KR101059381B1 - 영점 및 스팬을 조절하는 아날로그신호 보정장치 - Google Patents

영점 및 스팬을 조절하는 아날로그신호 보정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 영점 및 스팬을 조절하는 아날로그신호 보정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 감지수단(1)으로부터 입력받는 아날로그 감지신호를 아날로그 회로구성으로 영점 및 스팬을 조절하여 외부 기기(2)에 전달하며, 영점 및 스팬 조절용 데이터는 감지수단(1)에 연결한 후에 각각 한 번의 조작키 입력으로 획득하고 획득한 데이터로 아날로그 회로구성을 제어하여 외부 기기(2)에서 필요로 하는 범위의 아날로그 신호로 보정할 수 있는 영점 및 스팬을 조절하는 아날로그신호 보정장치에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명은, 감지수단(1)으로부터 아날로그 감지신호를 입력받는 아날로그신호 입력부(110); 영점을 보정하는 영점조절부(120); 스팬을 보정하는 스팬조절부(130); 영점 및 스팬이 보정된 아날로그 신호를 출력하는 아날로그신호 출력부(140); 영점 설정시에 입력받는 아날로그 감지신호에 기초하여 영점을 보정하기 위한 영점제어용 분압비율값을 획득하고, 스팬 설정시에 입력받는 아날로그 감지신호에 기초하여 스팬을 보정하기 위한 스팬제어용 증폭값을 획득하며, 획득한 영점제어용 분압비율값 및 스팬제어용 증폭값으로 영점조절부(120) 및 스팬조절부(130)을 제어하여서 영점 및 스팬이 조절된 아날로그 신호를 아날로그신호 출력부(140)를 통해 출력되게 하는 디지털 신호처리부(200); 를 포함하여 구성된다.
영점, 스팬, 아날로그, 디지털, 디지털 포텐셔미터, 가변저항단, 아날로그 신호 보정

Description

영점 및 스팬을 조절하는 아날로그신호 보정장치{ZERO POINT AND SPAN COMPENSATIONG APPARATUS}
본 발명은 영점 및 스팬을 조절하는 아날로그신호 보정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 감지수단(1)으로부터 입력받는 아날로그 감지신호를 아날로그 회로구성으로 영점 및 스팬을 조절하여 외부 기기(2)에 전달하며, 영점 및 스팬 조절용 데이터는 감지수단(1)에 연결한 후에 각각 한 번의 조작키 입력으로 획득하고 획득한 데이터로 아날로그 회로구성을 제어하여 외부 기기(2)에서 필요로 하는 범위의 아날로그 신호로 보정할 수 있는 영점 및 스팬을 조절하는 아날로그신호 보정장치에 관한 것이다.
일반적으로, 계측장치는 각종 센서, 로드셀, 스트레인게이지 브리지회로 등과 같은 감지수단(1)으로 계량 대상의 감지신호를 검출하고, 검출한 감지신호를 외부 기기(1)에 전달하여, 외부 기기(1)가 감지신호에 맞는 미리 정해진 작동을 하게 한다.
또한, 계측장치는 감지수단(1)의 영점 검출오차에 따른 감지신호의 변형을 보정하기 위하여 영점을 조절할 수 있도록 구성된다.
또한, 계측장치는 감지수단(1)에서 검출한 감지신호의 레벨(level)을 외부 기기(2)에서 필요로 하는 신호의 레벨(level)로 조정할 수 있도록 구성된다. 즉, 감지수단(1)에서 검출되는 감지신호의 변동범위를 외부기기(2)에서 필요로 하는 범위의 스팬(span)으로 조정하며, 구체적으로는 영점을 조절한 후에 감지수단(1)에서 검출되는 감지신호의 최대값을 외부기기(2)에 전달할 신호의 최대값과 일치시키는 것이다.
종래의 일반적인 계측장치는, 영점 조절과 스팬 조절을 위한 밸런스 저항을 구비하여 밸런스 저항을 가변시킴으로써 감지신호를 보정할 수 있게 구성되었으며, 이러한 밸런스 저항의 가변값은 사용자가 볼륨 손잡이를 돌리면서 조절할 수 있게 되어 있다.
하지만, 이러한 종래 계측장치는 영점 및 스팬을 조절하기 위한 회로구성을 감지수단(1)의 종류에 따른 특성에 맞게 조립하여야만 하는 어려움이 있었고, 더욱이 동일한 회로구성을 다른 감지수단(1)에 조립할 경우에는 번거로운 셋팅작업과 영점 및 스팬 설정작업을 반복해야만 하는 어려움도 있었다.
더욱이, 종래 계측장치는 계측장치의 출력신호를 확인하면서 서서히 볼륨 손잡이를 돌려야만 하는 불편함이 있었고, 밸런스 저항의 조절이 부정확하여 출력신호에 정확히 맞추지도 못하는 문제점이 있었다.
또한, 종래 계측장치는, 계측장치의 출력신호를 감지하기 위해 별도로 구비된 신호 측정수단 또는 외부 기기(2)의 내부에 구비된 신호 측정수단의 검출결과값 에 의존하여 영점 및 스팬을 조절하므로, 비록 영점 및 스팬을 조절하더라도 조절 회로 자체의 오차로 인해 계측장치의 출력신호가 부정확해지는 문제점도 있었다.
이러한 수동조작의 불편함과 영점 및 스팬 조절의 부정확성을 해결하기 위한 종래 계측장치는 감지수단(1)에서 검출한 감지신호를 디지털 데이터로 변환하고, 변환한 디지털 데이터를 프로그램된 방법에 따라 데이터 연산하여 영점 및 스팬이 조절된 데이터를 획득하며, 영점 및 스팬이 조절된 데이터를 아날로그신호로 변환하여 외부 기기(2)에 전달한다.
