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KR101697975B1 - Inductive Displacement Sensor Using Frequency Modulation - Google Patents

Inductive Displacement Sensor Using Frequency Modulation Download PDF

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Publication number
KR101697975B1
KR101697975B1 KR1020150032972A KR20150032972A KR101697975B1 KR 101697975 B1 KR101697975 B1 KR 101697975B1 KR 1020150032972 A KR1020150032972 A KR 1020150032972A KR 20150032972 A KR20150032972 A KR 20150032972A KR 101697975 B1 KR101697975 B1 KR 101697975B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
excitation coil
frequency
inductance
pass filter
oscillator
Prior art date
Application number
KR1020150032972A
Other languages
Korean (ko)
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KR20160109121A (en
Inventor
정규원
장세웅
Original Assignee
주식회사 트루윈
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 주식회사 트루윈 filed Critical 주식회사 트루윈
Priority to KR1020150032972A priority Critical patent/KR101697975B1/en
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Abstract

본 발명은 수신코일의 사용을 배제하되 외부 노이즈에 의한 변위 검출 오차를 최소화할 수 있는 주파수 변조를 이용한 인덕턴스 방식의 변위센서를 제공한다.
본 발명에 따른 주파수 변조를 이용한 인덕턴스 방식의 변위센서는 제1발진기에 연결되며 제1발진기의 전원 공급에 따라 인덕턴스를 발생시키는 제1여자코일과, 제1여자코일에 대응하여 설치되는 커플러와, 제2발진기에 연결되며 제2발진기의 전원 공급에 따라 인덕턴스를 발생시키는 제2여자코일과, 제1여자코일에 연결되어 제1여자코일의 주파수와 제2여자코일에 연결되어 제2여자코일의 주파수를 곱셈 연산하는 승산기(multilpier)와, 승산기의 출력단에 연결되어 고주파 성분을 제거하는 저역통과필터(LPF, Low Pass Filter)와, 저역통과필터의 출력단에 연결되어 저주파 신호를 구형파 신호로 변환하는 컨버터 및 컨버터의 출력단에 연결되어 입력 주파수에 대한 전압을 출력하는 신호처리기를 포함하여 구성된다.The present invention provides an inductance type displacement sensor using frequency modulation that can minimize the displacement detection error due to external noise while excluding the use of the receiving coil.
The displacement sensor of the inductance system using frequency modulation according to the present invention includes a first excitation coil connected to the first oscillator and generating an inductance according to the power supply of the first oscillator, a coupler provided corresponding to the first excitation coil, A second excitation coil connected to the second oscillator and generating an inductance according to the power supply of the second oscillator, and a second excitation coil connected to the first excitation coil and connected to the frequency of the first excitation coil and the second excitation coil, A low pass filter (LPF) connected to an output terminal of the multiplier for removing a high frequency component, and a low pass filter (LPF) connected to an output terminal of the low pass filter for converting a low frequency signal into a square wave signal And a signal processor connected to an output terminal of the converter and the converter to output a voltage with respect to the input frequency.

Description

주파수 변조를 이용한 인덕턴스 방식의 변위센서 {Inductive Displacement Sensor Using Frequency Modulation}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a displacement sensor using an inductance-

본 발명은 주파수 변조를 이용한 인덕턴스 방식의 변위센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각각의 발진기에 의해서 구동되는 여자코일 중 하나의 여자코일에 대응되는 커플러가 설치되고, 커플러의 위치에 따라 여자코일 간의 주파수 차이를 주파수 변조를 통해 검출하며, 검출된 주파수는 주파수 변조를 이용하여 커플러의 위치 변화를 감지할 수 있는 주파수 변조를 이용한 인덕턴스 방식의 변위센서에 관한 것이다.The present invention relates to a displacement sensor of an inductance system using frequency modulation, and more particularly, to a displacement sensor of an inductance system using frequency modulation, in which a coupler corresponding to one excitation coil of excitation coils driven by each oscillator is provided, The present invention relates to a displacement sensor of an inductance type using frequency modulation which detects a frequency difference through frequency modulation and detects a change in position of a coupler by using frequency modulation.

변위센서는 대상물의 물리 변화량을 다양한 소자로 검지하는 장치로서, 직선 변위 센서와 회전 변위 센서로 대별될 수 있다. 이때 변위를 전기량으로 변환하는 데 정전용량 변화, 인덕턴스 변화, 전기 저항 변화 및 발생 기전력 변화를 이용하는 다양한 변위센서가 개발되었다.The displacement sensor is a device that detects the physical change amount of the object by various devices, and can be roughly divided into a linear displacement sensor and a rotational displacement sensor. Various displacement sensors using capacitance change, inductance change, electrical resistance change, and generated electromotive force change have been developed to convert displacement into electric quantity.

