WO2016018092A1 - 무게 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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WO2016018092A1
WO2016018092A1 PCT/KR2015/007978 KR2015007978W WO2016018092A1 WO 2016018092 A1 WO2016018092 A1 WO 2016018092A1 KR 2015007978 W KR2015007978 W KR 2015007978W WO 2016018092 A1 WO2016018092 A1 WO 2016018092A1
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light
weight
interferometer
path
load cell
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PCT/KR2015/007978
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이장호
조규만
박준규
박종현
윤승현
임효섭
최재우
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주식회사 카스
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    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/14—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G3/00—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances
    • G01G3/12—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G9/00—Methods of, or apparatus for, the determination of weight, not provided for in groups G01G1/00 - G01G7/00

Definitions

  • the present invention relates to weighing, and more particularly, to an apparatus and method for measuring the weight of an object to be placed on a load cell using an interferometer in the weighing using a load cell.
  • a balance is a device for measuring the load of an object to be measured.
  • a balance of electromagnetic force measurement and an electric resistance measurement method have been used.
  • the method of measuring the balance of electromagnetic force is a method of measuring the weight by measuring the amount of electricity required when an electromagnetic force is applied to balance the load.
  • the measuring capacity ranges from several mg to several kg and has a relatively high relative accuracy. Easy mixing of ambient noise may adversely affect precision and stability, and the measurement range is too small and the structure is relatively complicated.
  • the electric resistance wire method is also called a load cell method, which is a method of measuring the weight by converting the torsion of the load cell due to the load into an electrical signal using a strain gauge.
  • the load cell scale is manufactured in a structure provided with a load cell designed to safely deform in a load range of a region to be measured, a load applying means for applying a load to the load cell, a mounting plate on which the object to be measured is placed, an exterior case, a controller, and the like.
  • Load cell scales can only measure the load in a specific area that can be measured by the built-in load cell, and has also been proposed in the form of a built-in two load cells to measure the load of a plurality of areas selectively.
  • the relative precision of the electric resistance wire type method is lower than that of the electronic balance electronic balance, and when the load cell is large, the A / D conversion speed is lowered and the accuracy is lowered.
  • An object of the present invention for overcoming the above problems is to provide an apparatus for measuring the weight of the object to be placed on the load cell using an interferometer having a large measuring range and high precision.
  • Another object of the present invention is to provide a weight measuring method utilized in the apparatus for measuring the weight.
  • an apparatus for measuring the weight of an object to be placed on a load cell by using an interferometer includes a signal processor that processes and outputs an interfering optical signal detected through an interferometer.
  • a distance calculator configured to calculate the length of the light path of the interferometer using the shape information of the interfered optical signal output by the signal processor, and a length of the calculated light path compared with a reference path length. It may include a weight determination unit for determining the weight of the object to be measured using the path displacement of the light, and may further include a reference table indicating a correlation between the weight of the object to be measured in the balance using the load cell and the distance related to the degree of warpage of the load cell. have.
  • the shape information of the interfering optical signal provides a method of measuring a change in the path of light with high precision and a large measurement range including the number of fringes and phase difference information included in the signal.
  • Weight measuring apparatus for achieving the object of the present invention, a load cell having a hollow portion penetrating through the inside, based on the hollow portion of the load cell based on the upper plate and the lower plate of the load cell as a mirror
  • the interferometer to be used and the interfering optical signal detected by the interferometer are processed, and the length of the light path of the interferometer is calculated using the fringe and phase information included in the interfering optical signal,
  • a weight calculation module configured to calculate the weight of the object by using the path displacement of light derived by comparing the length of the path with the reference path length.
  • the interferometer used in the present invention may be a heterodyne interferometer, inter alia, a heterodyne interferometer using an acoustic light modulator (AOM).
  • AOM acoustic light modulator
  • An interferometer includes a light source for providing light beams having a linear polarization state of a single mode, a polarizing beam splitter for transmitting or reflecting light according to the polarization state of the light source, and incident through the polarizing beam splitter.
  • Acoustic light modulator AOM
  • AOM Acoustic light modulator
  • QWP Quarter Wave Plate
  • a weighing method which is a method of measuring a weight of an object to be placed on a load cell using an interferometer, the method comprising: processing an interfering optical signal through an interferometer And calculating the length of the light path of the interferometer using the shape information of the interfered optical signal, and determining the weight of the object to be measured using the calculated length of the light path.
  • Weight measuring method for achieving another object of the present invention, a method for measuring the weight of the object to be placed on the load cell using an interferometer, the optical signal interfered through the interferometer Calculating the length of the light path of the interferometer using the shape information of the interfering optical signal, and comparing the calculated path length of the light path with the reference path length. Determining the weight of the object to be measured using.
  • the step of determining the weight of the object to be measured using the path displacement of the light derived by comparing the calculated path length of the light with the reference path length, by comparing the length of the calculated path of light with the reference length Deriving a path displacement of the light, using a length value related to the deflection degree of the load cell corresponding to the path displacement of the light, using a reference table indicating a correlation between the weight of the object and the distance related to the deflection degree of the load cell
  • the method may include calculating a weight corresponding to the calculated length value of the load cell.
  • a high-precision measuring range using a laser can be measured with a large weight.
  • FIG. 1 is a perspective view of a load cell structure according to the present invention.
  • FIG. 2 is a structural diagram showing an embodiment of an interferometer applicable to the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram of a weight measuring apparatus according to the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an embodiment of a reference table showing a correlation between weight and distance in a scale using a load cell.
  • FIG. 5 is an operation flowchart of a weight measuring method according to the present invention.
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • FIG. 1 is a perspective view of a load cell structure according to the present invention.
  • the scale according to the present invention has a structure including a load cell 10 as shown in FIG. 1, a support means 11 for supporting the load cell 10, and a mirror 13 for changing the traveling direction of light rays by about 90 degrees.
  • Means for supporting the 12 the upper plate reflector 15 attached to the bottom of the upper plate, and the lower plate reflector 14 attached to the bottom of the lower plate.
  • the load cell 10 shown in FIG. 1 is a structure in which a hollow portion penetrating toward the side is formed in the center of a body having an approximately rectangular bar shape, and is fixedly attached to the supporting means 11.
