KR100784490B1 - 컴퓨터 인터페이스용 등전위선 측정 장치의 아날로그디지털 컨버터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 컴퓨터 인터페이스용 등전위선 측정 장치의 A/D컨버터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 타블렛의 도전성 종이 위를 이동하는 탐침에서 측정된 전압 값을 컴퓨터에서 처리할 수 있는 디지털신호로 변환하여 공급함으로써 등전위선의 측정을 컴퓨터에 의해 용이하게 구현할 수 있게 하며, 다양한 측정모드를 프로그래밍하여 등전위선을 다양하게 측정할 수 있게 한 컴퓨터 인터페이스용 등전위선 측정장치의 A/D컨버터에 관한 것이다.

등전위선, 측정장치, 컴퓨터, A/D컨버터

Description

컴퓨터 인터페이스용 등전위선 측정 장치의 아날로그 디지털 컨버터{A/D CONVERTER OF EQUI-POTENTIAL LINE MEASURING APPARATUS FOR COMPUTER INTERFACE}

도 1은 본 발명에 따른 컴퓨터 인터페이스용 등전위선 측정 장치의 A/D컨버터의 전체 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 컴퓨터 인터페이스용 등전위선 측정 장치의 구성도,

도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 따라 컴퓨터상에 다양한 형태로 출력된 등전위선의 예시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 - A/D컨버터 110 - 증폭모듈

120 - PIC제어모듈 130 - 통신모듈

200 - 타블렛 210 - 도전성 종이

220 - 시료 230 - 탐침

300 - 컴퓨터 400 - 전원공급부

본 발명은 컴퓨터 인터페이스용 등전위선 측정 장치의 A/D컨버터에 관한 것 으로서, 보다 상세하게는 타블렛의 도전성 종이 위를 이동하는 탐침에서 측정된 전압을 컴퓨터에서 처리할 수 있는 디지털신호로 변환하여 공급함으로써 등전위선의 측정을 컴퓨터에 의해 용이하게 구현할 수 있게 하며, 다양한 측정모드를 프로그래밍하여 등전위선을 다양하게 측정할 수 있게 한 컴퓨터 인터페이스용 등전위선 측정장치의 A/D컨버터에 관한 것이다.

일반적으로, 전위차를 갖는 두 전극 사이에는 전기장이 존재하며, 이러한 전기장 내에서 같은 전위를 갖는 다수의 점들은 등전위면이나 등전위선을 이루는데, 이러한 현상을 증명하기 위한 실험장치 등으로 등전위선 측정 장치가 사용되었다.

종래에는 등전위선을 측정하기 위해 다수의 눈금에 의해 좌표를 식별할 수 있는 도전성 종이를 타블렛 위에 놓고 시료에 전원을 가한 후 상기 도전성 종이 위를 탐침으로 이동시키며 특정 지점에서의 전압을 그 도전성 종이나 다른 도전성 종이에 표시하여 등전위선의 존재를 확인하고 이를 측정하였다.

그러나, 이와 같이 등전위선을 측정하여 그리던 종래의 등전위선 측정 장치는 측정 및 등전위선 형성과정에 너무 많은 노력과 시간이 소요되며, 측정 후 이를 표시하는 과정에서의 오차가 크게 발생하여 정밀한 실험 등을 하기에는 적합하지 않아 그 사용이 기피되는 문제점이 있었다.

근래에는 이러한 문제점을 해결하고자 대한민국공개특허공보 제1998-015827호에 개시된 바와 같이, 타블렛과 컴퓨터를 아날로그-디지털 변환기로 연결하여 타블렛 상에서 측정된 전압 값을 디지털신호로 변환하여 컴퓨터로 전송함으로써, 디스플레이수단에 등전위선이 나타나게 하는 등전위선 측정 장치가 소개되었다.