이 중에서 인덕턴스 방식의 변위센서는 여자코일 위에 수신코일을 배치하고, 그 위에 커플러를 배치하여 구성된다. 이러한 구성에서 여자코일에는 소정의 주파수로 발진전압을 인가하기 위한 발진회로가 연결 설치되고, 수신코일에는 변화되는 인덕턴스값을 감지하여 이로부터 커플러의 회전각이나 이동거리를 연산하여 출력하는 신호처리회로가 연결 설치된다.Among them, the displacement sensor of the inductance system is constituted by disposing the receiving coil on the exciting coil and arranging the coupler thereon. In this configuration, an oscillation circuit for applying an oscillation voltage at a predetermined frequency is connected to the excitation coil, a signal processing circuit for detecting a varying inductance value from the reception coil, calculating a rotation angle and a movement distance of the coupler, .

또한, 위와 같은 구조에서 커플러가 회전 또는 이동함에 따라 수신코일의 인덕턴스값에 변화가 발생하고, 이를 이용하여 회전체의 회전각이나 직선이동거리를 측정하게 된다.In addition, in the above structure, as the coupler rotates or moves, a change occurs in the inductance value of the receiving coil, and the rotation angle or the linear movement distance of the rotating body is measured using the inductance value.

인덕턴스 방식의 변위센서는 다양한 구조와 방법으로 개발되었으며, 그 중에서 출원인에 의해 출원되어 등록된 특허 제10-1421110호에 인덕턴스방식 근접센서가 기재되었다.Inductance type displacement sensors have been developed in various structures and methods. Of these, inductance type proximity sensors are described in Patent No. 10-1421110 filed and filed by the applicant.

위 기술은 온도 등의 외부환경의 변화에 대한 보상을 자체적으로 행하므로 항상 정확하게 피검출체의 접근여부를 감지하는 것이 가능하도록, 피검물체가 접근하는 쪽에 제1권취부가 형성되고 자기장을 차단하는 차단판을 사이에 두고 제2권취부가 형성되는 보빈과, 보빈의 제1권취부 및 제2권취부에 각각 권취되고 한쪽 끝단이 서로 접지되는 한쌍의 제1센서코일 및 제2센서코일과, 제1센서코일 및 제2센서코일의 다른 한쪽 끝단과 접지부에 연결된 선이 연결되어 입력되는 신호의 변화를 처리하여 하나를 기준으로 다른 하나의 변화를 분석하여 피검물체의 접근여부를 판단하는 신호처리기를 포함하는 인덕턴스방식 근접센서에 관한 것이다.Since the above technology compensates for the change of the external environment such as the temperature itself, the first winding part is formed on the approach side of the object to be inspected and the blocking A pair of first sensor coils and second sensor coils wound on the first winding portion and the second winding portion of the bobbin respectively and grounded at one end thereof, A signal processor connected to the other end of the sensor coil and the second sensor coil and a line connected to the ground to process a change in the input signal and analyze another change based on one to determine whether the object is to be accessed And more particularly to an inductance-based proximity sensor.

위에 기재된 인덕턴스방식 근접센서는 제1권취부에 권취된 제1센서코일과 제2권취부에 권취된 제2센서코일 사이에 차단판이 설치되는데, 설치되는 차단판의 두께가 최소 3㎜ 이상 유지되어야 제1센서코일에서 변화되는 인덕턴스가 제2센서코일에 영향은 주지않으므로 소형화가 어렵고, 설계가 용이하지 않은 문제점이 있다.The inductance type proximity sensor described above is provided with a shield plate between the first sensor coil wound on the first winding unit and the second sensor coil wound on the second winding unit. The thickness of the shield plate to be installed should be maintained at least 3 mm Since the inductance changed in the first sensor coil does not affect the second sensor coil, it is difficult to downsize it and the design is not easy.

아울러, 코일은 온도의 변화에 따라 인덕턴스값이 변화되는 특성이 있으므로, 여자코일 및 수신코일 등 코일의 사용에 의해 변화되는 온도에 따라 검출되는 변위값이 달라지는 문제점이 발생된다.In addition, since the coil has a characteristic in which the inductance value changes according to a change in temperature, there arises a problem that the displacement value detected according to the temperature changed by the use of the coil such as the exciting coil and the receiving coil is varied.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 수신코일의 사용을 배제하되 외부 노이즈에 의한 변위 검출 오차를 최소화할 수 있는 주파수 변조를 이용한 인덕턴스 방식의 변위센서를 제공하는 데, 그 발명의 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a displacement sensor of an inductance system using frequency modulation which can minimize a displacement detection error due to external noise while excluding use of a receiving coil. .

또한, 본 발명의 목적은 온도 변화에 영향을 받지 않는 주파수 변조를 이용한 인덕턴스 방식의 변위센서를 제공하는 데 있다.It is also an object of the present invention to provide a displacement sensor of inductance type using frequency modulation which is not affected by a temperature change.