  • the load cell 10 according to the present invention is preferably a load cell for precision measurement.
  • the two light beams 16 and 17 and the two reflecting plates 14 and 15 are some components of the interferometer used in the present invention.
  • the weight calculation module processes the interfering optical signal detected through the interferometer, and calculates the length of the light path of the interferometer using the fringe and phase information included in the interfering optical signal.
  • the weight of the object to be measured is calculated by using the light path displacement derived by comparing the calculated light path length with the reference path length.
  • the present invention measures the weight of the object placed on the load cell by detecting the degree of warpage of the load cell using an interferometer.
  • the Michelson interferometer which uses two beams, consists of probe beams and reference beams, and the phase change or amplitude change induced in the probe beams by the physical changes to be measured is used to prevent interference with the reference beams. By demodulating through it, the physical quantity can be measured with very high accuracy.
  • the frequency of the detection light beam and the reference light beam are the same, and the frequency of the two light beams is called a heterodyne interferometer.
  • Homodyne interferometers can directly demodulate phase and amplitude changes into basebands, whereas heterodyne interferometers have different frequencies of different light beams.
  • An additional demodulation process is required for the IF (Intermediate Frequency) signal given by the mixing.
  • FIG. 2 is a structural diagram showing an embodiment of an interferometer applicable to the present invention.
  • the AOM heterodyne interferometer 20 applied to the present invention includes a light source 200, a polarizing beam splitter (PBS) 210, a mirror 211, and an acoustic light modulator (AOM) ( 220), AOM driver 221, ⁇ / 4-phase delay plate QWP (Quater-Wave Plate) 230, collimation lens (240), target 250, reference reflector (251),
  • the first photodetector 260, the second photodetector 261, the differential amplifier 270, and the demodulator 280 may be included.
  • the light source 200 provides light beams in a linear polarization state in a single mode and provides light beams horizontally aligned with the optical axis incident surface of the PBS.
  • the polarizing beam splitter (PBS) 210 is an element that transmits or reflects incident light according to a polarization state, and transmits P waves as they are and reflects S waves perpendicular to the incident angle. Therefore, the polarizing beam splitter (PBS) 210 transmits the P wave provided from the light source 200 as it is and provides it to the acoustic light modulator (AOM) 220.
  • AOM acoustic light modulator
  • Acoustic light modulator (AOM) 220 is vibrated at a driving frequency (f RF ) by the AOM driver 221, and as a result, a part of the incident light beam has a zero difference (Zero) without changing the original frequency (f 0 ) as it is -order) light is output, and a part of the incident light is modulated by the driving frequency f RF and output as first-order light.
  • the zero order light beams having a frequency of f 0 and the primary light beams having a frequency of (f 0 + f RF ) are output by being separated from each other at a predetermined angle.
  • the collimation lens 241 outputs the zero order comb teeth and the primary light beams separated and output at a predetermined angle in parallel.
  • Light waves of the P-wave incident on the acoustic light modulator 220 pass through the AOM 220, resulting in an S-wave, which is a linearly polarized state rotated 90 ° from the P-wave by the characteristics of the AOM 220.
  • the AOM driver 221 drives the AOM 220 according to the driving frequency, and provides information about the driving frequency f RF to the demodulator 270 to detect signal light.
  • the QWP 230 which is a ⁇ / 4-phase delay plate, is aligned at 45 °, when the linearly polarized light of S wave is incident, it is converted into circularly polarized light and is outputted. And print it out.
  • the QWP 230 is disposed between the target 250, the reference reflector 251, and the AOM 220, and the first and second beams reflected from the target 250 and the reference reflector 251 and returned back to the original light source.
  • the polarization state is rotated and output so as to be 90 degrees to the polarization direction.
  • the target 250 is disposed perpendicular to a path along which one of the light beams output from the AOM 220 proceeds.
  • the target 250 reflects the incident light again and outputs the light along the incident path.
  • the probe 250 includes the changed distance information in the phase change information. provide a beam.
  • the role of the target 250 of the optical interferometer according to the present embodiment is the upper plate reflector 15 of the load cell shown in FIG. 1, and the role of the reference reflector 251 is the lower plate reflector of the load cell shown in FIG. 1. 14) will be in charge.
  • the reference reflector 251 is vertically disposed on a path along which the other of the light beams output from the AOM 220 travels. As a result, the light output from the AOM 220 proceeds to the reference reflector 251 and is re-entered into the AOM again to provide a reference beam.
  • the exploration light rays and the reference light rays reflected from the target 250 and the reference reflector 251 pass through the collimation lens 240 and the QWP 230, and are remodulated by the AOM 220 to proceed to the PBS 210.
  • the two light beams reflected by the target 250 and the reference reflector 251 pass through the QWP 230 and become P-polarized in circular polarization.
  • each of the light beams re-entered into the AOM 220 is output by dividing the light beams unmodulated again with the primary light beams modulated by the driving frequency.
  • the frequency difference value of the two light beams output from the AOM that is, the beat frequency
  • the frequency difference value of the two light beams output from the AOM becomes twice the modulation frequency f RF of the AOM.
  • the light beam passing through the AOM is converted to S wave by rotating 90 °.
  • the light rays incident on the PBS 210 are all S-polarized states, and the light rays incident along the first path 'a' are reflected by the PBS to proceed to the first photodetector 260, and the second path (' Light rays incident along b ') are reflected by the PBS and input to the second photodetector 261.
  • the differential amplifier 270 receives first and second interference signals from the first photodetector 260 and the second photodetector 261, respectively, and detects a difference value i 1 - i 2 of the input interference signals. To the demodulator 280.
  • the driving frequency f RF provided to the AOM 220 through the AOM driver 221 is converted into twice the frequency 2f RF and provided to the demodulator 280.
  • the demodulator 280 demodulates the interference signal provided from the photodetector using twice the frequency to detect a phase and amplitude change with respect to the signal light.
  • the demodulator 280 receives and demodulates the interference signal and the modulation frequency information, and outputs the I and Q values.
  • the I and Q values accumulated from the demodulator 280 are provided to the weight calculation module 40 to calculate the phase change by Equation (1).
