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KR100212176B1 - 변위검출장치 - Google Patents

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KR100212176B1
KR100212176B1 KR1019960011921A KR19960011921A KR100212176B1 KR 100212176 B1 KR100212176 B1 KR 100212176B1 KR 1019960011921 A KR1019960011921 A KR 1019960011921A KR 19960011921 A KR19960011921 A KR 19960011921A KR 100212176 B1 KR100212176 B1 KR 100212176B1
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KR
South Korea
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displacement
circuit
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detection device
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KR1019960011921A
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요시히로 시즈야
Original Assignee
감바야시 아끼라
테쿠노엑세루 가부시키가이샤
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Publication date
Application filed by 감바야시 아끼라, 테쿠노엑세루 가부시키가이샤 filed Critical 감바야시 아끼라
Publication of KR960038359A publication Critical patent/KR960038359A/ko
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Abstract

변위체의 변위량이 적은 경우에도, 분해능을 저하시키지 않고 변위량을 검출할 수 있는 변위검출장치를 제공한다. 가변코일(68)은, 자기코일(58)과, 외력에 의해서 변위하는 변위체에 의해서 변위되고 자기코일(58)에 대하여 접근하거나 멀어지도록 이동하는 자성코어(60)로 구성된다. LC공진회로(10)는, 가변코일(68)을 구비한다. 발진기(14)는 LC공진회로(10)에 소정 주파수의 연속파를 공급한다. 검출회로(22)는 LC공진회로(10)을 통해서 출력되는 연속파의 진폭에 의하여 변위체의 변위량을 검출한다. 이 구성에 의하면, 자성코어(60)의 변위량이 적고, 가변코일(68)의 인덕턴스 변화량도 적은 경우에도, 인덕턴스의 변화량에 대한 연속파 진폭의 변화량 비율을 크게 할 수 있고, 분해능을 저하시키지 않고 변위량을 검출할 수 있다.

Description

변위검출장치
제1도는, 본 발명에 관계되는 변위검출장치의 제1실시형태의 요부구성을 나타내는 블록도.
제2도는, 제1도의 발진기로부터의 주파수와 정류회로로부터 출력되는 전압과의 관계를 나타내는 그래프.
제3도는 자성(磁性)코어의 변위량과 기체압력과의 관계를 나타내는 그래프.
제4도는, 제1도의 기체압력, 인덕턴스, 공진주파수, 전압(V0)과의 상관관계를 나타내는 도표.
제5도는, 본 발명에 관계되는 변위검출장치의 제2실시형태의 요부구성(공진회로)을 나타내는 회로도.
제6도는, 제5도의 발진기로부터의 주파수와 정류회로로부터 출력되는 전압과의 관계를 나타내는 그래프.
제7도는, 제5도의 기체압력, 인덕턴스, 공진주파수, 전압(V0)과의 상관관계를 나타내는 도표.
제8도는, 압력검출장치의 일반적인 내부구성을 나타내는 정면단면도.
제9도는, 종래의 압력검출장치의 LC발진기의 일예를 나타내는 회로도.
제10도는, 본 발명에 관계되는 변위검출장치를 진동감지기에 응용하였을 때의 변위 검출부분의 구성을 나타내는 설명도.
제11도는, 본 발명에 관계되는 변위검출장치를 중량검출장치에 응용하였을 때의 변위검출부분의 구성을 나타내는 설명도.
제12도는, 제11도의 급유탱크의 중량이 증가한 경우의 검출부분의 동작을 나타내는 설명도.
제13도는, 본 발명에 관계되는 변위검출장치를 가속도 검출장치에 응용하였을 때의 변위검출부분의 구성을 나타내는 설명도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : LC공진회로 12 : 콘덴서
14 : 발진기 16 : 정류회로
18 : 다이오드 20 : 평활용 콘덴서
22 : 검출회로 24 : 콘덴서
26 : 저항 28 : 진동감지기
30 : 케이스 32 : 받침대
34 : 투과구멍 36 : 진동감지구(感震球)
38 : 스프링 40 : 급유탱크
42 : 예비탱크 44 : 지점
46 : 판스프링 48 : 아암
50 : 압력검출장치 52 : 기초대
54 : 뚜껑체 56 : 다이어프램
58 : 자기(磁氣)코일 60 : 자성코어
62 : 발진회로 64 : 압력받이
66 : 압력받이대 68 : 가변코일
70 : 콘덴서 F : 주파수
V0: 전압 L : 인덕턴스
본 발명은 변위검출장치에 관한 것이다.
종래의 변위검출장치에 대하여 제8도와 제9도를 이용하여 설명한다. 또한, 일예로서 변위체의 변위량에 의하여 압력을 검출하는 압력검출장치(50)에 대하여 설명한다. 이 압력검출장치(50)는, 예를 들면 세탁기나 식기세척기 등의 급수시의 수위검출에 이용되는 것이다.
