KR100513425B1 - Method for calculating displacement by vibration - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 진동 변위 산출 방법에 관한 것으로서, 수광하는 광량에 따라 가변적으로 출력하는 수광부의 출력 전압을, 진동 변위 산출 수단이 설정 주기 동안 일정 시간 간격을 두고 이산적으로 다수개 검출한 다음, 이렇게 다수개 검출한 출력 전압 각각과 미리 설정된 기준 출력 전압과의 차이에 대한 평균치를 산출하여, 이를 이용해 진동체의 진동 변위를 노이즈에 관계없이 정확하게 산출한다.The present invention relates to a vibration displacement calculation method, wherein the output voltage of a light receiving unit that is variably output according to the amount of light received is discretely detected by the vibration displacement calculation means at predetermined time intervals during a set period. The average value of the difference between each of the plurality of detected output voltages and the preset reference output voltage is calculated, and the vibration displacement of the vibrating body is accurately calculated regardless of the noise.
그리고, 또 다른 본 발명은, 수광하는 광량에 따라 가변적으로 출력하는 수광부의 출력 전압을, 진동 변위 산출 수단이 설정 주기 동안 일정 시간 간격을 두고 이산적으로 다수개 검출하고, 이렇게 다수개 검출한 출력 전압 각각을 설정 레벨만큼 업 또는 다운되게 가변적으로 데이터 가공해 제 2 출력 전압을 다수개 생성한 다음, 이들 각각을 미리 설정된 기준 출력 전압과의 차이에 대한 평균치를 산출하여, 이를 이용해, 진동체의 미세 진동 변위를 노이즈에 관계없이 정확하게 산출한다.In still another aspect of the present invention, the output voltage of the light receiving unit that is variably output in accordance with the amount of light received is discretely detected by the vibration displacement calculating means at a predetermined time interval during a set period, and the plurality of outputs thus detected Variablely data processing each of the voltages up or down by a set level to generate a plurality of second output voltages, and then calculate the average of the differences with respect to the preset reference output voltage, respectively, to use the The fine vibration displacement is calculated accurately regardless of the noise.
Description
본 발명은, 노이즈에 관계없이 진동체의 진동 변위를 정확하게 산출할 수 있으며, 진동체가 미세하게 진동하여 노이즈에 극심한 영향을 받더라도, 이러한 노이즈에 관계없이 그 미세 진동 변위를 정확하게 산출할 수 있도록 하는, 진동 변위 산출 방법에 관한 것이다.The present invention can accurately calculate the vibration displacement of the vibrating body irrespective of noise, and even if the vibrating body vibrates finely and is severely affected by the noise, it is possible to accurately calculate the fine vibration displacement irrespective of such noise, It relates to a vibration displacement calculation method.
일반적으로, 진동 변위 산출 방법에는 압전 또는 압저항 방식, 정전 방식, 초음파 방식 등이 있는데, 압전 또는 압저항 방식은 진동체의 가속으로 인해 진자의 변위가 발생된 경우, 압전 물질의 전압 혹은 압저항 물질의 저항이 변하게 되는데 그 변화량으로부터 진자의 변위를 산출하는 방식이고, 정전 방식은 콤브(comb)형태의 구조물을 통해 진동체의 가속이나 회전으로 인해 발생하는 변위를 산출하는 방식으로 가속도계나 자이로스코프에 사용되며, 초음파 방식은 초음파를 방출하고, 그 초음파가 대상물체에 반사되어 되돌아오는 시간을 측정함으로써 이를 이용해 진동체의 변위를 검출하는 방식이다.In general, vibration displacement calculation methods include piezoelectric or piezoresistive methods, electrostatic methods, and ultrasonic methods. In the piezoelectric or piezoresistive methods, when the pendulum displacement occurs due to the acceleration of the vibrating body, the voltage or piezoelectric resistance of the piezoelectric material The resistance of the material changes, and the displacement of the pendulum is calculated from the change amount, and the electrostatic method calculates the displacement caused by the acceleration or rotation of the vibrating body through a comb-shaped structure. The ultrasonic method is used to detect the displacement of the vibrating body by emitting ultrasonic waves and measuring the time when the ultrasonic waves are reflected back to the object.