  • the phase change in Equation 1 measures the change in the fine path length of less than one quarter of the incident light wavelength (l) called fringe.
  • one fringe is 1/4 of the incident light wavelength because light rays are reflected from the target 250 and the reference reflector 251, and phase ambiguity exists. Large displacements over one fringe are detected through fringe counting.
  • Fringe counting is a technique that divides one fringe into a plurality of zones and adds or subtracts 1/4 of the incident light wavelength to the displacement of the target 250 whenever the change in the path length of the light changes in one direction and crosses one fringe range. .
  • the demodulator 28 is connected to the weight calculation module 40.
  • the weight calculation module 40 According to the weight calculation module 40 according to the present embodiment, one fringe is divided into three zones to detect the direction of change of the light path and the number of fringes. Can be calculated. In this way it is possible to provide a device for measuring a change in the light path having a large measurement range and excellent precision.
  • FIG. 3 is a block diagram of a weight measuring apparatus according to the present invention.
  • Components according to the present invention to be described below with reference to FIG. 3 may be defined by functions performed by each of the components defined by the functional division, not the physical division.
  • Each of the components may be implemented in hardware and / or program code and a processing unit for performing each function, and the functions of two or more components may be included in one component and implemented. Therefore, the names given to the components in the following embodiments are given not to physically distinguish each component, but to imply representative functions performed by each component, and are referred to by the name of the component. It should be noted that the technical spirit of the invention is not limited.
  • the weight measuring apparatus includes an optical interferometer 20 and a weight calculation module 40, and the weight calculation module 40 is again a signal processor 410 and a distance calculator ( 420, the weight determining unit 430, and the reference table 440 may be configured.
  • the interferometer 20 according to the present invention may be used not only for the interferometer as described with reference to FIG. 2 but also for other Michelson interferometers, Mach-gender interferometers, and the like.
  • FIG. 2 only one of the interferometers of the Michelson interferometer system has been described as an example.
  • the signal processor 410 When the interfering light beam is converted into an electrical signal by the optical detector of the optical interferometer, the signal processor 410 amplifies the weak electrical signal, performs an analog-to-digital (A / D) conversion on the amplified signal, Filtering is performed using a low pass filter (LPF), a high pass filter (HPF), and the like.
  • LPF low pass filter
  • HPF high pass filter
  • the signal input to the distance calculator 420 is a signal including a fringe. As described above, the number of fringes changes as the path length of light changes, and the distance calculator 420 calculates the path length of light using fringe counting and phase difference information.
  • the weight determining unit 430 determines the path length of the light that is a reference, for example, the path length of the light when no load is applied to the load cell, and the path length of the light calculated by the distance calculator 420. Compare and derive the difference.
  • the difference between the reference path length and the actually calculated path length, that is, the path displacement of light corresponds to the degree of warpage of the load cell due to the load applied to the load cell.
  • the weight determination unit 430 also calculates a corresponding weight value using the weight values related to the deflection degree of the load cell stored in the reference table 440 as the path displacement value of the light.
  • the load of the measured object on the load cell may be defined by the corresponding weight value.
  • the reference table 440 is a table representing a correlation between weight and distance in a scale using a load cell, and provides a method of accurately predicting weight values not present in the reference table by various regression methods such as spline.
  • Figure 4 shows an embodiment of a reference table showing the correlation of weight and distance in a balance using a load cell.
  • the reference table of FIG. 4 shows the degree of warping when the object is placed on the top plate of the scale and the weight of the load cell, that is, the length of the center of the load cell is bent down to the ground direction in mm.
  • gf represents a unit of weight.
  • the displacement length as the load cell is deflected shown in the table of FIG. 4 affects the length of the light path from the light source to the target in the interferometer to be used in the present invention. That is, the length of the entire optical path can be calculated by subtracting the displacement length according to the bending of the load cell from the length of the optical path as a reference.
  • FIG. 5 is an operation flowchart of a weight measuring method according to the present invention.
  • each step constituting the weighing method of the present invention may be understood as an operation performed in a corresponding component of the weighing apparatus of the present invention described with reference to FIG. 5. Steps should be defined as the function itself defining each step. In other words, it should be noted that the performing agent of each step is not limited by the name of the component illustrated as performing each step.
  • the interfering optical signal is processed through the interferometer (S610).
  • the processing at this time amplifies the weak electrical signal, performs analog-to-digital (A / D) conversion on the amplified signal, and converts the converted signal into a low pass filter (LPF), a high pass filter (HPF), and the like. Includes all procedures used to perform filtering.
  • the interferometer according to the present invention includes a Michelson interferometer, a heterodyne interferometer, a heterodyne interferometer utilizing AOM as well as a Mach-gender interferometer.
  • the length of the light path of the interferometer is calculated using the shape information of the interfering optical signal (S620).
  • the shape information of the interfering optical signal includes the number and phase difference information of the fringes included in the signal.
  • a path displacement of the light is derived by comparing the calculated path length of the light with a reference length (S630).
  • the reference path length of the light beam may be the path length of light when no load is applied to the load cell.
  • the weight value corresponding to the length value related to the deflection degree of the searched load cell is determined by using a reference table based on a length value related to the deflection degree of the load cell corresponding to the light path displacement (S640). Define by weight (S650).

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Abstract

간섭계를 이용해 로드셀 상에 놓이는 피측정물의 무게를 측정하는 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 무게 측정 장치는, 간섭계를 통해 검출한 간섭된 광 신호를 프로세싱하여 출력하는 신호처리부, 상기 신호처리부가 출력하는 간섭된 광 신호의 형태 정보를 활용해 상기 간섭계의 빛의 경로의 길이를 산출하는 거리 산출부, 및 상기 산출된 빛의 경로의 길이를 기준 경로 길이와 비교하여 도출한 빛의 경로 변위를 이용해 상기 피측정물의 무게를 판단하는 무게 판단부를 포함하여, 레이저 및 간섭계를 이용한 정밀 무게 측정이 가능토록 한다.

