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KR100339698B1 - 전자기 정상파를 이용한 변위 측정장치 - Google Patents

전자기 정상파를 이용한 변위 측정장치 Download PDF

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KR100339698B1
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김정표
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Abstract

본 발명은 도파관에 유도되는 전자기 정상파를 이용하여 변위를 측정하는 장치에 관한 것으로, 특히 도체판으로 도파관을 제조하고 외부의 영향을 배제하며, 유도관내에 적절한 파장을 갖는 전자기파인 광을 입사시켜 정상파를 만들고 정상파의 반복주기에 따른 진폭의 변화를 감지하여 변위를 측정하는 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 정상파로서 광을 이용하여 센싱이 이루어지므로 광범위한 파장 감도를 가지며, 미약한 광에도 검출 감도가 좋고, 응답특성이 좋으며 잡음이 적은 장점이 있다. 또한, 신호변환이 용이하여 특정범위와 측정한계를 극복할 수 있으며, 센서 자체 및 센서관련 부품수를 줄일 수 있다.

Description

전자기 정상파를 이용한 변위 측정장치{Displacement measuring apparatus using electromagnetic standing wave}
본 발명은 도파관에 유도된 전자기 정상파를 이용하여 변위를 측정하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 미세 변위의 변화를 측정하는 변위 센서의 종류는 광센서, 정전용량형 근접센서, LVDT, COD 게이지(gage) 등이 사용되고 있다.
또한, 상기 광센서의 종류에도 여러가지가 있으나 그 중에서 포토다이오드가 일반적으로 사용되고 있는데, 이 센서는 직진성, 고속응답, 파장감도 등의 장점이 있으나 출력전류가 작아 트랜지스터나 IC등의 증폭수단을 병행해야하는 문제점이 있었다.
또한, 정전용량형 근접센서는 도체 및 유도체의 모든 물체의 검출이 가능하며 이것은 정전용량 근접센서에 검출물질에 접근시 전극간의 정전용량 변화에 따른 전기신호를 이용하여 변위를 측정하게 된다. 그러나 변위를 측정하고자 하는 물질이 부도체일 경우 사용할 수 없다는 문제점이 있었다.
또한, LVDT는 차동트랜스를 이용하여 일정 주파수, 일정전압으로 여자되는 1차코일 그리고 역극성으로 접속된 2차 코일과 운동해서 움직이는 철심으로 구성되어 철심의 위치에 따라 2차코일에 유기되는 기전력의 변화를 이용하여 변위를 측정하는 센서이다.
또한, COD게이지는 게이지에 붙어있는 스트레인 게이지(strain gage)의 스트레인을 측정하여 이로부터 변위를 측정하는 방식이다.
그러나 상술한 변위센서들은 외부 변수와 환경에 따라 선형적인 신호를 일관되게 얻기 힘들며 그 측정범위에 한계가 있다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위하여 적절한 파장을 갖는 전자기파에 의해 유도된 정상파를 도체판에 의해 외부의 영향을 배제하고 유도관의 길이 방향으로 발신용 및 수신용 광학센서를 만들어 측정범위 및 한계를 극복할 수 있는 변위 측정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 외부 변수를 차단하고 정상파를 만들기 위해 도체로 만들어진 도파관과, 전자기파를 구동시키기 위한 구동부와, 상기 구동부에서 구동된 전자기파를 발진시키기 위한 전자기파 발진기와, 상기 전자기파 발진기로부터 발진된 전자기파를 도파관 내부로 입사시키는 발신용 광학센서와, 상기 도파관 내부에 형성된 정상파의 진폭을 거리변환에 따라 감지할 수 있도록 수신용 광학센서 설치봉에 의해 도판관 내부에 정상파의 진행방향으로 설치되는 수신용 광학센서와, 상기 수신용 광학센서에 의해 감지된 진폭 변화신호를 입력하여 전기신호로 변환시키는 신호처리 모듈과, 상기 신호처리모듈에서 변환된 전기적 신호를 분석하여 이동 변위를 계산하는 계산모듈을 포함하는 전자기 정상파를 이용한 변위 측정장치를 특징으로 한다.
