벤자리 3 : 압전소자
5 : 하우징 12c : 벤자리부
이 발명은 내연기관의 진동을 검출하고 노킹을 검지하기 위한 진동검출기에 관한 것으로 더욱 상세히 말하면 진동판에 접착한 원판상의 압전소자를 사용하여 진동-전기변환을 행하는 진동검출기 및 그의 고유진동주파수 조정방법에 관한 것이다.
제 9 도는 종래의 이 종류의 진동검출기를 표시하며, 도면에서, 강제인 케이스(1)에는 내연기관(도시생략)에 설치하기 위한 나사(1a), 지지면(1c)이 있다. 금속원판으로 된 진동판(2)은 진동을 전기신호로 변환하는 디스크상압전소자(3)를 동심으로 접착하는 진동면(2a) 및 고정을 위한 주변부(2b)로 되어 있다. 수지제의 하우징(5)은 강제단자(6)를 포함하여 열성형되어 있으며 고정을 위한 주변부(5a)가 있고 단자(6)와 기준전극을 절연하고 있다. 단자(6)와 압전소자(3)의 상면전극과는 도선(4)에 의하여 접속되어 있다. 또 케이스(1)의 내부에는 진동판(2)과 압전소자(3)로 된 진동검출부(7), 하우징(5)을 순차 삽입하고 코킹부(1b)에 의하여 이들을 고정하여 이 고정부에서 진동판을 고정하고 있다.
이상의 구성에 의하여 케이스(1)의 나사(1a)체결로 내연기관에 지지면(1c)이 접착고정된다. 내연기관의 운전상태에 따라 새기는 진동은 케이스(1)로부터 진동판(2) 및 압전소자(3)로 전달되고 이에 비례한 검출 신호를 발생하며 진동판접착측의 전극을 기준으로 단자(6)에 검출신호를 출력한다. 케이스(10)의 금속제어이므로 진동판(2)과 같은 전위이다. 진동검출기는 내연기관의 노킹진동성분과 공진하였을 때에 최대출력을 발생하는 고유진동수(fo)를 보유한다.
진동판(2)과 압전소자(3)으로 된 진동-전기변환부(진동검출부)는 진동판(2) 및 압전소자(3)의 각 지름과 두께로 결정되는 fo에서 가장 감도가 좋으며 출력이 최대치로 된다. 이 fo는 진동검출기의 중요한 요소이며 fo의 변화가 작은 것이 요구된다. 진동검출기의 실사용 환경에서, 가장 대표적인 특성으로 온도특성을 들 수 있다. 이 온도특성은 fo의 변화를 일으키게 하는 것을 가늠하는 것으로서 fo의 변화는 시스템 성능에 영향을 주기 때문에 상기 변화는 작게 하고 싶은 요소의 하나이다.
제 10 도에 표시한 진동판(2)과 압전소자(3)를 접착하여서 된 진동-전기변환부의 고유진동주파수는 진동판(2)의 유효지름과 두께 및 압전소자(3)의 지름과 두께에 의하여 결정된다. 여기서 진동판(2) 및 압전소자(3)의 각 물리정수가 중요함을 말할 것도 없다. 진동검출기의 고유진동주파수(fo)의 설정은 진동판(2)의 지름이 구조면에서 변경할 수 없으므로 그 두께로 조정하거나 또는 압전소자(3)의 지름 및 두께로 조정한다.
그러나, 진동판(2)의 두께를 변경하면은 진동판(2)의 외주변의 코킹부의 케이스(1) 또는 하우징의 치수관계가 변하며 동시에 다른 부품치수도 변경이 필요하게 된다. 압전소자(3)의 지름을 변경하는 데는 성형금형도 다른 지름의 것이 필요하게 되고 대응이 쉽지 않고 비용증가의 요인이 된다. 또 압전소자(3)의 두께는 기본제조공정에 압전소자의 연마가 포함되는 일이 있으며 이것을 추가가공을 한다하여도 대응이 비교적 용이하다. 그렇지만은 주로 압전소자(3)의 두께 또는 압전소자(3)의 지름에 의한 고유진동주파수(fo)의 설정수법이외에 진동검출기의 본체부분의 변경을 수반하지 않고 진동-전기변환부에서 용이하게 (fo)의 조정이 가능하면은 종류가 증가하는 추세의 최근의 자동차엔진에 대한 진동검출기의 생산대응이 용이하게 되고 바람직하다.