한편 본 출원인은, 이러한 종래의 진동 변위 산출 방식들보다 간단한 구조와 저가의 회로로 손쉽게 구현할 수 있으며, 보다 정확한 진동 변위를 측정할 수 있는 새로운 형태의 진동 변위 산출 방법을 그에 대한 진동 변위 산출 시스템을 대한민국 특허출원 제 10-2003-33673호에서 제안한 바 있는데, 도 1은 본 출원인이 특허출원한 종래의 진동 변위 산출 시스템에 대해 도시한 도면이다.Meanwhile, the present applicant can easily implement a simpler structure and a lower cost circuit than the conventional vibration displacement calculation methods, and a vibration displacement calculation system for a new type of vibration displacement calculation method capable of measuring more accurate vibration displacement is provided. As proposed in Korean Patent Application No. 10-2003-33673, Figure 1 is a view showing a conventional vibration displacement calculation system that the applicant has applied for a patent.
이에 도시된 바와 같이, 본 출원인이 제안한 진동 변위 산출 시스템은, 소정의 진동체(100)에 부착된 미러(mirror)(110), 상기 미러(110)와 일정 거리만큼 이격된 위치에 설치되어 상기 진동체(100)의 진동에 따라 미러(110)를 향하는 방향으로 광을 조사하는 발광부(120), 상기 발광부(120)와 나란히 설치되어 상기 미러(110)를 통해 반사된 광을 수광하여 그 수광한 광량에 대응되는 전위차를 발생하는 수광부(130), 상기 수광부(130)에서 발생한 전위차를 이용하여 상기 진동체가 전후방향으로 진동함에 따라 발생한 진동 변위를 산출하는 진동 변위 산출 수단(140)으로 이루어진다.As shown in the drawing, the vibration displacement calculation system proposed by the present applicant is installed at a position spaced apart from the mirror 110 and the mirror 110 by a predetermined distance to the predetermined vibration body 100, The light emitting unit 120 for irradiating light toward the mirror 110 according to the vibration of the vibrating body 100 is installed in parallel with the light emitting unit 120 to receive the light reflected through the mirror 110 To the vibration displacement calculation means 140 for calculating the vibration displacement generated as the vibrating body vibrates in the front and rear direction by using the light receiving unit 130 for generating a potential difference corresponding to the received light amount and the potential difference generated in the light receiving unit 130. Is done.
이렇게 이루어지는, 진동 변위 산출 시스템의 산출 방법은 도 1b에 도시된 바와 같이, 먼저 발광부가, 진동체에 부착된 미러로 광을 조사하고(S100), 그 발광부와 나란히 설치된 수광부가, 미러를 통해 반사된 광을 수광하여(S101) 그 수광한 광량에 따른 전위차를 발생하면, 진동 변위 산출 수단이 그 발생한 전위차의 해당 레벨 값을 측정하고(S102), 그 측정한 해당 레벨 값 중에서 가장 높은 최대 피크 전압 레벨 값과 (S103)가장 낮은 최소 피크 전압 레벨 값을 검출하며(S104) 이들의 비(ratio)를 취산출하여(S105), 이를 기설정된 수광부와 미러간의 소정의 최단거리값과 연산시켜 상기 진동체가 전후방향으로 진동함에 따라 발생된 진동 변위를 산출할 수 있도록 하였다(S106).In this way, the calculation method of the vibration displacement calculation system, as shown in Figure 1b, first, the light emitting unit, the light is irradiated with a mirror attached to the vibrating body (S100), the light receiving unit installed in parallel with the light emitting unit, through the mirror When the reflected light is received (S101) and a potential difference corresponding to the received light amount is generated, the vibration displacement calculating means measures the corresponding level value of the generated potential difference (S102), and the highest maximum peak among the measured corresponding level values. The voltage level value (S103) and the lowest minimum peak voltage level value are detected (S104), and their ratios are calculated (S105), which is calculated by a predetermined shortest distance value between the predetermined light receiving unit and the mirror, and the It was to be able to calculate the vibration displacement generated as the vibrating body vibrated in the front and rear direction (S106).