이 압력검출장치(50)는 제8도에 나타낸 바와 같이, 기초대(52)와 뚜껑체(54)와의 사이에 테두리부분이 끼워 놓여진 변위체로서의 다이어프램(56)과, 기초대(52)에 설치된 자기(磁氣)코일(58)과, 페라이트(ferrite)등의 자성체로 형성된 코어(60)와, 다이어프램(56)을 본래의 위치에 복귀하도록 항상 힘을 가하는 복구스프링(61)과, LC발진회로(62)와, 뚜껑체(54)에 설치된 압력받이(64)를 가지고 있다. 그리고 압력받이(64)는 피압력 측정부분(도시하지 않음)과 관체(도시하지 않음)에 의해서 연이어 통해 있다. 또한, 코어(60)는 다이어프램(56)의 비압력받이측에 설치된 압력받이대(66)에 고정되고, 다이어프램(56)의 변위에 따라서 자기코일(58)에 접근하거나 멀어지는 접리(接離)이동을 한다. 또한, 코어(60)와 자기코일(58)은 LC발진회로(62)의 가변코일(68)을 형성한다. 또한, 70은 LC발진회로(62)를 구성하는 콘덴서(70)이고, 그 캐패시턴스는 일정하다.
이 구성에 의해서, 피압력측정부분의 압력이 변화하면, 그 압력을 받아서 다이어프램(56)도 변위하고, 코어(60)가 지지코일(58)에 대하여 접근하거나 멀어지는 이동을 하므로, 다이어프램(56)의 변위량에 따라서 가변코일(68)의 인덕턴스도 변화한다. 따라서, 하기 식(1)에서 나타나는 LC발진회로(62)의 출력신호(검출신호에 상ekd한다)의 발진주파수(F)도 변화하므로, 이 출력신호의 발진주파수(F)를 도시하지 않은 검출회로에서 측정하고, 연산처리함으로써 다이어프램(56)의 변위량, 또는 피압력 측정부분의 압력을 검출하는 것이 가능하게 된다.
그러나, 상기 종래의 변위검출장치에는 다음과 같은 과제가 있다.
이 변위검출장치는, 기체압력의 변화를 다이어프램을 통해서 코어의 변위로 변환하고, 이 코어의 변위량에 따라서 인덕턴스가 변화하는 자기코일을 구성요소로 하는 LC발진기의 발진주파수(검출신호)의 변화에 의하여, 코어의 변위량, 또는 기체압력의 변화를 측정하는 것이다.
그러나, 상기 식(1)에 나타난 바와 같이 LC발진기의 검출신호로서의 발진주파수는 인덕턴스의 루트에 반비례한다. 이 때문에, 코어의 변위량에 대하여 발진주파수의 변화량이 적게 되고, 분해능이 저하된다.
또한 특히, 기체압력이 오르고 다이어프램의 변위량이 큰 영역에 있어서는, 다이어프램이 복구스프링으로부터 받는 힘도 커지기 때문에 기체압력의 변화에 대한 다이어프램변위량의 변화율이 억제된다. 따라서, 인덕턴스의 변화율도 감소하고 주파수의 변화율이 한층 더 저하함으로써, 또 분해능이 저하한다는 과제가 있다.
본 발명은, 코어의 변위량이 적고, 인덕턴스의 변화량도 적은 경우에도, 인덕턴스의 변화량에 대한 검출신호의 변화량을 크게 할 수 있고, 분해능을 저하시키지 않고 변위량을 검출할 수 있는 변위검출장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서 다음 구성을 구비한다.
즉, 외력의 변화에 따라서 변위하는 변위체와, 자기코일과, 상기 변위체의 변위에 따라서 상기 자기코일에 대하여 접근하거나 멀어지도록 이동하는 자성 코어와, 상기 자기코일 및 상기 자성코어를 이용하여 구성되는 LC공진회로와, 그 LC공진회로에 소정 주파수의 연속성을 공급하는 발진기와, 상기 LC공진회로를 통해서 출력되는 연속파의 진폭에 의하여 상기 변위체의 변위량을 검출하는 검출회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의하면, 자성코어의 변위량이 적고, 인덕턴스의 변화량도 적은 경우에도, 인덕턴스의 변화량에 대한 연속파의 진폭변화량의 비율을 크게 할 수 있고, 분해능을 저하시키지 않고 변위량을 검출할 수 있다. 또한 변위 그 자체의 검출도 확실하게 행할 수 있다.
또한, 상기 LC공진회로를 통해서 출력되는 연속파를 정류하고, 평활하는 정류회로를 설치하고, 상기 검출회로는 상기 정류회로로부터 출력되는 직류전압에 의하여 상기 변위량을 검출하는 구성으로 하면, 검출회로를 간단한 회로구성으로 실현할 수 있다.
구체적으로는, 상기 LC공진회로의 공진주파수는, 상기 자성코어가 접근하거나 멀어짐에 따라 상기 소정 주파수 이상의 주파수 범위내에서 변화하도록 설정한다. 일예로서 LC공진회로를 직렬공진회로로 하면, 변위체의 변위량이 커짐에 따라서 공진회로로부터의 출력전압레벨의 증가정도가 커진다. 따라서, 분해능을 저하시키지 않고 변위량을 검출할 수 있다.