Description

무게 측정 장치 및 방법
본 발명은 무게 측정에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 로드셀을 이용한 무게 측정에서 간섭계를 이용해 로드셀 상에 놓이는 피측정물의 무게를 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
저울은 피측정물의 하중을 측정하는 장치로, 기존에는 측정 방식으로 전자력 평형식 측정 방식, 전기 저항선식 측정 방식 등이 사용되어 왔다.
전자력 평형식 측정 방식은 하중과 평형을 이룰만큼의 전자력이 인가될 때 요구되는 전기량을 측정함으로써 무게를 측정하는 방식으로 측정 용량은 수 mg 내지 수 kg에 이르며, 상대 정밀도가 상당히 높다는 장점은 있으나, 주변 잡음의 혼입이 용이하여 정밀도 및 안정도에 악영향을 미칠 수 있고 측정 범위가 지나치게 작고 비교적 구조가 복잡하다는 문제점이 있다.
전기저항선식 방식은 로드셀 방식이라고도 하는데, 하중에 의한 로드셀의 비틀림을 스트레인 게이지를 이용하여 전기적 신호로 변환시켜 무게를 측정하는 방식이다. 로드셀 저울은 측정하고자 하는 영역의 하중 범위에서 안전하게 변형되도록 제작된 로드셀, 로드셀에 부하를 인가하는 부하인가 수단, 피측정물이 올려지는 안착판, 외장케이스, 제어부 등이 구비된 구조로 제작된다. 로드셀 저울은 내장된 로드셀에 의해 측정할 수 있는 특정 영역의 하중만을 측정할 수 있어, 복수 영역의 하중을 선택적으로 측정할 수 있도록 2 개의 로드셀이 내장된 형태의 저울도 제안되어 있다.
전기저항선식 방식의 상대 정밀도는 전자력 평형식 전자 저울에 비하여 낮고, 로드셀이 많아질 경우 A/D 변환 속도가 저하되어 정밀도가 떨어지며 로드셀의 경년 변화에 따른 정기적인 교정을 해야 하는 문제점 또한 존재한다.
따라서, 전자력 평형식 측정 방식 또는 전기저항선식 방식의 문제점을 해결할 수 있는 정밀한 무게 측정을 위한 새로운 방안이 요구된다 할 것이다.
빛의 경로의 길이를 측정하는 간섭계의 경우, 정밀도는 우수하나 일반적으로 동적범위가 빛의 파장의 제약을 받는다는 문제점이 존재한다. 따라서, 간섭계를 저울로 활용하기 위해서는 측정범위를 높일 수 있는 방안이 요구된다.
상술한 문제점을 극복하기 위한 본 발명의 목적은 측정범위가 크고 정밀도가 높은 간섭계를 이용해 로드셀 상에 놓이는 피측정물의 무게를 측정하는 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 무게를 측정하는 장치에서 활용되는 무게 측정 방법을 제공하는 데 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 간섭계를 이용해 로드셀 상에 놓이는 피측정물의 무게를 측정하는 장치는, 간섭계를 통해 검출한 간섭된 광 신호를 프로세싱하여 출력하는 신호처리부, 상기 신호처리부가 출력하는 간섭된 광 신호의 형태 정보를 활용해 상기 간섭계의 빛의 경로의 길이를 산출하는 거리 산출부, 및 상기 산출된 빛의 경로의 길이를 기준 경로 길이와 비교하여 도출한 빛의 경로 변위를 이용해 상기 피측정물의 무게를 판단하는 무게 판단부를 포함하며, 로드셀을 이용한 저울에서의 피 측정물의 무게와 로드셀의 휨 정도와 관련된 거리의 상관관계를 나타내는 기준 테이블을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 간섭된 광 신호의 형태 정보는 상기 신호가 포함하는 프린지의 개수 및 위상차 정보를 포함하여 정밀하고 측정범위가 큰 빛의 경로의 변화를 측정하는 방법을 제공한다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 무게 측정 장치는, 내부를 관통되는 중공부가 형성된 로드셀, 상기 로드셀의 중공부를 기준으로 상기 로드셀의 상판과 하판 저면에 부착되는 반사판을 거울로 이용하는 간섭계, 및 상기 간섭계를 통해 검출한 간섭된 광 신호를 프로세싱하고, 상기 간섭된 광 신호가 포함하는 프린지 및 위상 정보를 활용해 상기 간섭계의 빛의 경로의 길이를 산출하며, 상기 산출된 빛의 경로의 길이를 기준 경로 길이와 비교하여 도출한 빛의 경로 변위를 이용해 상기 피측정물의 무게를 산출하는 무게 산출 모듈을 포함한다.
본 발명에 사용되는 간섭계는 헤테로다인 간섭계, 그 중에서도 음향광 변조기 (AOM)를 이용한 헤테로다인 간섭계일 수 있다.
본 발명에 따른 간섭계는, 단일 모드의 선형 편광 상태로 이루어지는 빛살을 제공하는 광원, 상기 광원의 편광 상태에 따라 투과시키거나 반사시키는 편광 빔스플리터(Polarizing Beam Splitter), 상기 편광 빔스플리터를 투과하여 입사되는 T살을 주파수편향된 빛살과 주파수편향되지 않은 빛살을 일정각도로 분리하여 출력하는 음향광 변조기(AOM), 상기 두 빛살을 원래의 편광 방향과 90도가 되도록 회전시켜 출력하는 Quarter Wave Plate (QWP), 상기 QWP를 투과한 상기 두 빛살을 각각 반사시키는 복수의 거울, 및 상기 복수의 거울로부터 반사되어 상기 편광 빔스플리터를 거쳐 입사되는 광 신호를 재결합하여 출력하는 광 검출부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 무게 측정 방법은, 간섭계를 이용해 로드셀 상에 놓이는 피측정물의 무게를 측정하는 방법으로서, 간섭계를 통해 간섭된 광 신호를 프로세싱하는 단계, 상기 간섭된 광 신호의 형태 정보를 활용해 상기 간섭계의 빛의 경로의 길이를 산출하는 단계, 상기 산출된 빛의 경로의 길이를 이용해 상기 피측정물의 무게를 판단하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 일 측면에 따른 무게 측정 방법은, 간섭계를 이용해 로드셀 상에 놓이는 피측정물의 무게를 측정하는 방법으로서, 간섭계를 통해 간섭된 광 신호를 프로세싱하는 단계, 상기 간섭된 광 신호의 형태 정보를 활용해 상기 간섭계의 빛의 경로의 길이를 산출하는 단계, 상기 산출된 빛의 경로의 길이를 기준 경로 길이와 비교하여 도출한 빛의 경로 변위를 이용해 상기 피측정물의 무게를 판단하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 산출된 빛의 경로의 길이를 기준 경로 길이와 비교하여 도출한 빛의 경로 변위를 이용해 상기 피측정물의 무게를 판단하는 단계는, 상기 산출된 빛의 경로의 길이를 기준 길이와 비교하여 빛의 경로 변위를 도출하는 단계, 상기 빛의 경로 변위에 대응하는 상기 로드셀의 휨 정도와 관련된 길이 값을, 피측정물의 무게와 로드셀의 휨 정도와 관련된 거리의 상관관계를 나타내는 기준 테이블을 활용해 상기 산출된 로드셀의 휨 정도와 관련된 길이 값에 상응하는 무게를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 무게 측정 장치에 따르면 레이저를 활용한 고정밀도의 측정범위가 큰 무게 측정이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 로드셀 구조의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 적용 가능한 간섭계의 일 실시예를 도시한 구조도이다.