이러한 종래의 등전위선 측정 장치는 판형 입력단의 특정 위치에 대한 좌표데이터를 전송하는 타블렛과, 상기 타블렛의 상면에 놓이는 도전성 종이와, 상기 도전성 종이 상면의 일정한 위치에 놓이는 시료와, 상기 시료에 일정한 전압을 공급하는 전원공급부를 포함하여 구성되며, 상기 전원공급부에서 공급되는 전원에 의해 상기 시료 주변에는 전기장이 형성되고 그에 따라 시료 주변에 같은 전위를 갖는 다수의 점들이 등전위선을 이루는데, 상기 탐침을 도전성 종이에 접촉하여 시료 주변에서 이동시킴에 따라 상기 시료에 공급되는 전원에 의해 형성된 전기장내에서의 각 점의 전위 값을 측정하게 된다.

그러나, 이러한 종래 등전위선 측정 장치에 적용되는 아날로그-디지털 변환기는 작은 전하량에 의해 형성되는 미세한 전압을 수신하여 변환하기에 어려운 문제점이 있었으며, 또한 아날로그-디지털 변환기가 등전위선 측정 장치를 구현하기 위해 제작되지 않아 그 가격이 매우 고가이어서 학교 등에서 등전위선의 존재를 확인하기 위한 실험용 측정 장치로 사용되기에는 어려운 문제점이 있었다. 그에 따라, 컴퓨터와의 인터페이스가 가능한 등전위선 측정 장치의 상용화는 이루어지지 못하던 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 탐침에서 측정된 미세한 전압을 일정한 배율로 증폭하고, 증폭된 전압을 디지털신호로 변환한 후, 이를 컴퓨터에 전송하도록 A/D컨버터를 구성함으로써, 미세한 전압에 의해 형성되는 등전위선을 용이하게 컴퓨터상에서 구현할 수 있도록 한 컴퓨터 인터페이스용 등전위선 측정 장치의 A/D컨버터를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 탐침에서 측정된 전압을 컴퓨터에 전송하기 위한 A/D컨버터를 저렴한 비용으로 구현함으로써, 학교 등에서 사용되는 실험용 등전위선 측정 장치로 사용될 수 있게 하여 측정 장치의 개선과 아울러 측정 장치의 상용화를 이룰 수 있는 컴퓨터 인터페이스용 등전위선 측정 장치의 A/D컨버터를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 등전위선을 측정하여 컴퓨터상에 출력하는 다양한 표출모드와 측정모드를 A/D컨버터의 PIC제어모듈과 컴퓨터에 프로그래밍함으로써, 등전위선을 측정하는 사용자의 필요에 따라 적합한 표출모드와 측정모드를 선택하고 손쉽게 등전위선을 그릴 수 있게 하여 사용의 편의성을 향상시킨 컴퓨터 인터페이스용 등전위선 측정 장치의 A/D컨버터를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 컴퓨터 인터페이스용 등전위선 측정 장치의 A/D컨버터는, 타블렛 상부의 도전성 종이에 놓인 시료에 가해지는 전압에 의해 형성된 등전위선을 탐침으로 측정하여 컴퓨터상에 표출하는 컴퓨터 인터페이스용 등전위선 측정 장치의 A/D컨버터에 있어서, 상기 도전성 종이와 탐침에 연결된 입력단자로 전송되는 신호를 일정 배율로 증폭하는 증폭기로 이루어진 증폭모듈; 상기 증폭모듈의 출력단자에 연결되어 증폭 신호를 미리 설정된 분해능에 의해 디지털 신호로 변환하며, 등전위선의 측정모드와 표출모드를 조절하는 프로그램이 저장되는 메모리가 구비된 PIC제어모듈; 및 상기 PIC제어모듈의 출력단 에 연결되어 변환된 디지털 신호를 수신하고, 이를 컴퓨터로 전송하도록 통신 인터페이스를 이루는 통신모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징은, 상기 탐침에서 증폭모듈의 입력단자로 전송되는 신호는 탐침이 놓인 지점의 타블렛 상의 좌표데이터와 그 좌표데이터에서 측정된 전압으로 구성되고, 상기 도전성 종이에서 증폭모듈의 입력단자로 전송되는 신호는 전원공급부에서 도전성 종이에 가해지는 전압으로 구성되는 것이다.

