KR970005129B1 - 유도성 근접 센서 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

유도성 근접 센서

제1도는 본 발명 센서의 기본적인 다이어그램.

제2도는 제1도의 다이어그램에 관계하는 전압 및 전류의 시간 그래프.

제3도는 제1도의 코일 단자에서 유도된 전압에 속하는 제2도의 상세한 확대도.

제4도는 본 발명의 양호한 실시예의 센서의 블록 다이어그램.

제5도는 제4도의 다이어그램에 관계하는 전압 및 전류의 시간 그래프.

제6도는 제4도의 센서 변형의 블록 다이어그램.

제7도는 제4도의 센서의 다른 변형의 블록 다이어그램.

제8도는 제7도의 변형에 관계한 신호(S₄,S₅및 SI₁)의 시간 그래프.

제9도는 제7도에 도시된 필터 수단의 다이어그램.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 코일 4 : 저항기

5 : 증폭기 6 : 필터 수단

본 발명은 인덕턴스 측정 장치에 관한 것으로, 특히, 코일, 코일에 전류를 공급하기 위한 수단(means for feeding the coil), 검출될 물체의 존재시에 응답(response)을 발생할 수 있는 신호를 측정 및 처리하기 위한 수단을 갖는 형태의 유도성 근접 센서(inductive proximity sensor)에 관한 것이다.

공진 회로를 이용하는 유도성 근접 센서가 제안되어 있는데, 이런 형태의 센서의 동작 원리는 센서에 근접하여 금속 물체의 부재시에, 공진형 발진기 형태의 측정 회로는 최대 진폭에서 발진한다. 한 금속 물체의 근접으로 인하여 상기 물체에 유도된 과전류를 통해 손실을 초래하며, 그 결과, 공진 진폭이 감쇠된다. 그러므로, 그 진폭과 기준값의 비교에 있어서 금속 물체의 존재를 검출하는 것을 가능하게 만든다.

상기와 같은 형태의 큰 결점은 공진 회로의 내부 손실(회로 코일의 저항 손실, 코일의 자기 회로의 히스테리시스 손실)에 대한 센서의 감도이다. 그러한 손실은 사실, 온도에 의존하는데, 이는 검출 결과의 부정확성의 원인이 된다.

상기와 같은 형태의 센서는 일본 특허 출원 제1,546,562호에 기술되어 있다.

본 발명의 목적은 상기 결점을 해소한 개선된 유도성 근접 센서를 제공하는 것이다. 결국, 서두에서 언급된 형태의 본 발명에 따른 유도성 근접 센서에서는, 전류 공급 수단(feeding means)이 주기(T)의 주기적 전류를 코일에 공급하도록 배열되어, 상기 전류 공급 장치에 의해 코일에 보내진 전류가 주기(T)보다 짧은 지속 시간(T1)동안 전류가 코일에 흐르고, 상기 주기의 나머지 시간(T－T1)동안 실제로 제로값을 가지며, 또한, 측정 및 처리 신호용 수단이 전술된 주기의 나머지 지속 시간(T－T1)동안 검출될 물체의 존재시 응답을 발생하도록 배열되어 있다.

본 발명의 양호한 실시예와 그 실시예의 변경안에 대해 첨부된 도면을 참고로 하여 더욱 상세히 기술한다.

제1도는 본 발명에 따른 센서의 기본 다이어그램이다. 상기 센서의 코일(2)의 단자중 한 단자는 전원 공급 장치의 접지에 접속되고, 다른 단자는 신호(SI₁)에 의해 제어되는 스위치(I₁)를 교차하는 일정한 전압(E)에 접속된다.

제2도는 제1도의 다이어그램에 관계하는 전압 및 전류의 시간 그래프이다. 제어 신호(SI₁)는 그 신호가 고전위(H)일 때 닫치고 저전위(B)일 때 개방되도록 스위치(I₁)를 작동시킨다. 따라서, 스위치(I₁)는 주기(T)에서 주기적으로 제어되는데, 즉 간격(T)동안에는 닫치고, 간격(T－T₁)동안에는 개방된다. 코일을 통해 통과하는 전류(i)는 제2도(b)에 따라 설정된다. 제2도(c)는 코일의 단자에서 전압을 표시한다.

상기 코일에서 제로 전류의 기간 동안에 상기 전압 곡선의 확대도(제3도)는 금속 물체가 센서 근처에 위치될 때 상기 전압의 진폭이 실제로 차이가 있는 것을 나타낸다.

상기 현상은 기간(T₁)동안에 코일내의 전류 변화로 인하여 금속 물체의 유도된 전류가 발생한다는 사실에 근거하여 설명된다. 스위치(I₁)의 개방을 통해 코일내의 전류의 강제로 억제된 이후에, 금속의 물체내의 유도된 전류는 계속 흐르며, 코일의 단자에 전압을 유도한다. 상기 검출 방법의 장점은 온도의 함수로서 측정된 신호에 경미하게 의존된다는 것이다. 즉, 코일에 유기된 전압은 코일의 저항에 의존하지만, 코일의 금속 물체에 유도된 전류 세기에 의존한다.