도1은 본 발명에 따른 전자기 정상파를 이용한 변위 측정장치를 나타낸 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
11 : 도파관 12 : 전자기파 구동부
13 : 전자기파 발진부 14 : 발신용 광학센서
15 : 수신용 광학센서 16 : 수신용 광학센서 설치봉
17 : 신호처리 모듈 18 : 계산모듈
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도1은 본 발명에 따른 전자기 정상파를 이용한 변위측정장치를 나타낸 것으로, 상기 변위 측정장치는 외부 변수를 차단하고 정상파를 만들기 위해 도체로 만들어진 도파관(11)과; 전자기파를 구동시키기 위한 전자기파 구동부(12)와; 상기 구동부에서 구동된 전자기파를 발진시키기 위한 전자기파 발진부(13)와; 상기 전자기파 발진부(13)로부터 발진된 전자기파를 도파관(11) 내부로 입사시키는 발신용 광학센서(14)와, 상기 도파관(11) 내부에 형성된 정상파의 진폭을 거리변환에 따라감지하는 수신용 광학센서(15)와; 상기 수신용 광학센서(15)에 의해 감지된 진폭 변화신호를 입력하여 전기신호로 변환시키는 신호처리 모듈(17)과; 상기 신호처리모듈(17)에서 변환된 전기적 신호를 분석하여 이동 변위를 계산하는 계산모듈(18)로 이루어져 있다.
상기 도판관(11)은 철재로 제조되며 일측면에는 전자기파 발진기(13)로부터 입사되는 전자기파를 도파관(11) 내부로 입사하기 위한 발신용 광학센서(14)가 부착되고, 일측면에는 도파관(11) 내부에 생성된 정상파의 변위를 측정하기 위한 수신용 광학센서(15)가 수신용 광학센서 설치봉(16)에 의해 설치되어 있다.
또한, 상기 도파관의 일측으로부터 입사되는 전자기파는 사용목적에 따라 적외선과 같은 파장을 입사시킬 수도 있다. 상기 입사되는 전자기파는 도파관의 경계조건에 의해 위치와 시간에 따라 위상이나 진폭이 변하지 않는 정상파가 도파관 내부에 만들어진다. 상기 도파관 내부에 형성된 정상파는 도파관의 길이방향에 따라 진폭의 변화가 최대값과 최소값을 가지며 이때 정상파의 길이방향에 따라 삽입된 수신용 광학센서를 통해 거리변화에 따른 진폭변화를 전기신호로 감지하여 계산 모듈에서 변위로 환산된다.
한 실시예로서 파장이 1mm인 전자기파를 발신용 광학센서에서 도파관 내부로 입사시키면 0.5mm(1/2파장)마다 진폭이 최대와 최소로 변하게되고, 이때 수신용 관학센서가 도파관을 움직일 때 최대값이 2번 감지된다면 수신용 광학센서가 이동한 거리는 2mm가 된다. 이를 계산모듈로 처리하여 변위가 2mm 이동한 것을 나타내게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명의 정상파를 이용한 변위 측정장치는 도파관에 입사되어 생성된 정상파를 이용하여 거리에 따른 진폭의 변화로부터 거리를 측정할 수 있으며, 정상파는 거리에 따라 일정 진폭변화를 가지므로 선형적인 신호를 얻을 수 있으며, 전자기파에 의해 생성된 정상파를 광학센서에 의해 감지하므로 전기적인 신호로 변환시키기가 용이하여 신호 증폭기등을 설치할 필요가 없어 부품수를 줄일 수 있다. 또한 상기와 같은 이유로 특정범위와 측정 한계를 극복할 수 있다.

Claims (2)

  1. 외부 변수를 차단하고 정상파를 만들기 위해 도체로 만들어진 도파관과; 전자기파를 구동시키기 위한 구동부와; 상기 구동부에서 구동된 전자기파를 발진시키기 위한 전자기파 발진기와; 발진된 전자기파의 입사 및 상기 전자기파의 감지를 수행하는 센서부와; 상기 센서부에 의해 감지된 진폭 변화신호를 처리하여 전기신호로 변환시키는 신호처리 모듈과; 그리고 상기 신호처리모듈에서 변환된 전기적 신호를 분석하여 이동 변위를 계산하는 계산모듈로 이루어진 정상파를 이용한 변위측정 장치에 있어서,
    상기 센서부는, 상기 전자기파 발진기로부터 발진된 전자기파인 광을 도파관 내부로 입사시키는 발신용 광학센서와, 상기 도파관 내부에 형성된 정상파의 진폭을 거리변환에 따라 감지할 수 있도록 수신용 광학센서 설치봉에 의해 도판관 내부에 정상파의 진행방향으로 설치되는 수신용 광학센서로 이루어진 것을 특징으로 하는 정상파를 이용한 변위측정 장치.
  2. 삭제
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