KR20110074157A - Servo type accelerometer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 서보형 가속도센서에 관한 것으로, 특히 서보형 가속도센서의 진동검출부를 비접촉식으로 진동변위를 측정하여 가속도 측정이 가능한 서보형 가속도센서에 관한 것이다.The present invention relates to a servo type acceleration sensor, and more particularly, to a servo type acceleration sensor capable of measuring acceleration by measuring vibration displacement in a non-contact manner.
일반적으로 진동가속도센서는 진동체의 속도변화비율인 가속도를 측정하는 장치이다. 이러한 진동가속도센서는 압전형 가속도센서(Piezoelectric Accelerometer), 서보형 가속도센서(Servo electric Accelerometer)로 구분할 수 있다.In general, the vibration acceleration sensor is a device for measuring acceleration, which is a rate of change of a vibration body. Such vibration acceleration sensors may be classified into piezoelectric accelerometers and servo electric accelerometers.
진동가속도센서 중 압전형 가속도센서는 다른 진동센서 보다 넓은 주파수 범위에서 좋은 선형성을 갖고, 내부에서 기전력이 발생되므로 전원이 필요치 않은 특성이 있다. 서보형 가속도센서는 내부에 움직이는 별도의 가동부가 구비되어 그 가동부에서 발생되는 변위를 피드백시켜 가동코일을 구동하고 자석과 가동코일의 힘의 균형을 이용하여 출력을 발생시킨다. 이러한 서보형 가속도센서는 진동 검출센 서로서 저주파 특성이 우수하여 지진계 또는 특수용도의 저주파 측정용 센서로 주로 이용된다.Among the vibration acceleration sensors, piezoelectric acceleration sensors have a good linearity over a wider frequency range than other vibration sensors, and since electromotive force is generated inside, there is no need for a power source. Servo-type accelerometer is provided with a separate movable part that moves inside to feed the displacement generated from the movable part to drive the movable coil and generate output by using the balance of the force between the magnet and the movable coil. This servo type acceleration sensor is a vibration detection sensor with excellent low frequency characteristics and is mainly used as a seismograph or low frequency sensor for special purposes.
일반적인 서보형 가속도센서는 도 1에 도시된 바와 같이, 진동발생부(1)와, 상기 진동발생부(1)의 진동을 검출하는 변위검출부(2)와, 상기 변위검출부(2)에서 검출된 전압을 전류로 변환하는 전압전류변환부(3)와, 상기 진동발생부(1)의 위치를 제어하는 제어부(4)와, 센서의 주파수 직진성을 유지하는 댐핑부(5)와, 상기 전압전류변환부(3)에서 변환된 전류값을 증폭하는 증폭부(6) 및, 상기 증폭부(6)를 거쳐서 나온 신호를 측정하려는 진동값으로 출력하는 출력부(7)를 포함한다.As shown in FIG. 1, a general servo type acceleration sensor includes a vibration generator 1, a
이러한 서보형 가속도센서는 변위측정용 떨림판에 의해 감지된 외부힘이 신호로 입력되면 증폭, 복조 및 필터링 그리고 보상기에 의한 신호처리과정을 거쳐서 변위측정용 떨림판이 영점위치에서 동작할 수 있도록 복원신호를 만들어 내도록 되어 있다. When the external force sensed by the displacement measuring vibration plate is inputted as a signal, the servo type acceleration sensor performs amplification, demodulation, filtering, and signal processing by the compensator to restore the recovery signal so that the displacement vibration plate can operate at the zero position. It is meant to be created.
종래의 서보형 가속도센서는 도 2에 도시된 바와 같이, 지지블록(10)의 상부에 보조블럭(11)을 매개로 판스프링(12)이 설치되어 있고, 상기 판스프링(12)의 선단에 진동판(14)이 설치되어 있다. 상기 지지블록(10)의 내부에는 영구자석(16)이 배치되어 있고, 상기 영구자석(16)의 상부에 요크(18)가 배치되어 있다. 상기 요크(18)의 외주를 따라 코일(20)이 변위측정용 떨림판에 고정되어 있다.In the conventional servo type acceleration sensor, as shown in FIG. 2, a
그리고, 상기 판스프링(12)과 진동판(14)으로부터 정전용량변화를 측정하는 변위검출부(30)와, 상기 변위검출부(30)에서 검출된 전압을 전류로 변환하는 전압전류변환부(40)와, 상기 코일(20)의 위치를 제어하는 제어부(50) 및 상기 전압전류 변환부(40)에서 변환된 전류값을 증폭하는 증폭부(60)와, 상기 증폭부(60)를 거쳐서 나온 신호를 측정하려는 진동값으로 출력하는 출력부(70)를 포함한다.Then, the
그런데, 종래의 서보형 가속도센서는 진동판(14)에서 변위검출부(30)가 정전용량을 이용한 검출방법을 사용하기 때문에 직접적인 변위검출이 어렵고 정확한 정전용량 결정에 어려운 문제점이 있었다.However, in the conventional servo type acceleration sensor, since the
또한, 진동판(14)을 연결하는 판스프링(12)은 센서의 공진주파수를 결정하는 중요한 구성일 뿐만 아니라 센서의 특성을 결정하는 중요한 구성이지만, 진동판(14)과 판스프링(12)이 조각으로 이루어져 조립과정에서 조그만 어긋남에도 비틀림이 발생하기 때문에 정밀한 측정이 불가능하였다.In addition, the