하지만, 이러한 진동 변위 산출 방법은, 진동 변위의 최대 피크 전압 레벨 값과 최소 피크 전압 레벨 값이 노이즈(noise) 등으로 인해 실제적인 진동 변위의 최대 피크 전압 레벨 값과, 최소 피크 전압 레벨 값과는 상이한 값이 산출된다.However, such a vibration displacement calculation method is characterized in that the maximum peak voltage level value and the minimum peak voltage level value of the vibration displacement are different from the maximum peak voltage level value of the actual vibration displacement and the minimum peak voltage level value due to noise. Different values are calculated.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 진동 변위의 최대 피크 전압 레벨 값과 최소 피크 전압 레벨 값은 각기 이론적으로는 V-△x/2와 V+△x/2이 되나, 노이즈로 인해 실제 산출되는 진동 변위의 최대 피크 전압 레벨 값과 최소 피크 전압 레벨 값은 각기 V'-△x/2와, V'+△x/2이 되기 때문에 진동체의 정확한 진동 변위를 산출할 없게 되며, 특히, 진동 변위가 작은 경우에는 노이즈(noise) 등의 극심한 영향으로 인하여 진동체의 최대 피크 전압 레벨 값과, 최소 피크 전압 레벨 값의 차가 노이즈로 인해 발생하는 값보다 오히려 작은 경우가 발생되어 진동 변위를 산출하기가 더욱 쉽지 않은 문제점이 있었다.That is, as shown in FIG. 2, the maximum peak voltage level value and the minimum peak voltage level value of the vibration displacement are theoretically V −Δx / 2 and V + Δx / 2 , respectively, but are actually calculated due to noise. Since the maximum peak voltage level value and the minimum peak voltage level value of the vibration displacement become V ' -Δx / 2 and V' + Δx / 2 , respectively, it is impossible to calculate the accurate vibration displacement of the vibrating body. When the vibration displacement is small, the difference between the maximum peak voltage level value and the minimum peak voltage level value of the vibrating body is smaller than the value caused by the noise due to extreme influences such as noise to calculate the vibration displacement. There was a problem that was more difficult to do.
이에 본 발명은 상기한 문제점을 해소시키기 위하여 개발된 것으로, 노이즈에 관계없이 진동체의 진동 변위를 정확하게 산출할 수 있도록 하는 데, 그 첫 번째 목적이 있고, 두 번째 목적은 진동체가 미세하게 진동하여 노이즈에 극심한 영향을 받더라도, 이러한 노이즈에 관계없이 그 미세 진동 변위를 정확하게 산출할 수 있도록 하는데 있다.Therefore, the present invention was developed to solve the above problems, to accurately calculate the vibration displacement of the vibrating body regardless of noise, the first object is, the second object is to vibrate finely Even if the noise is severely affected, the micro-vibration displacement can be calculated accurately regardless of the noise.
이를 위해 본 발명에서는 먼저, 첫 번째 목적에 따라, 수광하는 광량에 따라 가변적으로 출력하는 수광부의 출력 전압을, 진동 변위 산출 수단이 설정 주기 동안 일정 시간 간격을 두고 이산적으로 다수개 검출한 다음, 이렇게 다수개 검출한 출력 전압 각각과 미리 설정된 기준 출력 전압과의 차이에 대한 평균치를 산출하여, 이를 이용해 평균치에 선형적으로 비례하는 진동체의 진동 변위를 노이즈에 관계없이 정확하게 산출하고자 한다.To this end, in the present invention, first, according to the first object, the output voltage of the light receiving unit that is variable output according to the amount of light received by the vibration displacement calculation means discretely detect a plurality of times at a predetermined time interval during the set period, The average value of the difference between each of the plurality of detected output voltages and the preset reference output voltage is calculated, and the vibration displacement of the vibrating body linearly proportional to the average value is used to accurately calculate the noise regardless of the noise.
그리고, 두 번째 목적에 따라, 수광하는 광량에 따라 가변적으로 출력하는 수광부의 출력 전압을, 진동 변위 산출 수단이 설정 주기 동안 일정 시간 간격을 두고 이산적으로 다수개 검출하고, 이렇게 다수개 검출한 출력 전압 각각을 설정 레벨 만큼 증대되게 데이터 가공해 제 2 출력 전압을 생성한 다음, 이들 각각을 미리 설정된 기준 출력 전압과의 차이에 대한 평균치를 산출하여, 이를 이용해 평균치에 선형적으로 비례하는 진동체의 미세 진동 변위를 노이즈에 관계없이 정확하게 산출하고자 한다.According to the second object, the output voltage of the light receiving unit that is variably output according to the amount of light received is discretely detected by the vibration displacement calculation means at predetermined time intervals during a set period, and the outputs thus detected are many Each of the voltages is data-processed to increase by a set level to generate a second output voltage, and then each of these is calculated as an average value for the difference from the preset reference output voltage, which is used to determine the vibrating body linearly proportional to the average value. The fine vibration displacement is to be calculated accurately regardless of noise.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
먼저, 첫 번째 목적을 달성하기 위한 본 발명의 진동 변위 산출 방법에 대해 도 3을 참조하여 설명하는데, 상기 도 3은 본 발명에 따른 진동 변위 산출 방법을 도시한 플로우 차트이다.First, the vibration displacement calculation method of the present invention for achieving the first object will be described with reference to FIG. 3, which is a flowchart illustrating the vibration displacement calculation method according to the present invention.
