변위센서를 이용한 각도측정 예비보고서

문서 내 토픽

1. 변위센서의 정의 및 종류

변위센서는 물체가 이동한 거리 또는 위치변화를 아날로그 값으로 취할 수 있는 센서입니다. 역학적 물리량 측정의 기초는 물체의 이동거리 혹은 위치를 계측하는 것이며, 변위를 전기량으로 변환하는데 정전용량 변화, 인덕턴스 변화, 전기저항 변화, 발생 기전력변화를 이용합니다. 변위센서는 측정 변위에 따라 직선변위센서와 각변위센서로, 측정 방식에 따라 정전용량식, 전자유도식, 공기마이크로미터, 변위인코더 등으로 분류됩니다.
2. 정전용량식 변위센서

정전용량식 변위센서는 두 전극판 사이의 거리변화, 중첩면적 변화 혹은 유전체 이동에 인해 발생한 정전용량 변화를 이용합니다. 출력 임피던스가 높고 부유용량의 영향을 받기 쉬운 단점이 있지만, 구성과 취급에 주의하면 안정된 고정밀측정이 가능합니다. 거리변화는 미소 변위 검출에, 중첩면적 변화는 ㎜~㎝ 단위의 변위검출에, 유전체 이동은 물체나 사람의 존재 여부 감지에 적합합니다.
3. 변위인코더

변위인코더는 직선 또는 각 변위를 측정하여 펄스나 논리 신호로 출력하는 A/D 변환기입니다. 선형변위 인코더와 회전변위 인코더로 구분되며, 증분형과 절대형으로 나뉩니다. 광전식 인코더는 부호판과 광전소자를 사용하여 측정하며, 증분형은 명암을 계측하고 절대형은 투과광을 검출합니다. 광전식 인코더는 변위의 증감분을 출력하거나 측정치 전체를 출력할 수 있습니다.
4. 포텐셜미터(Potentiometer)

포텐셜미터는 저항체와 접촉하는 브러쉬의 위치에 따라 직선변위나 각변위를 전기 저항의 형태로 변화시키는 변위센서입니다. 접촉형과 비접촉형으로 구분되며, 접촉형은 권선형, 전도성 플라스틱형, 서밋형, 하이브리드형으로 분류됩니다. 구조와 신호처리 회로가 간단하고 비교적 저렴하지만 정밀도가 다소 떨어집니다.

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1. 주제1 변위센서의 정의 및 종류

변위센서는 물체의 위치 변화를 감지하고 측정하는 중요한 센서로, 산업 자동화, 로봇공학, 의료기기 등 다양한 분야에서 필수적입니다. 변위센서는 접촉식과 비접촉식으로 분류되며, 각각의 장단점이 있어 용도에 따라 선택해야 합니다. 접촉식 센서는 정확도가 높지만 마모가 발생할 수 있고, 비접촉식 센서는 내구성이 우수하지만 환경 영향을 받을 수 있습니다. 현대 산업에서는 정확한 위치 제어가 중요해지면서 변위센서의 기술 발전이 계속되고 있으며, 다양한 원리의 센서들이 개발되어 특정 응용에 최적화된 솔루션을 제공하고 있습니다.
2. 주제2 정전용량식 변위센서

정전용량식 변위센서는 두 전극 사이의 정전용량 변화를 이용하여 변위를 측정하는 방식으로, 비접촉식 센서 중 매우 정밀한 측정이 가능합니다. 이 센서는 응답속도가 빠르고 분해능이 우수하며, 극도로 작은 변위도 감지할 수 있어 정밀 제어가 필요한 분야에 적합합니다. 다만 측정 대상의 유전율 변화에 영향을 받을 수 있고, 습도나 온도 변화에 민감할 수 있다는 단점이 있습니다. 또한 전자기 간섭에 대한 차폐가 필요하며, 초기 캘리브레이션이 중요합니다. 반도체 제조, 정밀 기계 가공, 의료 기기 등에서 높은 정확도가 요구되는 응용에 널리 사용되고 있습니다.
3. 주제3 변위인코더

변위인코더는 회전 또는 직선 운동을 디지털 신호로 변환하는 센서로, 절대값 인코더와 증분식 인코더로 구분됩니다. 증분식 인코더는 상대적 위치 변화를 감지하여 비용이 저렴하고 구조가 간단하지만, 절대값 인코더는 전원이 꺼져도 절대 위치 정보를 유지하여 더 안정적입니다. 인코더는 높은 정확도와 반복성을 제공하며, 산업용 로봇, CNC 기계, 자동화 시스템 등에서 필수적인 피드백 장치입니다. 최근에는 다중 회전 인코더와 무접점 인코더 기술이 발전하면서 더욱 신뢰성 있는 위치 제어가 가능해졌습니다. 다만 설치 정렬이 중요하고 진동이 많은 환경에서는 성능 저하가 발생할 수 있습니다.
4. 주제4 포텐셜미터(Potentiometer)

포텐셜미터는 가변저항을 이용하여 변위를 아날로그 전압 신호로 변환하는 가장 기본적이고 경제적인 변위센서입니다. 구조가 단순하고 비용이 저렴하며 유지보수가 용이하여 많은 소비자 제품과 산업 장비에 광범위하게 사용됩니다. 그러나 접촉식이므로 슬라이더와 저항체 사이의 마모로 인해 수명이 제한되고, 측정 정확도가 다른 센서에 비해 낮으며 히스테리시스 현상이 발생할 수 있습니다. 또한 환경 오염에 취약하고 온도 변화에 따른 저항값 변화가 발생합니다. 그럼에도 불구하고 간단한 위치 제어, 음량 조절, 각도 측정 등 정밀도가 크게 중요하지 않은 응용에서는 여전히 널리 사용되고 있습니다.

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