비접촉 진동 검출을 위한 유도성 근접센서모듈 개발

Abstract

금속물체의 피로도를 측정하기 위하여 고속으로 진동시키면서 비접촉으로 정밀하게 변위를 측정하는 방법에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다. 비접촉 고속 진동 검출센서들은 와류 센서나 레이저 센서들을 주로 사용하고있지만 매우 고가이다. 최근 저가의 유도성 센서를 고속 진동검출에 적용하려는 연구가 이루어지고 있으나 아직은 초보단계이다. 본 연구에서는 저가의 유도성 센서를 이용하여 비접촉으로 고속 진동을 검출하는 새로운 근접 센서모듈 설계방법을 제안하였다. 기존의 유도성 센서모듈들은 검파, 적분, 및 증폭과정을 통하여 변위를 검출하기 때문에 아날로그회로 특성상 잡음에 약하고 적분과정에서 변위 검출속도 저하의 요인이 된다. 제안된 방법은 AD변환기(Analog to Digital converter)를 사용하지 않고 진동 주파수신호를 직접 디지털 신호로 변환하는 새로운 방법으로 아날로그 잡음의 영향을 적게 받으며 고속으로 신호를 처리할 수 있는 장점이 있다. 성능 평가를 위하여 셰이커로 진동 주파수를 30Hz부터 1,100Hz 까지 일정간격으로 금속편을 진동시키면서 제안된 센서 모듈을 이용하여 비접촉으로 진동 신호를 검출하였다. 실험결과 비접촉 근접 거리 5mm 이내에서 진동 주파수 검출범위는 DC에서 1,100Hz까지 측정할 수 있었으며 진동 폭의 해상도는 <TEX>$20{\mu}m$</TEX>로 나타났다. 따라서 제안된 유도성 센서모듈은 정밀 비접촉 고속 진동검출 센서로서 충분한 성능을 가지고 있다고 평가된다. To measure the fatigue of metallic objects at high speed vibration while non-contact precision displacement measurement on how to have a lot of research conducted. Noncontact high-speed vibration detection sensor of the eddy current sensors and laser sensors are used, but it is very expensive. Recently, High-speed vibrations detection using an inexpensive inductive sensor to have been studied, but is still a beginner. In this paper, a new design of an inexpensive inductive proximity sensor has been suggested in order to measure high frequency dynamic displacements of metallic specimens in a noncontact manner. Detection of the existing inductive sensors, detection, integral, and amplified through a process to detect the displacement noise due to weak nature of analog circuits and integral factor in the process of displacement detection is slow. The proposed method could be less affected by noise, the analog receive and high-speed signal processing is a new way, because AD converter (Analog to Digital converter) without using the vibration frequency signals directly into digital signals are converted. In order to evaluate the sensing performance, The proposed sensor module using non-contact vibration signals were detected while shaker vibration frequencies from 30Hz to 1,100 Hz at intervals of vibrating metallic specimens. Experimental results, Vibration frequency detection range of the metallic specimins within close proximity to contactless 5mm could be measured from DC to 1,100Hz and vibration amplitude of the resolution was <TEX>$20{\mu}m$</TEX>. Therefore, the proposed non-contact inductive sensor module for precision vibration detection sensor is estimated to have sufficient performance.