본 발명의 또 다른 특징은, 상기 PIC제어모듈에 저장되는 측정모드는, 상기 시료 간에 걸리는 전압의 중간 값인 경우 디지털신호로 변환하여 출력하도록 프로그래밍된 싱글모드인 것이다.

본 발명의 또 다른 특징은, 상기 PIC제어모듈에 저장되는 측정모드는, 상기 시료에 가해진 전압이 일정하게 세분된 값을 연산하고, 상기 증폭모듈로 입력되는 전압이 연산된 전압과 일치할 경우 디지털신호로 변환하여 출력하도록 프로그래밍된 멀티모드인 것이다.

본 발명의 또 다른 특징은, 상기 PIC제어모듈에 저장되는 측정모드는, 상기 탐침에 의해 측정되어 상기 증폭모듈로 입력되는 전압을 모두 디지털신호로 변환하여 출력하도록 프로그래밍된 사용자모드인 것이다.

본 발명의 또 다른 특징은, 상기 PIC제어모듈에 저장되는 표출모드는, 상기 컴퓨터의 디스플레이수단에 표출되는 등전위선이 단일색의 흑백이나 다수 색의 컬러로 표현되도록 프로그래밍된 것이다.

본 발명의 또 다른 특징은, 상기 PIC제어모듈에 저장되는 표출모드는, 상기 컴퓨터의 디스플레이수단에 표출되는 화면이 등전위선 간의 간격을 용이하게 파악할 수 있도록 일정한 간격으로 구획되어 상기 등전위선과 함께 표출되도록 프로그래밍된 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

본 발명에 따라 타블렛 상부에 놓인 시료에 가해지는 전압 분포를 탐침에 의해 측정하고 그 측정값을 디지털신호로 변환하여 컴퓨터상에 표출하는 컴퓨터 인터페이스용 등전위선 측정 장치의 A/D컨버터(100)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 탐침에서 측정된 전압을 일정하게 증폭하는 증폭모듈(110)과, 상기 증폭모듈에서 출력되는 전압을 디지털 신호로 변환시키며 제어하는 PIC제어모듈(120)과, 상기 PIC제어모듈에서 변환된 디지털 신호를 컴퓨터(300)로 전송하는 통신모듈(130)을 포함하여 구성된다.

상기 증폭모듈(110)은 탐침(230)에서 전송되는 신호를 일정 배율로 증폭하는 증폭기(OP AMP)로 구성되며, 상기 실시예에서는 LM358모듈로 구성된다. 상기 증폭모듈(110)의 입력단자는 상기 탐침(230)과 도전성 종이(210)에서 전송되는 신호를 수신하도록 탐침(230)의 접속잭과 타블렛(200) 상에 놓인 도전성 종이(210)의 연결잭이 각각 연결되고, 출력단자는 증폭된 신호를 디지털신호로 변환하는 PIC제어모듈(120)에 연결되어 구성된다. 이때, 상기 탐침(230)의 접속잭을 통해 전송되는 신호는 탐침이 놓인 지점의 타블렛(200) 상의 위치를 나타내는 좌표데이터와 그 좌표데이터에서 측정된 전압으로 구성되고, 상기 도전성 종이(210)의 연결잭을 통해 전송되는 신호는 전원공급부(400)에서 도전성 종이에 가해지는 전압으로 구성된다.

이와 같이 상기 증폭모듈의 입력단자로 공급되는 탐침과 도전성 종이에서의 전압의 차이 값을 미리 설정된 증폭도에 해당하는 배율로 증폭한 후, 그 증폭 값을 출력단자를 통해 PIC제어모듈로 전송하게 된다.

상기 PIC제어모듈(120)은 사용자가 프로그램을 설정하여 저장하는 메모리가 구비되며, 상기 증폭모듈(110)의 출력단자가 접속되어 상기 증폭모듈에서 일정한 증폭도로 증폭된 후 전송되는 아날로그 신호를 수신하여 디지털신호로 변환하도록 구성된다.

