Abstract
Inductive sensors are versatile and economical devices that are widely used to measure a wide variety of physical variables, such as displacement, force, and pressure. In this paper, we propose a simple inductive sensor consisting of a thin partial ring and a coil set. The self-inductance of the sensor was estimated using magnetic circuit analysis and validated through finite element analysis (FEA). The natural frequency of the ring was estimated using Castigliano's theorem and the method of equivalent mass. The estimation was validated through experiments and FEA. A prototype sensor with a signal processing circuit is built and applied to noninvasively sense the pressure inside a flexible tube. The obtained sensor outputs show quadratic behavior with respect to the pressure. When fitted to a quadratic equation, the least-square measurement error was less than 2%. The results confirm the feasibility of pressure sensing using the proposed inductive sensor.
자기유도(inductive) 센서는 원리가 간단하고 경제적이어서 변위, 힘, 압력 등 다양한 물리량 측정에 사용된다. 본 논문에서는 고리 모양의 강판과 코일로 이루어진 간단한 구조의 자기유도 센서를 제안하였다. 센서의 인덕턴스를 자기회로 방법을 이용하여 추정하고 유한요소 해석을 통해 검증하였다. 고리의 고유 진동수를 Castigliano 정리와 등가 질량 방법을 이용하여 추정하고 실험 및 유한요소 해석을 통해 검증하였다. 기계적 진동에 영향을 주지 않도록 센서의 가진 주파수를 결정하였으며, 구동 및 신호처리 회로를 설계하여 센서를 제작하였다. 제작된 자기유도 센서를 유연관 내부의 유체 압력을 비침습적으로 측정하는데 활용하였다. 압력과 센서 출력 간의 관계를 이차식 형태로 표현하면 2% 이내의 정확도로 압력을 측정할 수 있어 압력 센서로서의 가능성을 확인하였다.
