KR20080000258A - 에이직을 이용한 ｌｖｄｔ 신호변환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에이직을 이용한 LVDT 신호변환기를 개시한다.

본 발명에 따른 에이직을 이용한 LVDT 신호변환기는, LVDT 신호변환기에 있어서, 상기 LVDT 1차측에 연결되어 단말기(CPU)로부터 제어신호를 인가받아 정현파를 발생하는 여기부와, 상기 LVDT 2차측에 연결되어 2차측에 발생하는 신호를 입력받아 변위신호를 생성하는 신호증폭부를 포함하며, 상기 여기부는 상기 LVDT의 특성에 따라 그에 적용되는 적용값이 저장된 소프트웨어를 구비한 단말기(CPU)로부터 제어신호를 입력받아 여기주파수와 기준주파수를 생성하는 에이직과, 상기 에이직에서 생성된 여기주파수와 기준주파수를 여기주파수와 동일한 주파수로 필터링하여 정현파를 발생하는 필터부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 모든 조정기능을 에이직과 연결된 마이크로프로세서를 통하여 자동적으로 이루어짐에 따라 다른 LVDT를 사용하는 조정하는 번거로움을 없애고 높은 편의성을 제공한다.

에이직, ASIC, LVDT, 신호변환기

Description

에이직을 이용한 ＬＶＤＴ 신호변환기{LVDT SIGNAL CONVERTER OF USING ASIC}

도 1은 LVDT의 기본 구성도,

도 2는 종래기술에 따른 LVDT 신호변환기의 구성도,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 LVDT 신호변환기의 전체구성도,

도 4는 본 발명에 따른 LVDT 신호변환기용 ASIC의 구성도.

<도면의 주요 부호에 대한 부호의 설명>

100 : 여기부 110 : 에이직(ASIC)

111 : 단말기 인퍼페이스 112 : 오실레이터

113 : 기준주파수 발생부 114 : 여기주파수 발생부

115 : 위상제어부 116 : ADC 제어기

117 : 이득제어기 120 : 필터부

130 : 커패시터 140 : 전력증폭기

200 : 신호증폭부 210 : 전치증폭기

220 : 복조기 230 : 저역필터

240 : 후치증폭기 250 : ADC

300 : LVDT 400 : 단말기(CPU)

본 발명은 에이직을 이용한 LVDT 신호변환기에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 LVDT 신호변환기용 ASIC를 사용하여 마이크로프로세서에 의하여 제어되는 에이직을 이용한 LVDT 신호변환기에 관한 것이다.

자기 센서(Magnetic sensor)는 변위, 압력, 액위, 하중, 진동 측정 등에 실용화 되고 있는데, 이 중 자기적 소자( Magnetic element) 변환 방식을 사용하는 변위 측정 센서는 적용되는 대상, 피 측정체의 형태 등에 따라 구조 및 설계 방법이 달라지는 것으로, 기계적 변위가 1차측 코일과 2차측 코일 사이에서 발생하는 자속의 변화, 즉, 상호 인덕턴스를 변화시키는 transducer로서 이러한 형태에 속하는 transducer를 LVDT (Linear Variable Differential Transformer)라고 부른다.

LVDT는 일종의 변압기로 1차권선과 2차권선으로 구성되며 1, 2차 권선 중앙으로 코어가 위치하고 있어, 코어의 이동거리에 비례하여 2차측 권선에 유기된 전압을 감지하여 코아의 변위를 알수 있도록 되어 있는 구조를 갖는데, 1차측 권선에는 소정의 주파수 및 크기를 가지는 정현파(Sine wave)를 인가하도록 되어 있으며, 코어의 변위에 비례하여 2차측 권선에 교류전압이 유도된다.

일반적인 LVDT 신호변환기는 도 2에서 도시된 바와 같이 1차측에 신호를 인가하는 여기부(Excitation ; 10)와 2차측으로 신호를 입력받아 변위신호를 만드는 증폭부(Amplifying ; 20)로 구성되어 있다.

상기 여기부(10)에서는 LVDT의 여기에 적합한 주파수와 파고를 가지는 정현파를 발생시키는데, 정현파의 발생은 일반적으로 R(저항)과 C(커패시터)로 구성된 발진회로(11)가 사용되며 주파수와 파고는 저항과 커패시터의 용량을 변경하여 조절하게 된다.

상기 증폭부(20)는 LVDT의 2차 권선으로부터 출력되는 신호를 변위 신호를 변환해 주는 것으로, 위상제어기(21)와 전치증폭기(22), 복조기(23), 저역필터(24), 후치증폭기(25)로 구성되어 있다.