하지만, 이러한 계측장치는 디지털 데이터로 변환하고 연산처리하여 다시 연산처리한 데이터를 외부 기기(2)의 입력신호에 맞게 아날로그 신호로 변환하는 과정에서 시간이 지체되는 문제점이 있었다. 이와 같은 디지털 연산처리 시간의 지체는 감지수단(1)의 감지신호에 맞게 외부 기기(2)를 신속하게 동작시키지 못하는 한계가 있어서, 빠른 응답성을 요구하는 외부 기기(2)에 연결되어 사용될 경우에 지연되어 보정된 감지신호로 외부 기기(2)가 작동되게 함에 따라 헌팅 현상(hunting phenomenon)이 발생하는 문제점이 있었다. 예를 들면, 일정한 두께의 제품을 만드는 생산라인에서 두께를 검출하여 제품 두께에 오차가 발생하면 두께를 조절하는 외부 기기(2)를 조정해야 하는 데, 지체된 감지신호로 두께를 조정함에 따라 생산되는 제품의 두께가 일정하게 되지 않는 헌팅 현상(hunting phenomenon)이 발생하는 문제점이 있었던 것이다.
따라서 본 발명의 목적은, 감지수단(1)의 종류에 상관없이 범용적으로 사용할 수 있어서, 감지수단(1)에 연결한 후에 영점 및 스팬을 보정하기 위한 설정과정을 간편하게 할 수 있는 영점 및 스팬을 조절하는 아날로그신호 보정장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 수동조작에 따른 어려움을 해결하고, 수동조작에 따른 부정확한 보정, 및 외부기기(2)에 전달되는 출력신호로 보정함에 따라 발생되기도 하는 부정확한 보정의 문제점도 해결하여, 영점 및 스팬을 보다 정확하게 보정할 수 있는 영점 및 스팬을 조절하는 아날로그신호 보정장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 디지털 데이터 처리과정을 수행하지 아니하고, 입력받는 아날로그 감지신호를 아날로그 회로구성으로 아날로그 신호처리를 하여 아날로그 신호로 출력함으로써, 보정과정을 신속하게 수행할 수 있는 영점 및 스팬을 조절하는 아날로그신호 보정장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 감지수단(1)으로부터 아날로그 감지신호를 입력받아 영점 및 스팬을 조절하여 아날로그 신호로 외부기기(2)에 출력하는 영점 및 스팬을 조절하는 아날로그신호 보정장치에 있어서, 감지수단(1)으로부터 아날로그 감지신호를 입력받는 아날로그신호 입력부(110); 전달받는 영점제어용 분압비율값에 따라 기준전압(Vref)을 분압하여 영점 전압신호를 생성하고, 상기 아날로그 감지신호에서 상기 영점 전압신호를 차감하여 영점 조절된 영점 보정 아날로그 신호를 획득하는 영점조절부(120); 전달받는 스팬제어용 증폭값에 따라 기준저항부(RY)를 두개의 저항값(RYa, RYb)으로 양분하고, 상기 영점조절부(120)로 획득한 영점 보정 아날로그 신호를 상기 양분한 저항(RYa, RYb)의 비율로 증폭하여 스팬 조절된 스팬 보정 아날로그 신호를 획득하는 스팬조절부(130); 상기 스팬 보정 아날로그 신호를 외부기기(2)에 출력하는 아날로그신호 출력부(140); 영점 설정모드, 스팬 설정모드 및 신호 보정모드를 선택받고 상기 아날로그신호 출력부(140)를 통해 출력할 최대 출력값을 키입력받을 수 있는 설정키입력부(220)를 구비하며, 영점 설정모드를 선택받으면, 아날로그신호 입력부(110)를 통해 입력받는 아날로그 감지신호를 감지하여서 기준전압(Vref)에 대한 아날로그 감지신호의 비율을 영점제어용 분압비율값으로 하여 저장하고 아울러, 상기 감지한 아날로그 감지신호도 저장하며, 스팬 설정모드를 선택받고 더불어 아날로그신호 출력부(140)를 통해 출력할 출력 최대값을 키입력 받으면, 아날로그신호 입력부(110)를 통해 입력받는 아날로그 감지신호를 감지하여서 감지한 아날로그 감지신호에서 상기 영점 설정모드 시에 저장한 아날로그 감지신호를 차감하여 영점이 조절된 아날로그 감지신호를 획득한 후에 상기 영점이 조절된 아날로그 감지신호에 대한 출력 최대값의 비율을 스팬제어용 증폭값으로 하여 저장하고, 신호 보정모드를 선택받으면, 저장한 영점제어용 분압비율값을 상기 영점조절부(120)에 전달하고 저장한 스팬제어용 증폭값을 상기 스팬제어부(130)에 전달하여서 영점 및 스팬이 조절된 아날로그 신호를 상기 아 날로그신호 출력부(140)를 통해 외부기기(2)에 출력되게 하는 디지털신호 처리부(200);를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
따라서, 상기와 같이 구성된 본 발명은, 다양한 종류의 감지수단(1)에 적용하더라도 간편한 조작으로 영점 및 스팬을 설정할 수 있고, 외부기기(2)에 전달한 신호의 범위만을 입력하면 되므로 다양한 종류의 외부기기(2)에도 적용하기 용이하다.
또한, 본 발명은, 수동조작 대신에 디지털신호 처리부(200)로 수행되게 하므로 수동조작에서 발생하였던 부정확한 설정의 문제점을 해결하여 영점 및 스팬을 정확하게 보정할 수 있을 뿐만 아니라, 출력신호 대신에 감지수단(1)에서 전달받는 감지신호로 영점 및 스팬을 설정하므로 영점 및 스팬을 보다 정확하게 보정할 수 있다.
또한, 본 발명은, 감지수단(1)에서 감지된 아날로그 감지신호를 디지털 데이터로 변환하지 아니하고, 대신에 아날로그 신호처리로 영점 및 스팬을 조절하므로, 신속한 보정이 가능하여 처리 시간의 지체에 따른 문제점을 해결할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다. 하기에서 본 발명 을 설명함에 있어, 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 영점 및 스팬을 조절하는 아날로그신호 보정장치의 구성도이다.