본 발명에 따른 주파수 변조를 이용한 인덕턴스 방식의 변위센서는 제1발진기에 연결되며 제1발진기의 전원 공급에 따라 인덕턴스를 발생시키는 제1여자코일과, 제1여자코일에 대응하여 설치되는 커플러와, 제2발진기에 연결되며 제2발진기의 전원 공급에 따라 인덕턴스를 발생시키는 제2여자코일과, 제1여자코일에 연결되어 제1여자코일의 주파수와 제2여자코일에 연결되어 제2여자코일의 주파수를 곱셈 연산하는 승산기(multilpier)와, 승산기의 출력단에 연결되어 고주파 성분을 제거하는 저역통과필터(Low Pass Filter)와, 저역통과필터의 출력단에 연결되어 저주파 신호를 구형파 신호로 변환하는 컨버터 및 컨버터의 출력단에 연결되어 입력 주파수에 대한 전압을 출력하는 신호처리기를 포함하여 구성된다.The displacement sensor of the inductance system using frequency modulation according to the present invention includes a first excitation coil connected to the first oscillator and generating an inductance according to the power supply of the first oscillator, a coupler provided corresponding to the first excitation coil, A second excitation coil connected to the second oscillator and generating an inductance according to the power supply of the second oscillator, and a second excitation coil connected to the first excitation coil and connected to the frequency of the first excitation coil and the second excitation coil, A low pass filter connected to an output terminal of the multiplier to remove a high frequency component; a converter connected to an output terminal of the low pass filter to convert the low frequency signal into a square wave signal; And a signal processor connected to an output terminal of the converter and outputting a voltage with respect to the input frequency.

여기서, 제1여자코일과 승산기 사이 및 제2여자코일과 승산기 사이에는 버퍼가 설치될 수 있다.Here, a buffer may be provided between the first excitation coil and the multiplier and between the second excitation coil and the multiplier.

또한, 제1여자코일과 제2여자코일 사이에는 각각 코일에서 발생되는 인덕턴스를 차단하는 차단판이 설치되거나, 제1여자코일과 제2여자코일은 서로 직교하게 설치될 수 있다.A blocking plate may be provided between the first exciting coil and the second exciting coil to block the inductance generated in the coil, or the first exciting coil and the second exciting coil may be installed perpendicular to each other.

이에 더하여, 신호처리기는 비교기에서 출력되는 주파수와 피드백되는 주파수의 위상차에 해당하는 선형적인 출력 전압을 생성하는 위상검출모듈과, 위상검출모듈에서 출력되는 전압에서 고주파 성분의 노이즈를 제거하는 저역통과필터(Low Pass Filter) 모듈과, 저역통과필터 모듈에서 출력되는 전압을 증폭시키는 증폭모듈 및 증폭모듈에서 출력되는 전압에 대한 피드백 주파수로 변환하여 출력하며, 출력되는 피드백 주파수를 상기 위상검출모듈로 입력하는 전압조정 발진모듈을 포함하여 구성될 수 있다.In addition, the signal processor includes a phase detection module that generates a linear output voltage corresponding to a phase difference between a frequency output from the comparator and a feedback frequency, a low-pass filter that removes noise of a high frequency component from a voltage output from the phase detection module, (Low Pass Filter) module, an amplification module for amplifying a voltage output from the low-pass filter module, and a feedback frequency for a voltage output from the amplification module, and outputs the converted feedback frequency to the phase detection module And a voltage-controlled oscillation module.

본 발명에 따른 주파수 변조를 이용한 인덕턴스 방식의 변위센서는 각각 설치된 발진기에 대응하는 2개의 여자코일 중에서 하나의 여자코일에 커플러의 변위에 따른 인덕턴스의 변화에 대한 변위 주파수와 기준이 되는 여자코일의 인덕턴스에 대한 기준 주파수를 직접 수신하여 주파수 변조를 이용하여 여자코일 사이의 주파수 차이를 검출하여 커플러의 이동에 따른 변위값을 검지하므로, 외부 노이즈에 의한 검출 오차를 최소화할 수 있으며, 온도 특성에 강한 주파수 변조를 이용한 인덕턴스 방식의 변위센서를 제공할 수 있는 장점이 있다.The displacement sensor of the inductance system using frequency modulation according to the present invention has a displacement frequency for a change in inductance due to the displacement of a coupler in one excitation coil among two excitation coils corresponding to an installed oscillator, The frequency difference between the exciting coils is detected using the frequency modulation and the displacement value due to the movement of the coupler is detected. Therefore, the detection error due to the external noise can be minimized, There is an advantage that an inductance type displacement sensor using modulation can be provided.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 주파수 변조를 이용한 인덕턴스 방식의 변위센서의 개념을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 주파수 변조를 이용한 인덕턴스 방식의 변위센서의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 주파수 변조를 이용한 인덕턴스 방식의 변위센서에 있어서, 신호처리기의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 주파수 변조를 이용한 인덕턴스 방식의 변위센서에 있어서, 제1여자코일 및 제2여자코일의 개념을 나타낸 도면이다.1 is a block diagram showing the concept of a displacement sensor of an inductance system using frequency modulation according to an embodiment of the present invention.
2 is a configuration diagram of a displacement sensor of an inductance system using frequency modulation according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram of a signal processor in a displacement sensor of an inductance system using frequency modulation according to an embodiment of the present invention.
4 is a view illustrating a concept of a first excitation coil and a second excitation coil in a displacement sensor of an inductance system using frequency modulation according to an embodiment of the present invention.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other features and advantages of the present invention will become more apparent by describing in detail exemplary embodiments thereof with reference to the attached drawings in which: FIG.