이상과 같은 종래의 진동검출기는 진동판이 전주변에서 고정되어 있으며 fo의 온도특성이 나쁘다는 문제점이 있었다.
또 종래의 진동검출기의 고유진동주파수 조정방법에서는 진동판과 고유진동주파수는 진동판의 진도유효지름, 두께 및 압전소자의 지름 혹은 이것과 두께의 조합으로 조정하나 이들 조합으로는 최근 그 종류가 급격히 증가하고 있는 자동차엔진의 요구특성(예 녹주파수의 종류)에 충분히 대응할 수가 없다. 특히 진동판의 두께를 변경하면은 진동검출기 본체측 치수의 재조정이 필요하게 되고 비용증가를 초래하게 되므로 채용이 곤란하다. 또 fo에 대한 설계 자유도가 낮으며, 비용저감에는 동일사양으로 다량생산하는 것이 필요한 시대적 요구에 역행하는 점이 있어, 이와같은 공진타이프의 것은 일반적으로 상품성이 낮은 결점이 있다.
이 발명은 이와같은 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 이 발명의 제 1 발명은 fo의 온도특성에 뛰어난 진동검출기를 얻는 것을 목적으로 한다. 또 이 발명의 제 2 발명은 진동판고정부의 기밀성을 향상시킨 진동검출기를 얻는 것을 목적으로 한다. 또한 이 발명의 제 3 발명은 고유진동주파수를 용이하게 조정하여 각 제조공차에 대하여 대응할 수 있는 엔진종류가 결정되며 그 종류를 많게하여 대응을 용이하게 할 수 있는 진동검출기의 고유진동주파수 조정방법을 얻는 것을 목적으로 한다. 이 발명의 제 1 발명에 의한 진동검출기는 주변부에 복수개의 벤자리를 원주등 간격으로 형성한 진동판을 구비하고 있다.
이 발명의 제 2 발명에 의한 진동검출기는 벤자리가 없는 외주부의 전주에서 고정되고, 이 고정부의 내측에 복수개의 벤자리부가 형성되어 있는 진동판을 구비하고 있다. 이 발명의 제 3 발명에 의한 진동검출기의 고유진동주파수 조정방법은 진동판이 압전소자가 접합되어 있지 않은 부분에서 일부를 베낸 원형의 것으로, 벤자리의 진동판지름 방향깊이에 의하여 고유진동주파수를 조정한다. 이 발명의 제 1 발명은 진동판의 고정하는 외주변의 주길이가 전주의 대략 50%가 되어 fo의 온도 특성이 향상된다. 이 발명의 제 2 발명은 진동판은 그 외주부에 간극없이 고정된다. 이 발명의 제 3 발명은 진동판에 간단한 추가가공에 의하여 고유진동주파수를 설계치에 맞춘다. 다음은 이 발명의 각 실시예를 도면에 의하여 설명한다.
제 1 도는 이 발명의 제 1 발명에 의한 한 실시예를 표시하며 진동판(2)의 주변부에 원주등간격으로 복수개의 벤자리(2c)가 형성되어 있다. 벤자리(2c)의 저부(2d)는 이에 접착하는 압전소자의 주변과 합치하게 되어 있다.