또한, 상기 외력을 유체압력으로 하고, 상기 검출회로는, 검출한 상기 변위량으로부터 상기 유체입력을 검출하도록 하면, 유체압력의 검출도 행할 수 있다.
유체압력을 검출하는 경우에는, 상기 변위체의 유체압력의 변화에 따라서 변위하는 다이어프램을 사용하고, 상기 검출회로는, 검출한 상기 변위량으로부터 상기 유체압력을 검출하는 구성으로 하면 좋다. 이 경우에는, 다이어프램을 초기 위치에 복귀하도록 통상 변위검출장치에 설치되어 있는 복구스프링으로부터 받는 압력에 의하여, 다이어프램 변위량의 변화율이 억제되는 유체압력이 높은 영역에서도, 다이어프램의 변위량이 커짐에 따라서 공진회로로부터의 출력전압레벨의 증가 정도가 커지므로, 직선성이 좋은 압력검출을 행할 수 있다.
또한, 상기 외력을 중량으로 하고, 상기 검출회로는, 검출한 상기 변위량으로부터의 상기 중량을 검출하도록 하면, 물체의 중량의 검출도 가능하게 된다.
또한, 자기코일 및 외력의 변화에 따라서 상기 자기코일에 대하여 접근하거나 멀어지도록 이동하는 자성코어를 포함하는 LC공진회로와, 그 LC공진회로에 소정의 주파수의 진폭에 의하여 상기 자성코어의 변위량을 검출하는 검출회로를 구비하는 구성으로 함으로써, 변위체가 없고 자성코어가 직접 외력으로 변위하는 경우에도 응용이 가능하고, 자성코어 자체의 변위량을 검출할 수 있다.
이하, 본 발명에 관계되는 변위검출장치의 적절한 실시예를 첨부도면에 의하여 상세하게 설명한다.
변위검출장치의 기본적인 작용은, 외력의 변화에 따라서 변위체가 변위하면, 그에 따라서 자성코어가 자기코일에 대하여 접근하거나 멀어지게 된다. 이에 의해서, 자기코일의 인덕턴스가 변화하고, LC공진회로의 공진주파수(공진점이라고도 한다)가 변화한다. 따라서, 발진기로부터 공급되고, LC공진회로를 통해서 출력되는 검출신호로서의 연속파의 진폭도 인피던스의 변화에 따라서 변화하므로, 검출회로에 있어서 그 진폭에 의하여 변위체의 변위량이 변화하는 것을 검출할 수 있다는 것이다.
[제1실시예]
먼저, 변위검출장치를 유체압력의 압력검출장치로서 사용하는 경우의 구성에 대하여 설명한다. 또한, 일예로서 기체압력을 검출하는 경우에 대하여 설명하지만, 액체압력에서도 마찬가지로 하여 검출할 수 있다.
압력검출장치의 기계적인 구조는 종래예에서 설명한 압력검출장치(50)와 같고, 기체압력의 변화에 따라서 변위하는 다이어프램(56)과, 자기코일(58)과, 다이어프램(56)의 변위에 따라서 자기코일(58)에 대하여 접근하거나 멀어지도록 이동하는 자성코어(60)을 가지고 있다.
이어서, 자기코일(58)과 자성코어(60)로 구성되는 가변코일(68)의 인덕턴스의 변화에 의하여 다이어프램(56)이 받는 기체압력의 변화를 검출하는 검출부분의 회로구성에 대하여 제1도를 설명한다.
10은, 상기 가변코일(68)과 콘덴서(12)를 이용하여 구성된 LC공진회로이다. 일예로서 LC공진회로(10)는 직렬공진회로에 형성되고, 콘덴서(12)는 그랜드에 접속되어 있다.
14는 LC공진회로(10)에 소정 주파수의 연속파를 공급하는 발진기이고, LC공진회로(10)의 가변코일(68)에 접속되어 있다. 일예로서, 연속파는 정현파로 구성되나, 구형파 등이어도 좋다. 통상은 후술하는 검출회로내에 있는 마이크로 컴퓨터용 클럭이나 마이크로 컴퓨터의 범용 출력포트로부터 프로그램으로 구형파를 출력시키는 구성으로 하여도 좋다. 또한, 발진기(14)는 연속파를 항상 출력하고 있어도 좋고, 또한 소비출력의 저감을 고려하여, 검출하는 경우에만 연속파를 출력시키도록 하여도 좋다.
16은 다이오드(18)와 평활용 콘덴서(20)로 구성되는 정류회로이고, 다이오드(18)의 에노우드 끝단자는 LC공진회로(10)의 가변코일(68)과 콘덴서(12)의 중점에 접속되어 있다.