상기 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 진동 변위 산출 방법은, 먼저 발광부가 진동체의 진동에 따라 상하, 좌우, 또는 전후 방향으로 진동하는 미러(mirror)를 향해 광을 조사한다(S301).As shown in FIG. 3, in the vibration displacement calculation method according to the present invention, first, the light emitting unit irradiates light toward a mirror that vibrates in up, down, left, and right directions according to the vibration of the vibrating body (S301). ).
이 때, 발광부는 그와 연결된 해당 기기의 시스템 제어부의 제어하에 진동체의 구동과 동시에 주기적으로 광을 조사하도록 할 수 있으나, 이렇게 지속적으로 광을 조사하게 되면, 발광부에 많은 전류가 흐르게 되어 그 발광부 수명을 단축시킬 수 있기 때문에, 가능한, 원하는 시간 동안만 광을 조사하도록 하는 것이 바람직하다.At this time, the light emitting unit may be irradiated with light periodically at the same time as the driving of the vibrating body under the control of the system control unit of the corresponding device connected thereto, but if the light is continuously irradiated in this way, a lot of current flows to the light emitting unit Since the life of the light emitting portion can be shortened, it is preferable to irradiate light only for a desired time as much as possible.
그리고, 발광부는, 가능한 미러의 중심을 향해 광이 조사될 수 있도록 위치시키고, 가능한 발산각이 큰 소자를 사용하도록 하는데, 특히 상기 발광부에 사용되는 광 방출 소자로는 발광 다이오드(Light Emitting Diode)를 사용하는 것이 바람직하다.The light emitting unit is positioned so that light can be irradiated toward the center of the mirror as much as possible, and a device having a large divergence angle is used. Particularly, the light emitting element used in the light emitting unit is a light emitting diode. Preference is given to using.
한편, 단계(S301)에 따라 상기 발광부가 진동하는 미러를 향해 광을 조사하면, 미러가 그 조사된 광을 반사시키고, 상기 발광부와 일정 거리만큼 이격되어 나란히 설치된 수광부는 미러를 통해 반사된 광을 수광하여(S302) 그 수광한 광량에 따라 가변적으로 출력 전압을 발생한다.On the other hand, when the light is irradiated toward the mirror vibrating the light emitting unit according to the step (S301), the mirror reflects the irradiated light, and the light receiving unit installed side by side spaced apart from the light emitting unit by a predetermined distance is reflected light through the mirror Is received (S302) to generate an output voltage variable according to the received light amount.
이 때, 진동체가 전후 방향의 진동은 하지 않고, 좌우 또는 상하 방향만으로 진동을 하는 경우에는, 발광부에서 조사된 광이 미러에 반사되어 수광부로 수광될 때까지 그 광 경로의 길이는 변화되지 않아 해당 광량이 변화하지 않기 때문에, 이에 본 발명에 의한 시스템은 전후 방향의 진동 변위만을 측정할 수가 있다.At this time, when the vibrator does not vibrate in the front-rear direction and only vibrates in the left-right or up-down direction, the length of the optical path does not change until the light irradiated from the light emitting unit is reflected by the mirror and received by the light receiving unit. Since the amount of light does not change, the system according to the present invention can only measure vibration displacement in the front-back direction.
그리고, 상기 수광부에 사용되는 광전 변환 소자로는, 광 다이오드(Photo Diode) 또는 광 트랜지스터(Photo Transistor) 중에서 선택된 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.As the photoelectric conversion element used in the light receiving unit, it is preferable to use any one selected from a photo diode and a photo transistor.
계속해서, 상기 진동 변위 산출 수단은 단계(S302)에서 수광한 광량에 따라 가변적으로 출력하는 수광부의 출력 전압을, 진동 변위 산출 수단이 설정 주기 동안 일정 시간 간격을 두고 이산적으로 다수개 검출한다(S303).Subsequently, the vibration displacement calculating means detects discretely a plurality of output voltages of the light receiving portion that are output in a variable manner in accordance with the amount of light received in step S302 at predetermined time intervals during the set period ( S303).
다음, 단계(S303)에 따라 다수개 검출한 출력 전압 각각과 미리 설정된 기준 출력 전압과의 차이에 대한 평균치를 산출한다.Next, according to step S303, an average value for the difference between each of the plurality of detected output voltages and the preset reference output voltage is calculated.
예컨대, 단계(S303)에 따라 다수개 검출한 출력 전압 각각과 미리 설정된 기준 출력 전압과의 차이값을 다수개 산출하고(S304), 단계(S304)에서 다수개 산출한 차이값 각각의 해당 절대값을 산출한 다음(S305), 단계(S305)에서 산출한 다수의 절대값에 대한 평균치를 산출한다(S306).For example, in operation S303, a plurality of difference values between each of the plurality of detected output voltages and a preset reference output voltage are calculated (S304), and the corresponding absolute value of each of the plurality of difference values calculated in step S304. Next, the average value of the plurality of absolute values calculated in step S305 is calculated (S305).