이때, 상기 PIC제어모듈(120)은 상기 증폭모듈(110)에서 전송된 전압을 등전위선 측정실험에 적합한 8~12 BIT의 분해능으로 디지털신호로 변환하도록 구성되며, 상기 메모리에는 사용자가 싱글모드와, 멀티모드와, 사용자모드로 나누어 실행하며 등전위선을 다양하게 측정할 수 있도록 각 모드들이 미리 프로그래밍되어 구성된다.

상기 싱글모드는 시료(220) 간에 걸리는 전압의 중간전압만을 찾아 점과 선으로 컴퓨터(300)의 디스플레이수단에 표현할 수 있는 측정모드로, 상기 탐침에서 전송된 전압과 도전성 종이에서 전송된 전압의 차이가 전원공급부(400)에서 상기 시료에 가해지는 전압의 중간 값일 경우에만 디지털신호로 변환하여 컴퓨터(300)로 전송하고, 그 외의 값일 경우에는 무시하도록 프로그래밍되어 구성된다.

또한, 상기 멀티모드는 측정하고자 하는 전압의 범위를 1 ~ 100등분과 같이 일정하게 세분하고, 시료(220)에 가해진 전압에 의해 분포된 등전위선의 전압간격을 세분된 범위의 분해능으로 측정할 경우 필요한 전압을 상기 PIC제어모듈(120)에 서 연산하여, 상기 시료(220)가 놓인 타블렛(200)의 도전성 종이(210) 위에서 이동하는 탐침(230)에 의해 측정되는 전압이 측정하고자 하는 전압과 일치할 경우 그 전압과 타블렛(200) 상의 좌표데이터를 디지털신호로 변환하여 컴퓨터(300)로 전송하고, 그 외의 값이 상기 탐침에서 전송될 경우에는 무시하도록 프로그래밍되어 구성된다.

또한, 상기 사용자모드는 사용자가 탐침에 의해 측정되는 전압의 값을 보면서 원하는 전압이 나타나는 등전위선을 선택하여 그릴 수 있게, 상기 탐침에서 측정되는 전압과 좌표데이터가 상기 PIC제어모듈(120)에서 모두 디지털신호로 변환되어 컴퓨터(300)의 디스플레이수단에 표출되도록 구성된다. 이때, 사용자가 특정한 전압을 선택할 경우 해당 전압을 갖는 등전위선을 그려 디스플레이수단에 표출시키도록 프로그래밍되어 구성된다.

이와 같이, 상기 PIC제어모듈(120)에 다양한 측정모드가 프로그래밍되어 구성됨으로써, 사용자는 필요에 따라 적합한 모드를 선택하여 다양한 측정모드로 등전위선을 측정하고 이를 손쉽게 그릴 수 있게 된다.

상기 통신모듈(130)은 상기 PIC제어모듈(120)에서 디지털신호로 변환된 전압과 좌표데이터를 컴퓨터(300)와 주고받을 수 있는 인터페이스를 이루며, 변환된 디지털신호를 전송하도록 일단이 상기 PIC제어모듈(120)의 출력단에 연결되고 타단이 컴퓨터(300)에 연결되어 구성된다. 상기 실시예에서 상기 통신모듈(130)은 RS232 드라이버와 RS232 리시버를 포함하는 MAX232로 구성된다.

이와 같이, 상기 등전위선 측정 장치의 A/D컨버터가 상기 탐침에서 측정된 전압 값을 증폭하는 증폭모듈과, 증폭된 전압 값을 디지털신호로 변환하는 PIC제어모듈과, 변환된 디지털신호를 전송하는 통신모듈로 간단하게 구성됨으로써, 저렴한 비용으로 컴퓨터와의 인터페이스가 이루어지도록 구현할 수 있게 된다.

다음에는 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 컴퓨터 인터페이스용 등전위선 측정 장치의 A/D컨버터를 이용하여 등전위선을 측정하고 컴퓨터에 출력하는 것을 설명한다.