22는 검출회로이고, 평활용 콘덴서(20)의 양 끝단간이 검출신호로서의 직류전압에 의하여 다이어프램(56)의 변위량, 또는 그 변위량에 의하여 다이어프램(56)이 받는 기체압력을 검출하는 기능을 가진다. 구체적으로는 검출회로(22)는, 아날로그값인 평활용 콘덴서(20)의 양 끝단간의 전압치를 디지탈치로 변환하는 A/D변환기(도시하지 않음), 그 디지탈치를 다이어프램(56)의 변위량으로 변환하는 변환파라미터가 기억된 변환량변환 테이블(도시하지 않음), 다이어프램(56)의 변위량을 기체압력으로 변환하는 변환파라미터가 기억된 압력변환 테이블(도시하지 않음), 압력변환 테이블로부터 출력된 기체압력을 집어넣고, 외부에 기체압력 데이타로서 출력하는 마이크로 컴퓨터(도시하지 않음)을 가지고 있다. 또한, 각 변환테이블은 마이크로 컴퓨터와 별체로 설치하는 구성으로 하여도 좋고, 마이크로 컴퓨터내의 기억부에 기억시키고, 마이크로 컴퓨터가 데이타의 변환을 행하도록 하여도 좋다. 또한 마이크로 컴퓨터에 의해서, 발진기(14)로부터의 연속파의 출력을 제거하는 구성으로 하여도 좋다.
다음으로, 압력검출장치의 동작에 대하여 설명한다.
처음에, 발진기(14)로부터는 주파수가 일정(Fi)하고, 진폭레벨도 일정(Vi)의 연속파(일예로서 정현파)가 출력되고, LC공진회로(10)에 입력되어 있다고 한다. 여기에서 정류회로(16)로부터 출력되는 전압(V0)의 일반식은 하기 제2식이 된다.
또한, 상기 제2식에서 회로에 사용되는 전자부품은 이상적인 것이어서, 코일이나 콘덴서에는 직렬저항성분이 없고, 또한 다이오드의 순방향 전압저하도 없다고 한다.
이 제2식을 주파수(F)를 횡축, 전압(V0)을 종축으로 하여 그래프에 나타내면 제2도에 나타낸 바와 같이 되고, 가변코일(68)의 인덕턴스(L)가 변화하면 공진주파수(F0)(상기 제1식과 같음)가 변하고, 그래프가 시프트한다. 구체적으로는 인덕턴스(L)가 점차 커지면, 공진주파수(F0)는 점차 낮아지고, 그래프는 제2도에서 좌측으로 시프트한다.
또한, 기체압력이 초기값(예를 들면 0)이고 다이어프램(56)도 초기위치에 있을 때의 그래프는 제2도에서 a(일점쇄선)이고, 그 때의 LC공진회로(10)의 공진주파수는(F01), 연속파의 주파수가 Fi의 경우의 전압(V0)은 V01이라고 한다.
이 상태로부터, 기체압력이 점차 상승하기 시작하면, 그것에 따라서 다이어프램(56)도 변위를 개시하여 제8도에서 윗쪽으로 이동하고, 자성코어(60)가 자기코일(58)로 점차 접근한다. 이에 의해서 가변코일(68)의 인덕턴스(L)도 점차 커지고, 한편 LC공진회로(10)의 공진주파수(F0)는 점차 낮아지기 때문에 제2도에서 그래프는 a의 위치로부터 좌측방향으로 이동한다. 예를들면, 그래프가 a로부터 b(이점쇄선)로 이동하였다고 하면 공진주파수는 F02가 되고, 연속파의 주파수가 Fi의 경우의 전압(V0)은 V01로부터 V02로 상승한다(기체압력, 인덕턴스(L), 공전주파수(F0, V0)의 상관관계는 제4도를 참조).
따라서, 검출회로(22)에 있어서 정류회로(16)로부터 출력되는 직류전압(V0)의 레벨을 검출함으로써, 기체압력을 구할 수 있다.
또한, LC공진회로(10)로부터 출력되는 신호의 전압레벨이 공진작용에 의해서 지나치게 큰 경우에는, LC공진회로(10)에 적절하게 직렬저항을 삽입함으로써 전압레벨의 조정을 행할 수 있다.
여기에서, 종래에서 서술한 바와 같이 다이어프램(56)이 복구스프링(61)으로부터 받는 힘은, 다이어프램(56)의 변위량이 커지면 커질수록 커지게 된다. 이 때문에 제3도에 나타낸 바와 같이 특히 기체압력이 큰 영역에 있어서는, 다이어프램(56) 변위량(자성코어(60)의 변위량)의 변화율이 한계점이 되는 특성을 가지므로, 직선성이 좋은 압력검출을 할 수 없었다. 그러나, 본 발명에서의 압력검출장치에서는, 전압(V0)의 그래프는 제2도에 나타낸 바와 같이 특히 공진주파수(F01, F02)이하의 영역에서는, 변화율의 증가정도가 커지는 특성을 가지고 있기 때문에, 제3도의 특성을 제2도의 특성에 의해서 보정할 수 있다. 따라서, 다이어프램(56)의 변위량이 큰 영역, 즉 기체압력이 높은 영역에 있어서도 직선성이 좋은 압력검출이 가능하다.