도 3는 본 발명에 따른 무게 측정 장치의 블록 구성도이다.
도 4는 로드셀을 이용한 저울에서 무게와 거리의 상관관계를 나타낸 기준 테이블의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 5은 본 발명에 따른 무게 측정 방법의 동작 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 로드셀 구조의 사시도이다.
본 발명에 따른 저울은 도 1에 도시된 바와 같이 로드셀(10)을 포함하는 구조이며, 로드셀(10)을 지지하는 지지 수단(11), 빛살의 진행 방향을 약 90도로 바꿔주는 거울(13)을 지지하는 수단(12), 상판 저면에 부착되는 상판 반사판(15), 하판 저면에 부착되는 하판 반사판(14)을 포함한다.
도 1에 도시된 로드셀(10)은 대략 직사각 막대 형상을 갖는 몸체의 중심에 측면을 향해 관통되는 중공부가 형성된 구조로서, 지지 수단(11)에 고정 부착되어 설치되어 있다. 본 발명에 따른 로드셀(10)은 바람직하게는 정밀 측정용 로드셀이다.
본 발명에 따른 저울의 구조에서는 로드셀(10)과 지지 수단(11)의 중앙부를 통과하여 타겟 반사판(15)에 집광되는 탐사 빛살(17)과 기준 반사판(14)에 집광되는 기준 빛살(16)을 포함하는 것이 특징이다. 두 빛살(16, 17) 및 두 반사판(14, 15)은 본 발명에 이용되는 간섭계의 일부 구성이다.
한편, 본 발명에 따른 무게 산출 모듈(미도시)은 간섭계를 통해 검출한 간섭된 광 신호를 프로세싱하고, 간섭된 광 신호가 포함하는 프린지 및 위상 정보를 활용해 간섭계의 빛의 경로의 길이를 산출하며, 산출된 빛의 경로의 길이를 기준 경로 길이와 비교하여 도출한 빛의 경로 변위를 이용해 상기 피측정물의 무게를 산출한다.
이와 같이 본 발명은 로드셀의 휨 정도를 간섭계를 활용하여 검출함으로써 로드셀 상에 놓인 대상의 무게를 측정한다.
본 발명을 명확히 설명하기 위해 본 발명에 활용 가능한 간섭계에 대해 살펴본다.
두 개의 빛살을 이용하는 마이켈슨 간섭계는 탐사 빛살(probe beam)과 기준 빛살(reference beam)로 구성되는데 측정하고자 하는 물리적인 변화에 의해 탐사 빛살에 유도된 위상변화나 진폭 변화를 기준 빛살과의 간섭을 통해 복조시킴으로써 해당 물리량을 매우 높은 정밀도로 측정할 수 있다.
이와 같은 두개의 빛살을 이용하는 간섭계에서 탐사 빛살과 기준 빛살의 주파수가 같은 경우를 호모다인(homodyne) 간섭계라고 하고 두 빛살의 주파수가 다른 경우를 헤테로다인(heterodyne) 간섭계라고 한다. 호모다인 간섭계의 경우 위상 및 진폭변화를 직접 베이스밴드(baseband)로 복조시킬 수 있는 반면, 헤테로다인 간섭계의 경우는 두 빛살의 주파수가 다르기 때문에 위상 및 진폭변화를 측정하기 위해서는 탐사 빛살과 기준 빛살의 믹싱에 의해 주어지는 IF(Intermediate Frequency) 신호에 대한 추가 복조과정이 필요하다.
이와 같이 추가 복조 과정이 필요하지만 RF 통신에서 널리 사용되고 있는 I/Q-복조 기술을 적용할 경우 복잡한 광학계를 사용하지 않더라도 쉽게 위상과 진폭변화를 구분해서 정밀하게 측정할 수 있기 때문에 헤테로다인 I/Q 간섭계가 센서 응용에 적합하다.
도 2는 본 발명에 적용 가능한 간섭계의 실시예를 도시한 구조도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 적용되는 AOM 헤테로다인 간섭계(20)는 광원 (200), 편광 빔스플리터 (PBS: Polarizing Beam Splitter)(210), 거울(211), 음향광 변조기(AOM)(220), AOM 구동부(221), λ/4-위상지연판인 QWP(Quater-Wave Plate)(230), 콜리메이션 렌즈(colimation lens)(240), 타겟(250), 기준 반사판 (251), 제1 광검출기(260), 제2 광검출기(261), 차동 증폭기(270) 및 복조부(280)를 포함하여 구성될 수 있다.
광원(200)은 단일 모드의 선형 편광 상태로 이루어지는 빛살을 제공하며 PBS의 광축 입사면에 수평으로 정렬된 상태의 빛살을 제공한다.