제4도는 본 발명의 양호한 실시예의 센서의 블록 다이어그램이다. 여기서, 코일(2)은 저항(4)과 병렬로 접속되며, 그 값은 코일(2)의 약 50배가 된다. 저항기(4)의 하는 일은 스위칭으로 인한 발진을 감쇠시키는 것이다. 높은 저항값으로 인해, 저항기(4)는 유기된 전압 측정에 영향을 주지 않는다. 그 제어 신호(SI₂및 SI₃)에 의해 제어된 스위치(I₂및 I₃)로 인하여, 코일(2)내의 전류(i)가 실제로 0일 때, 기간(T₂)동안 유기된 전압 측정을 할 수 있다. 따라서, 유기 전압은 증폭기(5)로 보내진다. 증폭기(5)의 출력 전압은 기준전압과 비교되며, 그로인해, 금속 물체의 근접이 검출된다.

제6도에 도시된 변경안에 있어서, 센서의 코일은 2개의 부분(2a 및 2b)로 분리되는 중간 출력측(M)을 갖는다. 저항기(4a,4b)은 제4도의 저항기(4)와 같은 감쇠 기능을 수행한다.

제어 신호(SI₁,SI₂및 SI₃)는 제5도의 신호와 동일하다. 시간 간격(T₁) 동안에, 전류는 코일의 부분(2a)에 흐른다. 스위치(I₁)의 개방은 코일 부분(2a 및 2b)에서 전압이 유기된다. 권선 방향에 비추어, 이들 유기 된 전압은 반대 위상이다. 부분(2a)보다 금속 물체로부터 더 떨어져 있는 부분(2b)은 보다 낮은 전압을 유기하고, 따라서, 발생된 유기 전압(Ui)은 제로값을 갖지 않는다.

다른 한편으로, 방해 자계(disturbing magnetic)가 존재하는 경우, 부분(2a 및 2b)의 부분적 유기 전압은 반대 극성을 제외하고 실제로 동일하며, 따라서 발생하는 유기 전압(Ui)은 실제로 제로가 된다. 상기 변경안의 실시예에 있어서, 상기 센서는 외부의 방해에 대해 실제로 영향을 받지 않게 된다.

제7도는 제4도의 실시예의 변경안을 도시한다. 제7도에 있어서, 제어 신호(SE₁)는 신호(S₄및 S₅)의 조합에 의해 얻어진다. 주기(T₄)의 신호(S₄)는 제1플립플롭(D₁)의 클럭 입력(CK)에 전송되며, 플립플롭(D₁)의 Q 출력은 제2플립플롭(D₂)의 클럭 입력(CK)에 접속되고, 그러므로 제2플럽플롭(D₂)의 출력(S₅)은 T의 4배의 주기(T)를 갖는다. AND-게이트에 의한 신호(S₄및 S₅)의 결합은 상기 센서의 제어신호(SI₁)를 발생한다.

제8도는 신호(S₄,S₅및 SI₁)의 시간 그래프이다. 상기 변경안에 있어서 제어신호(SI₁)는 정지 시간 간격(P)과 동작 시간 간격(S)의 발생을 가능하게 한다. 상기 발생된 정지 시간 간격은 2가지 장점을 갖고 있다. 즉, 하나는, 센서의 평균 소비 전력을 감소시키는 것이며, 다른 하나는 증폭기(5)에 의해 유도된 DC성분(오프셋) 평가를 가능하게 한다. 상기 증폭기(5)에 의해 유도된 DC성분을 제거하기 위해, 상기 증폭기의 출력(A₁)은 필터 수단(6)에 접속된다. 상기 필터 수단은 제9도에 도시된 것처럼, 캐패시터 및 저항기로 단순하게 구성될 수 있다.

Claims (6)

1. 코일과, 상기 코일에 전류를 공급하기 위한 수단과, 검출될 물체 존재시에 응답을 발생할 수 있는 신호를 측정 및 처리하기 위한 수단을 포함하는 유도성 근접 센서에 있어서, 상기 코일에 보내진 전류가 주기(T)보다 짧은 지속 시간(T1)동안 전류가 코일에 흐르고, 상기 주기의 나머지 시간(T－T1)동안 실제로 제로값을 갖도록 상기 코일에 주기(T)의 주기적 전류를 공급하는 상기 전류 공급 수단과, 상기 주기의 나머지 지속 시간(T－T1)동안 검출될 물체의 존재시에 응답을 발생하도록 배열된 상기 신호 측정 및 처리 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도성 근접 센서.
2. 제1항에 있어서, 상기 신호 측정 및 처리 수단은 상기 지속 시간(T－T1)보다 작거나 같은 시간 주기(T2)동안에 상기 코일의 단자에서 전압을 단독으로 측정하도록 배열된 것을 특징으로 하는 유도성 근접센서.
3. 제1항에 있어서, 상기 전류 공급 수단은 상기 주기의 나머지 지속 시간(T－T1) 동안에 실제로 제로값을 갖도록 코일의 전류를 강제로 제공하는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도성 근접센서.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 코일은 저항기(4)와 병렬로 접속되고, 상기 저항기의 값은 코일의 값보다 큰 것을 특징으로 하는 유도성 근접센서.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서의 코일은 2개의 부분으로 분리하는 중간 출력을 가지며, 상기 코일의 권선 방향은 반대 위상의 2개 부분의 유기 전압의 합과 동일한 결과의 유기 전압을 발생하도록 배열된 것을 특징으로 하는 유도성 근접 센서.
6. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 주기(T)의 주기적 전류의 제어신호(SI₁)는 주기(T4)의 주기적 신호와 상기 주기(T4)보다 큰 주기(T)의 주기적 신호의 승법(multiplication)에 의해 얻어지고, 증폭(A1)이후 센서의 응답 신호는 증폭기(5)에 의해 유기된 DC 성분을 제거하는 필터 수단(6)에 접속된 것을 특징으로 하는 유도성 근접 센서.