또한, LC공진회로(10)를 이용하고 있기 때문에, 인덕턴스(L)의 변화량에 대한 전압(V0)의 변화량을 크게 하는 것이 가능하고, 고분해가 가능한 압력검출을 행할 수 있다. 또한 정류회로(16)로부터 출력되는 전압(V0)의 레벨을 입력전압레벨(Vi)이상으로 하는 것도 가능하고, 후단에서의 처리를 용이하게 할 수 있다.
[제2실시예]
본 실시예에서도, 변위검출장치를 압력검출장치로서 사용하는 경우에 대하여 설명한다.
압력검출장치는 제1실시예의 압력검출장치(10)와 거의 같은 구성을 가지고, LC공진회로(10)가 병렬공진회로에 형성되어 있는 점과, 그것에 따라서 검출회로(22)에 내장되어 있는 마이크로 컴퓨터가 압력을 구할 때에 사용하는 변환 파라미터나 변환 테이블이 다르게 되어 있을 뿐이다.
구체적인 LC공진회로(10)의 구성은, 가변코일(68)에 콘덴서(24)가 병렬로 접속되어 공진회로를 구성하고, 그 공진회로가 정류회로(16)와의 사이에 직렬로 배치되고, 저항(26)으로 종단되어 있다.
LC공진회로(10)가 제5도에 나타낸 바와 같이 병렬 공진회로로 형성되었을 때의 주파수(F)와 전압(V0)과의 관계를 그래프로 나타내면 제6도와 같이 된다. 즉, 가변코일(68)의 인덕턴스(L)가 변화함으로써 공진주파수(F0)가 바뀌고, 그래프가 시프트한다. 구체적으로는, 인덕턴스(L)가 점차 커지면, 공진주파수(F0)는 점차 낮아지고, 그래프는 제6도에서 좌측으로 시프트 한다.
또한, 기체압력이 초기값(예를들면 0)이고, 다이어프램(56)도 초기위치에 있을 때의 그래프는 제6도에서 a(일점쇄선)이고, 그 때의 LC공진회로(10)의 공진주파수는 F01, 또한 주파수가 Fi인 경우의 전압(V0)는 V01이라고 한다.
다음으로, 기체압력이 상승을 개시하였을 때의 압력검출장치의 동작에 대하여 설명한다.
기체압력이 점차 상승하기 시작하면, 그것에 따라서 다이어프램(56)도 변위를 개시하여, 자성코어(60)가 자기코일(58)쪽으로 점차 이동한다. 이에 의해서 가변코일(68)의 인덕턴스(L)도 점차 커지고, 한편 LC공진회로(10)의 공진주파수는 점차 낮아지기 때문에 제6도에서 그래프는 좌측방향으로 이동한다. 예를 들면, 그래프가 a로부터 b(이점쇄선)로 이동하였다고 하면 공진주파수는 F02가 되고, 전압(V0)은 V01로부터 V02로 저하한다(상관관계는 제7도를 참조).
따라서, 검출회로(22)에 있어서 정류회로(16)로부터 출력되는 직류전압(V0)의 레벨을 검출함으로써, 기체압력을 구할 수 있다.
여기에서, 제1실시예에서 설명한 것과 마찬가지로, 본 발명에서의 압력 검출장치에서는, 전압(V0)의 그래프는 제6도에 나타낸 바와 같이 특히 공진주파수(F01, F02)이하의 영역에서는, 변화율의 증가정도가 커지는 특성을 가지고 있기 때문에, 제3도의 특성을 제6도의 특성에 의해서 보정할 수 있고, 다이어프램(56)의 변위량이 큰 영역, 즉 기체압력이 높은 영역에 있어서도 직선성이 좋은 압력검출이 가능하다.
또한, LC공진회로(10)을 이용하고 있기 때문에, 인덕턴스(L)의 변화량에 대한 전압(V0)의 변화량을 크게 하는 것이 가능하고, 고분해가 가능한 압력검출을 행할 수 있다. 또한, 제6도에 나타낸 그래프의 사용영역의 설정에 의해서는, 정류회로(16)로부터 출력되는 전압(V0)의 레벨을 입력전압레벨(Vi)이상으로 하는 것도 가능하고, 검출회로(22)의 회로구성을 간략화할 수도 있는 등, 제1실시예와 같은 효과를 가진다.
또한, 상술한 실시예에서는, 제2도나 제6도에 나타낸 바와 같이, LC공진회로(10)의 가변코일(68)의 인덕턴스(L)가 변화하였을 때에, 항상 주파수(F)의 전압(V0)의 관계를 나타낸 그래프의 공진주파수(F0)가, 발진기(14)로부터 출력되는 연속파의 주파수(Fi)이상이 되도록 LC공진회로(10)의 가변코일(68)이나 콘덴서(12, 24)의 값, 또는 연속파의 주파수(Fi)를 설정하였으나, 반대로 항상 공진주파수(F0)가, 발진기(14)로부터 출력되는 연속파의 주파수(Fi)이하가 되도록 LC공진회로(10)의 가변코일(68)이나 콘덴서(12, 24)의 값을 설정하여 사용하도록 하여도 좋다.
