[센서공학] 엔코더에 대하여(엔코더의 정의, 발생원리, 메커니즘에 대하여)

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[센서공학] 엔코더에 대하여(엔코더의 정의, 발생원리, 메커니즘에 대하여)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 엔코더의 정의

2. 엔코더 신호의 발생 원리

3. 엔코더로 위치와 속도를 검출하는 방법

4. 엔코더와 유사한 센서

본문내용

다. 그러나 권선형 포 텐쇼미터의 출력은 계단식이기 때문에 연속이 아니므로 미분이 불가능하다. 포텐쇼미터는 일반적으로 관절과 링크의 위치를 나타내기 위하여 내부 되먹임 센서에 사용된다. 포텐쇼미터는 단독으로 쓰이거나 엔코더와 같은 다른 센서와 함께 쓰이기도 한다. 이 경우, 엔코더는 관절과 링크의 현재 위치를 나타내는 반면에, 포텐쇼미터는 시작위치를 나타낸다.
<전형적인 상용 회전식 포텐쇼미터의 외관사진(上)>
(2) 선형 가변 미분형 변압기(LVDT)
-선형 가변 미분형 변압기(LVDT:linear variable differential transfomer),즉 변위센서는 코어가 움직이는 거리에 따라 측정되고 이러한 변위의 결과로 가변 아날로그 전압이 출력되는 변압기이다. 일반적으로, 변압기(transfomer)는 전기적 에너지를 같은 형태의 에너지로 변환하는 장치이며 전압 대 전류의 비율로 변환한다. 손실이 없다면 전체 입력에너지는 전체 출력에너지와 같다.
변압기는 코일의 감긴 권선의 횟수에 의해 전압이 증가하고 감소하므로 상당전류는 전압에 반대로 변환되며 이는 두 코일의 권선수에 비례하여 2차코일에서 전압을 유도하게 된다. 2차코일에 감긴 횟수가 클수록 전압은 더욱 커지나 전류는 더욱 작아지게 된다. 그러나 2차측의 유도된 전압은 자속의 세이게 따라 좌우된다.
만약 철심 코어가 없다면 자기력선(flux line)은 분산되고 자기장의 힘이 감소하게 된다. 따라서 2차측의 유도전압 은 간단하게 된다. 철심 코어가 존재한다면 자기력선은 내부로 집중되어 자기장이 강해지며 유도전압도 강해진다. 이러한 방식으로 LVDT에서 가변전압을 생성하게 된다. LVDT의 출력은 코어의 입력 위치에 따라서 정확히 선형적인 성격을 띠게 된다.
<선형미분 변압계의 원리(左)와 관계도(右)>
(3)리졸버
- 리졸버(resolver)는 LVDT의 원리와 매우 비슷한 각운동(angular motion)의 측정에 사용된다. 리졸버는 변압기의 일종이며, 1차 코일은 회전축에 연결되어 있고 슬립링(slip ring)을 통해 교류 전류를 공급하는 변압기라고 할 수 있다. 리졸버는 서로 떨어진 두 개의 2차코일을 가지고 있다. 회전자의 1차 코일이 한 2차측 코일과 평행할 때에는 코일에서 생성되는 전압은 최대가 되며 다른 2차측 코일은 수직위치에 오게 되며, 이 경우에 전압은 발생하지 않는다. 회전자가 회전함에 따라서 궁극적으로 척번째 1차측 코일에는 전압이 0으로 떨어지게 되는 반면에, 두번째 코일에서는 최대전압이 발생하게 된다. 둘 사이에 모든 다른 각도에서는 1차측 코일과 2차측 코일간의 해당 각도에서의 Sine, Cosine 함수값에 따라 비례적으로 전압이 발생한다. 리졸버의 출력은 아날로그이지만, 그것은 Sine과 Cosine 각과 같고 이 값은 후에 계산하기 위해 제거된다. 리졸버는 신뢰할 만하고, 강인하고, 정확하다.
<리졸버의 원리(左)와 관계도(右)>
(4) 운행시간 변위 센서
- 운행시간 변위센서(time-of-travel(magneto reflective) displacement sensor)에서, 펄스는 도체(conductor)를 통하여 전달되고 이 도체는 자석에 도달함에 따라서 되돌아간다. 자석까지의 주행시간과 되돌아오는 시간은 주행속도를 알고 있다면 주행거리로 변환이 가능하다. 이동부를 자석이나 도체에 접촉하게 함으로써 변위가 측정가능하게 된다.
<운행시간변위센서의 계략도(左)와 IBM 7576 자력반사 위치 센서(右)>
②속도센서 역할시 비슷한 센서
(1) 타코메타
타코메타(tachometers)는 기계 에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기이다. 이 센서의 출력은 입력 각속도에 대해 비례적으로 출력되는 아날로그 전압의 형태이다. 이 센서는 포텐쇼미터와 함께 속도 측정에 사용된다.
<타오메타의 외관>
(2) 위치신호의 미분
- 만약 위치신호가 정확하다면 실제로 위치신호를 속도신호로 쉽게 변환할 수 있다. 이를 위해서는 위치신호가 속도신호에서 큰 임펄스가 발생하지 않도록 하기 위해 가능한 한 연속된 신호가 출력되어야 한다. 즉, 권선이 감긴 포텐쇼미터의 출력은 부분연속이므로 미분에 적합하지는 않다. 그러나 신호를 미분하는 것은 언제나 잡음을 가지고 있으며 매우 난해한 작업임에는 틀림없다. 속도신호는 다음과 같다.
이와 같이, 속도(또는 가속도) 신호는 위치(또는 속도)신호에 대해 적분하여 나타낸다.
dt

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