KR100243078B1 - Apparatus and method for detecting - Google Patents

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KR100243078B1 KR1019970018346A KR19970018346A KR100243078B1 KR 100243078 B1 KR100243078 B1 KR 100243078B1 KR 1019970018346 A KR1019970018346 A KR 1019970018346A KR 19970018346 A KR19970018346 A KR 19970018346A KR 100243078 B1 KR100243078 B1 KR 100243078B1
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Abstract

본 발명은 압전진동형 회전각센서시스템 및 압전진동형 회전각센서의 출력계측방법에 관한 것으로서, 한 쌍의 압전소자의 출력측에 각각 설치되어 있는 한 쌍의 임피던스변환용 소자와; 상기 각 임피던스변환용 소자의 출력측에 마련되는 발진주파수소거부와; 상기 발진주파수소거부로 부터의 출력을 차동증폭시키는 차동증폭부와; 상기 차동증폭된 출력을 소정 비율로 증폭시키는 비례증폭부와; 상기 비례증폭부로 부터의 출력신호값에 기초하여 회전량을 판단하는 판단부를 포함한다. 이에 의해 압전진동형 회전각센서에 인가되는 외부 진동에 비례하는 출력을 매우 정확하고 신뢰성 있게 측정할 수 있게 된다.The present invention relates to a piezoelectric vibratory rotation angle sensor system and an output measurement method of a piezoelectric vibratory rotation angle sensor, comprising: a pair of impedance conversion elements respectively provided on the output side of the pair of piezoelectric elements; An oscillation frequency canceling unit provided on an output side of each of the impedance conversion elements; A differential amplifier for differentially amplifying the output from the oscillation frequency canceling unit; A proportional amplifier for amplifying the differentially amplified output at a predetermined ratio; And a determination unit that determines the amount of rotation based on the output signal value from the proportional amplifier. As a result, an output proportional to external vibration applied to the piezoelectric vibration-type rotation angle sensor can be measured very accurately and reliably.

Description

압전진동형 회전각센서시스템 및 압전진동형 회전각센서의 출력계측방법Output Measurement Method of Piezoelectric Vibration Angle Sensor System and Piezoelectric Vibration Angle Sensor

본 발명은 압전진동형 회전각센서시스템 및 압전진동형 회전각센서의 출력계측방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 캠코더 등의 내부에 설치되는 압전진동형 회전각센서에 인가되는 예를 들어, 사용자의 손떨림 등에 의한 진동량을 측정하는 압전진동형 회전각센서시스템의 구성을 개선하고, 이를 통해 보다 정확하고 신뢰성 있는 진동량을 얻도록 한 압전진동형 회전각센서의 출력계측방법에 관한 것이다.The present invention relates to a piezoelectric vibration angle sensor system and a piezoelectric vibration angle sensor output measurement method, and more particularly, applied to the piezoelectric vibration angle sensor installed inside the camcorder, for example, the user's hand shake The present invention relates to an output measurement method of a piezoelectric vibration type rotation angle sensor which improves the configuration of the piezoelectric vibration type rotation angle sensor system for measuring the vibration amount by the same and thereby obtains more accurate and reliable vibration amount.

종래의 압전진동형 회전각센서(30)는, 도 9 및 도 10에서 볼 수 있는 바와 같이, 탄성재료로 제작된 삼각 또는 다각형의 프리즘 모양을 한 진동체(31)의 면 중앙부에 압전소자(32, 33, 34)가 도전성 접착제에 의해 부착되어 있고, PCB 기판등과 같은 베이스부(38)에 강철선(36)을 사용하여 공간상에 진동가능하도록 고정되어 있다. 이때, 압전소자(32, 33, 34)의 외면 전극은 리드선에 의해 베이스부(38)과 접속되어 있고, 베이스부(38)에 접속된 리드선으로부터 필요한 신호가 압전소자(32, 33, 34)로 입출력된다.As can be seen in FIGS. 9 and 10, the conventional piezoelectric vibration type rotation angle sensor 30 includes a piezoelectric element 32 at the center of a surface of a vibrator 31 having a triangular or polygonal prism shape made of an elastic material. , 33 and 34 are attached by a conductive adhesive, and are fixed to the base portion 38 such as a PCB substrate by vibrating in space using a steel wire 36. At this time, the outer surface electrodes of the piezoelectric elements 32, 33, 34 are connected to the base portion 38 by lead wires, and signals required by the lead wires connected to the base portion 38 are piezoelectric elements 32, 33, 34. Input and output.

