KR101414214B1 - 인덕티브 센서 회로 - Google Patents

인덕티브 센서 회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인덕티브 센서 회로에 관한 것으로서, 센서의 응답속도를 향상시키기 위한 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 센서의 인덕터와 병렬 연결되어 발진회로를 형성하는 콘덴서와, 상기 발진회로에서 생성된 발진파형을 전기신호로 입력받아 증폭시키는 제1연산증폭기와, 상기 제1연산증폭기에서 증폭된 전기신호를 입력받아 정류 및 평활시키는 필터부와, 상기 필터부에서 정류 및 평활된 전기신호를 제1디지털신호로 변환하여 출력하는 제1제어유닛을 포함하는 감지회로부와; 상기 센서의 마이크로미터에서 측정된 아날로그신호를 입력받아 제2디지털신호로 변환하고 이를 기준으로 상기 제1디지털신호와 비교하여 선형화된 데이터신호를 출력하는 제2제어유닛과, 상기 데이터신호의 영점을 조정하는 영점조정기 및 상기 영점의 최대값을 조정하는 스판조정기를 포함하는 선형화회로부와; 상기 제2제어유닛에서 출력되는 데이터신호를 입력받아 아날로그 전압신호로 변환하여 출력하는 제3제어유닛과, 상기 제3제어유닛에서 입력되는 전압신호의 부호를 판독하여 출력하는 제2연산증폭기와, 상기 제2연산증폭기에서 입력되는 전압신호를 증폭시켜 외부 출력단자에 전송하는 제3연산증폭기를 포함하는 출력회로부; 및 회로 구동을 위한 정전압을 제공하고, 상기 제2제어유닛에 내장된 A/D컨버터에 기준전압을 공급하는 전원회로부;를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다.

Description

인덕티브 센서 회로{Circuit For Inductive Sensor}
본 발명은 인덕티브 센서 회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔진의 실린더 배기밸브 위치를 실시간 감지하여 전송하는 인덕티브 센서 회로에 관한 것이다.
산업의 발전과 더불어 조선 산업에 필요한 엔진도 친환경화, 고효율의 성능을 가지는 발전을 하기 위해 전자식 제어가 제안되어 사용되고 있다.
한편, 엔진의 전자식 제어를 위해 사용되는 구성 중 하나인 인덕티브 센서는 엔진의 실린더 배기밸브에 부착되어 상기 배기밸브의 위치를 실시간 감지함으로써 위치신호를 출력하여 중앙제어시스템으로 전송하게 된다.
이러한 인덕티브 센서는 엔진에 부착되어 위치를 감지하는 데에 사용되는 만큼 물리적인 결함이나 측정 오차를 줄이기 위한 방향으로 종래기술이 개발되어왔다. 이와 함께 정보처리기술이 발전함에 따라 상기 인덕티브 센서와 연동하는 전송장치와 중앙제어장치는 초고속 데이터 전송 및 처리 능력을 보유하게 되었다.
그러나, 종래의 인덕티브 센서는 초고속 데이터 전송 및 처리 기술의 발전에도 불구하고, 배기밸브의 위치를 감지하고 출력하는데 소요되는 응답속도가 현저히 느려 이와 연동하는 전송장치 및 중앙제어장치의 성능에 미치지 못하는 문제점이 있다.
KR 10-0837359 B1 KR 10-12522488 B1 KR 10-0818684 B1
앞선 배경기술에서 도출된 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 엔진의 실린더 배기밸브의 위치를 감지하고 출력하는 응답속도를 향상시킬 수 있는 인덕티브 센서 회로를 제공하는 것이다.
