타코미터 센서 (Tachometer)

 

 

 

 

타코미터 센서 (Tachometer)

타코미터는 회전체의 회전 속도를 측정하기 위해 사용되는 센서로, 회전체의 움직임(회전 운동)을 전기적 신호로 변환하는 역할을 한다. 타코센서가 생성하는 전기 신호는 회전 속도에 비례하며, 이를 통해 판독된 값은 일반적으로 RPM 또는 Hz로 표시한다.

 

다음은 타코미터 센서의 종류이다.

 

 

 

 

 

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1. 광학 센서 (Optical Sensor)

 

광학 센서는 빛을 이용하여 회전 속도를 감지하는 비접촉식 센서이다. 일반적으로 발광 다이오드(LED) 또는 레이저를 광원(Light source)으로 사용하고 광 트랜지스터를 검출기(Light detector)로 사용한다.

기본 동작 원리는 회전체와 샤프트를 통해 연결된 디스크(Disc)의 회전 운동을 빛의 통과 여부나 반사 신호로 변환하고, 이를 기반으로 디지털 펄스를 생성하는 방식이다.

 

 

보통 다음의 두가지 방식으로 구현된다.

 

1. 투과형 : 디스크에 여러 개의 구멍을 뚫어 빛이 각 구멍을 통과할 때마다 전기 펄스를 생성하는 방식
2. 반사형 : 디스크의 평평한 영역 또는 측면에 반사 마크를 부착하여 빛이 검출기로 반사될 때 전기 펄스를 생성하는 방식

 

1. 투과형 방식

2. 반사형 방식

 

 

• 구멍 또는 반사 마크는 1개에서 원하는 경우 수백 개까지 사용할 수 있다. 디스크에 구멍이나 반사 마크를 많이 배치할 수록 단위 각도 당 생성되는 펄스의 수가 증가하여 분해능이 높아지고 저속 회전 상황에서 회전의 변화를 세밀하게 감지할 수 있다는 장점이 있다.
• 구멍 또는 반사 마크의 모양은 더 샤프한 신호 전환을 위해 보통 둥근 모양보다 직사각형 모양이 선호되는 경우가 많다.
• 빠른 응답 속도로 고속 회전체의 측정에 적합하다.
• 빛의 간섭과 먼지와 오염에 민감하다는 단점이 있다.

 

 

 

 

 

 

 

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2. 마그네틱 픽업 센서 (Magnetic Pickup Sensor)

 

마그네틱 픽업센서는 전자기 유도를 이용해 회전 속도를 측정하는 비접촉식 센서로 주로 기어와 같은 자성체가 센서 근처를 통과할 때 작은 사인파 신호를 생성한다. 

기본 동작 원리는 트리거 휠의 톱니가 센서의 코일 근처를 지나면 코일 주위의 자기장이 변화하여 유도 전압이 생성되고, 톱니가 하나 통과할 때마다 하나의 완전한 진동 파형이 생성되는 방식이다.

 

 

 

• 출력 신호의 전압은 자기장의 강도에 비례하며 톱니와 Pole pin 사이의 공극(Air Gap)에 영향을 받는다. Air Gap이 좁을수록 신호가 더 강해진다.
• 내부 코일을 통해 유도전압을 사용하기 때문에 외부 전원이 필요없다.
• 회전체가 멈추면 신호가 생성되지 않는다.
• 유도 전압은 자기장의 변화율(ΔB/Δt)에 비례하기 때문에 회전체 속도가 빠를수록 출력 전압이 높아지고 회전체 속도가 느릴수록 출력 전압이 감소한다. 따라서 느린 속도에서는 신호 감지가 어려울 수 있다.
• 속도 측정에는 기어에 이빨이 하나면 충분하지만 이빨이 많을 수록 속도 변화를 더 빨지 감지할 수 있다.
• 센서에서 생성된 출력 전압 신호가 약하기 때문에 외부 간섭에 민감하며, 이를 방지하기 위해 센서와 제어 장치까지의 신호선은 일반적으로 동축케이블로 차폐한다.

 

 

 

 

 

 

 

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3. 홀 센서 (Hall Effect Sensor)

 

홀 센서는 자기장의 존재와 강도를 감지하여 디지털 신호로 출력하는 센서로 회전 속도를 측정하는데 사용한다.

기본 동작 원리는 자성체가 센서를 통과할 때 자기장의 강도를 감지하여 mV 수준의 아날로그 전압을 생성하고, 센서 하우징 내부의 증폭 및 신호 처리 회로를 통해 일정한 진폭의 디지털 파형으로 변환하여 출력한다.

 

 

 

• 센서 내부 회로의 작동과 신호 처리를 위해 외부 전원 공급이 필요하다.
• 마그네틱 픽업 센서와 달리 자기장의 변화율에 의존하지 않고 자기장의 존재와 강도에만 의존한다.
• 자기장의 강도에 의존하기는 하나, 내부 회로를 통해 출력 신호의 진폭이 일정하게 유지되기 때문에 마그네틱 픽업 센서와 달리 설치 시 공극(Air Gap)의 영향을 덜 받는다.
• 회전체가 멈췄을 때에도 자성체가 센서에 인접한 상태이면 센서가 계속 전압을 출력한다. 

 

 

 

 

 

 

✔️ 타코미터 센서 vs 엔코더

타코미터 센서가 회전체의 회전 속도를 측정하는 데 초점이 맞춰져 있다면 엔코더는 회전 속도뿐 아니라 회전 방향(증분형 엔코더)과 정확한 각도(절대형 엔코더)를 감지하는데 사용된다. 타코미터 센서 2개를 서로 약간의 위상 차이를 두고 배치하는 경우에도 두 신호의 위상 차이를 분석하여 회전 방향을 알 수 있지만, 엔코더의 경우 디스크와 센서를 최적화된 방식으로 설계하여 방향감지에 있어 더 높은 정밀도를 제공한다고 할 수 있다.

 

 

 

 

Reference:

https://www.weschler.com/blog/tachometer-measurements/

https://www.linkedin.com/pulse/inductive-hall-effect-rpm-sensors-explained-kiril-mucevski