KR200144344Y1

KR200144344Y1 - 파이프 내부검사장치의 레이저다이오드 출력 제어회로

Info

Publication number: KR200144344Y1
Application number: KR2019960002104U
Authority: KR
Inventors: 김민석
Original assignee: 이종훈; 한국전력공사; 김성년; 한국원자력연구소
Priority date: 1996-02-12
Filing date: 1996-02-12
Publication date: 1999-06-15
Also published as: KR970052918U

Abstract

내용 없음.

Description

파이프 내부검사장치의 레이저다이오드 출력 제어회로

제1도는 파이프 내부검사장치 구성도.

제2도는 PSD(Position Sensitive Detectors)의 구성도.

제3도는 레이저다이오드 전류제어회로의 구성도.

제4도는 제3도의 실시예의 결선도.

제5도는 종래 기술의 회로도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,1',21 : 레이저다이오드 4 : 위치감지센서인 PSD

7,8 : 센서신호검출단자 X₁, X₂10 : PSD 센서영역의 길이

11 : OP 앰프

본 고안은 레이저 삼각측정방식으로 파이프 내부를 검사하는 장치의 레이저다이오드 출력을 제어하는 회로에 관한 것이다.

파이프 내부검사장치의 원리는 제1도 레이저다이오드(1)에서 발생된 레이저(2)가 파이프 내부면(3)에 반사되어 위치감지센서 PSD(Position Sensitive Detectors)(4)에 상이 맺힌다.

이때 PSD(4)에 맺힌 상의 위치에 의해 검사장치와 파이프 내부면과의 거리가 검출되는데, 검사장치를 회전 이동시키며 일정한 간격으로 거리 데이타를 컴퓨터로 분석하면 파이프 내부의 형상을 추출할 수 있다.

이러한 삼각거리측정에 사용되는 PSD(4)는 센서영역(5)에 맺히는 빛점(6)에 따라 센서 양단 신호검출단자 X1(7), X2(8)에 흐르는 전류값이 달라져 중심축으로부터의 거리 X(9)는(X2 - X1)/(X1 + X2) = 2X/L와 같은 식이 성립되어 거리를 검출할 수 있다. 여기서 L(10)은 센서영역의 길이이다.

그런데 실제적용에서 검사물체의 표면상태에 따라 빛점(6)의 밝기가 변하여 센서가 감지하는 영역을 벗어나는 경우가 발생한다. 이러한 경우에는 부정확한 측정이 되거나 측정이 불가능한 경우가 생긴다. 이와같은 것을 없애기 위하여 레이저다이오드의 밝기를 최적값으로 조정하지만 불충분하다.

일반적으로 레이저다이오드는 제5도와 같이 레이저다이오드(21) 내에 레이저발광다이오드(25)와 수광용 포토다이오드(28)로 구성된다. 출력제어는 OP 앰프(29)와 전류증폭소자(26)를 이용하여 구성되는데 수광용 포토다이오드(28)는 내부에서 레이저발광다이오드(25)의 광심호에 비례하여 흐르는 전류량이 변하게 된다. 이 전류는 저항(27)에 의해 전압신호로 변환되어 OP 앰프(29) 마이너스단자로 입력되면 OP 앰프(29)는 플러스단자(30)로 인가된 전압신호와 비교하여 전류증폭소자(26)를 제어함으로써 레이저발광다이오드(25)에 흐르는 전류량이 변화되어 레이저 밝기가 제어된다.

종래에는 플러스단자(30)에 인가하는 전압을 수동으로 제어하거나 컴퓨터가 자동으로 제어하도록 하였다. 전자의 경우 빛 세기를 약하게 할 경우 물체표면의 반사도가 낮으면 측정감도가 약하여 실제측정에서 측정오차가 커지며, 빛 세기를 강하게 할 경우 거울과 같은 면에서는 센서가 포화되어 측정이 불가능한 경우가 생긴다. 이와같이 레이저출력이 고정되면 물체표면상태에 상관없이 정확한 측정은 불가능하다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 후자와 같이 컴퓨터에 의한 출력제어를 하는데 이 경우에는 선행되는 레이저 출력조정 과정에 의하여 1회 측정시간이 길어지게 되는 단점이 있다.

본 고안은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 제4도와 같이 센서영역(5)내에 맺히는 빛점(6)의 밝기가 일정하면 센서영역(5)내에서 어느 위치에 맺히든 센서 양단 신호의 합(X1 + X2)은 동일한 값을 갖게 되므로 양단신호의 합(X1 + X2)의 값이 어느 일정한 값을 유지하도록 레이저다이오드의 밝기를 제어함으로써 정확한 측정이 가능하게 된다.