제 2 도는 진동판(2)에 압전소자(3)를 접착하는 작업을 표시하며 조립지그에 설치된 3개의 핀(8)을 진동판(2)의 벤자리의 저부(2d)에 위치시켜서 압전소자(3)의 위치결정을 행하고, 이 상태에서 압전소자(3)의 진동판(2)에 접착한다. 이와같이 하여 조립함으로써 진동판(2)과 압전소자(3)는 정확하게 동심으로 조립하고 fo의 변화를 극소화 할 수 있다. 상기와 같이 구성된 진동검출부는 진동판(2)의 주변이 제 9 도의 케이스(1)와 하우징(5) 사이에 고정되지만 고정되는 진동판 외주부의 주길이는 전주의 대략 50%로 감소되므로 fo의 온도특성이 현저하게 개선된다.
제 3 도는 fo 온도특성에 대하여 진동판의 전주를 고정한 종래의 것과 상기 실시예를 대비하여 표시한 것이다. 또 상기 실시예의 것은 내열성에 기준한 내구성에 있어서도 우수하다. 또한 상기 실시예에서 진동판(2), 압전소자(3) 및 이들의 접착제 등의 팽창계수를 맞추는 것이 중요하다. 이것은 온도 특성으로의 영향이 크기 때문이며 내구성면에서도 중요하다.
제 4 도는 다른 실시예를 표시하며 진동판(2)의 벤자리의 저부(2d)의 지름을 압전소자(3)의 지름보다도 크게한 것이다. 이와같이 구성하면은 fo의 온도특성 개선에 더하여 압전소자(3)의 외주부(2e)가 접착제의 괴이는 곳이 되어 도포량의 과다로 인한 접착제의 흐름을 방지할 수가 있다. 그런데 상기 제 1 도에 표시한 진동판(2)은 코킹으로 고정하는 외주부(2b)에 벤자리(2c)의 일부가 개재하고 있으므로 진동판(2)을 고정하였을 때 그 코킹부에 벤자리(2c)에 의한 간극이 생겨서 기밀성을 필요로 하는 각종 환경시험에 대하여 밀봉의 불완전에 의한 기밀성 저하를 초래할 우려가 있으며, 이를 이 발명의 제 2 발명에 의하여 개선한 것이다.
제 5 도는 이 발명의 제 2 발명에 의한 한 실시예를 표시하며, 원판상의 압전소자가 접착되는 원판상의 진동판(12)은 벤자리가 없는 외주부(12b) 전주에서 고정된다. 복수개의 벤자리부(12c)는 외주부(12b)의 내측에 형성되어 있다. 상기 구성에 의하여 제 9 도에 표시한 케이스(1)에 진동판(12)을 고정하였을 때 벤자리 없는 외주부(2b)가 코킹접합되므로 이 부위에서의 간극이 없고 기밀성이 확보된다. 또 외주부(12b)의 내측에 복수개의 벤자리부(12c)가 형성되어 있으므로 진동판(12)에 소정의 진동특성을 부여할 수가 있다.
다음은 제 6 도 및 제 7 도를 참조하여서 이 발명의 제 3 발명의 한 실시예를 설명한다. 디스크상의 압전소자(3)가 접합되는 진동판(2)은 외주부에 복수개의 벤자리(2c)를 방사상으로 형성한 기어형상으로 되어 있으며, 그 골지름은 D2로 표시한다. 압전소자(3)의 지름은 골지름(D2)보다 작은 D3로 되어 있다. 상기와 같이 구성된 진동검출부의 고유진동주파수(fo)는 진동판(2)의 공지름(D2)으로도 결정되어 있으므로 진동판(2)의 유효역 및 두께 또는 압전소자(3)의 두께 및 지름(D3)에 의하여 결정되나, 이 실시예에서는 진동판(2)의 골지름(D2), 환언하면 벤자리(2c)의 지름방향깊이(d)를 변화시켜서 최종적인(fo)를 조정한다. 다음에 상기 (fo) 조정수단의 실시예를 제 8 도를 사용하여 설명한다.