상기 도 1에 도시된 본 발명의 실시예는, 아날로그 감지신호를 입력받는 아날로그신호 입력부(110), 아날로그 감지신호의 영점을 조절하는 영점조절부(120), 영점 조절된 아날로그 신호를 증폭하여 스팬을 조절하는 스팬조절부(130), 영점 및 스팬이 조절된 아날로그 신호를 출력하는 아날로그신호 출력부(140), 및 상기 구성들(120, 130, 140)을 제어하여 영점 및 스팬이 조절된 아날로그 감지신호를 상기 아날로그신호 출력부(140)를 통해 출력되게 하는 디지털신호 처리부(200) 를 포함하여 구성된다.
상기 아날로그신호 입력부(110)는 센서, 로드셀, 스트레인게이지 브리지회로 등의 일반적인 신호 감지수단(1)에 연결되어 아날로그 감지신호를 입력받는 입력단(111)과, 상기 입력단(111)을 통해 입력받은 아날로그 감지신호를 안정화하여 출력하는 입력버퍼(112)를 구비한다. 상기 입력버퍼(112)는 상기 도 1에 도시된 바와 같이 입력 임피던스가 크고 출력 임피던스가 작은 연산증폭기(OP AMP, operational amplifier)로 구성될 수 있으며, 입력받는 아날로그 감지신호를 출력측 회로에 의 한 왜곡됨이 없이 안정화하여 출력시키는 작용을 한다.
상기 영점조절부(120)는, 상기 아날로그신호 입력부(110)로부터 아날로그 감지신호(
Figure 112009050569761-pat00001
)를 입력받고 입력받은 아날로그 감지신호(
Figure 112009050569761-pat00002
)에서 영점 전압신호(Vv)를 차감하여 영점이 조절된 영점 보정 아날로그 신호(
Figure 112009050569761-pat00003
)를 획득하는 제1 증폭기(121)와, 상기 제1 증폭기(121)에 입력할 영점 전압신호(Vv)를 생성하여 상기 제1 증폭기(121)에 공급하는 제1 디지털 포텐셔미터(122) 를 구비한다.
상기 제1 디지털 포텐셔미터(122)는, 양단에 입출력단을 구비한 기준저항부(RX)를 구비하고, 상기 기준저항부(RX)의 도중(途中)에서 인출되는 가변저항단(122a)을 조성하여 입력단과 가변저항단(122a) 사이의 저항값은 RXb로 되고 출력단과 가변저항단(122a) 사이의 저항값은 RX-RXb=RXa로 되게 한다. 그리고, 상기 제1 디지털 포텐셔미터(122)는 가변저항단(122a) 위치의 변동에 따라 가변저항단(122a)과 출력단 사이의 저항값(RXa)을 변경할 수 있고, 상기 가변저항단(122a)의 위치를 상기 디지털신호 처리부(200)로부터 전달받는 영점제어용 분압비율값에 맞게 선택할 수 있게 구성된다. 또한, 본 발명의 실시예에서는, 상기 기준저항부(RX)의 입력단에 기준전압(Vref)을 인가하고 상기 기준저항부(RX)의 출력단을 기준준위로 접지시킨다. 따라서, 상기 제1 디지털 포텐셔미터(122)는 상기 디지털신호 처리부(200)로부터 전달받는 영점제어용 분압비율값에 따라 가변저항단(122a)의 위치를 변경시켜 가변전압인 영점 전압신호(Vv)을 가변저항단(122a)을 통해 상기 제1 증폭기(121)에 공급할 수 있게 되는 것이다. 즉 상기 영점 전압신호(Vv)은 다음식으로 표현된다.
Figure 112009050569761-pat00004
상기 제1 증폭기(121)는, 상기 도 1에 도시된 본 발명의 실시예에 있어서 연산증폭기(OP AMP : operational amplifier)로 구성됨을 볼 수 있으며, 상기 아날로그신호 입력부(110)로부터 전달받는 아날로그 감지신호(
Figure 112009050569761-pat00005
)와 상기 제1 증폭기(121)로부터 전달받는 영점 전압신호(Vv)를 입력신호로 하는 차동증폭기로 동작한다. 이를 위해 상기 제1 증폭기(121)는 아날로그 감지신호가 입력되는 입력단측에 저항 R11과 R12를 구비하고, 영점 전압신호가 입력되는 입력단측에 저항 R13과 R14를 구비하며, 상기 도 1의 구성에 따른 출력전압은
Figure 112009050569761-pat00006
의 조건을 만족하게 회로를 구성하면, 다음 식의 값으로 이루어진다.
Figure 112009050569761-pat00007
또한, R13=R14 이면 출력전압은 다음식의 값으로 이루어진다.
Figure 112009050569761-pat00008
따라서, 상기 제1 증폭기(121)는 상기 디지털신호 처리부(200)의 영점제어용 분압비율값에 의해 상기 제1 디지털 포텐셔미터(122)에서 출력되는 영점 전압신호(Vv)로 상기 아날로그신호 입력부(110)로부터 입력받는 아날로그 감지신호의 영 점을 조절할 수 있는 것이다.
만약, R13이 R14와 다른 값을 갖게 설계되면, 후술하는 스팬조절부(130)의 증폭도를 설정할 때에 R13의 R14의 비율을 고려해야만 하며, 구체적으로 디지털신호 처리부(200)는 스팬조절부(130)의 증폭도(즉, 스팬제어용 증폭값)를 산출할 때에 상기 아날로그신호 입력부(110)의 아날로그 감지신호에 대한 증폭도를 산출하는 것이 아니라 아날로그 감지신호를 R14와 R13의 비율로 증폭하여 얻는 신호에 대하여 증폭도를 산출하는 것이다.
그리고, 상기 제1 디지털 포텐셔미터(122)의 가변저항단(122a)의 출력단에는 상기 입력버퍼(112)와 동일한 버퍼회로를 부가할 수도 있으며, 이때 부가된 버퍼회로는 영점 전압신호(Vv)의 출력을 안정화할 수 있게 된다.