[제3실시예]
먼저 본 실시예에서는, 변위검출장치를 진동감지기로서 사용하는 경우에 대하여 설명한다.
진동감지기(28)는 예를 들면 난방기기 등에 사용되고 있고, 지진일 때 등의 난방기기의 진동이나 경사를 검출하고, 난방기기의 동작을 정지시키는 원신호를 발생한다. 구체적인 일예를 제10도를 이용하여 설명한다. 또한, 제1실시예와 거의 같도록 LC공진회로(10)와, 발진기(14)와, 정류회로(16)와, 검출회로(22)를 가지고 있고, 같은 구성에 대하여는 같은 부호를 붙이고, 설명은 생략한다.
먼저 구성에 대하여 설명하지만, 상이한 구성의 주된 점은, 자성코어(60)를 변위시키는 변위체가 진동감지구인 점이고, 마이크로 컴퓨터에서는 그 진동감지구의 변위로부터, 진동의 유무나 진동의 크기를 검출하는 점에 있다. 그것에 따라서 검출회로(22)내의 상기 제1, 제2실시예에서의 압력변환 테이블은 진동감지구의 변위량을 진동의 크기로 변환하는 변환파라미터가 기억된 진동변환 테이블(도시하지 않음)로 되어 있다.
30는 자기차폐재로 형성된 케이스이다.
32는 케이스(30)의 안둘레면에 형성되고, 중앙부분이 오목한 로트형상의 받침대이다. 그 중앙부분의 최하위부분에는 투과구멍(34)이 설치되어 있다.
36은 진동감지구이고, 받침대(32)의 윗면에 이동이 자유롭게 얹어놓여져 있다. 또한, 진동감지구(36)의 직경은 투과구멍(34)의 직경보다 큰 직경으로 형성되어 있다. 일 실시예에 있어서는, 진동감지구(36)가 변위체를 구성한다.
또한, 케이스(30)내부에는, 케이스(30)의 바닥면과 받침대(32)와의 사이에 자기코일(58)이 설치되어 있다. 그리고 자성코어(60)가 배치된 자기코일(58)의 중앙부분은 받침대(32)의 투과구멍(34)으로부터 대향한 위치에 있다. 자성코어(60)는 스프링(38)에 의해서 케이스(30)의 바닥면 윗쪽에 지지되고, 자성코어(60)의 상부가 평상시는 투과구멍(34)으로부터 윗쪽으로 돌출하는 구성으로 되어 있다. 또한, 스프링(38)의 탄성력은 진동감지구(36)의 중량이 가해졌을 때에는 줄어들도록 설정되어 있으므로, 통상은 중력에 의하여 받침대(32)의 투과구멍(34)을 폐쇄하는 위치에 이동하고 있는 진동감지구(36)에 의해서 아래쪽으로 밀린 상태로 되어 있다.
동작에 대하여 설명한다.
케이스(30)에 진동이 가해지면, 진동감지구(36)가 투과구멍(34)을 폐쇄하는 위치로부터 받침대(32)의 경사면을 따라서 윗방향으로 이동한다. 이 이동에 의해서 줄어든 스프링(38)이 복귀하여 자성코어(60)을 윗쪽으로 밀어 이동시키므로, 자성코어(60)가 자기코일(58)내로 변위한다.
제1실시예와 마찬가지로, 이 자성코어(60)의 변위에 의해서 가변코일(68)의 인덕턴스가 변화하고, 마이크로 컴퓨터로 진동감지구(36)의 변위를 검출할 수 있다. 따라서 ,케이스(30)에 진동이 가해진 것의 검출을 행할 수 있다.
LC공진회로(10)와 발진기(14)를 이용함으로써, 진동감지구(36)의 미세한 변위에서도 LC공진회로(10)로부터 출력되는 연속파의 진폭, 및 진폭의 변화를 크게 할 수 있고, 정도가 높은 진동검출이 가능하게 된다.
[제4실시예]
본 실시예에서는, 변위검출장치를 중량검출장치로서 사용하는 경우에 대하여 설명한다. 또한, 제1실시예와 거의 마찬가지로 LC공진회로(10)와, 발진기(14)와, 정류회로(16)와, 검출회로(22)를 가지고 있고, 같은 구성에 대하여는 같은 부호를 붙이고, 설명은 생략한다.
상이한 구성은, 자성코어(60)가 변위체의 중량에 따라서 변위하도록 구성되어 있다는 점이다. 그리고, 제1, 제2실시예에서의 압력변환 테이블이, 변위체의 변위량을 중량으로 변환하는 변환파라미터가 기억된 중량변환 테이블(도시하지 않음)로 형성되어 있는 점이다. 또한, 본 실시예에서는 변위체의 일예로서 석유스토브에 사용되는 급유탱크를 이용하여 설명한다.
급유탱크(40)의 중량에 따라서 자성코어(60)를 변위시키는 기본적인 한 구성을 제11도와 제12도에 나타낸다.