편광 빔스플리터(PBS)(210)는 입사되는 빛살을 편광 상태에 따라 투과시키거나 반사시키는 소자로서, P파는 그대로 투과하고 S파는 입사각과 수직되게 반사시킨다. 따라서, 편광 빔스플리터(PBS)(210)는 광원(200)으로부터 제공되는 P 파를 그대로 투과시켜 음향광 변조기(AOM)(220)로 제공한다.
음향광 변조기(AOM)(220)는 AOM 구동부(221)에 의해 구동 주파수(fRF)로 진동하게 되고, 그 결과 입사되는 빛살의 일부는 변조 없이 원래 주파수(f0)를 그대로 갖는 영차(Zero-order) 빛살로 출력되고, 입사되는 빛살의 일부는 구동 주파수(fRF)에 의해 변조되어 1차(First-order) 빛살으로 출력된다. 이때, f0의 주파수를 갖는 영차 빛살과 (f0 +fRF)의 주파수를 갖는 1차 빛살은 서로 일정 각도로 분리하여 출력된다. 콜리메이션 렌즈(241)는 일정 각도로 분리되어 출력되는 상기 영차 빗살과 1차 빛살을 평행하게 출력한다. 음향광 변조기 (220)로 입사된 P파의 빛살들은 AOM(220)을 통과함에 따라 AOM(220)의 특성에 의해 P파로부터 90°회전된 선형 편광 상태인 S파가 된다.
한편, AOM 구동부(221)는 구동 주파수에 따라 AOM(220)을 구동시키고, 신호빛의 검출을 위하여 구동 주파수(fRF)에 대한 정보를 복조부(270)로 제공한다.
λ/4-위상지연판인 QWP(230)는 45°로 정렬되어 있기 때문에, S파의 선형 편광이 입사되면 원형 편광으로 변환시켜 출력하게 되며, 원형 편광이 입사되면 P파의 선형 편광으로 변환시켜 출력한다. QWP(230)는 타겟(250) 및 기준 반사판(251)과 AOM(220)의 사이에 배치되어, 타겟(250) 및 기준 반사판(251)에서 반사되어 다시 되돌아온 제1 및 제2 빛살을 원래의 편광 방향과 90도가 되도록 편광 상태를 회전시켜 출력한다.
타겟(250)은 AOM(220)으로부터 출력된 빛살 중 하나가 진행하는 경로상에 수직되게 배치된다. 타겟(250)은 입사된 빛살을 재반사시켜 입사된 경로를 따라 출력하는데 타겟(250)의 위치가 이동하여 타겟까지의 거리가 변화하면 변화한 거리 정보를 위상 변화 정보에 포함시킨 탐사 빛살(probe beam)을 제공한다.
본 실시예에 따른 광간섭계의 타겟(250)의 역할은 도 1에 도시된 로드셀의 상판 반사판(15)이 담당하게 되고, 기준 반사판(251)의 역할은 도 1에 도시된 로드셀의 하판 반사판(14)이 담당하게 된다.
기준 반사판(251)은 AOM(220)으로부터 출력된 빛살 중 다른 하나가 진행하는 경로상에 수직하게 배치된다. 그 결과, AOM(220)으로부터 출력된 빛살은 기준 반사판(251)으로 진행하고 다시 AOM으로 재입사되어, 기준 빛살(reference beam)을 제공한다.
타겟(250) 및 기준 반사판(251)로부터 반사된 탐사 빛살과 기준 빛살은 콜리메이션 렌즈(240)와 QWP(230)를 통과한 후 AOM(220)에서 재변조되어 PBS(210)로 진행한다. 타겟(250) 및 기준 반사판(251)에서 반사된 두 빛살은 QWP(230)를 통과하면서 원형 편광에서 P 편광상태가 된다. 또한, AOM(220)으로 재입사한 각각의 빛살들은 다시 변조되지 않은 영차 빛살과 구동 주파수에 의해 변조된 일차 빛살으로 나뉘어 출력된다. 따라서, 이미 한번 주파수 변조된 빛살이 다시 주파수 변조됨에 따라, AOM으로부터 출력되는 두 빛살의 주파수 차이 값, 즉 비트 주파수(beat frequency)는 AOM의 변조 주파수(fRF)의 2배가 된다. 또한, AOM을 통과한 빛살은 90° 회전하여 S파로 변환된다.
PBS(210)로 입사된 빛살들은 모두 S 편광상태로서, 제1 경로('a')를 따라 입사한 빛살은 PBS에 의해 반사되어 제1 광검출기(260)로 진행하며, 제2 경로('b')를 따라 입사한 빛살은 PBS에 의해 반사되어 제2 광검출기(261)로 입력된다.
차동증폭기(270)는 제1 광검출소자(260) 및 제2 광검출소자(261)로부터 각각 제1 및 제2 간섭신호들이 입력되고, 입력된 간섭신호들의 차이값(i 1-i 2)을 검출하여 복조기(280)로 출력한다.
AOM 구동부(221)를 통해 AOM(220)으로 제공된 구동 주파수(fRF)는 2배의 주파수(2fRF)로 변환되어 복조부(280)로 제공된다. 복조부(280)는 2배의 주파수를 이용하여 상기 광검출기로부터 제공되는 간섭 신호를 복조하여 신호 빛살에 대한 위상과 진폭 변화를 검출한다.
간섭신호를 복조하는 방법은 여러가지가 있으며, 그 중 한 방법은 I/Q(In-phase/Quadrature-phase) 복조방법으로, 복조기로부터 출력되는 간섭신호의 I 신호 및 Q 신호를 이용하여 위상 및 진폭변화를 검출할 수 있다. 복조부(280)는 간섭 신호 및 변조 주파수 정보를 입력받아 복조하여, I 값 및 Q 값으로 출력한다.
복조기(280)으로부터 축력되는 I 값 및 Q 값은 무게 산출 모듈(40)로 제공되어, 위상변화를 수학식 1에 의해 산출하게된다.
Figure PCTKR2015007978-appb-M000001
수학식 1의 위상변화는 프린지(fringe)라 불리는 입사광 파장 (l)의 1/4 미만의 미세한 경로 길이의 변화를 측정한다. 이때 하나의 프린지가 입사광 파장의 1/4인 이유는 빛살이 타겟(250) 및 기준 반사판(251)으로부터 반사되어 돌아오고 위상 불분명성(phase ambiguity)이 존재하기 때문이다. 하나의 프린지 이상의 큰 변위는 프린지 카운팅(fringe counting)을 통하여 검출된다.