본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 진동판을 사용하더라도 항상 일정한 진동신호를 검출할 수 있고, 진동변위를 정밀하게 측정할 수 있는 서보형 가속도센서을 제공하는데 있다.Disclosure of Invention An object of the present invention is to provide a servo type acceleration sensor capable of detecting a constant vibration signal at all times and accurately measuring vibration displacement even when using a diaphragm.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 진동발생부와, 상기 진동발생부의 진동을 검출하는 변위검출부와, 상기 변위검출부에서 검출된 전압을 전류로 변환하는 전압전류변환부와, 상기 진동발생부의 위치를 제어하는 제어부 및 상기 전압전류변 환부에서 변환된 전류값을 증폭하는 증폭부 및 상기 증폭부를 거쳐서 나온 신호를 측정하려는 진동값으로 출력하는 출력부를 포함하고, 상기 변위검출부는 상기 진동발생부의 진동판 주변에 진동을 검출하는 변위센서를 배치하여 그 변위센서와 상기 진동판의 사이거리 변화량을 전압으로 검출하도록 구성되어 있다.In order to achieve the above object, the present invention provides a vibration generator, a displacement detector for detecting vibration of the vibration generator, a voltage current converter for converting a voltage detected by the displacement detector into a current, and a position of the vibration generator. A control unit for controlling a; and an amplifying unit for amplifying the current value converted by the voltage current converting unit, and an output unit for outputting a signal output through the amplifying unit as a vibration value to be measured, wherein the displacement detection unit is around the vibration plate of the vibration generating unit. The displacement sensor which detects a vibration is arrange | positioned at this, and it is comprised so that the amount of distance change between the displacement sensor and the said diaphragm may be detected as a voltage.
상기 진동발생부는 마그네트 사이에 요크가 배치되고, 상기 요크의 외주면을 따라 코일이 상하방향으로 이동가능하게 배치되며, 상기 코일 상부에 진동판이 배치되도록 구성되어 있다.The vibration generating unit is disposed between the magnets, the coil is arranged to be movable in the vertical direction along the outer circumferential surface of the yoke, the vibration plate is configured to be disposed on the coil.
상기 진동판은 판스프링과 연결된 상태로 지지블럭 상부에 설치되는 지지판에 캔틸레버 타입으로 지지되도록 되어 있다.The diaphragm is configured to be supported by a cantilever type on a support plate installed above the support block while being connected to the leaf spring.
상기 판스프링은 ㄷ자구조로 되어 한쪽 선단이 상기 지지판에 다점으로 연결되고, 타단이 상기 진동판과 연결되도록 되어 있다.The leaf spring has a U-shaped structure, one end of which is connected to the support plate at multiple points, and the other end of which is connected to the diaphragm.
상기 진동판은 상기 지지판에 결합되는 복수의 높이조절부재를 매개로 상하로 높이조절이 가능하도록 되어 있다.The diaphragm is capable of height adjustment up and down via a plurality of height adjustment members coupled to the support plate.
이와 같은 본 발명에 따른 변위센서를 이용한 서보형 가속도센서에 의하면, 변위센서를 통하여 진동변위를 직접 검출하기 때문에 측정변위값의 정밀도를 향상시킬 수 있고, 진동판의 구조를 단순화시킬 수 있다. 또한 ㄷ자로 구조의 판스프링을 진동판에 일체형으로 고정되게 조립함으로써 비틀림에 의한 하모닉진동의 왜곡현상을 줄일 수 있다. According to the servo type acceleration sensor using the displacement sensor according to the present invention, since the vibration displacement is directly detected through the displacement sensor, the accuracy of the measured displacement value can be improved, and the structure of the diaphragm can be simplified. In addition, it is possible to reduce the distortion phenomenon of harmonic vibration due to torsion by assembling the plate spring of the U-shaped structure fixedly to the diaphragm.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명에 따른 서보형 가속도센서를 도시한 구성도이고, 도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 서보형 가속도센서를 도시한 측면도와 평면도이다.4 is a configuration diagram showing a servo acceleration sensor according to the present invention, Figures 5a and 5b is a side view and a plan view showing a servo acceleration sensor according to the present invention.