상기와 같은 방법으로, 다수개 검출한 출력 전압 각각과 미리 설정된 기준 출력 전압과의 차이에 대한 평균치를 산출하게 되면, 하기의 수학식1에 따라 진동체가 전후방향으로 진동함에 따라 발생되는 진동체의 진동 변위△x를 산출하게 된다.By calculating the average value of the difference between each of the plurality of detected output voltages and the preset reference output voltage in the above manner, the vibrating body is generated as the vibrating body vibrates back and forth according to Equation 1 below. The vibration displacement Δx is calculated.
로 표시되며, A는 다수개 검출한 출력 전압(Vout)각각과 미리 설정된 기준 출력 전압과의 차이에 대한 평균치로서, xo : 진동체가 진동하지 않을 경우의 수광부와 미러간의 최단거리이고, Vo : 진동체가 진동하지 않을 경우 수광부에서 수광되는 출력 전압이다. Where A is the average value of the difference between each of the plurality of detected output voltages (V out ) and the preset reference output voltage, and x o is the shortest distance between the light receiving unit and the mirror when the vibrator does not vibrate, and Vo : Output voltage received from the light receiver when the vibrator does not vibrate.
덧붙여서, 상기 진동 변위 산출 수단을 통해 산출된 진동 변위는, 예컨대, 진동체의 이상 진동 유무를 판별하는 시스템 제어부에 출력함으로써 그 시스템 제어부가 이 산출된 진동 변위 정보를 이용해 진동체의 이상 진동 유무를 정확히 판별할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.In addition, the vibration displacement calculated by the vibration displacement calculating means is output to, for example, the system controller for determining the presence or absence of abnormal vibration of the vibrating body, so that the system controller uses the calculated vibration displacement information to determine whether there is abnormal vibration of the vibrating body. It is desirable to be able to accurately determine.
이와 같이, 본 발명은, 수광하는 광량에 따라 가변적으로 출력하는 수광부의 출력 전압을, 진동 변위 산출 수단이 설정 주기 동안 일정 시간 간격을 두고 이산적으로 다수개 검출한 다음, 이렇게 다수개 검출한 출력 전압 각각과 미리 설정된 기준 출력 전압과의 차이에 대한 평균치를 산출하여, 이를 이용해 평균치에 선형적으로 비례하는 진동체의 진동 변위를 노이즈에 관계없이 정확하게 산출할 수 있게 된다.As described above, according to the present invention, the output voltage of the light receiving unit that is variably output in accordance with the amount of light received is discretely detected by the vibration displacement calculation means at predetermined time intervals during the setting period, and then the outputs thus detected in plurality By calculating the average value of the difference between each of the voltage and the predetermined reference output voltage, it is possible to accurately calculate the vibration displacement of the vibrating body linearly proportional to the average value regardless of the noise.
다음으로는, 두 번째 목적을 달성하기 위한, 또 다른 본 발명인 진동 변위 산출 방법에 대해 도 4를 참조하여 설명하는데, 상기 도 4는 본 발명에 따른 진동 변위 산출 방법을 도시한 플로우 차트이다.Next, a vibration displacement calculation method according to another embodiment of the present invention for achieving the second object will be described with reference to FIG. 4, which is a flowchart illustrating a vibration displacement calculation method according to the present invention.
상기 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 진동 변위 산출 방법은, 먼저 발광부가 진동체의 진동에 따라 상하, 좌우, 또는 전후 방향으로 진동하는 미러(mirror)를 향해 광을 조사한다(S401). As shown in FIG. 4, in the vibration displacement calculation method according to the present invention, first, the light emitting unit irradiates light toward a mirror that vibrates in up, down, left, or front directions according to vibration of the vibrating body (S401). ).
이 때, 발광부는 그와 연결된 해당 기기의 시스템 제어부의 제어하에 진동체의 구동과 동시에 주기적으로 광을 조사하도록 할 수 있으나, 이렇게 지속적으로 광을 조사하게 되면, 발광부에 많은 전류가 흐르게 되어 그 발광부 수명을 단축시킬 수 있기 때문에, 가능한, 원하는 시간 동안만 광을 조사하도록 하는 것이 바람직하다.At this time, the light emitting unit may be irradiated with light periodically at the same time as the driving of the vibrating body under the control of the system control unit of the corresponding device connected thereto, but if the light is continuously irradiated in this way, a lot of current flows to the light emitting unit Since the life of the light emitting portion can be shortened, it is preferable to irradiate light only for a desired time as much as possible.
