KR100224481B1 - 열전자의 편향을 이용한 열전자 자이로센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열전자를 방출시켜서 방출된 열전자가 전계에 의해 이동할 때 회전체의 회전력에 의해 편향되는 정도를 측정하는 열전자 자이로센서를 제공하기 위하여, 진공상태인 2개의 유리관(30)(30a)의 중앙부위에 절연세라믹(11)(11a)이 개재된 음극지지구(12)(12a)에 의하여 접합되는 음극부(10)(10a)와, 상기 유리관(30)(30a)의 양단에 절연세라믹(22)(22a)이 개재된 양극지지구(23)(2,3a)에 의하여 접합되는 양극부(20)(20a)를 형성하되, 상기 음극부(10)(10a)에는 절연세라믹(11)(11a)에 의해 지지되는 텅스텐 필라멘트 음극(13)이 배치되어 있고, 상기 양극부(20)(20a)에는 테프론 절연체(21)(21a)를 개재하여 양극(24)(24a)이 상호 대향하도록 배치된 구성으로, 인가전압에 의해 음극으로 부터 방출된 열전자는 음극과 양극사이의 전계에 의해 양극으로 이동하게 되고, 이동된 전자가 양극과 충돌하면서 양극에는 전류가 흐르게 되는데 이때 양극중 어느 한쪽으로 전류가 많이 검출되면 열전자가 회전에 의해 편향되었음을 알 수 있기 때문에 회전체의 회전정도를 감지할 수있다.

Description

열전자의 편향을 이용한 열전자 자이로센서(Thermoelectron Gyrosensor Using Thermoelectron Deviation)

본 발명은 열전자 방출시 물체의 회전에 의한 열전자의 편향을 이용한 열전자 자이로센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열전자를 방출시켜 방출된 열전자가 전계에 의해 이동할 때 회전체의 회전력에 의해 편향되는 정도를 측정할 수 있는 초소형 열전자 자이로센서에 관한 것이다.

일반적으로 각속도 측정을 위한 자이로센서는 지금까지는 항공기, 선박, 우주선 등에 부착되어 위치파악과 자세제어 등의 용도로 사용되어 왔으며, 최근에는 능동 현가장치, 미끄럼 방지장치, 에어백과 같은 자동차 분야, 비디오 카메라의 손떨림 방지장치, TV원격 조정장치, 컴퓨터의 공간마우스 등과 같은 가전분야 및 군사, 의료, 산업분야등과 같은 새로운 응용분야에까지 널리 사용되어 가고 있는 추세에 있다.

제1도는 종래의 진동형 자이로센서를 개략적으로 나타내는 사시도이며, 동일 도면에 있어서, 기부(1)위에 폭이 좁은 유리 베이스(2)가 길이방향으로 접합되어 있고, 상기 유리 베이스(2)상에 길이방향으로 에칭된 긴 홈(groove)(3)이 형성되어 있고, 그 긴 홈(3)을 따라 발진바(4)가 접합되어 있고, 상기 발진바(4)의 양측에 소정간격을 두고 길이방향으로 제 1 및 제 2 양극(5)(5a)이 접합되어 있고, 다른쪽 끝부분에는 음극(6)이 형성되어 있다.

상기한 진동형 자이로센서는 회전부분이 없기 때문에 베어링이 필요없고, 또한 반도체 제조공정을 이용한 구조이기 때문에 소형화가 가능함은 물론 저가의 대량생산이 가능하게 된다.

그러나, 이러한 진동형 자이로센서는 진동기구를 갖고 있기 때문에 이들 진동구조체의 기계적 수명과 지지부로의 진동 에너지 흡수에 의한 손실 때문에 주변 환경에서의 진동이 구조체로 흡수 전달되어 정확한 측정이 곤란하다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 상기의 새로운 응용분야들은 종래의 진동형 자이로센서와는 달리 저가이고 소형이면서 전력소모는 작은 새로운 자이로센서가 요구되고 있고, 이와 같은 요구에 부응하기 위하여 초소형 자이로센서를 제작하기 위해 최근에 각광을 받고 있는 전계방출소자와 유사한 원리를 갖는 열전자방출 자이로센서를 제공하고, 더 나아가서는 마이크로머시닝기술을 이용하여 본 발명에 의한 기본원리를 적용시켜 초미세 자이로센서를 제공하는것을 목적으로 한다.