상기 스팬조절부(130)는, 상기 영점조절부(120)에서 출력되는 영점 보정 아날로그 신호를 입력받아 증폭하여 스팬(span)이 조절된 스팬 보정 아날로그 신호를 획득하는 제2 증폭기(131)와, 상기 제2 증폭기(131)의 증폭도를 조절하기 위해 상기 제2 증폭기(131)의 입력측에 연결되는 저항(RYa)과 출력측으로부터 입력측으로 귀환되는 경로에 삽입연결되는 저항(RYb)을 설정하는 제2 디지털 포텐셔미터(132) 를 구비한다.
상기 제2 디지털 포텐셔미터(132)는, 양단에 입출력단을 구비한 기준저항부(RY)와, 상기 기준저항부(RY)의 도중에서 인출되는 가변저항단(132a) 를 구비하여, 입력단과 가변저항단(132a) 사이의 저항값은 RYa로 되고 출력단과 가변저항 단(133a) 사이의 저항값은 RYb=RY-RYa로 되게 한다. 그리고, 상기 제2 디지털 포텐셔미터(132)는 상기 디지털신호 처리부(200)로부터 전달받는 스팬제어용 증폭값에 맞게 상기 가변저항단(133a)의 위치를 변경하여 RYa 및 RYb를 가변할 수 있도록 구성된다. 또한, 상기 제2 디지털 포텐셔미터(132)의 기준저항부(RY)의 입력단은 상기 제1 증폭기(121)의 출력측에 연결되고, 상기 제2 디지털 포텐셔미터(132)의 기준저항부(RY)의 출력단은 후술하는 제2 증폭기(131)의 출력측에 연결되고, 상기 제2 디지털 포텐셔미터(132)의 가변저항단(132a)은 제2 증폭기(131)의 두 개의 입력단 중에 어느 하나의 입력단(예를 들면, 반전 증폭기로 동작하도록 설계할 경우에 (+)입력단 및 (-)입력단 중에 (-)입력단)에 연결된다.
상기 제2 증폭기(131)는, 상기 도 1에 도시된 본 발명의 실시예에 있어서 연산증폭기(OP AMP : operational amplifier)로 구성되며, 상술한 바와 같이 상기 제2 디지털 포텐셔미터(132)에 연결되고 입력단들 중에 상기 제2 디지털 포텐셔미터(132)의 가변저항단(132a)에 연결되지 아니한 다른 하나의 입력단을 R2를 경유하여 접지되게 회로 구성되어, 가변저항단(132a)에 의해 양분(兩分)된 저항(RYa, RYb)의 크기에 따라 다음 식과 같은 아날로그 신호를 출력한다. 이때, 상기 제2 증폭기(131)는 반전 증폭기로 설계되었을 때의 관계식이다.
Figure 112009050569761-pat00009
따라서, 상기 영점조절부(120)에 의해 영점이 조절된 영점 보정 아날로그 신 호는, 상기 스팬조절부(130)에 의해 증폭도
Figure 112009050569761-pat00010
으로 스팬(span)이 조절되어 출력된다.
상기 아날로그신호 출력부(140)는, 상기 스팬조절부(130)에서 출력되는 스팬 보정 아날로그 신호를 외부 기기에 공급하기 위한 구성으로서, 상기 스팬조절부(130)에서 출력되는 스팬 보정 아날로그 신호를 외부 기기에 안정되게 공급하기 위한 출력신호안정화부(141)와, 스위치가동부(142b)와 스위치(142a)로 구성되어 상기 스팬 보정 아날로그 신호의 출력을 선택적으로 제어하는 개폐부(142)와, 상기 디지털신호 처리부(200)의 동작 상태를 감시하여 상기 개폐부(142)의 개폐 동작을 제어하는 제어부동작 감시부(144)와, 상기 개폐부(142)에 연결되어 외부 기기에 접속할 수 있도록 단자의 형태로 구성될 수 있는 출력단(143) 을 구비한다.
상기 출력신호안정화부(141)는 상기 아날로그신호 입력부(110)의 입력버퍼(112)와 동일한 작용을 하며 또한 동일한 구성으로 이루어질 수 있다.
상기 제어부동작 감시부(144)는 디지털신호 처리부(200)가 전원을 입력받고 부팅하여 동작하기 시작한 후에 디지털신호 처리부(200)가 상기 영점조절부(120) 및 스팬조절부(130)를 제어할 수 있는 상태로 동작하는지 여부를 감시한다. 즉, 상기 제어부동작 감시부(144)는, 상기 디지털신호 처리부(200)가 영점 및 스팬을 조절하기 위한 제어신호(영점제어용 분압비율값 및 스팬제어용 증폭값)를 상기 영점조절부(120) 및 스팬조절부(130)에 각각 전달하고 있는지 감시하여, 제어신호를 전 달하고 있지 않으면 개폐부(142)의 스위치가동부(142b)를 동작시키지 아니하여 스위치(142a)를 개로(OFF) 상태로 하게 하고, 제어신호를 정상적으로 전달하고 있으면 개폐부(142)의 스위치가동부(142b)를 동작시켜 스위치(142a)를 폐로(ON) 상태로 하게 함으로써 상기 출력신호안정화부(141)의 아날로그 출력 신호가 상기 출력단(143)에 공급되게 하는 것이다.
상기 출력단(143)은 외부 기기(2)에 전기적으로 연결되어 아날로그 신호를 연결된 외부 기기(2)에 공급할 수 있도록 구성되며, 예를 들면 단자대로 구성된다.
이때, 상기 출력단(143)에 연결되는 외부 기기(2)는 상기 아날로그신호 입력부(110)에 연결되는 센서, 로드셀 또는 스트레인게이지 브리지회로와 같은 감지수단의 감지신호에 따라 특정 동작을 수행하는 기기이다.
예를 들면, 판재의 생산라인에 있어서 판재의 두께를 감지하는 두께 감지 센서를 감지수단으로 하고, 감지수단의 감지신호에 따라 판재의 두께를 조절하는 수단을 외부기기라고 할 때에, 본 발명에 따른 아날로그신호 보정장치는 감지수단의 감지신호를 입력받아 영점 및 스팬을 조절하여 외부기기에 전달함으로써 외부기기가 정확하게 두께를 조절할 수 있게 하는 것이다.