압전소자(32, 33, 34)는, 한 쌍의 센싱용 압전소자(33, 34)와 가진용 압진소자(32)로 구성되어 있다. 가진용 압진소자(32)에 입력되는 발진신호에 의해 진동체가 굽힘진동하게 되며, 센싱용 압전소자(33, 34)는 발진주파수에 비례한 출력을 발생시키게 된다. 이 때, 외부의 진동에 따른 회전각속도가 인가되면, 센싱용 압전소자(33, 34)는 이에 비례하는 출력을 추가로 발생시키게 되고, 이러한 출력은 후술할 압전진동형 회전각센서시스템을 통해 감지되게 된다.The piezoelectric elements 32, 33, 34 are composed of a piezoelectric element 32 having a pair of sensing piezoelectric elements 33,34. The vibrating body is bent and vibrated by the oscillation signal input to the excitation piezoelectric element 32, and the sensing piezoelectric elements 33 and 34 generate an output proportional to the oscillation frequency. At this time, when the rotational angular velocity according to the external vibration is applied, the sensing piezoelectric elements 33 and 34 additionally generate an output proportional thereto, and this output is detected through the piezoelectric vibration type rotation angle sensor system to be described later. do.

도 11은 종래의 압전진동형 회전각센서 및 이 압전진동형 회전각센서로 부터의 출력을 감지하는 감지회로를 갖는 압전진동형 회전각센서시스템의 블록도이다. 이 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 발진회로(43)와 위상보정부(45)가 압전진동형 회전각센서(30)의 한 쌍의 센싱용 압전소자(33, 34)와 가진용 압전소자(32) 사이에 연결되어 있다. 한 쌍의 센싱용 압전소자(33, 34)로 부터의 출력은 차동증폭부(47)로 보내지고, 차동증폭부(47)를 거친 출력은 동기검파부(49)에 의해 동기적으로 검파된다. 검파된 신호는, 직류증폭부(51)에 의해 증폭된 후 판단부(53)에 입력되게 된다.Fig. 11 is a block diagram of a piezoelectric vibrating rotation angle sensor system having a conventional piezoelectric vibrating rotation angle sensor and a sensing circuit for detecting an output from the piezoelectric vibrating rotation angle sensor. As can be seen in this figure, the piezoelectric element 32 having the oscillating circuit 43 and the phase compensator 45 having a pair of sensing piezoelectric elements 33 and 34 of the piezoelectric vibratory rotation angle sensor 30. ) Are connected. The output from the pair of sensing piezoelectric elements 33 and 34 is sent to the differential amplifier 47, and the output through the differential amplifier 47 is synchronously detected by the synchronous detector 49. . The detected signal is amplified by the DC amplifier 51 and then input to the determination unit 53.

이러한 구성에 의해, 위상보정부(45)를 거친 발진회로(43)로 부터의 발진신호가 압전진동형 회전각센서(30)의 가진용 압전소자(32)에 인가 되면, 진동체(31)에는 굽힘진동이 발생하게 된다. 이 때, 외부로부터 가해지는 각속도가 없으면 굽힘진동방향과 각속도입력방향에 수직으로 발생하는 코리올리스힘(Coriolis)이 발생하지 않으므로 센싱용 압전소자(33, 34)의 출력전압의 차이는 없게 된다. 그러나, 굽힘진동중 각속도가 주어지면 코리올리스힘이 발생하게 되고, 이 힘에 의해 센싱용 압전소자(33, 34)에는 인장 또는 압축응력이 가해져서 출력전압에 차이가 생기게 된다.By such a configuration, when the oscillation signal from the oscillation circuit 43 having passed through the phase compensator 45 is applied to the excitation piezoelectric element 32 of the piezoelectric vibration type rotation angle sensor 30, the vibrating body 31 Bending vibration will occur. At this time, if there is no angular velocity applied from the outside, the Coriolis force generated perpendicularly to the bending vibration direction and the angular velocity input direction does not occur, so there is no difference in the output voltages of the sensing piezoelectric elements 33 and 34. However, when an angular velocity is given during bending vibration, a Coriolis force is generated, and the tensile force or compressive stress is applied to the sensing piezoelectric elements 33 and 34 to cause a difference in output voltage.