제1도는 종래의 압전(piezoelectric)진동형 자이로센서를 보인 개략 사시도

제2도는 본 발명에 따른 열전자 자이로센서를 보인 횡단면도

제3도는 본 발명의 열전자 검출을 위한 전기회로도

제4도는 본 발명에 따른 열전자 검출결과를 나타내는 나타내는 그래프

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10, 10a : 음극부 11, 11a : 세라믹

12, 12a : 음극지지구 13 : 텅스텐 필라멘트 음극

20, 20a : 양극부 21, 21a : 테프론 절연체

22, 22a : 절연세라믹 23, 23a : 양극지지구

24, 24a : 양극 30, 30a : 유리관

상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명의 구성 및 작용을 첨부도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제2도는 본 발명에 따른 열전자 자이로센서를 보인 횡단면도이고, 제3도는 본 발명의 열전자 검출을 위한 전기회로도이고, 제4도는 본 발명에 따른 열전자 검출결과를 나타내는 나타내는 그래프이다.

제2도에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 열전가 자이로센서는 진공상태인 2개의 유리관(30)(30a)의 중앙부위에 절연세라믹(11)(11a)이 개재된 음극지지구(12)(12a)에 의하여 접합되는 음극부(10)(10a)와, 상기 유리관(30)(30a)의 양단에 절연세라믹(22)(22a)어 개재된 양극지지구(23)(23a)에 의하여 접합되는 양극부(20)(20a)를 형성하되, 상기 음극부(10)(10a)에는 절연세라믹(11)(11a)에 의해 지지되는 텅스텐 필라멘트 음극(13)이 배치되어 있고, 상기 양극부(20)(20a)에는 테프론 절연체(21)(21a)를 개재하여 양극(24)(24a)이 상호 대향하도록 배치되어 있는구성이다.

따라서, 본 발명은 종래의 진동형 자이로센서가 갖는 진동 지지체의 기계적 수명문제를 해결하기 위해 단순히 열전자만을 방출하는 음극부(10)(10a)와, 열전자를 검출하는 양극부(20)(20a)로 나누어져 있으며, 상기 열전자를 방출하는 음극부(10)(10a)의 열산화에 의한 수명단축을 예방하기 위해 유리관(30)(30a)내에는 고진공 분위기를 유지시키고 있다.

그러므로, 텅스텐 필라멘트 음극(13)으로부터 방출된 열전자는 상기 음극(13)과 양극(24)(24a)사이의 전계에 의해 양전극으로 이동되고, 이동된 전자가 양극(24)(24a)과 충돌되면서 양극(24)(24a)에는 전류가 흐른다. 이때 양극(24)(24a)은 열전자의 편향정도를 측정하기 위해 0.5㎛ 간극을 갖는 두분으로 나누어져 있으며, 나누어져 있는 양극(24)(24a)중 어느 한쪽으로 전류가 많이 검출되면 결국 열전자가 회전에 의해 편향되었음을 알 수 있다. 따라서 회전체의 회전정도를 감지할 수 있다.

또한, 본 발명의 열전자 자이로센서를 제3도의 전기 회로도의 양극(Anode)과 음극(Cathod)에 접속하고 나서 텅스텐 필라멘트 음극(13)에 직류전압 3V을 인가하고, 양극(24)(24a)의 직류전압을 0∼100V로 변화시켰을 때, 양극(24)(24a)에 흐르는 전류값을 측정한 결과를 제4도에 나타내었다. 이때 열전자 방출관의 진공도는 1mTorr이었고 텅스텐 필라멘트의 전기저항은 2Ω이었다.

이상의 결과을 종합하여 보면, 열전자 방출시 열전자가 양극에서 전류로 검출되는 결과를 얻었다. 이러한 결과는 최근에 각광을 받고 있는 마이크로머시닝 기술을 이용하여 본 발명과 같은 전자의 전계방출방식을 이용하면 초미세 구조의 열전자 자이로센서가 개발될 수 있다는 가능성을 시사하고 있는 것이다.

이상과 같이, 본 발명은 종래의 진동형 자이로센서를 사용하지 않고, 열전자를 방출시켜 방출된 열전자가 전계에 의해 이동할 때 회전체의 회전력에 의해 편향되는 정도를 측정할 수 있는 초소형 열전자 자이로센서를 제공함으로써, 기존에 진동형 자이로센서가 갖는 문제점을 해결하여 구조가 간단하고 전력소모가 적고 정확한 측정이 가능한 이점을 갖는 것이다.

Claims (1)

1. 진공상태인 2개의 유리관(30)(30a)의 중앙부위에 절연세라믹(11)(11a)이 개재된 음극지지구(12)(12a)에 의하여 접합되는 음극부(10)(10a)와, 상기 유리관(30)(30a)의 양단에 절연세라믹(22)(22a)이 개재된 양극지지구(23)(23a)에 의하여 접합되는 양극부(20)(20a)를 형성하되, 상기 음극부(10)(10a)에는 절연세라믹 (11)(11a) 에 의해 지지되는 텅스텐 필라멘트 음극(13)이 배치되어 있고, 상기 양극부(20)(20a)에는 테프론 절연체(21)(21a)를 개재하여 양극(24)(24a)이 상호 대향하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 열전자의 편향을 이용한 열전자 자이로센서.

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