상기 디지털신호 처리부(200)는, 사용자와의 인터페이스(user interface)를 위한 설정키입력부(220) 및 디스플레이부(230), 영점 및 스팬설정용 데이터를 저장하는 메모리(240), 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하는 제1 A/D변환부(250), 상기 제1 디지털 포텐셔미터(122)의 가변저항단(122a) 위치정보를 나타내는 영점제 어용 분압비율값을 설정하는 영점저항산출부(260), 제2 디지털 포텐셔미터(132)의 가변저항단(132a) 위치정보를 나타내는 스팬제어용 증폭값을 설정하는 스팬저항산출부(270), 상기 제1 A/D변환부(250)에서 획득한 디지털신호에 맞게 미리 설정된 단위값으로 변환하는 단위환산부(280), 상기 각 구성들(220, 230, 240, 250, 260, 270, 280)을 제어하여 영점제어용 분압비율값 및 스팬제어용 증폭값을 획득하고 획득한 영점제어용 분압비율값 및 스팬제어용 증폭값으로 상기 영점조절부(120) 및 스팬조절부(130)를 제어하여 아날로그 감지신호를 영점 조절하고 스팬 조절하여 출력시키게 하는 제어부(210) 를 포함하여 구성된다.
상기 설정키입력부(220)는, 영점 설정모드, 스팬 설정모드 및 신호 보정모드를 포함한 설정모드의 선택 입력, 스팬 설정모드의 실행시에 상기 아날로그신호 출력부(140)에서 출력시킬 최대값의 키입력, 상기 아날로그신호 출력부(140)의 출력 최대값에 대응되는 최대 계측데이터의 키입력을 받는다. 여기서, 영점 설정모드는 영점조절부(120)에 전달할 영점제어용 분압비율값을 획득하는 모드이고, 스팬 설정모드는 스팬조절부(130)에 전달할 스팬제어용 증폭값을 획득하는 모드이고, 신호 보정모드는 획득한 영점제어용 분압비율값 및 스팬제어용 증폭값으로 상기 영점조절부(120) 및 스팬조절부(130)를 제어하여서 감지수단(1)의 아날로그 감지신호의 영점 및 스팬을 보정하여 외부기기(2)에 전달하는 모드이다. 그리고, 계측데이터는 감지수단(1)의 아날로그 감지신호의 값을 사용자가 원하는 형태의 단위 및 수치범위로 환산한 데이터를 나타내고, 최대 계측데이터는 계측데이터의 최대값을 나타내는 것으로서 아날로그신호 출력부(140)에서 출력시킬 최대 출력값에 대응된다.
상기 디스플레이부(230)는, 본 디지털신호 처리부(200)의 동작시에 사용자가 인식할 수 있는 데이터 또는 상황정보 등을 출력한다. 즉, 설정모드에서 사용자의 입력 사항을 확인시키기 위한 출력, 입력한 데이터의 출력, 본 디지털신호 처리부(200)의 동작 상황을 알리기 위한 출력, 또는 아날로그 감지신호의 값을 환산한 계측데이터값의 출력 등을 하는 것이다.
상기 메모리(240)는, 상기 제1 디지털 포텐셔미터(122)에 인가되는 기준전압값(Vref), 영점 설정모드에서 획득되는 영점제어용 분압비율값, 스팬 설정모드에서 획득되는 스팬제어용 증폭값, 영점 설정모드에서 획득한 아날로그 감지신호의 값, 스팬 설정모드에서 획득한 아날로그 감지신호의 값, 아날로그신호 출력부(140)의 출력 최대값, 및 최대 계측데이터 를 포함하여 저장한다.
상기 제1 A/D변환부(250)는, 상기 아날로그신호 입력부(110)의 출력단에 연결되어 아날로그 감지신호를 전달받고, 전달받는 아날로그 감지신호를 디지털 데이터로 변환하다.
상기 영점저항산출부(260)는, 영점 설정모드로 동작시에, 제1 A/D변환부(250)에서 획득된 아날로그 감지신호의 값을 전달받아서 기준전압(Vref)에 대한 아날로그 감지신호의 값의 비율을 산출하고, 산출한 비율을 영점제어용 분압비율값으로 설정되게 한다. 여기서 산출한 영점제어용 분압비율값은 기준저항부(RX)에 대한 저항(RXa)의 비율이고, 제1 디지털 포텐셔미터(122)의 가변저항단(122a) 위치정보를 나타낸다.
상기 스팬저항산출부(270)는, 스팬 설정모드로 동작시에, 상기 제1 A/D변환 부(250)에서 획득한 아날로그 감지신호의 값을 전달받아서, 전달받은 아날로그 감지신호의 값에서 상기 영점 설정모드에서 획득한 아날로그 감지신호의 값을 차감하여 영점이 조절된 아날로그 감지신호의 값을 획득하고, 획득한 영점이 조절된 아날로그 감지신호를 입력으로 하고 아날로그신호 출력부(140)의 출력 최대값을 출력값으로 하는 증폭도를 산출하고, 산출한 증폭도를 스팬제어용 증폭값으로 설정되게 한다. 상기 스팬제어용 증폭값은 제2 디지털 포텐셔미터(122)에서 가변저항단(132a)의 위치정보를 나타낸다. 즉, 아날로그신호 출력부(140)를 통해 출력할 출력 최대값을 키입력받으며 영점조절된 아날로그 감지신호에 대한 출력 최대값의 비율을 증폭도로 하여 증폭도에 맞게 기준저항부(RY)를 양분하는 가변저항단(132a)의 위치정보를 획득하는 것이다.