42는 급유탱크(40)로부터 석유(43)가 공급되는 예비탱크이다.
44는 예비탱크(42)급유구의 입구 테두리에 설치된 지점이다.
46은 지점(44)에서 지지되어 예비탱크(42)의 윗면에 설치된 판스프링이다. 투과구멍(34)에 급유탱크(40)의 주입구가 장착가능하게 되어 있다.
이 판스프링(46)은 급유탱크(40)의 주입구가 투광구멍(34)에 장착되면, 지점(44)을 기준으로 지렛대의 원리로 급유탱크(40)의 중량에 따른 양만큼 제12도와 같이 뒤로 휘어진다.
48은 판스프링(46)의 끝단부에 연결된 아암이고, 판스프링(46)의 휘어진 양에 따라서 변위하고, 자성코어(60)를 자기코일(58)에 대하여 접근하거나 멀어지는 이동을 시킨다.
이 구성에 의해서, 급유탱크(40)내의 유량 변화는 판스프링(46)으로 지지된 급유탱크(4)의 변위량으로 변환할 수 있다. 그리고 또 이 급유탱크(40)의 변위량을, 판스프링(46), 아암(48)을 통해서 자성코어(60)의 변위량으로 변환할 수 있고, 가변코일(68)의 인덕턴스의 변화로 변환할 수 있다.
따라서, 제1실시예와 마찬가지로, LC공진회로(10), 발진기(14), 정류회로(16), 검출회로(22)내의 변위량 변환테이블(도시하지 않음), 중량변환 테이블(도시하지 않음)을 이용하여 검출회로(22)에 내장되어 있는 마이크로 컴퓨터가 급유탱크(40)의 변위량, 또는 급유탱크(40)의 중량을 검출할 수 있다.
LC공진회로(10)와 발진기(14)를 이용함으로써, 급유탱크(40)의 중량변화에 따른 급유탱크(40)의 미세한 변위라도, 공진회로(14)로부터 출력되는 연속파의 진폭은 크게 변화하므로, 마이크로 컴퓨터에 있어서, 정밀도, 분해능이 좋은 검출이 가능하게 된다.
또한, 급유탱크(40)의 중량검출뿐만 아니라, 일반물체의 중량측정기에도 같은 구성에 의해서 응용이 가능하다.
[제5실시예]
본 실시예에서는, 변위검출장치를 가속도 검출장치로서 사용하는 경우에 대하여 설명한다. 또한, 제1실시예나 상술한 각 실시예와 마찬가지로, LC공진회로(10)와, 발진기(14)와, 정류회로(16)와, 검출회로(22)를 가지고 있고, 같은 구성에 대하여는 같은 부호를 붙여서, 설명은 생략한다.
본 실시예는, 자성코어를 변위시키는 변위체는 없고, 자성코어자체가 외력으로서의 관성력에 의해서 변위하는 경우 자성코어 자체의 변위량을 검출하고, 최종적으로는 가속도를 검출하는 가속도 검출장치로서의 응용예이다.
상이한 구성은, 가변코일(68x, 68y, 68z)이 X축, Y축, Z축을 따라서 3개 서로 직교하도록 배치되어 있는 점과, 각 가변코일(68x, 68y, 68z)의 교차부분에, 자성체(자성코어)(60)가 스프링(38)에 의해서 이동이 자유롭게 지지되어 있는 점, 그리고 3개의 가변코일(68x, 68y, 68z)에 대응하여 LC공진회로(10)의 정류회로(16)와 검출회로(22)가 3조 설치되어 있는 점이다. 또한, 각 검출회로(22)내의 상기 제1, 제2실시예 내에서의 압력변환 테이블이, 자성코어(60)의 변위량을 가속도로 변환하는 변환파라미터가 기억된 가속도 변환테이블(도시하지 않음)로 형성되어 있는 점이다.
이 구성에 의하면, 가속도 검출장치에 가속도가 가해지면 스프링(38)으로 지지된 자성코어(60)가 이동방향과는 역방향으로, 가속도의 크기에 따라서 변위한다. 그리고, 이 변위에 따라서 각 3개의 가변코일(68x, 68y, 68z)의 인덕턴스가 변화하므로, 마이크로 컴퓨터에서는 각 가변코일(68)개개에 대응하는 자성코어(60)의 변위량을 검출할 수 있음과 동시에, 가속도를 검출할 수 있다. 또한 마이크로 컴퓨터에서는 이들 각 가변코일(68x, 68y, 68z)에 대응한 자성코어(60)의 이동방향과 가속도를 합성함으로써, 가속도 검출장치 전체의 이동방향과 가속도를 연산하여 구할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 3차원의 가속도 검출장치를 일예로서 설명하였으나, 2차원의 것도 2개의 가변코일(68x, 68y)및 그것에 대응하여 2조의 LC공진회로(10), 정류회로(16), 검출회로(22) 등을 이용함으로써 실현가능하다.