또한, 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It will be appreciated that those skilled in the art will readily observe that certain changes in form and detail may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims. To those of ordinary skill in the art.

이하에서는 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 본 발명과 밀접한 관계가 없는 부분은 상세한 설명을 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고, 반복적인 설명은 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, the same or similar elements are denoted by the same reference numerals throughout the specification.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 주파수 변조를 이용한 인덕턴스 방식의 변위센서의 개념을 나타낸 구성도이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 주파수 변조를 이용한 인덕턴스 방식의 변위센서의 구성도이다.FIG. 1 is a block diagram illustrating a concept of a displacement sensor of inductance type using frequency modulation according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram of a displacement sensor of inductance type using frequency modulation according to an embodiment of the present invention. .

본 발명의 일실시예에 따른 주파수 변조를 이용한 인덕턴스 방식의 변위센서는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 제1발진기(10, OSC(Oscillator)), 제1여자코일(11), 버퍼(15, 25), 커플러(18), 제2발진기(20, OSC), 제2여자코일(21), 승산기(30, Multiplier), 저역통과필터(40, LPF(Low Pass Filter)), 컨버터(50, Analog-Digital Converter), 신호처리기(60) 및 차단판(70)을 포함하여 구성된다.As shown in FIGS. 1 and 2, the displacement sensor of the inductance system using frequency modulation according to an embodiment of the present invention includes a first oscillator 10, an oscillator (OSC), a first excitation coil 11, a buffer 15, 25, a coupler 18, a second oscillator 20, an oscillator 20, a second excitation coil 21, a multiplier 30, a low pass filter (LPF) 40, a converter 50, Analog-Digital Converter), a signal processor 60, and a shield plate 70.

제1발진기(10) 및 제2발진기(20)는 일반적인 발진회로로 구성될 수 있으며, 인가된 전원을 통해 스위칭 소자 등을 이용하여 구성될 수 있다.The first oscillator 10 and the second oscillator 20 may be constituted by a general oscillation circuit and may be constituted by using a switching device or the like through an applied power source.

제1여자코일(11) 및 제2여자코일(21)은 다수 회 권선되어 구성되며, 권선되는 형태는 삼각형, 사각형 및 원형 등 다양한 형상으로 구성될 수 있다.The first excitation coil 11 and the second excitation coil 21 are configured to be wound a plurality of times, and the shape to be wound may be configured in various shapes such as a triangle, a square, and a circle.

제1발진기(10)는 제1여자코일(11)에 연결되며, 제2발진기(20)는 제2여자코일(21)에 연결된다. 이때, 제1여자코일(11)에서 발생되는 인덕턴스와 제2여자코일(21)에서 발생되는 인덕턴스는 동일한 값이 출력되도록 구성된다.The first oscillator 10 is connected to the first exciting coil 11 and the second oscillator 20 is connected to the second exciting coil 21. [ At this time, the inductance generated from the first excitation coil 11 and the inductance generated from the second excitation coil 21 are configured to output the same value.

이에, 제1여자코일(11)의 권선수와 제2여자코일(21)의 권선수는 동일하게 구성되고, 각각 연결된 제1발진기(10) 및 제2발진기(20)에서 출력되는 전류의 값도 동일하게 구성될 필요성이 있다. 물론, 제1여자코일(11)과 제2여자코일(21)이 동일한 인덕턴스가 발생되도록 제1발진기(10) 및 제2발진기(20)는 출력 전류를 가변할 수 있도록 구성될 수 있다.Therefore, the winding of the first excitation coil 11 and the winding of the second excitation coil 21 are constructed identically, and the values of the currents outputted from the first oscillator 10 and the second oscillator 20 connected to each other There is a need for the same configuration. Of course, the first oscillator 10 and the second oscillator 20 may be configured to vary the output current so that the first induction coil 11 and the second excitation coil 21 generate the same inductance.

커플러(18)는 제1여자코일(11)과 소정의 간격을 두고 설치되는 것으로, 금속재질로 구성된다.The coupler 18 is installed at a predetermined distance from the first excitation coil 11 and is made of a metal material.