그리고, 발광부는, 가능한 미러의 중심을 향해 광이 조사될 수 있도록 위치시키고, 가능한 발산각이 큰 소자를 사용하도록 하는데, 특히 상기 발광부에 사용되는 광 방출 소자로는 발광 다이오드(Light Emitting Diode)를 사용하는 것이 바람직하다.The light emitting unit is positioned so that light can be irradiated toward the center of the mirror as much as possible, and a device having a large divergence angle is used. Particularly, the light emitting element used in the light emitting unit is a light emitting diode. Preference is given to using.
한편, 단계(S401)에 따라 상기 발광부가 진동하는 미러를 향해 광을 조사하면, 미러가 그 조사된 광을 반사시키고, 상기 발광부와 일정 거리만큼 이격되어 나란히 설치된 수광부는 미러를 통해 반사된 광을 수광하여(S402) 그 수광한 광량에 따라 가변적으로 출력 전압을 발생한다. On the other hand, when the light is irradiated toward the mirror vibrating the light emitting unit according to step S401, the mirror reflects the irradiated light, and the light receiving unit installed side by side separated from the light emitting unit by a predetermined distance, the light reflected through the mirror Is received (S402) to generate an output voltage variably in accordance with the amount of light received.
이 때, 진동체가 전후 방향의 진동은 하지 않고, 좌우 또는 상하 방향만으로 진동을 하는 경우에는, 발광부에서 조사된 광이 미러에 반사되어 수광부로 수광될 때까지 그 광 경로의 길이는 변화되지 않아 해당 광량이 변화하지 않기 때문에, 이에 본 발명에 의한 시스템은 전후 방향의 진동 변위만을 측정할 수가 있다.At this time, when the vibrator does not vibrate in the front-rear direction and only vibrates in the left-right or up-down direction, the length of the optical path does not change until the light irradiated from the light emitting unit is reflected by the mirror and received by the light receiving unit. Since the amount of light does not change, the system according to the present invention can only measure vibration displacement in the front-back direction.
그리고, 상기 수광부에 사용되는 광전 변환 소자로는, 광 다이오드(Photo Diode) 또는 광 트랜지스터(Photo Transistor)를 사용하는 것이 바람직하다.As the photoelectric conversion element used in the light receiving unit, it is preferable to use a photo diode or a photo transistor.
계속해서, 상기 진동 변위 산출 수단은 단계에서 수광한 광량에 따라 가변적으로 출력하는 수광부의 출력 전압을, 진동 변위 산출 수단이 설정 주기 동안 일정 시간 간격을 두고 이산적으로 다수개 검출한다(S403).Subsequently, the vibration displacement calculating means detects discretely a plurality of output voltages of the light receiving unit that are variably output according to the amount of light received in the step, at predetermined time intervals during the set period (S403).
다음, 단계(S403)에 따라 다수개 검출한 출력 전압 각각을 설정 전압 레벨만큼 조정하여(S404) 제 2 출력 전압(V'out)을 다수개 생성하는데(S405), 단계(S405)의 제 2 출력 전압 생성은 하기의 수학식2를 이용하는 것이 바람직하다.Next, according to step S403, each of the plurality of detected output voltages is adjusted by a set voltage level (S404) to generate a plurality of second output voltages V ′ out (S405), and the second step of S405 is performed. It is preferable to use the following Equation 2 for output voltage generation.
한편, 단계(S405)에서 생성한 다수의 제 2 출력 전압 각각과, 기준 출력 전압과의 차이에 대한 평균치를 산출한다.Meanwhile, an average value of the difference between each of the plurality of second output voltages generated in step S405 and the reference output voltage is calculated.
예컨대, 단계(S405)에 따라 다수개 검출한 제 2 출력 전압 각각과 미리 설정된 기준 출력 전압과의 차이값을 다수개 산출하고(S406), 단계(S406)에서 다수개 산출한 차이값 각각의 해당 절대값을 산출한 다음(S407), 단계(S407)에서 산출한 다수의 절대값에 대한 평균치를 산출한다(S408).For example, in operation S405, a plurality of difference values between the plurality of detected second output voltages and a preset reference output voltage are calculated (S406), and a corresponding value of each of the plurality of difference values calculated in step S406 is calculated. After calculating the absolute value (S407), the average value for the plurality of absolute values calculated in step S407 is calculated (S408).