상기한 목적은, 본 발명의 실시예에 따라, 엔진의 실린더 배기밸브에 부착되는 인덕티브 센서에 적용되는 것으로, 상기 인덕티브 센서의 인덕터와 마이크로미터에서 측정되는 아날로그신호를 실시간 감지하여 상기 배기밸브의 위치신호를 출력하는 인덕티브 센서 회로에 있어서, 상기 인덕터와 병렬 연결되어 발진회로를 형성하는 콘덴서와, 상기 발진회로에서 생성된 발진파형을 전기신호로 입력받아 증폭시키는 제1연산증폭기와, 상기 제1연산증폭기에서 증폭된 전기신호를 입력받아 정류 및 평활시키는 필터부와, 상기 필터부에서 정류 및 평활된 전기신호를 제1디지털신호로 변환하여 출력하는 제1제어유닛을 포함하는 감지회로부와; 상기 마이크로미터에서 측정된 아날로그신호를 입력받아 제2디지털신호로 변환하고 이를 기준으로 상기 제1디지털신호와 비교하여 선형화된 데이터신호를 출력하는 제2제어유닛과, 상기 데이터신호의 영점을 조정하는 영점조정기 및 상기 영점의 최대값을 조정하는 스판조정기를 포함하는 선형화회로부와; 상기 제2제어유닛에서 출력되는 데이터신호를 입력받아 아날로그 전압신호로 변환하여 출력하는 제3제어유닛과, 상기 제3제어유닛에서 입력되는 전압신호의 부호를 판독하여 출력하는 제2연산증폭기와, 상기 제2연산증폭기에서 입력되는 전압신호를 증폭시켜 외부 출력단자에 전송하는 제3연산증폭기를 포함하는 출력회로부; 및 회로 구동을 위한 정전압을 제공하고, 상기 제2제어유닛에 내장된 A/D컨버터에 기준전압을 공급하는 전원회로부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인덕티브 센서 회로에 의해 달성된다.
여기서, 상기 감지회로부는 상기 발진회로의 출력단에 연결되어 주파수 제어신호를 생성하는 발진제어유닛을 더 포함하는 것이 바람직하며, 상기 발진제어유닛은 상기 발진파형의 주파수를 제어하여 측정감도를 조절한다.
그리고, 상기 전원회로부는, 외부의 이상전압으로부터 내부 소자를 보호하는 서지흡수기와, 상기 서지흡수기와 각각 직렬 및 병렬 연결되어 노이즈를 차단하는 감쇄필터회로를 형성하는 코일 및 콘덴서를 포함할 수 있다.
상기한 실시예에 따른 본 발명에 의하면, 인덕티브 센서의 응답속도를 5Khz 이상으로 구현하여 이와 연동하는 전송장치 및 중앙제어장치의 성능을 대폭 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 인덕티브 센서의 인덕터와 마이크로미터에서 측정되는 두 신호를 비교하여 선형화함으로써 측정 정밀도를 대폭 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 인덕티브 센서 회로를 도시하는 회로도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 한편, 해당 기술분야의 통상적인 지식을 가진자로부터 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 상세히 설명하도록 한다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 인덕티브 센서 회로는, 엔진의 실린더 배기밸브에 부착되는 인덕티브 센서에 적용되는 것을 전제로 하며, 상기 인덕티브 센서의 인덕터(210)와 마이크로미터(미도시)에서 측정되는 아날로그신호를 실시간으로 감지하여 상기 배기밸브의 위치신호를 출력한다.
상기와 같은 인덕티브 센서 회로는, 도1에 도시된 바와 같이, 크게 감지회로부(200), 선형화회로부(400), 출력회로부(600), 및 전원회로부(800)를 포함한다.
먼저, 상기 감지회로부(200)는 상기 인덕터(210)와 병렬 연결되어 발진회로를 형성하는 콘덴서(220)와, 상기 발진회로에서 생성된 발진파형을 전기신호로 입력받아 증폭시키는 제1연산증폭기(240)와, 상기 제1연산증폭기(240)에서 증폭된 전기신호를 입력받아 정류 및 평활시키는 필터부(260)와, 상기 필터부(260)에서 정류 및 평활된 전기신호를 제1디지털신호로 변환하여 출력하는 제1제어유닛(280)을 포함한다.
여기서, 상기 콘덴서(220)와 인덕터(210)는 LCR 병렬발진회로로 일명 탱크회로를 구성하여 발진한다. 이때의 발진주파수는
Figure 112014031675450-pat00001
가 된다. 이 발진 파형은 상기 인덕터(210)에 근접하는 금속 물질에 의해 와전류를 발생하고 이 와전류에 의해 발진주파수의 파고가 일정하게 비 직선적으로 변하게 된다. 이 변화 값은 상기 제1연산증폭기에 전달되어 전류 증폭된 후 비교기 U2B의 +핀과 저항 R1을 통하여 비교기 U3A의 -핀에 전달된다. 이때 비교기 U2B, U3A와 플립플롭 U2, U3은 정류회로를 형성하여 고속으로 파형을 찌그러짐 없이 정류하고, 정류된 파형은 연산증폭기 U3B에 의해 평활되어 상기 제1제어유닛의 핀 CLK, Dout, CS/SHDN을 통해 후술할 선형화회로부(400)로 전송한다.