이때, 커플러(18)의 위치이동(변위)에 따라 제1여자코일(11)에서 발생되는 인덕턴스 값이 변화된다.At this time, the inductance value generated in the first excitation coil 11 changes according to the positional displacement (displacement) of the coupler 18.

즉, 커플러(18)가 제1여자코일(11)로부터 멀어지거나 가까워지면, 자력선속이 가변되며, 이 자력선속의 변화에 따라 제1여자코일(11)에 인덕턴스 값이 변화되고, 인덕턴스의 변화는 결국 주파수가 가변되는 것을 의미한다.That is, when the coupler 18 moves away from or approaches the first excitation coil 11, the magnetic flux line varies, and the inductance value changes in the first excitation coil 11 in accordance with the change in the magnetic flux, Which means that the frequency is variable.

물론, 제1여자코일(11)에 대응되어 커플러(18)가 설치됨에 따라 제2여자코일은 커플러(18)의 위치에 상관없이 동일한 주파수가 출력되고, 이 동일한 주파수는 커플러(18)와 제1여자코일(11)의 거리를 산출하는 기준 주파수로 사용된다.Of course, as the coupler 18 is provided in correspondence with the first excitation coil 11, the same excitation frequency is output regardless of the position of the coupler 18, Is used as a reference frequency for calculating the distance of one excitation coil (11).

승산기(30, Multiplier)는 제1여자코일(11)과 제2여자코일(21)에 발생되는 주파수를 수신하여 곱셈한다. 부연하면, 제1여자코일에 연결되어 제1여자코일의 주파수와 제2여자코일에 연결되어 제2여자코일의 주파수를 곱셈하는 회로이다.The multiplier 30 receives and frequency-multiplies the frequencies generated in the first exciting coil 11 and the second exciting coil 21. In other words, it is a circuit connected to the first exciting coil to multiply the frequency of the first exciting coil and the frequency of the second exciting coil by being connected to the second exciting coil.

이때, 제1여자코일(11)과 제2여자코일(21)에 발생되는 주파수를 수신하는 과정에서 각각의 수신되는 주파수는 증폭하여 수신하도록 구성될 수 있다. 이를 위해서 제1여자코일(11)과 승산기(30) 사이 및 제2여자코일(21)과 승산기(30) 사이에는 버퍼(15, 25)가 설치될 수 있다.At this time, in the process of receiving the frequencies generated in the first excitation coil 11 and the second excitation coil 21, each received frequency may be amplified and received. The buffers 15 and 25 may be provided between the first excitation coil 11 and the multiplier 30 and between the second excitation coil 21 and the multiplier 30. [

저역통과필터(40, Low Pass Filter)는 승산기(30)의 출력단에 구성되어 승산기(30)에서 곱셈된 주파수 성분에서 고주파 성분을 제거한다. 이에 저역통과필터(40)에서 출력되는 주파수는 저주파 신호가 출력된다.The low pass filter 40 is configured at the output terminal of the multiplier 30 to remove the high frequency component from the frequency component multiplied by the multiplier 30. Thus, a low frequency signal is outputted from the low pass filter 40.

컨버터(50, Analog-Digital Converter)는 저역통과필터의 출력단에 연결되어 저주파의 아날로그(Analog) 신호를 디지털(Digital) 신호로 변환한다.The converter 50 is connected to the output terminal of the low-pass filter to convert a low-frequency analog signal into a digital signal.

신호처리기(60)는 컨버터(50)의 출력단에 연결되어 입력 주파수에 대한 전압을 출력하는 것으로, 출력되는 전압값은 커플러(18)와 제1여자코일(11)의 거리를 산출할 수 있는 감지값으로 사용된다.The signal processor 60 is connected to the output terminal of the converter 50 and outputs a voltage with respect to the input frequency. The voltage value outputted from the signal processor 60 is detected by the signal processor 60, which can calculate the distance between the coupler 18 and the first excitation coil 11 Used as a value.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 주파수 변조를 이용한 인덕턴스 방식의 변위센서에 있어서, 제1여자코일 및 제2여자코일의 개념을 나타낸 도면이다.4 is a view illustrating a concept of a first excitation coil and a second excitation coil in a displacement sensor of an inductance system using frequency modulation according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일실시예에 따른 신호처리기(60)는 위상검출모듈(61, Phase Detector), 저역통과필터 모듈(62), 증폭모듈(63) 및 전압조정 발진모듈(64, VCO)을 포함하여 구성된다.The signal processor 60 according to an embodiment of the present invention includes a phase detection module 61, a low pass filter module 62, an amplification module 63 and a voltage regulation oscillation module 64 .

위상검출모듈(61)은 컨버터(50)에서 출력되는 주파수와 피드백되는 주파수의 위상차에 해당하는 선형적인 평균 출력 전압으로 변환하고, 변환된 전압을 출력한다.The phase detecting module 61 converts the output frequency of the converter 50 into a linear average output voltage corresponding to the phase difference between the frequency output from the converter 50 and the feedback frequency, and outputs the converted voltage.