프린지 카운팅은 하나의 프린지를 복수의 구역으로 나누어 빛의 경로 길이의 변화가 특정 방향으로 변하면서 하나의 프린지 범위를 넘어갈 때마다 타겟(250)의 변위에 입사광 파장의 1/4을 더하거나 빼주는 기술이다.
복조기(28)는 무게 산출 모듈(40)과 연결되며, 본 실시예에 따른 무게 산출 모듈(40)에 의하면 하나의 프린지를 세개의 구역으로 나누어 빛의 경로의 변화의 방향을 검출하고 프린지의 개수를 산출할 수 있다. 이와 같은 방법으로 측정범위가 크고 정밀도가 우수한 빛의 경로의 변화를 측정하는 장치를 제공할 수 있다.
도 3는 본 발명에 따른 무게 측정 장치의 블록 구성도이다.
이하 도 3를 통해 상술할 본 발명에 따른 구성요소들은 물리적인 구분이 아니라 기능적인 구분에 의해서 정의되는 구성요소들로서 각각이 수행하는 기능들에 의해서 정의될 수 있다. 각각의 구성요소들은 하드웨어 및/또는 각각의 기능을 수행하는 프로그램 코드 및 프로세싱 유닛으로 구현될 수 있을 것이며, 두 개 이상의 구성요소의 기능이 하나의 구성요소에 포함되어 구현될 수도 있을 것이다. 따라서, 이하의 실시예에서 구성요소에 부여되는 명칭은 각각의 구성요소를 물리적으로 구분하기 위한 것이 아니라 각각의 구성요소가 수행하는 대표적인 기능을 암시하기 위해서 부여된 것이며, 구성요소의 명칭에 의해서 본 발명의 기술적 사상이 한정되지 않는 것임에 유의하여야 한다.
도 3에 도시된 실시예에 따른 무게 측정 장치는, 광 간섭계(20)와 무게 산출 모듈(40)을 포함하여 구성되며, 무게 산출 모듈(40)은 다시 신호처리부(410), 거리 산출부(420), 무게 판단부(430), 및 기준 테이블(440)을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 간섭계(20)는 도 2 를 통해 설명한 바와 같은 간섭계뿐 아니라 다른 마이켈슨(Michelson) 간섭계, 마하-젠더 간섭계 등에 또한 사용될 수 있다 할 것이다. 앞서 도 2 에서는 마이켈슨 간섭계 계통의 간섭계들 중 하나를 예를 들어 설명하였을 뿐이다.
간섭된 빛살이 광간섭계의 광 검출기에 의해 전기 신호로 변환되면, 신호처리부(410)는 약한 전기 신호를 증폭하고, 증폭된 신호에 대해 A/D(Analog-to-Digital) 변환을 수행하고, LPF(Low Pass Filter), HPF(High Pass Filter) 등을 사용하여 필터링을 수행한다.
거리 산출부(420)로 입력된 신호는 프린지를 포함하는 형태의 신호이다. 빛의 경로 길이의 변화에 따라 프린지의 개수가 변화함을 앞서 살펴본 바 있으며, 거리 산출부(420)는 프린지 카운팅 및 위상차 정보를 활용해 빛의 경로 길이를 산출한다.
무게 판단부(430)는 기준이 되는 빛의 경로 길이, 예를 들어, 로드셀에 어떤 하중도 가해지지 않았을 때의 빛의 경로 길이를, 거리 산출부(420)에 의해 산출된 빛의 경로 길이와 비교하여 그 차이를 도출한다. 여기서, 기준 경로 길이와 실제 산출된 경로 길이의 차이, 즉 빛의 경로 변위는 로드셀에 가해지는 하중으로 인한 로드셀의 휨 정도에 대응한다.
무게 판단부(430)는 또한 빛의 경로 변위 값을 기준 테이블(440)에 저장된 로드셀의 휨 정도와 관련한 무게값들을 활용하여 상응하는 무게 값을 산출한다. 이때 상응하는 무게 값에 의해 로드셀 상의 피측정물의 하중이 정의될 수 있다.
기준 테이블(440)은 로드셀을 이용한 저울에서 무게와 거리의 상관관계를 나타내는 테이블로, spline과 같은 다양한 regression 방법으로 기준 테이블에 존재하지 않은 무게값들을 정확하게 예측할 수 있는 방법을 제공한다.
도 4는 로드셀을 이용한 저울에서 무게와 거리의 상관관계를 나타낸 기준 테이블의 일 실시예를 나타낸다.
즉, 도 4의 기준 테이블은 저울의 상판에 물체를 올려놓고 로드셀에 무게가 가해질 때의 휨의 정도, 즉 로드셀의 가운데가 휘어서 지면 방향으로 내려오는 길이를 mm 단위로 나타낸 것이다. 또한, 도 4의 테이블에서 gf는 무게의 단위를 나타낸다.
도 4의 테이블에 도시된 로드셀의 휘어짐에 따른 변위 길이는 본 발명에 사용될 간섭계에서 광원으로부터 타겟까지의 광 경로의 길이에 영향을 미친다. 즉, 기준이 되는 광 경로의 길이에서 로드셀의 휘어짐에 따른 변위 길이를 빼면 전체 광 경로의 길이를 산출할 수 있다.
도 5은 본 발명에 따른 무게 측정 방법의 동작 순서도이다.
이하의 실시예 설명에서 본 발명의 무게 측정 방법을 구성하는 각 단계들이 도 5을 통하여 설명된 본 발명의 무게 측정 장치의 대응되는 구성요소에서 수행되는 동작으로 이해될 수 있으나, 방법을 구성하는 각 단계들은 각 단계를 정의하는 기능 자체로서 한정되어야 한다. 즉, 각 단계를 수행하는 것으로 예시된 구성요소의 명칭에 의해서 각 단계의 수행주체가 한정되지 않음에 유의하여야 한다.