센서영역(5)를 갖는 PSD(4)의 양단신호 검출단자 X₁(7), X₂(8)의 합(X1+X2)을 OP 앰프(11)의 마이너스 단자(12)로 연결하고 이것과 플러스단(13)의 전압과 비교하여 레이저다이오드(1')을 제어하게 연결하되 사이에 전류 증폭소자(16)와 전류 제한회로(14)를 연결시키며 상기 레이저다이오드(1')는 전원과 PSD(4) 연결시킨 회로 구성으로 되어 있다.

이하 본 고안을 첨부 도면에 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

회로의 구성은 OP 앰프(11)가 센서 양단 신호의 합(X1 + X2)과 밝기지정 전압을 비교하여 레이저다이오드(1')에 흐르는 전류의 양을 제어한다. 이때 전류제한회로(14)에 의해 레이저다이오드(1')는 허용 전류량을 초과하지 않는다.

PSD(4)는 포토다이오드의 일종으로 일반적인 포토다이오드는 빛 밝기에 비례하여 전류검출이 1개의 애노드(Anode)와 캐소우드(Cathode)로 이루어지지만 PSD(4)는 1개의 애노드와 두 개의 센서신호 검출단자(7)(8)로 구성되어, 빛이 모이는 빛점(6)에 따라 센서신호 검출단자(7)(8)에서 검출되는 전류의 크기가 변한다. 그리고 이들 전류의 세기는 빛점(6)의 광도에 또한 비례한다.

본 고안에서는 빛점(6)이 레이저 다이오드에서 발생된 레이저에 해당하고 파이프 내부면(3)의 위치에 따라 빛점(6)의 위치가 센서영역(5)내에서 변화할 경우 빛점의 위치는 센서신호 검출단자(7)(8)간의 비례에 의해 산출되고, 레이저 빛의 세기는 PSD(4) 양단의 센서신호 검출단자(7)(8)에서 검출되는 전류량을 합한 양단 신호의 합(X₁+ X₂)에 해당한다.

본 고안의 동작을 보면 레이저다이오드(1')에서 발생된 레이저가 파이프 내부면(3)에서 반사되어 PSD(4)의 센서영역(5)내에 빛점(6)이 생기면 양단 신호 양단신호 검출단자(7)(8)에 전류량이 변하게 된다. 이때 검출단자(7)(8)의 전압은 더해져서 OP 앰프(11)의 마이너스 단자(12)로 입력된다. OP 앰프(11)는 플러스단자(13)에 인가된 전압과 비교하여 전류증폭소자(16)에 흐르는 전류를 제어함으로써 레이저다이오드의 밝기를 제어하게 된다. 즉 종전방식에서 사용되는 레이저다이오드(21)내의 레이저 수광용 포토다이오드(28) 대신 PSD(4)를 광세기 검출용으로 사용하는 것이다.

여기에서 플러스단자(13)에는 측정에 적합한 밝기에 해당하는 전압이 인가된다. 그런데 빛점이 PSD(4)센서 영역에 맺히지 않을 경우 전류증폭소자(16)는 ON 상태가 되지만 레이저다이오드(1')에 허용되는 최대전류량을 제한하는 전류제한회로(14)에 의해 일정전류이상은 레이저다이오드(1')에 흐르지 않는다.

즉 예를 들면 측정에 적당한 빛의 세기가 10이고 물체에서 반사되는 비율이 50%라고 가정하면 검출단자에서 각각 2와8이 되든 3과 7이 되든간에 합이 10이 되도록 레이저 밝기를 제어하여 이 경우 레이저 밝기가 20이 되도록 전류를 제어하게 된다. 그리고 2와 8일 경우와 3과 7일 경우 두 센서 신호검출단자(7)(8)간의 비례에 의해 빛점을 위치를 알 수 있으므로 파이프 내부면(3)의 상태를 알 수 있는 것이다.

Claims

센서영역(5)를 갖는 PSD(4)의 양단신호 검출단자 X₁(7), X₂(8)의 합(X₁+X₂)을 OP앰프(11)의 마이너스 단자(12)로 연결하고 이것과 플러스단(13)의 전압과 비교하여 레이저다이오드(1')을 제어하게 연결하되 사이에 전류 증폭소자(16)와 전류 제한회로(14)를 연결시키며 상기 레이저다이오드(1')는 전원과 PSD(4) 연결시킨 것을 특징으로 하는 파이프 내부검사장치의 레이저다이오드 출력 제어회로.