저역통과필터(LPF, Low Pass Filter) 모듈(62)은 위상검출모듈(61)에서 출력되는 전압에서 고주파 성분의 노이즈를 제거한다.A low pass filter (LPF) module 62 removes high frequency component noise from the voltage output from the phase detection module 61.

증폭모듈(63)은 저역통과필터 모듈(62)에서 출력되는 전압을 증폭시킨다.The amplification module 63 amplifies the voltage output from the low-pass filter module 62.

전압조정 발진모듈(64)은 증폭모듈(63)에서 출력되는 전압에 대한 피드백 주파수로 변환하여 출력하며, 출력되는 피드백 주파수를 위상검출모듈(61)로 입력한다.The voltage regulation oscillation module 64 converts the output voltage to a feedback frequency for the voltage output from the amplification module 63, and outputs the output feedback frequency to the phase detection module 61.

여기서, 전압조정 발진모듈(64)에 입력되는 전압은 신호처리기(60)의 출력신호가 되고, 이 출력신호는 거리를 산출할 수 있는 감지값으로 사용된다.Here, the voltage input to the voltage-controlled oscillation module 64 becomes the output signal of the signal processor 60, and this output signal is used as a detection value capable of calculating the distance.

이와 같은 구성에서, 제1여자코일(11)은 커플러(18)의 변위에 따라 인덕턴스값이 변화되는데, 제1여자코일(11)의 인덕턴스가 가변되는 경우에 인접한 제2여자코일(21)은 기준 주파수에 의한 동일한 인덕턴스가 유지되어야 한다.In this configuration, the inductance value of the first excitation coil 11 changes according to the displacement of the coupler 18. When the inductance of the first excitation coil 11 is varied, the second excitation coil 21 adjacent thereto The same inductance due to the reference frequency must be maintained.

이에, 제1여자코일(11)과 제2여자코일(21)은 각각 코일에서 발생되는 인덕턴스가 다른 코일의 인덕턴스를 간섭하게 되면 정확한 감지값을 출력할 수 없게 된다.Therefore, when the first excitation coil 11 and the second excitation coil 21 interfere with the inductance of the coil having different inductance from the coil, the accurate detection value can not be outputted.

따라서, 제1여자코일(11)과 제2여자코일(21)은 인가된 전원에 의한 인덕턴스가 서로 중첩되지 않도록 충분한 거리를 이격시켜야 한다.Therefore, the first exciting coil 11 and the second exciting coil 21 should be spaced apart from each other by a sufficient distance such that the inductances of the applied power supply do not overlap each other.

그런데 제1여자코일(11)과 제2여자코일(21)의 충분한 이격은 장치의 소형화를 이루는데 역행하는 구성이다.However, sufficient separation between the first excitation coil 11 and the second excitation coil 21 is contrary to the downsizing of the device.

차단판(70)은 장치의 소형화를 지향하면서 각각의 제1여자코일(11)과 제2여자코일(21)에서 발생되는 인덕턴스의 간섭을 방지하기 위한 것이다.The blocking plate 70 is for preventing the interference of the inductances generated in the first excitation coil 11 and the second excitation coil 21 while aiming at miniaturization of the device.

도 4의 (a)는 제1여자코일(11)과 제2여자코일(21)이 서로 동일 면상에 설치되는 경우, 제1여자코일(11)과 제2여자코일(21) 사이에 차단판(70)을 구성한 것이다.4A shows a state in which when the first excitation coil 11 and the second excitation coil 21 are provided on the same plane as the first excitation coil 11 and the second excitation coil 21, (70).

이 경우 차단판(70)의 두께는 발생된 여자코일의 인덕턴스가 인접한 여자코일의 인덕턴스에 영향을 주지 않도록 하는 재질과 충분한 두께로 형성되어야 한다.In this case, the thickness of the shield plate 70 should be formed to a thickness sufficient to prevent the inductance of the excitation coil generated from affecting the inductance of the adjacent excitation coil.

도 4의 (b)는 차단판의 구성을 배제하고 제1여자코일(11)과 제2여자코일이 상호간 인덕턴스(자기장)의 변화를 간섭하지 않는 구조를 나타낸 것이다.4B shows a structure in which the configuration of the shield plate is excluded and the first excitation coil 11 and the second excitation coil do not interfere with changes in inductance (magnetic field) mutually.

도면에 도시된 바와 같이, 제1여자코일(11)과 제2여자코일(21)은 서로 직교하게 설치하면, 자기장이 서로 직교하게 발생되어 여자코일 상호간 자기장의 영향을 주지 않는다.As shown in the figure, when the first excitation coil 11 and the second excitation coil 21 are installed perpendicularly to each other, the magnetic fields are generated perpendicular to each other, and the influence of the mutual magnetic field of the excitation coils is not given.

