LVDT 응용, 실시간 모니터링 위한 시스템 통신 구성

LVDT 응용, 실시간 모니터링 위한 시스템 통신 구성



6. 센서 구성 요소에 대한 연구 방법


 □ 실시간 모니터링 위한 LVDT 구성 요소

    ◯ 첫 번째 N1, 두 번째 N2, 세 번째 N3의 세 개의 링(ring)으로 구성

    ◯ 기본 링 N1의 입력이 끝나면 AC 전압을 적용해 N2와 N3의 자속(magnetic flux)을 생성

    ◯ N2와 N3는 동일한 단계에서 전류를 측정하는 장점

    ◯ 일반적으로 품질 관리에서 사용하는 센서 기기의 타입

    ◯ 높은 감도와 정밀도, 소형, 가벼움, 내구성은 정확한 측정을 원하는 상황에서 사용하기에 적합

    ◯ 변위 거리 측정에 사용


변화한 위치의 거리. 변위는 벡터로서 방향이 있는 물리량이다.


    ◯ 압력의 세기를 표현하는 전압의 크기를 감지(Sensing)

         - 제안된 시스템은 LVDT가 길이나 진동을 측정해 데이터의 변화에 상응하는 신호를 보냄

         - 신호는 유선이나 무선 기기에 입력되어 증폭 회로에서 증폭되어 전달

         - 길이와 깊이의 측정이나 진동을 위한 정확한 양질의 시스템에 사용

         - 그림 5 : LVDT 구조의 다이어그램과 센서의 회로


그림 5. (a) LVDT structural diagram. (b) LVDT sensor circuitry그림 5. (a) LVDT structural diagram. (b) LVDT sensor circuitry [실시간 Embedded Monitoring 응용]


 □ 전류 센싱 부품

    ◯ 이 연구에서 사용한 센서 컴포넌트는 LEM HAS 50-S에 연결된 전류 센서

         - Hall Component 타입 적용


Hall Effect

전류가 흐르는 도선 안이나 다른 고체 안에서 움직이는 전하와 관련이 있다. 전류가 흐르는 도선에 수직인 자기장은 도선 내에서 움직이는 전하들을 한쪽 면으로 휘어지게 만든다.


따라서 도선의 한쪽 면에는 음전하가 쌓이고 다른 한쪽은 양으로 대전된다. 그러면 전기장이 도선을 가로질러 존재하게 되는데, 이를 홀 전기장(Hall field)이라고 하며 홀 전기장은 도선을 가로지르는 전위차(홀 전압, Hall voltage)를 측정하여 계산할 수 있다.


         - Hall 컴포넌트를 통해 전압 신호로 변환되는 전류 감지 장치를 사용

         - 그림 6 LVDT : 차동 증폭기와 Hall 컴포넌트(LEM HAS 50-S)를 연결하여 형성된 전류 센서


그림 6. LEM HAS 50-S그림 6. LEM HAS 50-S [실시간 Embedded Monitoring 응용]


 □ ZM04 컴포넌트

    ◯ ZM04는 일반적으로 기계 대 기계의 무선 통신 기기로 응용

    ◯ 하드웨어 측면에서, ZM04는 10V의 아날로그 입력 신호 제공

    ◯ 산업상 표준 디지털 출력을 제공


신호, Darlington 출력 증폭율을 직렬을 이용해 100~1000배로 늘린다.


    ◯ 무선 전송을 위해 802.15.4 표준이 사용

    ◯ 응용 분야로 조명, 난방, 냉방 분야, 산업 건설, 산업 자동화 제어, 의료 지원, RFID 응용 등

    ◯ 이 연구에서 온도, 습도, 이산화탄소 센서로 만들어져 사용됨

    ◯ 그림 7 : ZM04 컴포넌트, GIO-ZM 컴포넌트, 에너지 실시간 모니터링 컴포넌트


그림 7. (a)ZM04 (b)GIO-ZM (c) monitoring그림 7. (a)ZM04 (b)GIO-ZM (c) monitoring [실시간 Embedded Monitoring 응용]

 □ GIO-ZM 컴포넌트

    ◯ 사양 : AMD PCs와 CC2430으로 Geode™ 프로세서가 내장, 임베디드 시스템 제어 플랫폼과

             지그비 무선 전송 기술 및 정보 관리 시스템이 통합되어 있음

    ◯ 원격 사용자(remote-end)의 데이터 수집, 로직 제어/스케쥴링 제어, 기능에 적용할 수 있음

    ◯ 이 연구에서 사용한 GIO-ZM은 ZM04에서 전송되는 데이터 수신 후, LCD 모니터에 디스플레이


 □ 에너지 모니터링 컴포넌트

    ◯ LabView 실시간 모니터링 스크린의 전원 공급이나 차단에 사용


7. LVDT, 지그비, 실시간 모니터링 임베디드 시스템 연구 방법


 □ System block diagram

    ◯ Linear IC 증폭을 통하여 데이터 센서를 통과한 후


입력량에 대응하여 출력량이 선형인 특성을 갖고 있으며 전기 신호의 증폭, 발진, 변환, 연산, 필터링 등의 기능이 있는 아날로그 집적 회로.


    ◯ 무선 장치나 유선 장치 신호를 추출

    ◯ LabView로 지그비 임베디드 시스템을 디자인, 개발, 통합

    ◯ 유선, 무선 인터페이스를 사용하여 실시간 모니터링을 실행

    ◯ 그림 8 : 시스템의 블록 다이어그램과 이 연구에서 사용한 통합 플랫폼을 나타냄


그림 8. system block diagram그림 8. system block diagram [실시간 Embedded Monitoring 응용]


 □ Thickness filtering

    ◯ 센서 컴포넌트는 LVDT를 사용해 개발되며, 산업용 측정 아이템의 Thickness filtering를 적용

    ◯ 그림 9(a) : 표준 두께(cm)와 측정 아이템의 두께로, 측정한 두께가 표준 두께를 초과하면

       그림에 빨간색, 초과하지 않으면 녹색으로 표시. 우측 창에서 표준 두께와 오차 범위 설정.


 □ 지반 진동 센싱 (Ground vibration sensing)

    ◯ LVDT로 개발되었고, 공장 안전과 관련되어 공장 기계들의 진동 강도 측정에 사용

    ◯ 그림 9(b) : 측정된 진동 강도가 안전한 진동 강도를 초과할 경우, 그림 9(a)처럼 빨간 색으로

       표현되며, 발생한 시간과 진동의 강도, 발생 번호를 기록한다(그림 9(c)).


 □ 중량 선별 (Weight grading)

    ◯ LVDT로 개발되었고, 중량에 따라 물품의 산업용 등급(industrial grading) 적용이 가능

    ◯ 그림 9(d) : 측정할 중량 범위(kg)를 설정한 뒤, 특정 범위에 속하는 중량의 제품 등급을 분류



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