이상, 본 발명의 적절한 실시예에 대하여 각종 설명하여 왔으나, 본 발명은 상술하는 실시예에 한정되지 않고, 검출회로(22)에 설치된 변위량 변환테이블과 압력 변화 테이블 등을, 각 변위검출장치의 응용분야에 따라서 한 개의 변환테이블로서 가지도록 하여도 좋다. 수압이나 액면에 배치된 플로트의 변위를 검출하여 액면의 높이를 검출하는 액면계에도 적용하여도 좋은 등, 발명사상을 벗어나지 않는 범위에서 대부분의 변경을 할 수 있는 것은 물론이다.
이와 같이 본 발명에 관계되는 변위검출장치를 이용하면, 종래의 변위검출장치와 비교하여 인덕턴스의 변화량에 대한 검출신호의 변화량, 즉 연속파 진폭의 변화량 비율을 크게 할 수 있고, 분해능을 저하시키지 않고 변위체의 변위량을 검출할 수 있다.
또한, LC공진회로를 통해서 출력되는 연속파를 정류하고, 평활한 정류회로를 설치하고, 검출회로는 정류회로로부터 출력되는 직류전압에 의하여 변위체의 변위량을 검출하는 구성으로 하면, 주파수나 교류신호의 진폭을 측정하는 방법에 비교하여 검출회로를 간단한 회로구성으로 실현할 수 있다.
또한, LC공진회로의 공진주파수는, 자성코어의 접근하거나 멀어지는 이동에 따라서 소정 주파수이상의 주파수 범위내에서 변화하도록 설정하면, 다이어프램식의 입력검출장치 등, 변위체로서의 다이어프램이 스프링에 의해서 초기위치에 복귀하도록 통상 힘이 가해지고, 이 스프링으로부터 받는 압력에 의해서 다이어프램 변위량의 변화율이 유체압력이 높은 영역에서 억제되는 것이어도, 다이어프램 변위량이 커짐에 따라서 공진회로로부터의 출력전압레벨의 증가정도가 커지므로, 직선성이 좋은 변위량의 검출을 행할 수 있다.
또한, 변위체를 변위시키는 외력을 압력, 중량, 가속도로 함으로써, 변위양으로부터 외력의 크기, 즉 압력, 중량, 가속도를 분해능을 저하시키지 않고 검출하는 것도 가능하게 된다.

Claims (9)

  1. 외력의 변화에 따라서 변위하는 변위체(56, 36, 40)와, 자기코일(58) 및 상기 변위체(56, 36, 40)의 변위에 따라서 상기 자기코일(58)에 대하여 접근하거나 멀어지도록 이동하는 자성코어(60)를 포함하는 LC공진회로(10)와, 그 LC공진회로(10)에 소정 주파수의 연속신호를 공급하는 발진기(14)와, 상기 LC공진회로(10)을 통해서 출력되는 연속신호의 진폭에 의하여 상기 변위체(56, 36, 40)의 변위량을 검출하는 검출회로(22)를 구비하는 것을 특징으로 하는 변위검출장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 LC공진회로(10)을 통해서 출력되는 연속신호를 정류하고, 평활한 정류회로(16)를 설치하고, 상기 검출회로(22)는 상기 정류회로(16)로부터 출력되는 직류전압에 의하여 상기 변위량을 검출하는 것을 특징으로 하는 변위검출장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 LC공진회로(10)의 공진주파수는, 상기 자성코어(60)가 접근하거나 멀어짐에 따라 상기 소정 주파수 이상의 주파수 범위내에서 변화하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 변위검출장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외력은 유체압력이고, 상기 검출회로(22)는, 검출한 상기 변위량으로부터 상기 유체압력을 검출하는 것을 특징으로 하는 변위검출장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 외력은 유체압력이고, 상기 검출회로(22)는, 검출한 상기 변위량으로부터 상기 유체압력을 검출하는 것을 특징으로 하는 변위검출장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 변위체(56)는 유체압력의 변위에 따라서 변위하는 다이어프램이고, 상기 검출회로(22)는, 검출한 상기 변위량으로부터 상기 유체압력을 검출하는 것을 특징으로 하는 변위검출장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 변위체(56)는 유체압력의 변위에 따라서 변위하는 다이어프램이고, 상기 검출회로(22)는, 검출한 상기 변위량으로부터 상기 유체압력을 검출하는 것을 특징으로 하는 변위검출장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외력은 중량이고, 상기 검출회로(22)는, 검출한 상기 변위량으로부터 상기 중량을 검출하는 것을 특징으로 하는 변위검출장치.
  9. 자기코일(58) 및 외력의 변화에 따라서 상기 자기코일(58)에 대하여 접근하거나 멀어지도록 이동하는 자성코어(60)를 포함하는 LC공진회로(10)와, 그 LC공진회로(10)에 소정 주파수의 연속신호를 공급하는 발진기(14)와, 상기 LC공진회로(10)를 통해서 출력되는 연속신호의 진폭에 의하여 상기 자성코어(60)의 변위량을 검출하는 검출회로(22)를 구비하는 것을 특징으로 하는 변위검출장치.
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