따라서 차단판(70)의 구성없이도 도 4의 (b)와 같은 구성에서는 여자코일 상호간 자기장의 영향을 주지 않는다.Therefore, the configuration as shown in FIG. 4 (b) without the configuration of the blocking plate 70 does not affect the mutual magnetic field of the exciting coil.

또한, 다른 실시예로 도 4의 (a) 구성과 도 4의 (b) 구성을 결합하는 방법도 예상할 수 있다. 즉, 제1여자코일(11)과 제2여자코일(21)은 서로 직교하게 설치하면서, 그 사이에 차단판(70)을 구성하는 것으로, 자기장의 간섭을 최소화할 수 있다.Also, as another embodiment, a method of combining the configuration of FIG. 4 (a) and the configuration of FIG. 4 (b) can be expected. That is, the first excitation coil 11 and the second excitation coil 21 are arranged orthogonally to each other, and the shield plate 70 is formed therebetween, so that the interference of the magnetic field can be minimized.

위와 같이 구성된 본 발명에 따른 주파수 변조를 이용한 인덕턴스 방식의 변위센서의 작동 과정을 살펴본다.The operation of the inductance type displacement sensor using frequency modulation according to the present invention will be described.

커플러(18)가 제1여자코일(11)로부터 변위되면, 즉 커플러(18)가 제1여지코일(11)에서 멀거나 가까워지면, 제1여자코일(11)에 발생되는 인덕턴스가 가변된다. 이에 제1여자코일(11)의 인덕턴스와 제2여자코일(21)의 인덕턴스 값이 달라지고, 각각 다른 성분을 가지는 주파수가 각각 버퍼(15, 25)를 거쳐 승산기(30)에 입력된다.When the coupler 18 is displaced from the first excitation coil 11, that is, when the coupler 18 is farther or closer to the first earthed coil 11, the inductance generated in the first excitation coil 11 is variable. The inductance of the first excitation coil 11 and the inductance of the second excitation coil 21 are different from each other and frequencies having different components are input to the multiplier 30 via the buffers 15 and 25, respectively.

승산기(30)에서 2개의 주파수는 곱셈되어 고주파와 저주파가 포함된 주파수가 저역통과필터(40)에 입력되며, 저역통과필터(40)에 입력된 주파수는 고주파가 제거되어 저주파 신호만 출력된다.The frequency multiplied by the two frequencies in the multiplier 30 is input to the low-pass filter 40 and the frequency including the high-frequency and the low-frequency is input to the low-pass filter 40 so that only the low-frequency signal is output.

저역통과필터(40)에서 고주파가 제거된 저주파 신호는 컨버터(50)를 거치면서 구형파 신호로 변환되어 신호처리기(60)에 입력되고, 신호처리기(60)에 입력된 주파수는 커플러(18)의 변위에 해당하는 전압으로 변환되어 출력된다.The low frequency signal from which the high frequency is removed from the low pass filter 40 is converted into a square wave signal through the converter 50 and input to the signal processor 60. The frequency inputted to the signal processor 60 is The voltage corresponding to the displacement is converted and output.

이에 본 발명의 일실시예에 따른 주파수 변조를 이용한 인덕턴스 방식의 변위센서는 커플러의 변위를 정확하게 감지할 수 있는 변위센서를 제공할 수 있으며, 수신코일을 사용하지 않으므로 외부 노이즈의 영향을 최소화할 수 있어 감지값에 신뢰성을 증진시킬 수 있는 장점이 있다.Therefore, the displacement sensor of the inductance system using the frequency modulation according to the embodiment of the present invention can provide a displacement sensor capable of accurately detecting the displacement of the coupler. Since the receiver coil is not used, the influence of the external noise can be minimized There is an advantage that reliability can be improved in the detection value.

또한, 커플러의 거리에 대한 감지값은 압력값으로 변환되어 표시할 수 있으며, 압력으로 표시하게 되면 압력센서로 활용할 수 있음은 물론이다.In addition, the sensing value for the distance of the coupler can be converted into a pressure value and displayed, and if it is indicated by pressure, it can be used as a pressure sensor.

상기에서는 본 발명에 따른 주파수 변조를 이용한 인덕턴스 방식의 변위센서의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정하는 것이 아니고 특허청구범위와 명세서 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.While the preferred embodiments of the inductance-based displacement sensor using frequency modulation according to the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and variations may be made within the scope of the claims and the accompanying drawings. And this is also within the scope of the present invention.