한편, 상기 감지회로부(200)는 상기 발진회로의 출력단에 연결되어 주파수 제어신호를 생성하는 발진제어유닛(U1)을 더 포함할 수 있으며, 이러한 발진제어유닛(U1)은 상기 발진파형의 주파수를 제어하여 측정감도를 조절한다.
다음으로, 상기 선형화회로부(400)는 상기 마이크로미터에서 측정된 아날로그신호를 입력받아 제2디지털신호로 변환하고 이를 기준으로 상기 제1디지털신호와 비교하여 선형화된 데이터신호를 출력하는 제2제어유닛(440)과, 상기 데이터신호의 영점을 조정하는 영점조정기(460) 및 상기 영점의 최대값을 조정하는 스판조정기(480)를 포함한다.
여기서, 상기 제2제어유닛(440)은 연산처리회로, 입출력 인터페이스, 및 메모리가 집적된 싱글칩 마이크로프로세서 형태로 구성될 수 있으며, 상기 메모리에는 선형화를 위한 알고리즘이 프로그램 형태로 저장된다. 그리고, 상기 제2제어유닛(440)과 상기 마이크로미터는 배선을 통해 직접 연결되며, 이때 상기 제2제어유닛(440)의 내부에는 A/D컨버터가 내장되어 외부 회로를 거치지 않고 즉각 신호 변환될 수 있도록 하여 처리속도가 지연되지 않게 한다.
한편, 상기 선형화회로부(400)에서 선형화를 위한 방법으로는, 절선 근사 방식을 프로그램으로 작성하는 방법과, 외부의 전기식 마이크로미터의 출력전압을 상기 제2제어유닛의 +AN_IN과 0Vdc_AN에 입력하고 상기 인덕터(210)와 피측정 금속 물질과의 거리를 외부 소형 모터를 사용하여 일정한 속도로 동시에 변화시키면서 상기 제2제어유닛(440)에 선형화를 자동으로 프로그램 입력하는 방법이 있다.
그리고, 상기 영점조정기(460) 및 스판조정기(480)는 가변저항으로 이루어지며, 이러한 가변저항은 사용환경이나 설계 목적에 따라 탄소피막형이나 서미트형 등 다양하게 선택이 가능하다.
다음으로, 상기 출력회로부(600)는 상기 제2제어유닛(440)에서 출력되는 데이터신호를 입력받아 아날로그 전압신호로 변환하여 출력하는 제3제어유닛(640)과, 상기 제3제어유닛(640)에서 입력되는 전압신호의 부호를 판독하여 출력하는 제2연산증폭기(660)와, 상기 제2연산증폭기(660)에서 입력되는 전압신호를 증폭시켜 외부 출력단자에 전송하는 제3연산증폭기(680)를 포함한다.
여기서, 상기 제3제어유닛(640)에서 출력되는 전압신호는 핀 Vout을 통해 상기 제2연산증폭기(660)의 +단자에 저항 R17과 R18로 분압되어 입력된다. 상기 제2연산증폭기(660)에 입력된 전압신호는 상기 제3연산증폭기(680)의 I/V컨버터 또는 V/V증폭기 회로에 의해 출력단자 +OUTPUT과 0Vdc_OUT으로 출력되어 외부로 전송된다.
다음으로, 상기 전원회로부(800)는 회로 구동을 위한 정전압을 제공하고, 상기 제2제어유닛(440)에 내장된 A/D컨버터에 기준전압을 공급한다.
여기서, 상기 전원회로부(800)는 서지흡수기(surge absorber)를 포함할 수 있으며, 이러한 서지흡수기(820)는 전원회로부(800)의 입력단에 연결되어 외부의 이상전압으로부터 내부 소자를 보호한다.
그리고, 상기 전원회로부(800)는 상기 서지흡수기(820)와 각각 직렬 및 병렬 연결되는 코일(L1) 및 콘덴서(C11,C12,C13)를 더 포함할 수 있으며, 이러한 코일(L1) 및 콘덴서(C11,C12,C13)는 감쇄필터회로를 형성하여 노이즈를 차단하는 역할을 한다.