먼저, 타블렛 위에 도전성 종이와 시료를 놓고 전원공급부(400)에서 도전성 종이(210)와 시료(220)에 전압을 인가한다. 이때, 상기 도전성 종이와 시료에는 ＋전압과 －전압이 각각 가해지며, 상기 시료에 가해지는 전압에 의해 시료 사이의 이격된 공간에 전기장이 형성된다. 상기 도전성 종이(210)에 가해지는 전압은 연결잭을 통해 증폭모듈(110)의 입력단자로 공급되고, 상기 전기장에 의해 시료 사이에 형성된 다수의 등전위선은 도전성 종이위에 일정한 전압을 갖으며 분포된다. 상기 도전성 종이 위를 이동하며 접촉하는 탐침(230)에 의해 전기장에 의해 형성된 등전위선을 이루는 곳에서의 전압이 상기 증폭모듈(110)의 입력단자로 공급된다.

상기 증폭모듈(110)은 입력단자로 공급되는 도전성 종이(210)에 공급된 전압과 시료에 의해 형성된 전기장에 의해 야기된 전압의 차이를 미리 설정된 증폭도로 증폭한 후 출력단자를 통해 PIC제어모듈(120)로 전송한다.

상기 PIC제어모듈(120)은 사용자가 선택한 측정모드를 인지하여 싱글모드인 경우에는 상기 증폭모듈(110)에서 전송된 전압이 시료 간에 걸리는 전압의 중간 전압인가를 판단하여 중간 전압인 경우 이를 디지털신호로 변환하고, 그렇지 않은 경우에는 그 값을 버리게 된다. 또한, 측정모드가 멀티모드인 경우에는 상기 증폭모듈(110)에서 전송된 전압이 특정하게 세분된 범위를 나타내는 값인 경우 이를 디지털신호로 변환하게 되고, 사용자모드인 경우에는 측정되는 전압이 모두 디지털신호로 변환된다.

이와 같이, 선택된 측정모드에 따라 상기 PIC제어모듈에서 디지털신호로 변환된 전압은 통신모듈을 통해 연결된 컴퓨터(300)로 전송된다. 상기 통신모듈을 통해 디지털신호로 변환된 전압을 수신한 컴퓨터(300)에서 상기 타블렛(200) 상의 위치를 나타내는 좌표데이터에 의해 위치어드레스가 지정된 후 측정된 전압이 점 등으로 표출된다.

상기 도전성 종이 위에서 탐침(230)의 이동에 의해 다수의 위치에서 전송되는 전압이 지속적으로 컴퓨터(300)의 디스플레이수단에 표출되며, 동일한 전압을 나타내는 점들은 일정한 선으로 연결되어 나타나게 되는데, 이와 같이 형성된 선이 시료 간에 형성된 등전위선이 된다.

이때, 상기 컴퓨터(300)의 디스플레이수단에 나타나는 다수의 점과 등전위선은 도 3a 내지 도 3f에 도시된 바와 같이, 단일한 색의 흑백으로 표현될 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 색으로 구분되어 등전위선을 용이하게 식별할 수 있게 컬러로 표현되도록 프로그래밍될 수도 있다. 또한, 화면에 등전위선 이외에는 다른 표시가 나타나지 않도록 표현될 수 있을 뿐만 아니라, 등전위선 간의 간격을 용이하게 파악할 수 있도록 일정한 간격으로 구획되어 함께 표출되도록 하거나, 도전성 종이에 나타나는 조밀한 간격이 함께 표출되도록 프로그래밍될 수도 있음은 물론이다.

이와 같이, 다양한 표출모드와 측정모드의 선택은 A/D컨버터(100)의 외부에 노출되도록 구비된 조절스위치에 의해 이루어질 수 있음은 물론, 통신모듈(130)을 통해 연결된 컴퓨터(300)에서 전송되는 제어신호에 의해 이루어질 수도 있음은 물론이다.

본 발명은 상술한 특정의 실시예나 도면에 기재된 내용에 그 기술적 사상이 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 본 발명의 특허청구범위 내에 있게 된다.

