[Automation System] 03 Incremental/Absolute Encoder, Hall Effect

1. 엔코더 (Encoder)

▶ 직선 또는 회전을 감지하여 전기 신호로 변환하는 센서

광학식 엔코더 (Optical Encoder)

▶ 빛을 이용하여 디스크의 슬릿 패턴을 감지

1. Incremental Encoder (증분형 엔코더)
   • 상대 변위 측정 (전원을 끄면 위치 기억 X)
   • 디스크의 외곽 슬릿과 안쪽 슬릿이 미세하게 어긋나 있음 → 회전 방향 판별
   • 세 번째 슬릿은 영점 인식용 (한 개 슬롯만 열려 있음)*
   • 영점 조절 과정:
     1. 전원을 켜면 영점 위치로 복귀 → 초기값으로 팔이 펴짐
     2. 이후 입력값에 맞춰 각도 조정
     3. 전원을 껐을 때 초기값으로 돌아가지 않게 하려면 배터리 백업 또는 절대값 엔코더 사용 필요

Incremental Encoder, Two Slots

     2. Absolute Encoder (절대형 엔코더)

• 전원을 꺼도 위치 기억 
• 디스크에 고유한 패턴 (Binary Code) 활용
• 예시: 3개의 동심원 디스크 → 2³ = 8가지 경우
• 분해능 (Resolution)*: ​

Absolute Encoder

 

Difference of the Incremental & Absolute Encoder

✅ 전원 켠 후 반드시 영점(참조점) 설정 필요

❌ 전원 켜도 현재 위치 그대로 유지

 

2. 근접 센서 (Proximity Sensor)

▶ 물체의 접근을 감지하는 센서

1. 공기압 근접 센서 (Pneumatic Proximity Sensor)
   • 비접촉식 → 기계적 마모 없음
2. 근접 스위치 (Proximity Switch)
   • 작동 원리: 물리적 접촉 / 전기장 / 자기장 / 감광성 이용
   • 자석이 접근하면 감지 가능 → 예: 캡스 문 센서
   • 장점: 문 쪽에는 자석만 부착하면 됨

 

3. 홀 효과 (Hall Effect)

▶ 도체나 반도체에 전류가 흐를 때 자기장을 가하면, 전하들이 한쪽으로 치우쳐 전압이 생기는 현상

1. 홀 효과의 원리
   • 평판 도체에 수직 자기장 형성 시 전자가 한쪽으로 치우침 → 전위차 발생( = 전압 발생 )
   • 자기장과 전류만 있으면 작동 가능 → 극한 환경(고온, 저온)에서도 동작 가능
   • 연료탱크 등 극한 환경에서 활용

*전압 : 전자의 움직임(전류)을 만들기 위한 힘, 전압은 물이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르도록 만드는 "수압" 같은 역할

1. 홀 전압 공식

 

• KH : Hall effect coefficient, 홀 효과 계수
• B : Magnetic flux density, 자기장 밀도
• I : 흐르는 전류
• t : 평판 두께
• VH : 홀 전압, Voltage of Hall

 

4. 속도 및 운동 측정 센서

▶ 회전 속도 및 운동 감지

1. Incremental Encoder (증분형 엔코더)
   • 속도 측정 가능 (위치 변화 감지 → 시간에 따른 속도 계산)
2. Variable Reluctance Tachogenerator (가변 리럭턴스 타코제너레이터)
   •  

✅ VRTG는 최대 약 10,000 RPM까지 고속 회전하는 물체의 속도를 측정할 수 있어!

✅ 전자기 유도(Faraday's Law of Induction) 원리로 동작
✅ 자성이 있는 휠(Wheel)이 회전하면서 코일(Pick-up Coil)과의 거리 변화 → 자기장 변화 → 유도 전압(AC 전류) 발생
✅ 출력 신호는 교류(AC) 형태의 전압 → 주파수를 통해 회전 속도를 측정

✅ 즉, VRTG는 자기장의 변화를 감지해서 유도 기전력을 생성하는 속도 센서야!
❌ 전자가 이동하여 전위차가 생기는 홀 효과와는 관련이 없어!

 

기전력, 자기장 변화에 의해 유도된 전압

 

5. 열 감지 센서 (Pyroelectric Sensor)

▶ 열 변화 감지를 통한 센서 작동

1. 원리
   • 특정 결정 구조의 재료가 온도 변화에 따라 전기를 발생
   • 전위차를 감지하여 열원 감지 (사람, 동물의 체온 등)
   • 전위차 크기가 매우 작음 → 신호 증폭 필요

✅ 맞아! 전압은 증폭기(Amp, Amplifier) 같은 회로를 이용해서 키울 수 있어.
✅ 특히 센서에서 발생하는 작은 신호(약한 전압)를 증폭해서 신호 처리를 쉽게 할 수 있어!

 

     2. JFET (Junction Field Effect Transistor)의 역할

• 센서에서 발생한 미세 신호를 증폭하여 판별 가능하도록 처리
• JFET는 전압 증폭 할 수 있는 반도체 소자