10 - 제1발진기, 11 - 제1여자코일, 15,25 - 버퍼, 20 - 제2발진기
21 - 제2여자코일, 30 - 승산기, 40 - 저역통과필터, 50 - 컨버터
60 - 신호처리기, 61 - 위상검출모듈, 62 - 저역통과필터 모듈
63 - 증폭모듈, 64 - 전압조정 발진모듈, 70 - 차단판10-first oscillator, 11-first excitation coil, 15,25-buffer, 20-second oscillator
21 - second excitation coil, 30 - multiplier, 40 - low pass filter, 50 - converter
60 - signal processor, 61 - phase detection module, 62 - low pass filter module
63 - amplification module, 64 - voltage regulation oscillation module, 70 - blocking plate

Claims (5)

제1발진기에 연결되며 상기 제1발진기의 전원 공급에 따라 인덕턴스를 발생시키는 제1여자코일과, 상기 제1여자코일에 대응하여 설치되는 커플러와, 제2발진기에 연결되며 상기 제2발진기의 전원 공급에 따라 인덕턴스를 발생시키는 제2여자코일과, 상기 제1여자코일에 연결되어 상기 제1여자코일의 주파수와 상기 제2여자코일에 연결되어 상기 제2여자코일의 주파수를 곱셈 연산하는 승산기(multilpier)와, 상기 승산기의 출력단에 연결되어 고주파 성분을 제거하는 저역통과필터(Low Pass Filter)와, 상기 저역통과필터의 출력단에 연결되어 저주파 신호를 구형파 신호로 변환하는 컨버터 및, 상기 컨버터의 출력단에 연결되어 입력 주파수에 대한 전압을 출력하는 신호처리기를 포함하고,
상기 제1여자코일에 커플러의 변위에 따른 인덕턴스의 변화에 대한 변위 주파수와 기준이 되는 상기 제2여자코일의 인덕턴스에 대한 기준 주파수를 직접 수신하여 주파수 변조를 이용하여 상기 제1여자코일과 제2여자코일 사이의 주파수 차이를 검출하여 상기 커플러의 이동에 따른 변위값을 검지하고,
상기 신호처리기는, 비교기에서 출력되는 주파수와 피드백되는 주파수의 위상차에 해당하는 선형적인 출력 전압을 생성하는 위상검출모듈과, 상기 위상검출모듈에서 출력되는 전압에서 고주파 성분의 노이즈를 제거하는 저역통과필터(Low Pass Filter) 모듈과, 상기 저역통과필터 모듈에서 출력되는 전압을 증폭시키는 증폭모듈 및, 상기 증폭모듈에서 출력되는 전압에 대한 피드백 주파수로 변환하여 출력하며, 상기 출력되는 피드백 주파수를 상기 위상검출모듈로 입력하는 전압조정 발진모듈을 포함하는 주파수 변조를 이용한 인덕턴스 방식의 변위센서.A first excitation coil connected to the first oscillator and generating an inductance according to the power supply of the first oscillator, a coupler provided corresponding to the first excitation coil, and a power supply connected to the second oscillator, A second excitation coil connected to the first excitation coil and connected to the frequency of the first excitation coil and the second excitation coil to multiply the frequency of the second excitation coil a low pass filter connected to an output terminal of the multiplier to remove a high frequency component; a converter connected to an output terminal of the low pass filter to convert a low frequency signal into a square wave signal; And outputting a voltage to the input frequency,
The first excitation coil is directly received with the displacement frequency of the change in inductance according to the displacement of the coupler and the reference frequency with respect to the inductance of the second excitation coil as a reference, Detecting a frequency difference between the exciting coils, detecting a displacement value according to the movement of the coupler,
Wherein the signal processor comprises: a phase detection module for generating a linear output voltage corresponding to a phase difference between a frequency output from the comparator and a frequency to be fed back; and a low-pass filter for removing noise of a high frequency component from a voltage output from the phase detection module A low pass filter module, an amplification module for amplifying a voltage output from the low pass filter module, and a feedback frequency conversion circuit for converting the feedback frequency into a feedback frequency for a voltage output from the amplification module, Inductance displacement sensor using frequency modulation including voltage controlled oscillation module input to module. 청구항 1에 있어서,
상기 제1여자코일과 승산기 사이 및 상기 제2여자코일과 상기 승산기 사이에는 버퍼가 설치된 주파수 변조를 이용한 인덕턴스 방식의 변위센서.The method according to claim 1,
And a buffer is provided between the first excitation coil and the multiplier and between the second excitation coil and the multiplier. 청구항 1에 있어서,
상기 제1여자코일과 제2여자코일 사이에는 각각 코일에서 발생되는 인덕턴스를 차단하는 차단판이 설치된 주파수 변조를 이용한 인덕턴스 방식의 변위센서.The method according to claim 1,
And a shield plate interposed between the first excitation coil and the second excitation coil to block inductances generated in the coils, respectively. 청구항 1에 있어서,
상기 제1여자코일과 제2여자코일은 서로 직교하게 설치된 주파수 변조를 이용한 인덕턴스 방식의 변위센서.The method according to claim 1,
Wherein the first excitation coil and the second excitation coil are orthogonally disposed to each other. 삭제delete
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