다음, 다수개 검출한 출력 전압 각각과 미리 설정된 기준 출력 전압과의 차이에 대한 평균치를 산출하게 되면, 산출한 평균치에 선형적으로 비례하여, 진동체가 전후방향으로 진동함에 따라 발생되는 진동체의 진동 변위를 상기의 수학식1을 이용하여 산출한다.Next, when the average value of the difference between each of the plurality of detected output voltages and the preset reference output voltage is calculated, the vibration of the vibrating body generated as the vibrating body vibrates in the front and rear direction in proportion to the calculated average value. The displacement is calculated using Equation 1 above.
덧붙여서, 상기 진동 변위 산출 수단을 통해 산출된 진동 변위는, 예컨대, 진동체의 이상 진동 유무를 판별하는 시스템 제어부에 출력함으로써 그 시스템 제어부가 이 산출된 진동 변위 정보를 이용해 진동체의 이상 진동 유무를 정확히 판별할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.In addition, the vibration displacement calculated by the vibration displacement calculating means is output to, for example, the system controller for determining the presence or absence of abnormal vibration of the vibrating body, so that the system controller uses the calculated vibration displacement information to determine whether there is abnormal vibration of the vibrating body. It is desirable to be able to accurately determine.
이와 같이, 본 발명은, 수광하는 광량에 따라 가변적으로 출력하는 수광부의 출력 전압을, 진동 변위 산출 수단이 설정 주기 동안 일정 시간 간격을 두고 이산적으로 다수개 검출하고, 이렇게 다수개 검출한 출력 전압 각각을 설정 레벨 만큼 증대되게 데이터 가공해 제 2 출력 전압을 생성한 다음, 이들 각각을 미리 설정된 기준 출력 전압과의 차이에 대한 평균치를 산출하여, 이를 이용해 평균치에 선형적으로 비례하는 진동체의 미세 진동 변위를 노이즈에 관계없이 정확하게 산출할 수 있도록 한다As described above, according to the present invention, the output voltage of the light receiving unit that is variably output in accordance with the amount of light received is discretely detected by the vibration displacement calculation means at predetermined time intervals during the set period, Each of the data is processed to be increased by a set level to generate a second output voltage, and then each of these is calculated as an average value for the difference from the preset reference output voltage, and the fine value of the vibrating body linearly proportional to the average value is used. Accurately calculate vibration displacement regardless of noise
다음으로는, 도 5를 참조하여 도 3의 진동 변위 산출 방법을 좀 더 상세히 설명한다.Next, the vibration displacement calculation method of FIG. 3 will be described in more detail with reference to FIG. 5.
상기 도 5에 도시된 바와 같이, 전술한 도 3의 진동 변위 산출 방법은, 설정 주기 동안 수광부에서 이산적으로 검출한 출력 전압 각각과 미리 설정된 기준 출력 전압과의 차이에 대한 평균치를 산출하여, 이를 이용해 진동체의 진동 변위를 측정하는데, 상기 평균치는 바로 포물선과 기준 출력 전압의 연장선이 이루는 면적이 된다. 이로 인해, 노이즈로 인해 발생하는, 좌상방향에서 우하방향으로 그어진 제 1 빗금 영역과 좌하방향에서 우상방향으로 그어진 제 2 빗금 영역이 상호 상쇄가 되어 진동체의 진동 변위를 노이즈에 관계없이 정확하게 산출할 수 있게 된다.As shown in FIG. 5, the vibration displacement calculation method of FIG. 3 described above calculates an average value of a difference between each of the output voltages discretely detected by the light receiving unit and a preset reference output voltage during the setting period. The vibration displacement of the vibrating body is measured, and the average value is the area formed by the parabola and the extension line of the reference output voltage. As a result, the first hatched area drawn from the upper left direction to the lower right direction and the second hatched area drawn from the lower left direction to the upper right direction caused by the noise cancel each other out so that the vibration displacement of the vibrating body can be accurately calculated regardless of the noise. It becomes possible.
하지만, A로 표시된 영역과 같이, 전술한 상쇄가 발생되지 않은 영역(A-1, A-2, A-3)은 노이즈에 의한 영향을 극심하게 받아 노이즈로 인한 전압 값이 진동체의 진동 변위로 인해 발생하는 출력 전압 값보다 오히려 커지게 되는데, 이러한 영역은 위상이 바뀔 때마다 반복적으로 발생되며, 특히 진동체의 진동 변위가 작을수록 더욱 극명하게 발생되는데, 본 발명에서는 이러한 문제점을 전술한 도 4에 따라 해결한 바, 그에 대해 도 6을 참조하여 좀 더 상세히 설명한다.However, as in the area indicated by A, the areas A-1, A-2, and A-3 in which the above-mentioned cancellation does not occur are severely affected by noise, and the voltage value due to the noise causes vibration displacement of the vibrating body. The output voltage becomes larger than the output voltage value, which is generated repeatedly each time the phase is changed. In particular, the smaller the vibration displacement of the vibrating body, the more clearly it occurs. As solved according to 4, it will be described in more detail with reference to FIG.