본 발명의 무게 측정 방법에 따르면, 우선 간섭계를 통해 간섭된 광 신호를 프로세싱한다(S610). 이때의 프로세싱은 약한 전기 신호를 증폭하고, 증폭된 신호에 대해 A/D(Analog-to-Digital) 변환을 수행하고, 변환된 신호를 LPF(Low Pass Filter), HPF(High Pass Filter) 등을 사용하여 필터링을 수행하는 절차를 모두 포함한다. 본 발명에 따른 간섭계는 마이켈슨(Michelson) 간섭계, 그 중 헤테로다인 간섭계, AOM을 활용한 헤테로다인 간섭계뿐 아니라 마하-젠더 간섭계를 포함한다.
이후, 간섭된 광 신호의 형태 정보를 활용해 간섭계의 빛의 경로의 길이를 산출한다(S620). 이때, 간섭된 광 신호의 형태 정보는 상기 신호가 포함하는 프린지의 개수 및 위상차 정보를 포함한다.
빛의 경로 길이가 산출되면, 산출된 빛의 경로의 길이를 기준 길이와 비교하여 빛의 경로 변위를 도출한다(S630). 이때 빛살의 기준 경로 길이는 로드셀에 어떤 하중도 가해지지 않았을 때의 빛의 경로 길이가 될 수 있다.
빛의 경로 변위가 도출되면 빛의 경로 변위에 대응하는 로드셀의 휨 정도와 관련된 길이 값을 기준 테이블을 활용하여(S640), 검색된 로드셀의 휨 정도와 관련된 길이 값에 상응하는 무게를 상기 피측정물의 무게로 정의한다(S650).
상술한 실시예를 통해 설명한 바와 같은 본 발명의 무게 측정에 따르면 레이저 및 간섭계를 활용한 측정볌위가 크고 정밀도가 높은 무게 측정이 가능하다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (11)

  1. 간섭계를 이용해 로드셀 상에 놓이는 피측정물의 무게를 측정하는 장치로서,
    간섭계를 통해 검출한 간섭된 광 신호를 프로세싱하여 출력하는 신호처리부;
    상기 신호처리부가 출력하는 간섭된 광 신호의 형태 정보를 활용해 상기 간섭계의 빛의 경로의 길이를 산출하는 거리 산출부; 및
    상기 산출된 빛의 경로의 길이를 기준 경로 길이와 비교하여 도출한 빛의 경로 변위를 이용해 상기 피측정물의 무게를 판단하는 무게 판단부를 포함하는, 무게 측정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    로드셀을 이용한 저울에서의 피 측정물의 무게와 로드셀의 휨 정도와 관련된 거리의 상관관계를 나타내는 기준 테이블을 더 포함하는, 무게 측정 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 무게 판단부는,
    상기 빛의 경로 변위에 대응하는 상기 로드셀의 휨 정도와 관련된 길이 값을 상기 기준 테이블을 활용하여 검출된 로드셀의 휨 정도와 관련된 길이 값에 상응하는 무게를 상기 피측정물의 무게로 정의하는, 무게 측정 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 간섭된 광 신호의 형태 정보는 상기 신호가 포함하는 프린지의 개수 및 위상차 정보를 포함하고 프린지 카운팅을 통해 프린지의 개수를 산출하는 벙법을 포함하는, 무게 측정 장치.
  5. 내부를 관통하는 중공부를 갖는 로드셀;
    상기 로드셀의 중공부를 기준으로 상기 로드셀의 상판 저면에 부착되는 반사판을 거울로 이용하는 간섭계; 및
    상기 간섭계를 통해 검출한 간섭된 광 신호를 프로세싱하고, 상기 간섭된 광 신호가 포함하는 프린지 및 위상 정보를 활용해 상기 간섭계의 빛살의 경로의 길이를 산출하며, 상기 산출된 빛의 경로의 길이를 기준 경로 길이와 비교하여 도출한 빛의 경로 변위를 이용해 상기 피측정물의 무게를 산출하는 무게 산출 모듈을 포함하는, 무게 측정 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 간섭계는 헤테로다인 간섭계인 것을 특징으로 하는, 무게 측정 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 간섭계는 광-음향 변조기(AOM)를 이용한 헤테로다인 간섭계인 것을 특징으로 하는, 무게 측정 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 간섭계는,
    단일 모드의 선형 편광 상태로 이루어지는 빛살을 공급하는 레이저 공급부;
    상기 레이저 공급부에 의해 공급된 빛살을 편광 상태에 따라 투과시키거나 반사시키는 편광 빔스플리터;
    두 개의 직선 편광을 각각 반사시키는 복수의 거울; 및
    상기 복수의 거울로부터 반사되어 상기 편광 빔스플리터를 거쳐 입사되는 광 신호를 재결합하여 출력하는 광 검출부를 포함하는, 무게 측정 장치.
  9. 간섭계를 이용해 로드셀 상에 놓이는 피측정물의 무게를 측정하는 방법으로서,
    간섭계를 통해 간섭된 광 신호를 프로세싱하는 단계;
    상기 간섭된 광 신호의 형태 정보를 활용해 상기 간섭계의 빛의 경로의 길이를 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 빛의 경로의 길이를 기준 경로 길이와 비교하여 도출한 빛의 경로 변위를 이용해 상기 피측정물의 무게를 판단하는 단계를 포함하는, 무게 측정 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 산출된 빛의 경로의 길이를 기준 경로 길이와 비교하여 도출한 빛의 경로 변위를 이용해 상기 피측정물의 무게를 판단하는 단계는,
    상기 산출된 빛의 경로의 길이를 기준 길이와 비교하여 빛의 경로 변위를 도출하는 단계; 및
    상기 빛의 경로 변위에 대응하는 상기 로드셀의 휨 정도와 관련된 길이 값을, 피측정물의 무게와 로드셀의 휨 정도와 관련된 거리의 상관관계를 나타내는 기준 테이블을 활용해 피측정물의 무게를 산출하는 단계를 포함하는, 무게 측정 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 간섭된 광 신호의 형태 정보는 상기 신호가 포함하는 프린지의 개수 및 위상차 정보를 포함하는, 무게 측정 방법.
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