상기 단위환산부(280)는, 감지수단(1)에 의해 감지되는 아날로그 감지신호의 값을 사용자가 원하는 형태의 계측데이터값으로 환산하는 구성으로서, 스팬 설정모드로 동작시에 아날로그신호 출력부(140)의 최대 출력값에 대응되는 최대 계측데이터값을 상기 설정키입력부(220)를 통해 입력받음에 따라, 계측모드로 동작시에 "0"부터 최대 출력값까지의 범위 내로 획득되는 상기 스팬 보정 아날로그 신호를 "0"부터 최대 계측데이터값까지의 범위 내의 계측데이터값으로 환산하여서, 상기 제어부(210)의 제어에 의해 상기 디스플레이부(230)로 출력되게 되는 것이다. 즉, 상기 단위환산부(280)는, 아날로그신호 출력부(140)의 최대 출력값에 대응되는 최대 계측데이터를 최대 아날로그 신호의 값(스팬 설정모드에서 획득한 아날로그 신호의 값)에 대응시키는 관계식에 기초하여, 영점 및 스팬 조절모드로 동작시에 획득하는 최소 아날로그 감지신호의 값(영점 설정모드에서 획득한 아날로그 신호의 값) 및 최대 아날로그 감지신호의 값(스팬 설정모드에서 획득한 아날로그 신호의 값) 사이의 범위내에 전달받게 되는 아날로그 감지신호의 값을 환산하여 계측데이터값으로 변환한다. 즉, X-Y 좌표평면에서 아날로그 감지신호의 값을 X축으로 하고 계측데이터를 Y축으로 하며, X=(최소 아날로그 감지신호의 값)일 때에 Y축의 값을 0으로 하고 X=(최대 아날로그 감지신호의 값) 일 때에 Y축의 값을 최대 계측데이터의 값으로 하여 양 끝점 사이의 기울기를 계산함으로써, 신호 보정모드의 아날로그 감지신호의 값에 대한 Y축 상의 계측데이터값을 아날로그 감지신호의 값과 계측데이터의 값의 비례관계식을 이용하여 계산할 수 있는 것이다.
상기 제어부(210)는, 상기 설정키입력부(220)에서 입력받는 모드 또는 데이터에 따라 상기 각 구성들(230, 240, 250, 260, 270, 280)를 제어하여 영점 및 스팬 조절용 데이터를 획득하고 획득한 데이터에 따라 상기 영점조절부(120) 및 스팬조절부(130)를 제어하여 아날로그 감지신호의 영점 및 스팬이 조절되게 한다.
상기 제어부(210)의 제어에 따른 상기 디지털신호 처리부(200)의 동작에 대해서는 하기의 도 2의 실시예로서 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 영점 및 스팬을 조절하는 아날로그신호 보정장치의 동작모드 중에 영점 설정모드 및 스팬 설정모드의 동작흐름을 보여주는 순서도이다.
먼저 영점 설정모드에서의 동작은 다음과 같이 이루어진다.
사용자는 영점을 설정하기 위해서 설정키입력부(220)로 영점 설정모드를 선택하고(S11), 영점에 대응되는 아날로그 감지신호를 아날로그신호 입력부(110)에 입력되게 한다(S12).
그러면, 상기 제어부(210)는, 아날로그신호 입력부(110)를 통해 입력받는 아날로그 감지신호의 값을 제1 A/D변환부(250)를 통해 획득하고(S13), 획득한 아날로그 감지신호의 값을 영점저항산출부(260)에 전달하여 영점제어용 분압비율값을 획득하고(S14) 획득한 분압비율값을 메모리(240)에 저장하되 획드한 아날로그 감지신호의 값도 메모리(240)에 저장한다(S15).
이와 같이 영점 설정을 한 사용자는 다음으로 스팬을 설정하는데, 이를 위해 사용자는 설정키입력부(220)로 스팬 설정모드를 선택하고(S21), 외부기기(2)에게 전달될 아날로그신호 출력부(140)의 출력 최대값을 설정키입력부(220)로 입력하고(S22), 최대값에 대응되는 아날로그 감지신호를 아날로그신호 입력부(110)에 입력되게 한다(S23). 이때, 사용자는 아날로그신호 출력부(140)의 출력 최대값에 대한 최대 계측데이터값을 입력할 수도 있다.
그러면, 상기 제어부(210)는, 스팬 설정모드로 동작하기 시작하며, 입력받는 아날로그신호 출력부(140)의 출력 최대값을 메모리(240)에 저장함과 아울러, 아날로그신호 출력부(140)의 출력 최대값에 대응하는 최대 계측데이터값을 메모리(240)에 저장시킨다. 그리고, 아날로그신호 입력부(110)를 통해 입력받는 아날로그 감지신호의 값을 제1 A/D변환부(250)를 통해 획득한다(S24). 다음으로 상기 제어 부(210)는, 획득한 아날로그 감지신호의 값, 상기 영점 설정모드시에 저장한 아날로그 감지신호의 값, 및 출력 최대값에 기초하여 스팬저항산출부(270)로 스팬제어용 증폭값을 획득한다(S25). 그리고, 상기 제어부(210)는 획득한 스팬제어용 증폭값과 아날로그 감지신호의 값을 메모리(240)에 저장시킨다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 영점 및 스팬을 조절하는 아날로그신호 보정장치의 동작모드 중에 신호 보정모드의 동작흐름을 보여주는 순서도이다.
디지털신호 처리부(200)의 제어부(210)는, 설정키입력부(220)를 신호 보정모드를 선택받으면(S31), 영점제어용 분압비율값 및 스팬제어용 증폭값을 메모리(240)에서 독출한다(S32).
그리고, 제어부(210)는 독출한 영점제어용 분압비율값을 영점조절부(120)에 전달하여 아날로그 감지신호의 영점을 보정하게 하고(S33), 독출한 스팬제어용 증폭값을 스팬조절부(130)에 전달하여 아날로그 감지신호의 스팬을 보정하게 한다(S34).
다음으로 상기 제어부(210)는, 영점제어용 분압비율값 및 스팬제어용 증폭값에 따라 영점조절부(120) 및 스팬조절부(130)를 제어하였음을 나타내는 소정의 클럭신호와 같은 신호를 제어부동작 감시부(144)에 전달하여 개폐부(142)의 스위치(142a)를 온(ON) 동작시키게 한다(S35). 따라서, 아날로그신호 출력부(140)는 영점 및 스팬이 조절된 아날로그 신호를 출력단(143)을 통해 외부기기(2)에 전달할 수 있게 된다.