전 · 후치 증폭기(22, 25)는 보통 연산증폭기(OP AMP)를 사용하며, 전 · 후치증폭기(22, 25)의 이득 제어는 가변저항의 용량을 수동으로 조절하여 수행한다. 복조기(23)에서는 1차측 여기주파수의 주기로 2차측 신호를 표본화(Sampling)함으로써 직류전압을 얻어낸다.

최종적으로 얻어지는 직류전압이 코어의 변위에 대하여 선형성(linearity)을 유지하기 위해서는 이론상으로 1차측 신호와 2차측 신호의 위상은 일치하여야(동상)하나 케이블의 길이, 환경적요인등으로 일치하지 않는 경우가 대부분이기 때문에 위상제어기(21)를 통하여 두신호의 위상이 같도록 만들어 주어야 하는데, 그러기 위해서는 신호의 주파수, 위상의 앞섬(Lead), 뒷섬(Lag)에 따라 저항 또는 커패시터의 용량을 계산하여 수동으로 조절하여야 하는 문제점이 있다.

따라서, 다른 종류의 LVDT를 사용하는 경우에는 사용자가 주파수, 파고제어, 위상제어, 이득조절을 직접 계산하고 조정해야하는 번거로움 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 LVDT 특성에 따라 적용값을 저장한 단말기(CPU)의 소프트웨어로 인하여 상기 단말기(CPU)가 ASIC을 자동 제어함으로써, 여기주파수의 파고, 위상, 이득을 자동조절하고 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 LVDT 신호변환기에 있어서, 상기 LVDT 1차측에 연결되어 단말기(CPU)로부터 제어신호를 인가받아 정현파를 발생하는 여기부와, 상기 LVDT 2차측에 연결되어 2차측에 발생하는 신호를 입력받아 변위신호를 생성하는 신호증폭부를 포함하며, 상기 여기부는 상기 LVDT의 특성에 따라 그에 적용되는 적용값이 저장된 소프트웨어를 구비한 단말기(CPU)로부터 제어신호를 입력받아 여기주파수와 기준주파수를 생성하는 에이직과, 상기 에이직에서 생성된 여기주파수와 기준주파수를 여기주파수와 동일한 주파수로 필터링하여 정현파를 발생하는 필터부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 한 특징으로는, 상기 필터부는, 스위치드 커패시터 필터로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 다른 특징으로는, 상기 여기부는, 상기 필터부에서 발생된 신호 중 직류성분을 제거하는 커패시터 및 상기 커패시터를 거쳐 발생된 정현파를 증폭하는 전력증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로는, 상기 신호증폭부는, 상기 에이직으로부터 이득과 옵셋을 제어받고 LVDT 2차측 권선으로부터 출력되는 신호를 증폭하는 전치증폭기, 상기 에이직(ASIC)에서 수신된 1차측 여기주파수 주기로 2차측 신호를 표본화하여 출력하는 복조기, 상기 복조기에서 출력되는 신호 중 저주파 성분만을 통과시켜 직류전압으로 만드는 저역필터, 상기 에이직으로부터 이득과 옵셋을 제어받고 상기 저역필터로부터 출력되는 신호를 증폭하는 후치증폭기 및 상기 후치증폭기로부터 출력된 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로는, 상기 에이직은, 단말기(CPU)와 연결되어 제어신호를 인가받는 단말기 인퍼페이스, 오실레이터로부터 신호를 인가받아 구형파를 생성하는 기준주파수 발생부, 상기 기준주파수 발생부에서 생성된 기준 주파수를 분주하여 구형파를 생성하는 여기주파수 발생부, 상기 복조기의 표본화에 사용될 주파수를 생성하고 위상을 제어하는 위상제어부, 상기 ADC를 제어하는 ADC제어기 및 상기 전 · 후치증폭기의 이득과 옵셋을 제어하는 이득제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 에이직을 이용한 LVDT 신호변환기의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 LVDT 신호변환기의 전체구성도, 도 4는 본 발명에 따른 LVDT 신호변환기용 ASIC의 구성도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 에이직을 이용한 LVDT 신호변환기는 크게 LVDT의 1차측에 연결되어 정현파를 발생시키는 여기(Excitation)부(100)와 LVDT(300)의 2차측에 연결되어 2차측 신호를 입력받아 변위신호를 생성하는 신호증폭부(200)로 구성된다.

