유도 감지 기술의 장점과 실용적인 프로그래밍 예제

Novotechnik

본문에서는 엔지니어가 주요 기능을 선형 위치 센서로 쉽게 프로그래밍 할 수 있는 기술과 이를 가능하게 하는 유도 감지 기술(inductive sensing technology)에 대해 설명한다. 이 기술의 장점과 실용적인 프로그래밍 예제를 함께 소개한다.

비접촉식 유도 측정(Non-Contacting Inductive)

유도 측정 프로세스는 Ampère 법칙과 Faraday 법칙의 두 가지 전자기 원리를 기반으로 한다. Ampère의 법칙에 따르면 폐쇄 루프를 통해 흐르는 전류 주변 공간의 자기장 강도는 해당 전류 값에 비례한다. Faraday의 법칙은 전자기학에도 적용되며, 코일 주변의 자기장의 변화로 인해 코일에 전압이 유도되고 그 변화에 비례하는 것을 나타낸다.

이러한 법칙을 적용하여 서로에 대한 사인 및 코사인 패턴으로 형성된 전도성 트레이스(conductive traces)로 인쇄 회로 기판을 개발했다. 코일을 시뮬레이션하기 위해 사인 및 코사인 트레이스 사이에 90° 위상 편이를 사용하여 트레이스에 AC 전류를 적용한다. 결과는 트레이스 평면에 수직인 두 개의 자기장이 생성되며 이 필드는 각각 사인파와 코사인파 패턴으로 그 위로 지나가는 자기 마커의 영향을 받는다. 이 두 필드를 함께 추가하면 수식이 생성된다.

H · sin (x) · cos (wt) + H · cos (x) · sin (wt) = H · sin (w t + x)

여기서 x는 자기 마커의 위치, t는 시간, w는 적용된 파형의 주파수, H는 자기장의 강도이다. 이는 별개의 측정 지점에서 자기장의 합(wt + x)의 위상이 선형 위치 x에 정비례함을 나타낸다. 위치 마커는 합산 신호를 다시 PC 보드의 수신 코일로 보낸다.
발신 신호와 수신된 정현파 신호 간의 위상편이를 측정하여 마커의 위치 변화로 인한 위상차 또는 위상편이에 비례하는 DC 전압을 생성할 수 있다. 파형을 생성하고 위상편이를 측정하고 이를 dc 값으로 변환하는 회로는 그림3과 같다.

유도 측정의 이점

이 유도 측정 기술은 트랙 위로 움직이는 기계적 와이퍼를 사용하는 위치 측정 기술에 비해, 접촉 부품이 없기 때문에 본질적으로 마모가 없다. 위치 마커(position marker)는 위치를 측정해야 하는 애플리케이션의 움직이는 부분에 부착되며 센서 위에 있다.

위치 마커만 애플리케이션에서 충격과 진동을 받기 때문에, 환경적 영향으로 인해 위치 센서에 발생할 수 있는 디더링(dithering)이 없어진다. 이 기술은 좁은 주파수 범위에서 작동하고 해당 범위 밖의 주파수를 필터링하거나 거부하는 설계로 인해 외부 자기장에 대한 내성을 나타낸다. 마지막으로 유도 측정 기술을 사용하면 해당 기술에 필요한 동일한 마이크로 프로세서 기반 회로를 사용하여 위치 센서에 프로그래밍하여 추가 기능을 사용할 수 있다.

프로그래밍 기능과 실질적인 혜택

전기 측정 범위, 기울기, 최소 출력 전압/전류 위치, 최대 출력 전압/전류 위치, 오프셋 등 매개 변수를 프로그래밍 할 수 있다. 전기 측정 범위는 출력 신호가 변경되는 최소 및 최대 위치를 설정한다. 이러한 값을 0 및 전체 스케일 이외의 값으로 설정하면 1:1 이외의 기울기가 필요한 애플리케이션을 수용할 수 있다.

또한 물리적 끝점에서의 시작 및 마지막 거리에서 작은 이동 부분에서 발생하도록 출력 범위를 제한하는 데도 사용할 수 있다. 스트로크 길이가 증가함에 따라 출력 값이 감소하도록 기울기를 프로그래밍 할 수 있다. 오프셋을 프로그래밍하면 0 이 아닌 출력 값이 0 인치의 위치를 나타낼 수 있다. 이 모든 것을 통해 애플리케이션에서 이 기술을 사용하면 다음의 몇 가지 이점이 있음을 알 수 있다.

- 소음이 심한 환경에서는 위치 센서의 전체 스트로크 길이가 아닌 애플리케이션에 필요한 실제 이동 길이를 적용하여 최대 소음 제거를 달성할 수 있다.

- 오프셋을 프로그래밍하여 물리적 센서를 장착할 때 편차 또는 허용 오차를 몇 초 만에 조정할 수 있다.

- 출력 전압은 최소 또는 최대 임계값으로 설정할 수 있다. 예를 들어 로우 엔드에서는 1.0V (L1), 하이에서는 9.0V (L2)이다. 따라서 센서의 출력에 대한 제한을 프로그래밍하여 오류 감지기 역할도 할 수 있다.

자료 제공: Novotechnik(www.novotechnik.com)