한편, 상기 전원회로부(800)에서 도시된 PWM1은 정전압 공급 모듈로 안정된 전원을 내부의 능동 소자에 공급한다. U6은 정밀한 정전압 레퍼런스 IC이며 상기 제2제어유닛(440)에 내장된 A/D컨버터에 기준전압을 공급한다.
지금까지 설명한 본 발명의 실시예에 따른 회로설계에 의하면, 인덕티브 센서의 응답속도를 5Khz 이상으로 구현할 수 있기 때문에 이와 연동하는 전송장치 및 중앙제어장치의 성능을 대폭 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 인덕티브 센서의 인덕터와 마이크로미터에서 측정되는 두 신호를 비교하여 선형화함으로써 측정 정밀도를 대폭 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 상술하였다. 상술한 실시예들은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상의 범위에서 다양한 수정 및 변경이 가능할 것이다. 이러한 다양한 수정 및 변경 또한 본 발명의 기술적 사상의 범위 내라면 하기에서 기술되는 본 발명의 청구범위에 속한다 할 것이다.
200: 감지회로부 210: 인덕터
220: 콘덴서 240: 제1연산증폭기
260: 필터부 280: 제1제어유닛
400: 선형화회로부 440: 제2제어유닛
460: 영점조정기 480: 스판조정기
600: 출력회로부 640: 제3제어유닛
660: 제2연산증폭기 680: 제3연산증폭기
800: 전원회로부 820: 서지흡수기

Claims (4)

  1. 엔진의 실린더 배기밸브에 부착되는 인덕티브 센서에 적용되는 것으로, 상기 인덕티브 센서의 인덕터와 마이크로미터에서 측정되는 아날로그신호를 실시간 감지하여 상기 배기밸브의 위치신호를 출력하는 인덕티브 센서 회로에 있어서,
    상기 인덕터와 병렬 연결되어 발진회로를 형성하는 콘덴서와, 상기 발진회로에서 생성된 발진파형을 전기신호로 입력받아 증폭시키는 제1연산증폭기와, 상기 제1연산증폭기에서 증폭된 전기신호를 입력받아 정류 및 평활시키는 필터부와, 상기 필터부에서 정류 및 평활된 전기신호를 제1디지털신호로 변환하여 출력하는 제1제어유닛을 포함하는 감지회로부;
    상기 마이크로미터에서 측정된 아날로그신호를 입력받아 제2디지털신호로 변환하고 이를 기준으로 상기 제1디지털신호와 비교하여 선형화된 데이터신호를 출력하는 제2제어유닛과, 상기 데이터신호의 영점을 조정하는 영점조정기 및 상기 영점의 최대값을 조정하는 스판조정기를 포함하는 선형화회로부;
    상기 제2제어유닛에서 출력되는 데이터신호를 입력받아 아날로그 전압신호로 변환하여 출력하는 제3제어유닛과, 상기 제3제어유닛에서 입력되는 전압신호의 부호를 판독하여 출력하는 제2연산증폭기와, 상기 제2연산증폭기에서 입력되는 전압신호를 증폭시켜 외부 출력단자에 전송하는 제3연산증폭기를 포함하는 출력회로부; 및
    회로 구동을 위한 정전압을 제공하고, 상기 제2제어유닛에 내장된 A/D컨버터에 기준전압을 공급하는 전원회로부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인덕티브 센서 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 감지회로부는 상기 발진회로의 출력단에 연결되어 주파수 제어신호를 생성하는 발진제어유닛을 더 포함하며,
    상기 발진제어유닛은 상기 발진파형의 주파수를 제어하여 측정감도를 조절하는 것을 특징으로 하는 인덕티브 센서 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전원회로부는, 전원 입력단에 연결되어 외부의 이상전압으로부터 내부 소자를 보호하는 서지흡수기를 포함하는 것을 특징으로 하는 인덕티브 센서 회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전원회로부는, 상기 서지흡수기와 각각 직렬 및 병렬 연결되어 노이즈를 차단하는 감쇄필터회로를 형성하는 코일 및 콘덴서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인덕티브 센서 회로.
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