제 8 도는 진동검출부의 진동판(2)의 골지름(D2)을 실제로 진동을 가한 상태에서 소망의 (fo)(설계치)에 맞추도록 벤자리(2c)의 깊이(d)를 조정하기 위한 지금에 고정된 상태를 표시한다.
도면에서, 케이스(11)에 가진기측에 체결하기 위한 나사(11a)가 있다. 진동판(2)의 하부에 공간(11b)가 형성되고 진동판(2)의 외주변은 나사(11c)에 체결된 너트(12)로 고정된다. 상기 상태에서 가진기로 진동을 가하게 되면 진동판(2)과 압전소자(3)로 된 진동검출부는 고유진동주파수(fo)로 진동하므로 가진기로부터의 가진주파수가 설치(fr)에 맞추어져 있어(fo)가 맞지 않으며 압전소자(3)의 출력레벨은 작거나 혹은 출력이 없다. 여기서, 진동판(2)의 골지름(D2)을 작게 하도록 가공하여 (fo)를 (fr)에 맞춘다. 진동판(2)의 가공은 열의 문제가 있으므로, 그 냉각이 중요하지만 비접촉(예컨데 레이저가공)으로 가공할 수가 있다. 가진중에 진동판(2)을 가공하여 골지름(D2)을 맞추는 것은 곤란(가공에 의한 진동이 가진의 외란이 되어 특성판단곤란)하므로 가진중의 (fo)의 검사→골지름(D2)의 조정(진동판의 가공)→가진에 의한(fo)의 검사를 반복하면은 각 작업은 분리되고 불필요한 간섭은 없어진다.
상술한 설명에서 명백한 바와같이 이 발명의 제 1 발명은 진동판의 주변부에 복수개의 벤자리를 원주등간격으로 설치하고 진동판을 고정하는 실질적인 주길이를 단축시킴으로써 공진주파수의 온도 특성을 개선할 수 있는 동시에 내구성도 향상시키는 효과가 있다. 또 이 발명의 제 2 발명은 진동판의 외주부에 벤자리가 형성되는 것을 피하였으므로 진동판 고정부의 기밀성을 현저히 향상시키고 높은 신뢰성을 얻게 되는 효과가 있다. 또한 이 발명의 제 3 발명에 의하면 간단한 가공을 진동판에 추가시킴으로써 진동검출부의 고유진동주파수를 용이하게 설계치로 조정할 수 있어 금후 엔진의 종류증가(녹주파증가) 혹은 엔진의 소량생산에 대응하기 쉽다는 효과가 있다.
Claims (3)
- 피측정체에 체결하기 위한 나사(1a)를 갖춘 케이스(1)와, 상기 케이스(1)에 장착되어서 밀폐공간을 형성하는 하우징(5)과, 원판상의 압전소자(3)가 접착되고 주변부를 상기 케이스(1)와 상기 하우징(5) 사이에 끼워 고정한 금속원판으로 된 진동판(2)을 구비하는 진동검출기에 있어서, 주변부에 복수개의 벤자리(2c)를 원주등간격으로 형성하고 있는 상기 진동판을 구비하여서 된 것을 특징으로 하는 진동검출기.
- 판상의 압전소자(3)를 진동판(2)에 고착하여 진동검출부를 형성하고, 상기 진동판(2)의 외주부를 고정하여 조립한 진동검출기에 있어서, 상기 외주부의 전주에서 고정되고 상기 외주부의 내측에 복수개의 벤자리부(12c)가 형성되어 있는 상기 진동판을 구비하여서 된 것을 특징으로 하는 진동검출기.
- 진동판에 원판상의 압전소자(3)를 접합하여서 된 진동-전기변환부를 갖춘 진동검출기의 고유진동주파수(fo)를 상기 압전소자(3)가 접합되어 있지 않은 상기 진동판의 외주부 위에 벤자리(2c)를 형성하고, 이 벤자리의 깊이(D2)에 의하여 고유진동주파수 설계치(fr)에 맞추는 진동검출기의 고유진동주파수 조정방법.
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