또한, 상기 제어부(210)는 영점제어용 분압비율값 및 스팬제어용 증폭값을 메모리(240)에서 독출할 때에(S32), 영점 설정모드에서 획득한 아날로그 감지신호의 값, 스팬 설정모드에서 획득한 아날로그 감지신호의 값, 및 최대 계측데이터값도 독출하여 단위환산부(280)에 전달한다. 그리고 상기 제어부(210)는 개폐부(142)의 스위치(142a)를 온(ON) 동작시킬 때에(S35) 제1 A/D변환부(250)로 획득한 아날로그 감지신호의 값을 단위환산부(280)에 전달하여서 아날로그 감지신호의 값에 대응되는 계측데이터값을 획득하여 디스플레이부(230)로 출력시킨다. 따라서, 사용자가 인식할 수 있는 단위의 계측데이터값으로 아날로그 감지신호의 값을 출력할 수 있게 되는 것이다.
또한, 상기 도 1을 살펴보면, 디지털신호 처리부(200)는, 영점 및 스팬이 조절된 아날로그 신호의 값을 획득하기 위한 제2 A/D변환부(251)를 더욱 구비함을 볼 수 있다. 바람직하게, 상기 제2 A/D변환부(251)는 출력신호안정화부(141)의 출력단에 연결되어서 안정화된 아날로그 신호의 값을 획득할 수 있다.
그리고, 상기 제어부(210)는, 영점 설정모드로 동작할 때에 스팬조절부(130)의 출력신호, 즉 본 발명의 실시예에서는 출력신호안정화부(141)에 의해 안정화된 신호를 상기 제2 A/D변환부(251)를 통해 감지하여서 영점제어용 분압비율값을 재차 수정하도록 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 제어부(210)는, 상기에서 설명한 바와 같이 산출한 영점제어용 분압비율값을 상기 영점조절부(120)에 전달하여 영점 이 조절된 아날로그 신호가 스팬조절부(130)에 전달되게 하고 상기 스팬조절부(130)에서의 증폭도를 "0"으로 한 상태에서, 상기 스팬조절부(130)에서 출력되는 아날로그 신호의 값이 "0"이 되는 지를 확인하여 "0"이 되지 아니하면, "0"에서 벗어난 정도에 맞게 영점제어용 분압비율값을 변경시키면서 "0"이 되게 하는 영점제어용 분압비율값을 추정하고, 추정한 영점제어용 분압비율값을 수정하여 저장하는 것이다.
또한, 상기 제어부(210)는, 스팬 설정모드로 동작할 때에도 스팬조절부(130)의 출력신호, 즉 본 발명의 실시예에서는 출력신호안정화부(141)에 의해 안정화된 신호를 상기 제2 A/D변환부(251)를 통해 감지하여서 스팬제어용 증폭값을 재차 수정하도록 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 제어부(210)는, 상기에서 설명한 바와 같이 산출한 스팬제어용 증폭값을 스팬조절부(130)에 전달함과 아울러 영점 설정모드에서 추정한 분압비율값을 상기 영점조절부(120)에 전달하여, 영점 및 스팬을 조절한 신호가 아날로그신호 출력부(140)에 전달되게 한 후에, 출력신호안정화부(141)에 의해 안정화된 신호가 최대 출력값이 되는 지를 확인하여 최대 출력값이 되지 아니하면, 최대 출력값에서 벗어난 정도에 맞게 상기 스팬조절부(130)에 전달하는 스팬제어용 증폭값을 변경시키면서 최대 출력값이 되게 하는 스팬제어용 증폭값을 추정하고, 추정한 스팬제어용 증폭값을 수정하여 저장하는 것이다.
이와 같이 영점제어용 분압비율값 및 스팬제어용 증폭값을 수정함으로써, 영점조절부(120) 및 스팬조절부(130)를 구성하는 부품이 제작단계에서의 오차나 아니면 장기간 사용함에 따라 오차가 발생하더라도, 감지수단(1)에서 감지된 아날로그 감지신호의 영점 및 스팬을 정확하게 보정할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 영점 및 스팬을 조절하는 아날로그신호 보정장치의 블록구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 영점 및 스팬을 조절하는 아날로그신호 보정장치의 동작모드 중에 영점 설정모드 및 스팬 설정모드의 동작흐름을 보여주는 순서도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 영점 및 스팬을 조절하는 아날로그신호 보정장치의 동작모드 중에 신호 보정모드의 동작흐름을 보여주는 순서도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110 : 아날로그신호 입력부 111 : 입력단 112 : 입력버퍼
120 : 영점조절부 121 : 제1 증폭기
122 : 제1 디지털 포텐셔미터 130 : 스팬조절부 131 : 제2 증폭기
132 : 제2 디지털 포텐셔미터 140 : 아날로그신호 출력부
141 : 출력신호안정화부 142 : 개폐부 142a : 스위치
142b : 스위치가동부 143 : 출력단
144 : 제어부동작 감시부
200 : 디지털신호 처리부 210 : 제어부 220 : 설정키입력부
230 : 디스플레이부 240 : 메모리 250 : 제1 A/D 변환부
251 : 제2 A/D 변환부
260 : 영점저항산출부 270 : 스팬저항산출부 280 : 단위환산부

Claims (5)

  1. 감지수단(1)으로부터 아날로그 감지신호를 입력받아 영점 및 스팬을 조절하여 아날로그 신호로 외부기기(2)에 출력하는 영점 및 스팬을 조절하는 아날로그신호 보정장치에 있어서,
    감지수단(1)으로부터 아날로그 감지신호를 입력받는 아날로그신호 입력부(110);
    전달받는 영점제어용 분압비율값에 따라 기준전압(Vref)을 분압하여 영점 전압신호를 생성하고, 상기 아날로그 감지신호에서 상기 영점 전압신호를 차감하여 영점 조절된 영점 보정 아날로그 신호를 획득하는 영점조절부(120);
    전달받는 스팬제어용 증폭값에 따라 기준저항부(RY)를 두개의 저항값(RYa, RYb)으로 양분하고, 상기 영점조절부(120)로 획득한 영점 보정 아날로그 신호를 상기 양분한 저항(RYa, RYb)의 비율로 증폭하여 스팬 조절된 스팬 보정 아날로그 신호를 획득하는 스팬조절부(130);