여기부(100)는 다양한 LVDT의 종류나 그 특성에 따라 달리 적용되는 주파수, 파고, 위상, 이득등과 같은 적용값 정보가 단말기(CPU ; 400)에 설치된 소프트웨어에 저장되어 있고, 상기 단말기(400)로부터 LVDT의 종류에 따라 적용되는 적용값을 받고 구형파인 기준주파수와 여기주파수를 발생시키는 에이직(ASIC ;110)과, 여기서 발생한 여기주파수를 기준주파수의 주기로 필터링하는 필터부(120)를 구비한다.

또, 상기 필터부(120)에 연결되어 직류성분을 제거하는 커패시터(130) 및 상기 커패시터(130)로부터 얻은 정현파를 증폭하는 전력증폭기(140)로 구성된다.

여기서, 상기 필터부(120)는 상기 에이직(110)에서 발생되는 여기주파수와 기준주파수에서 여기주파수와 동일한 주파수를 가질 수 있도록 필터링하여 정현파를 발생시키는 것으로, 본 발명에서는 상기 필터부(120)를 주파수 통과 대역폭을 자동으로 바꿀 수 있는 스위치드 커패시터 필터(Switched Capacitor Filter)로 사용되는 것이 바람직하다.

에이직(application specific intergrated circuit : ASIC ; 110)은 주문형 반도체로 특정한 목적에 적용되게 설계하는 비메모리 반도체 칩으로서, 본 발명에서는 LVDT 신호변환기에 사용하기 위해 설계된다.

상기 에이직(110)의 구성을 살펴보면, 상기 단말기(CPU ; 400)로부터 제어신 호를 받아 내부의 레지스터에 제어용 값을 읽거나 쓸 수 있도록 신호를 처리하는 단말기 인퍼페이스(111)와, 정현파를 발생시키기 위해 오실레이터(112)의 주파수를 사용하여 구형파를 생성하는 비교기와 분주기 및 레지스터로 구비된 기준주파수 발생부(113) 및 기준주파수를 분주하여 구형파를 생성하기 위한 분주기로 구비된 여기주파수 발생부(114)로 구성되어 있다.

또, 디지털 딜레이와, 레지스터 및 비교기로 구성되어 후술할 복조기(220)의 표본화(Sampling)에 사용될 기준주파수를 생성하는 위상제어부(115)와, 후술한 복조기(220)에서 출력되는 아날로그 변위값을 디지털로 변환하기 위한 신호증폭부(220)에 구성된 ADC(아날로그 - 디지털 컨버터 ; 250)를 제어하기 위한 ADC제어기(116)와, 후술할 전 · 후치증폭기(210, 240)의 이득 및 옵셋을 제어하는 이득제어기(117)로 구성되어 있다.

상술한 바와 같이 구성된 상기 에이직(110)의 기준주파수 발생부(113)와 여기주파수 발생부(114)는 외부회로에 구성된 범용의 저역통과 스위치드 커패시터 필터(필터부 : 120)에 연결되어 신호를 인가하게 되고, 여기주파수를 기준주파수의 주기로 필터링을 하게 되면 여기주파수 성분을 제외한 홀수 차수의 고조파는 모두 제거되어 순수한 정현파와 직류성분만 남게 된다.

이렇게 상기 필터부(120)를 거쳐 발생한 정현파와 직류성분은 커패시터(130)를 거쳐 직류성분만을 제거하여 구형파로부터 순수한 정현파를 얻게 되고, 이 정현파는 전력증폭기(140)를 거쳐 증폭되어 상기 LVDT(300)의 1차측으로 인가된다.

상기 에이직(110)은 종래의 LVDT 신호변환기에 있어서, 정현파의 주파수, 파 고, 위상제어, 증폭기의 이득을 조절하기 위해 저항과 커패시터(capacitor)에 의해 수동으로 조절하도록 하였으나, 상기 단말기(CPU ; 400)에 저장된 LVDT 의 특성에 따라 적용값이 저장되어 있고, 이로부터 제어신호를 인가받는 상기 에이직(110)에 의해 LVDT 적용값을 자동제어 할 수 있다.

신호증폭부(200)는 상기 LVDT(300)의 2차측에 연결되어 출력되는 신호를 변위신호를 생성하기 위한 것으로, 상기 LVDT(300)의 1차측으로 인가되는 신호는 코어의 변위에 따라 2차측으로 변위된 신호가 출력되며, 먼저 일반적으로 사용되는 연산증폭기(OP AMP)인 전치증폭기(210)에 연결되어 변위된 신호를 증폭시켜 주게 된다.

