도대체 변위센서가 뭐에요?

해외제조를 이끌어 나가고 있는 CROSSFINGER 입니다.

오늘은 변위센서에 대해 알아 보겠습니다.

변위센서-센서에서 검출체까지의 거리, 또는 검출체의 이동한 거리에 비례하여 전기신호를 출력하는 센서

구분	센 서 종 류
접촉식	포텐션미터, 차동변압기, 인코더 등
비접촉식	와전류형 센서, 광학센서, 초음파 센서 등

 

1. 포텐션미터

- 원리 : 위치에 따른 저항 변화를 이용하여 변위를 측정함
- 특징 : 범위가 큰 변위 센서
   ( 0.01mm 정밀도,5-40000mm 측정범위 )

 

 

2. 차동변압기(Differential transformer)

정의 : 센서에서 검출체까지의 거리, 또는 검출체의 이동한 거리에
       비례하여 전기신호를 출력하는 센서
특징 : 내진 및 내구성이 좋음, 간단한 구조, 히스테리시스가 작음
        외부 자계에 민감함
e = M di1/dt (M: 상호인덕턴스, 자속의 함수)

 

3. 인코더(Encorder)

- 직선운동이나 회전운동을 하는 물체의 변위나
    속도를 검출하기 위한 센스로서, 디지털 출력이 
    나온다.
- 광전식 인코더의 원리 : 빛을 이용해, 변위나 속도를
                                검출하는 센서
  광원(LED, LD) + 수감소자 (PD,포토트랜지스터)
 +메인스케일
-자기식 인코더의 원리 : 자기 스케일에 있는 자하패턴     을 자속응답형 헤드로 판독하면서 변위를 측정함.

 

4. 와전류형 변위센서(eddy current type D.S.)

인덕턴스 센서의 원리
- 1개 코일의 인덕턴스
   L = K μΠa2N2/Lc
  여기서 K:상수, μ:투자율, a:코일반경,
  N:권선수, Lc:코일길이
- 2개 코일의 인덕턴스 :
   L=L1+L2±2M (M:상호인덕턴스)
- 와전류형 변위계인 경우,두 변위계 2개 코일의 상호 인덕턴스 M
   M=(a1a2)0.5 n1n24Π *y(x) 여기서 a:반경, n:코일의 권선수, x: 코일과 도체 사이의 거리

- 원리 : 발진중인 검출용 코일에 금속이 접근 􀃆 자속에 의해 금속내 와전류 발생 , 자속 변화 , 금속과 코일간의
  인덕턴스 변화, 발진신호의 진폭 변화, 금속과 코일간의 변위 측정
- 특징 : 정밀변위 측정용 (10mm이하, 정확도 1μm 내외), 자성체만 가능

5.초음파 변위센서(Ultrasonic D.S.)

- 원리 : 압전자(piezoelectronic material)의 공진을 이용하여 초음파 발생 - 물체에 반사되어 오는 초음파 검출  
          시간 지연차로 변위 검출 2d = V•t (d:거리, V: 음파속도, t:시간)
- 특징 : 측정 범위 : 0.5-10 mm, 정밀도 : 0.1mm이하 온도, 습도에 대한 보정 필요, 발진 방향성 고려

6.광학식 변위센서

- 원리 : 측정체에 반사되어 빛(Infra-Red-Emitting-Diode) 양을 수감소자 (PD등)으로 측정하여 거리를 알아냄
- 특징 : 초정밀용/정밀용 변위센서

광학시변위센서의 내부구조

 

7.정전용량형 변위센서

- 원리: 전극 간격이 변화되면, 다음과 같이 용량 변화가 발생한다.
  용량 C = ε0εsS/d --> ΔC = ε0εsS/ d2 Δ d
  여기서 ε0:진공의 유전율, εs:비유전율, s:전극 면적, d:간격
- 특징 : 초정밀 비접촉 센서에 활용 (2.5mm 측정범위, 0.01 μm 정밀도)

정전용량형 변위센서의 구조

8.변위센서 응용

타이어무늬간격 검출 레이저 변위센서

핀압입장치의 높이센서

 

오늘은 변위센서에 대해 알아봤습니다.

센서의 기초에 대해 알아보려면  

센서가 이렇게 쉬웠어?

광센서대해 알아보려면

 

참조]
본 교육자료는 한국기술대학교 임경화 교수님 자료임을 밝혀 드립니다.