본 발명에 따른 서보형 가속도센서는 도 4에 도시된 바와 같이, 진동발생부(100)와, 상기 진동발생부(100)의 진동을 검출하는 변위센서(120)와, 상기 변위센서(120)에서 검출된 전압을 전류로 변환하는 전압전류변환부(130)와, 상기 진동발생부(100)의 위치를 제어하는 제어부(140)와, 상기 전압전류변환부(130)에서 변환된 전류값을 증폭하는 증폭부(150) 및, 상기 증폭부(150)를 거쳐서 나온 신호를 측정하려는 진동값으로 출력하는 출력부(160)를 포함한다.As shown in FIG. 4, the servo-type acceleration sensor according to the present invention includes a vibration generating
상기 진동발생부(100)는 지지블록(110)의 내벽을 따라 마그네트(112)가 배치되어 있고, 상기 마그네트(112)의 사이에 요크(113)가 배치되어 있으며, 상기 요크(113)의 외주면을 따라 코일(114)이 상하방향으로 이동가능하게 배치되어 있다.The
그리고, 진동발생부(100)는 지지블럭(110) 상부에 지지판(115)에 다점으로 연결된 판스프링(116)이 배치되고, 상기 판스프링(116)의 선단부에 진동판(118)이 연결되도록 되어 있다. 여기서, 상기 진동판(118)은 상기 코일(114)의 움직임에 따라 진동이 발생되도록 되어 있다.In addition, the vibration generating
상기 판스프링(116)은 도 5에 도시된 바와 같이, ㄷ자구조로 일체형으로 되어 있다. 판스프링(116)은 한쪽 선단이 상기 지지판(115)에 다점으로 연결되어 있고, 타단이 상기 진동판(118)과 연결하도록 되어 있다. 여기서, 판스프링(116)은 ㄷ자구조로 일체형으로 형성되어 상기 진동판(118)이 조립될 때 비틀림을 방지할 수 있다.The
상기 진동판(118)은 도 4에 도시된 바와 같이, 판스프링(116)을 매개로 상기 지지블럭(110) 상부에 설치되는 지지판(115)에 캔틸레버(Cantilever) 타입으로 지지되도록 되어 있다.As shown in FIG. 4, the
그리고, 상기 진동판(118)은 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 지지판(115)에 결합되는 복수의 높이조절부재(117)를 사용하여 상하높이를 조절하도록 되어 있다. 여기서, 높이조절부재(117)는 상기 지지판(115)을 관통하여 상기 지지블럭(110)에 결합됨으로써 상기 지지블럭(110)의 상부에서 일정높이로 유지하게 하는 역할을 한다.And, as shown in Figure 6, the
한편, 높이조절부재(117)에는 수평조절용 스프링(119)이 삽입되도록 되어 있다. 여기서, 수평조절용 스프링(119)은 상기 높이조절부재(117)에 삽입되어 상기 지지판(115)을 상기 지지블럭(110)에 대하여 탄성적으로 지지하는 역할을 한다.On the other hand, the
본 발명에 따른 서보형 가속도센서는 기존과 달리, 변위센서(120)를 통하여 진동판(118)의 진동을 직접 검출하도록 되어 있다. 즉 진동판(118)의 진동을 변위센서(120)와 진동판(118)의 사이거리 변화량을 전압으로 측정하여 전류로 변환하여 이용하는데 기술적 특징이 있다.Unlike the conventional servo type acceleration sensor, the vibration of the
본 발명에 따른 변위센서를 이용한 서보형 가속도센서에 의하면, 변위센서(120)를 통하여 진동변위를 직접 검출하기 때문에 측정변위값의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한 ㄷ자구조의 판스프링(116)을 진동판(118)에 고정함으로써 비틀림에 의한 하모닉진동의 왜곡현상을 줄일 수 있다. According to the servo type acceleration sensor using the displacement sensor according to the present invention, since the vibration displacement is directly detected through the
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 바람직한 실시예를 기초로 설명하였으나 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 해당분야 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위 내에서 기재된 범주내에서 변경할 수 있다.As described above, the present invention has been described based on the preferred embodiments, but is not limited to the specific embodiments, it can be changed within the scope described within the claims by those skilled in the art.
도 1은 일반적인 서보형 가속도센서를 도시한 구성도,1 is a configuration diagram showing a general servo type acceleration sensor,
도 2는 종래의 서보형 가속도센서를 도시한 구성도,2 is a block diagram showing a conventional servo acceleration sensor,
도 3은 스프링과 진동판이 연결된 상태를 도시한 평면도,3 is a plan view showing a state in which the spring and the diaphragm are connected,
도 4는 본 발명에 따른 서보형 가속도센서를 도시한 구성도,4 is a block diagram showing a servo-type acceleration sensor according to the present invention,
도 5는 스프링과 진동판이 연결된 상태를 도시한 평면도,5 is a plan view illustrating a state in which a spring and a diaphragm are connected;
도 6은 도 4의 A방향에서 바라본 측면도이다. FIG. 6 is a side view seen from the direction A of FIG. 4.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100 : 진동발생부 110 : 지지블럭100: vibration generating unit 110: support block
112 : 마그네트 113 : 요크112: magnet 113: yoke
114 : 코일 115 : 지지판114: coil 115: support plate
116 : 판스프링 117 : 높이조절부재116: leaf spring 117: height adjustment member
118 : 진동판 119 : 수평조절용 스프링118: diaphragm 119: horizontal adjustment spring
120 : 변위센서 130 : 전압전류변환부120: displacement sensor 130: voltage current converter
140 : 제어부 150 : 증폭부140: control unit 150: amplifying unit
160 : 출력부160: output unit
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