    상기 스팬 보정 아날로그 신호를 외부기기(2)에 출력하는 아날로그신호 출력부(140);
    영점 설정모드, 스팬 설정모드 및 신호 보정모드를 선택받고 상기 아날로그신호 출력부(140)를 통해 출력할 최대 출력값을 키입력받을 수 있는 설정키입력부(220)를 구비하며, 영점 설정모드를 선택받으면, 아날로그신호 입력부(110)를 통해 입력받는 아날로그 감지신호를 감지하여서 기준전압(Vref)에 대한 아날로그 감 지신호의 비율을 영점제어용 분압비율값으로 하여 저장하고 아울러, 상기 감지한 아날로그 감지신호도 저장하며, 스팬 설정모드를 선택받고 더불어 아날로그신호 출력부(140)를 통해 출력할 출력 최대값을 키입력 받으면, 아날로그신호 입력부(110)를 통해 입력받는 아날로그 감지신호를 감지하여서 감지한 아날로그 감지신호에서 상기 영점 설정모드 시에 저장한 아날로그 감지신호를 차감하여 영점이 조절된 아날로그 감지신호를 획득한 후에 상기 영점이 조절된 아날로그 감지신호에 대한 출력 최대값의 비율을 스팬제어용 증폭값으로 하여 저장하고, 신호 보정모드를 선택받으면, 저장한 영점제어용 분압비율값을 상기 영점조절부(120)에 전달하고 저장한 스팬제어용 증폭값을 상기 스팬제어부(130)에 전달하여서 영점 및 스팬이 조절된 아날로그 신호를 상기 아날로그신호 출력부(140)를 통해 외부기기(2)에 출력되게 하는 디지털신호 처리부(200);
    를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 영점 및 스팬을 조절하는 아날로그신호 보정장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 영점조절부(120)는,
    기준전압(Vref)이 인가되는 기준저항부(RX)를 구비하며, 입력받는 영점제어용 분압비율값에 맞게 기준저항부(RX)의 도중(途中)에서 인출되는 가변저항단(122a)의 위치를 선택하여서 선택한 가변저항단(122a)를 통해 영점 전압신호를 출력하는 제1 디지털 포텐셔미터(122)와; 상기 아날로그신호 입력부(110)로부터 입력받는 아날로그 감지신호와 상기 제1 디지털 포텐셔미터(122)의 영점 전압신호를 입력받아 차동증폭하는 제1 증폭기(121); 를 포함하여 구성되고,
    상기 스팬조절부(130)는,
    기준저항부(RY)와 기준저항부(RY)의 도중에서 인출되는 가변저항단(132a)을 구비하며, 입력받는 스팬제어용 증폭값에 따라 가변저항단(132a)의 위치를 설정하는 제2 디지털 포텐셔미터(132)와; 상기 제2 디지털 포텐셔미터(132)에서 가변저항단(132a)에 의해 양분되는 저항(RYa, RYb)의 비율을 증폭도로 하여 상기 영점조절부(120)의 출력신호를 증폭하도록 상기 제2 디지털 포텐셔미터(132)와 전기적으로 연결되는 제2 증폭기(131); 를 포함하여 구성되는 것임을 특징으로 하는 영점 및 스팬을 조절하는 아날로그신호 보정장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 디지털신호 처리부(200)는,
    영점 설정모드로 동작할 때에, 산출한 영점제어용 분압비율값을 상기 영점조절부(120)에 전달하고 상기 스팬조절부(130)에서의 증폭값을 "0"으로 한 상태에서 상기 스팬조절부(130)의 스팬 보정 아날로그 신호의 값이 "0"이 되는 지를 확인하여 "0"이 되지 아니하면 영점제어용 분압비율값을 변경시키며 "0"이 되게 하는 영점제어용 분압비율값을 추정하여 추정한 영점제어용 분압비율값을 저장하고,
    스팬 설정모드로 동작할 때에, 영점 설정모드 시에 저장한 영점제어용 분압비율값을 영점조절부(120)에 전달하고 산출한 스팬제어용 증폭값을 스팬조절부(130)에 전달한 후에, 상기 스팬조절부(130)의 스팬 보정 아날로그 신호의 값이 상기 입력받은 최대 출력값이 되는 지를 확인하여 최대 출력값이 되지 아니하면 상기 스팬조절부(130)에 전달하는 스팬제어용 증폭값을 변경시키며 최대 출력값이 되게 하는 스팬제어용 증폭값을 추정하여 추정한 스팬제어용 증폭값을 저장하는 것임을 특징으로 하는 영점 및 스팬을 조절하는 아날로그신호 보정장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중에 어느 한 항에 있어서,
    상기 아날로그신호 출력부(140)는,
    상기 스팬조절부(130)에서 출력되는 스팬 보정 아날로그 신호를 출력단(143)에서 선택적으로 출력되게 하는 개폐부(142)와;
    상기 디지털신호 처리부(200)가 제1 디지털 포텐셔미터(122) 가변저항단의 위치와 제2 디지털 포텐셔미터(132) 가변저항단의 위치를 설정하였는지의 여부를 감지하여, 설정하지 않았으면 상기 개폐부(142)를 개로 동작시키고 설정하였으면 상기 개폐부(142)를 폐로 동작시키는 제어부동작 감시부(144);
    를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 영점 및 스팬을 조절하는 아날로그신호 보정장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 디지털신호 처리부(200)는,
    스팬 설정모드로 동작시에 아날로그신호 출력부(140)의 최대 출력값에 대응되는 최대 계측데이터값을 상기 설정키입력부(220)를 통해 입력받고, 신호 보정모드로 동작시에 "0"부터 최대 출력값까지의 범위 내로 획득되는 상기 스팬 보정 아날로그 신호를 "0"부터 최대 계측데이터값까지의 범위 내의 계측데이터값으로 환산하여 디스플레이부로 출력할 수 있도록 구성되는 것임을 특징으로 하는 영점 및 스팬을 조절하는 아날로그신호 보정장치.
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