상기 도 6에 도시된 바와 같이, 도 4에 도시된 또 다른 진동 변위 산출 방법은, 수광하는 광량에 따라 가변적으로 출력하는 수광부의 출력 전압을, 진동 변위 산출 수단이 설정 주기 동안 일정 시간 간격을 두고 이산적으로 다수개 검출하고, 이렇게 다수개 검출한 출력 전압 각각을 설정 레벨 만큼 증대되게 데이터 가공해 제 2 출력 전압을 생성한 다음, 이들 각각을 미리 설정된 기준 출력 전압과의 차이에 대한 평균치를 산출하여 이를 이용해 진동체의 진동 변위를 산출하게 된다.As shown in FIG. 6, another vibration displacement calculation method illustrated in FIG. 4 includes output voltages of a light receiving unit that are variably output according to the amount of light received by the vibration displacement calculation means at predetermined time intervals during a set period. A plurality of discrete detection is performed, and each of the plurality of detected output voltages is data-processed to be increased by a set level to generate a second output voltage, and then each of these is calculated as an average of the difference from the preset reference output voltage. By using this to calculate the vibration displacement of the vibrating body.
즉, 부호 600, 601, 602, 603, 604, 606으로 표시된 수광부의 출력 전압이 본 발명에 따라 설정 레벨 만큼 증대되어, 새로이 데이터 가공된 부호 600', 601', 602', 603', 604', 606'의 제 2 출력 전압이 생성하게 되면, 전술한 도 5에서와 같은 상쇄 영역이 발생되어 노이즈로 인한 전압을 상쇄시킬 수가 있으며, 이렇게 노이즈로 인한 전압이 상쇄된 제 2 출력 전압 각각을 미리 설정된 기준 출력 전압과의 차이에 대한 평균치를 산출함으로써 진동체의 미세 진동 변위를 노이즈에 관계없이 정확하게 산출할 수 있게 된다.That is, the output voltages of the light receiving units indicated by the reference numerals 600, 601, 602, 603, 604, 606 are increased by the set level according to the present invention, and the newly processed data 600 ', 601', 602 ', 603', 604 ' , When the second output voltage of 606 'is generated, an offset region as shown in FIG. 5 may be generated to cancel the voltage due to noise. By calculating the average value of the difference with the set reference output voltage, it is possible to accurately calculate the fine vibration displacement of the vibrating body regardless of noise.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 진동 변위 산출 방법은, 노이즈에 관계없이 진동체의 진동 변위를 정확하게 산출할 수 있으며, 진동체가 미세하게 진동하여 노이즈에 극심한 영향을 받더라도, 이러한 노이즈에 관계없이 그 미세 진동 변위를 정확하게 산출할 수 있는 효과가 있다.As described in detail above, the vibration displacement calculation method of the present invention can accurately calculate vibration displacement of a vibrating body regardless of noise, and even if the vibrating body vibrates finely and is severely affected by the noise, regardless of such noise There is an effect that can accurately calculate the fine vibration displacement.
본 발명은 기재된 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.Although the invention has been described in detail only with respect to the specific examples described, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the spirit of the invention, and such modifications and variations belong to the appended claims.
도 1a는 일반적인 진동 변위 산출 시스템을 도시한 도면 1A is a diagram illustrating a general vibration displacement calculation system.
도 1b는 도 1a에 적용되는 진동 변위 산출 방법을 도시한 도면FIG. 1B illustrates a vibration displacement calculation method applied to FIG. 1A
도 2는 도 1b를 좀 더 상세히 설명하기 위한 도면FIG. 2 is a diagram for explaining FIG. 1B in more detail.
도 3은 본 발명에 따른 진동 변위 산출 방법의 제 1 실시예를 도시한 도면3 shows a first embodiment of a vibration displacement calculation method according to the present invention;
도 4는 본 발명의 제 2 실시예를 도시한 도면4 shows a second embodiment of the present invention;
도 5는 도 3을 좀 더 상세히 설명하기 위한 도면FIG. 5 is a diagram for explaining FIG. 3 in more detail.
도 6은 도 4를 좀 더 상세히 설명하기 위한 도면이다.FIG. 6 is a diagram for explaining FIG. 4 in more detail.
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