본 발명의 특유한 효과는, 탐침에서 측정된 전압 값을 컴퓨터에 전송하기 위한 A/D컨버터를 저렴한 비용으로 구현함으로써, 학교 등에서의 사용되는 실험용 등전위선 측정 장치로 사용될 수 있게 하여 측정 장치의 상용화를 이룰 수 있는 것이다.

본 발명의 다른 효과는, 등전위선의 측정모드와 표출모드를 다양하게 프로그래밍하고, 그 표출형태도 다양하게 프로그래밍하여 사용자의 필요에 따라 적합한 측정모드와 표출모드를 선택하여 손쉽게 등전위선을 그리고 확인할 수 있게 함으로써 사용의 편의성을 크게 향상시킨 것이다.

Claims (7)

1. 삭제
2. 타블렛 상부의 도전성 종이에 놓인 시료에 가해지는 전압에 의해 형성된 등전위선을 탐침으로 측정하여 컴퓨터상에 표출하는 컴퓨터 인터페이스용 등전위선 측정 장치의 A/D컨버터에 있어서,

   도전성 종이와 탐침에 연결된 입력단자로 전송되는 신호를 일정 배율로 증폭하는 증폭기로 이루어진 증폭모듈과, 상기 증폭모듈의 출력단자에 연결되어 증폭 신호를 미리 설정된 분해능에 의해 디지털 신호로 변환하며, 등전위선의 측정모드와 표출모드를 조절하는 프로그램이 저장되는 메모리가 구비된 PIC제어모듈과, 상기 PIC제어모듈의 출력단에 연결되어 변환된 디지털 신호를 수신하고, 이를 컴퓨터로 전송하도록 통신 인터페이스를 이루는 통신모듈을 포함하여 구성되며,

   상기 탐침에서 증폭모듈의 입력단자로 전송되는 신호는 탐침이 놓인 지점의 타블렛 상의 좌표데이터와 그 좌표데이터에서 측정된 전압으로 구성되고, 상기 도전성 종이에서 증폭모듈의 입력단자로 전송되는 신호는 전원공급부에서 도전성 종이에 가해지는 전압으로 구성되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 인터페이스용 등전위선 측정 장치의 A/D컨버터.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 PIC제어모듈에 저장되는 측정모드는,

   상기 시료 간에 걸리는 전압의 중간 값인 경우 디지털신호로 변환하여 출력하도록 프로그래밍된 싱글모드인 것을 특징으로 하는 컴퓨터 인터페이스용 등전위선 측정 장치의 A/D컨버터.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 PIC제어모듈에 저장되는 측정모드는,

   상기 시료에 가해진 전압이 일정하게 세분된 값을 연산하고, 상기 증폭모듈로 입력되는 전압이 연산된 전압과 일치할 경우 디지털신호로 변환하여 출력하도록 프로그래밍된 멀티모드인 것을 특징으로 하는 컴퓨터 인터페이스용 등전위선 측정 장치의 A/D컨버터.
5. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 PIC제어모듈에 저장되는 측정모드는,

   상기 탐침에 의해 측정되어 상기 증폭모듈로 입력되는 전압을 모두 디지털신호로 변환하여 출력하도록 프로그래밍된 사용자모드인 것을 특징으로 하는 컴퓨터 인터페이스용 등전위선 측정 장치의 A/D컨버터.
6. 제5항에 있어서,

   상기 PIC제어모듈에 저장되는 표출모드는,

   상기 컴퓨터의 디스플레이수단에 표출되는 등전위선이 단일색의 흑백이나 다수 색의 컬러로 표현되도록 프로그래밍된 것을 특징으로 하는 컴퓨터 인터페이스용 등전위선 측정 장치의 A/D컨버터.
7. 제6항에 있어서,

   상기 PIC제어모듈에 저장되는 표출모드는,

   상기 컴퓨터의 디스플레이수단에 표출되는 화면이 등전위선 간의 간격을 용이하게 파악할 수 있도록 일정한 간격으로 구획되어 상기 등전위선과 함께 표출되도록 프로그래밍된 것을 특징으로 하는 컴퓨터 인터페이스용 등전위선 측정 장치의 A/D컨버터.

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