선형 위치 센서를 위한 유도 측정 기술
선형 위치 센서를 위한 유도 측정 기술
  • 이홍철 기자
  • 승인 2019.03.13 17:55
  • 댓글 0
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Novotechnik이 새로운 유도 측정 기술을 개발했다. 이 기술은 센서 업계에서도 새롭다는 반응을 보일 만큼, 주목을 받고 있다. 본지가 Novotechnik에게 보다 자세한 내용을 들어봤다.

Novotechnik에 따르면, NovoPad라는 제품군에 탑재된 이 기술은 기존 선형 위치 측정 기술에 비해 속도와 정확성, 신뢰성 측면에서 더 나은 이점을 지닌다. 특히 사용자 프로그래밍을 지원하여 다양한 이점을 전달한다.  

이 유도 측정 프로세스는 암페어 법칙Ampere’s laws과 패러데이의 법칙Faraday’s laws이라는 두 개의 전자기 원칙을 기반으로 한다. 암페어의 법칙은 닫힌 루프를 통과하는 전류를 둘러싸는 공간에서의 자기장 강도는 그 전류의 값에 비례한다는 것이며, 패러데이의 법칙은 전압이 자기장의 변화로부터 코일에 유도되는 동시에 변화에 비례한다는 것이다.

이 법칙을 적용하면 서로에 대해 사인/코사인 패턴으로 형성된 전도성 트레이스가 인쇄 회로 기판 위에 생성된다. AC 전류는 코일을 시뮬레이팅하기 위해 사인 트레이스와 코사인 트레이스 사이에 90° 위상 편이를 사용하여 적용된다.

[그래프 1] 인쇄 회로기판 위에 형성되는 전도성 트레이스
[그림 1] 인쇄 회로기판 위에 형성되는 전도성 트레이스
[그래프 2] 유도 측정 기술의 동작 방식
[그림 2] 유도 측정 기술의 동작 방식

Novotechnik은 이 기술을 측정 및 제어 애플리케이션용 제품에 구현하여 기준 시스템을 개발했다.

고급 유도 선형 위치 센서는 견고한 센서 하우징 내에서 동일한 회로 보드에 장착된 송수신 코일 시스템과  별도의 플로팅 위치 마커로 구성되며, 이 활성 위치 마커는 전송 코일에 의해 생성된 고주파 교류 필드에 의해 제공된다.

위치 마커가 위치에 따라 수신기의 코일 시스템에 전류를 유도하고, 코일 시스템의 사인/코사인 구조를 통해 위치를 측정하도록 하는 것이다. 코일 시스템의 사인/코사인 구조는 광역 트랙과 미세 트랙을 발생시키는데, 광역 트랙이 위치 마커의 대략적인 위치를 감지한다면, 미세 트랙은 고정밀 위치 감지를 제공한다. 신호의 위상 관계는 위치 마커의 현재 위치의 척도로, 전자 장치에 의해 선형 위치 신호로 변환된다. 

터치리스 유도 측정 기술
이 유도 측정 기술은 자력 변형 또는 기타 유도 기술을 포함한 기존의 위치 측정 기술과 비교하여 여러 장점을 지닌다. 먼저 다른 터치리스 기술과 마찬가지로, 접촉 부분이 없어 마모의 위험으로부터 자유롭다. 위치 마커는 즉정해야 하는 애플리케이션의 이동부에 부착되며 센서 위에 위치한다. 
다른 기술과의 유사성은 이것이 전부이다.

프로그래밍성 실질적인 이점
시스템 기능 상태, 전기 측정 범위, 기울기, 최소 출력 전압/전류 위치, 최대 출력 전압/전류 위치, 마커의 오프셋 및 속도 등 유용한 기능과 매개 변수가 광범위한 테스트를 통해 프로그래밍되고 검증됐다.

예를 들면, 측정 범위 조정부터 소프트웨어를 통해 프로그래밍하여 센서에 저장할 수 있다. 이 기능을 통해 전기 측정 범위로 출력 신호의 변화가 발생하는 최소/최대 위치를 설정할 때 0과 풀 스케일 이외의 값으로 설정하면 1:1 이외의 기울기가 필요한 애플리케이션을 수용할 수 있으며, 특정 상황에서 출력 범위를 제한할 수도 있다.

또 음의 기울기를 프로그래밍하면, 스트로크 길이가 증가함에 따라 출력값이 감소되며, 오프셋을 프로그래밍하면 0 이외의 출력 값이 0인치의 위치를 나타낼 수 있다. 이는 경사면 변화와도 결합될 수 있다. 아래 [그래프]는 이를 보여주는 예시이다.

[그래프 1] 1:1 이외의 기울기가 필요한 애플리케이션 수용
[그래프 1] 1:1 이외의 기울기가 필요한 애플리케이션 수용
[그래프 2] 0 이외의 출력값도 0인치의 위치를 나타낼 수 있도록 오프셋 프로그래밍
[그래프 2] 0 이외의 출력값도 0인치의 위치를 나타낼 수 있도록 오프셋 프로그래밍

결론적으로 프로그래밍 가능한 유도 측정 기술은 위치 센싱을 사용할 수 있는 환경을 확장시키며, 엔지니어의 설계 능력을 향상시킬 수 있게 한다. 특히 지속적인 문제가 발생한 환경이나 높은 정확도가 필요한 환경, 고속 동작과 높은 신뢰성이 필요한 환경에서 유도 측정 기술은 최적의 해법이 될 것으로 판단된다.