이때, 상기 전치증폭기(210)의 이득과 옵셋을 상기 이득제어기(117)에서 제어하게 된다. 다음으로 상기 전치증폭기(210)에 연결된 복조기(220)에 1차측 여기주파수의 주기로 2차측 신호를 표본화(Sampling)할 기준주파수를 상기 위상제어부(115)에서 인가하여 주며, 상기 복조기(220)로부터 표본화된 직류신호를 생성하게 된다.

상기 복조기(220)에서 발생하는 신호는 저역필터(230)에서 고주파성분이 제거되고, 후치증폭기(240)를 거쳐 증폭되는데, 상기 후치증폭기(240)도 상기 에이직(110)으로부터 이득 및 옵셋을 제어 받으며, 인가된 신호를 증폭시킨다.

상기 후치증폭기(240)로부터 증폭된 신호는 ADC(250)에 의해 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시켜 변위값을 출력하게 되는데, 상기 ADC(250)는 상기 ADC제어기(116)에서 제어하는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 주파수, 위상, 파고, 이득조절을 상기 단말기(CPU ; 400)와 연결된 에이직(ASIC)에 의해 소프트웨어로 자동제어 가능함에 따라 사용상의 높은 편의성을 제공하는 이점이 있다.

한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정하는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다.

따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 LVDT신호변환기용 ASIC를 사용함에 따라 모든 조정기능을 ASIC과 연결된 마이크로프로세서를 통하여 자동적으로 이루어짐으로 LVDT 사용에 있어 높은 편의성을 제공하는 이점이 있다.

Claims (5)

1. LVDT 신호변환기에 있어서,

   상기 LVDT 1차측에 연결되어 단말기(CPU)로부터 제어신호를 인가받아 정현파를 발생하는 여기부와, 상기 LVDT 2차측에 연결되어 2차측에 발생하는 신호를 입력받아 변위신호를 생성하는 신호증폭부를 포함하며,

   상기 여기부는 상기 LVDT의 특성에 따라 그에 적용되는 적용값이 저장된 소프트웨어를 구비한 단말기(CPU)로부터 제어신호를 입력받아 여기주파수와 기준주파수를 생성하는 에이직과, 상기 에이직에서 생성된 여기주파수와 기준주파수를 여기주파수와 동일한 주파수로 필터링하여 정현파를 발생하는 필터부;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 에이직을 이용한 LVDT 신호변환기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 필터부는,

   스위치드 커패시터 필터로 이루어진 것을 특징으로 하는 에이직을 이용한 LVDT 신호변환기.
3. 제 1항에 있어서, 상기 여기부는,

   상기 필터부에서 발생된 신호 중 직류성분을 제거하는 커패시터; 및

   상기 커패시터를 거쳐 발생된 정현파를 증폭하는 전력증폭기;

   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에이직을 이용한 LVDT 신호변환기.
4. 제 1항에 있어서, 상기 신호증폭부는,

   상기 에이직으로부터 이득과 옵셋을 제어받고 LVDT 2차측 권선으로부터 출력되는 신호를 증폭하는 전치증폭기;

   상기 에이직(ASIC)에서 수신된 1차측 여기주파수 주기로 2차측 신호를 표본화하여 출력하는 복조기;

   상기 복조기에서 출력되는 신호 중 저주파 성분만을 통과시켜 직류전압으로 만드는 저역필터;

   상기 에이직으로부터 이득과 옵셋을 제어받고 상기 저역필터로부터 출력되는 신호를 증폭하는 후치증폭기; 및

   상기 후치증폭기로부터 출력된 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC;

   를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에이직을 이용한 LVDT 신호변환기.
5. 제 1항 있어서, 상기 에이직은,

   단말기(CPU)와 연결되어 제어신호를 인가받는 단말기 인퍼페이스;

   오실레이터로부터 신호를 인가받아 구형파를 생성하는 기준주파수 발생부;

   상기 기준주파수 발생부에서 생성된 기준 주파수를 분주하여 구형파를 생성하는 여기주파수 발생부;

   상기 복조기의 표본화에 사용될 주파수를 생성하고 위상을 제어하는 위상제 어부;

   상기 ADC를 제어하는 ADC제어기; 및

   상기 전 · 후치증폭기의 이득과 옵셋을 제어하는 이득제어부;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 에이직을 이용한 LVDT 신호변환기.

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