따라서, 이러한 출력의 차이는, 차동증폭부(47) 및 동기검파부(49), 그리고, 직류증폭부(51)를 거쳐 판단부(53)에 입력되게 되며, 판단부(53)은 이러한 출력전압의 차이를 검출함으로써, 외부로부터 인가된 진동량을 측정할 수 있게 된다.Accordingly, the difference in output is inputted to the determination unit 53 via the differential amplifier 47, the synchronous detector 49, and the DC amplifier 51, and the determination unit 53 outputs the output. By detecting the difference in voltage, the amount of vibration applied from the outside can be measured.

그런데, 이러한 종래의 압전진동형 회전각센서시스템(41)에서는, 외부의 진동에 따른 코리올리스힘에 비례하는 압전진동형 회전각센서(30)의 출력에, 예를 들어 외부의 온도변화 등에 의해, 비교적 쉽게 잔류편차가 포함되게 된다. 그래서, 출력신호의 위상 및 레벨이 다소 변화될 수 있으며, 이에 따라 측정되는 진동량의 정확도 및 신뢰성이 떨어지게 된다는 문제가 있다. 또한, 압전진동형 회전각센서(30)의 출력에는 진동에 따른 외란토오크가 부가되게 되어, 진동량을 정확하게 측정하기가 곤란하다는 문제가 있다.By the way, in the conventional piezoelectric vibratory rotation angle sensor system 41, the output of the piezoelectric vibratory rotation angle sensor 30 proportional to the Coriolis force caused by external vibration, for example, by an external temperature change or the like, is relatively easy. The residual deviation will be included. Therefore, the phase and level of the output signal may be changed slightly, and thus there is a problem that the accuracy and reliability of the measured vibration amount are deteriorated. In addition, disturbance torque due to vibration is added to the output of the piezoelectric vibration-type rotation angle sensor 30, which makes it difficult to accurately measure the amount of vibration.

따라서, 본 발명의 목적은, 종래의 문제점을 고려하여, 압전진동형 회전각센서에 인가되는 외부 진동에 비례하는 출력을 감지하여, 매우 정확하고 신뢰성 있는 진동량을 측정할 수 있도록 한 압전진동형 회전각센서시스템 및 압전진동형 회전각센서의 출력감지방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention, in consideration of the conventional problems, the piezoelectric vibration type rotation angle to sense the output proportional to the external vibration applied to the piezoelectric vibration type rotation angle sensor, to measure the amount of vibration very accurate and reliable The present invention provides a sensor system and an output sensing method of a piezoelectric vibratory rotation angle sensor.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 압전진동형 회전각센서의 구성도로서, 도 1은 정면도이고, 도 2는 측면도이며,1 and 2 is a configuration diagram of a piezoelectric vibration type angle sensor according to the present invention, Figure 1 is a front view, Figure 2 is a side view,

도 3은 본 발명에 다른 압전진동형 회전각센서시스템의 구성블록도,3 is a block diagram of a piezoelectric vibration type rotation angle sensor system according to the present invention;

도 4는 도 3의 회로도,4 is a circuit diagram of FIG.

도 5는 본 발명에 따른 임피던스변환된 출력의 파형을 나타낸 다이어그램,5 is a diagram showing a waveform of an impedance-converted output according to the present invention;

도 6은 본 발명에 따른 발진주파수제거된 출력의 파형을 나타낸 다이어그램,6 is a diagram showing the waveform of the oscillation frequency removed output according to the present invention,

도 7 및 도 8은 각각 최종 출력된 파형을 나타낸 다이어그램으로서, 도 7은 손떨림발생이 없을 때의 파형이고, 도 8은 손떨림발생이 있을 때의 파형이며;7 and 8 are diagrams showing waveforms finally output, respectively, FIG. 7 is a waveform when no shaking occurs, and FIG. 8 is a waveform when there is shaking;

도 9 및 도 10은 각각 종래의 압전진동형 회전각센서의 정면도 및 측면도,9 and 10 are a front view and a side view of a conventional piezoelectric vibration type angle sensor, respectively;

도 11은 종래의 압전진동형 회전각센서의 출력계측시스템의 블록도이다.11 is a block diagram of an output measurement system of a conventional piezoelectric vibration type angle sensor.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>

1 : 압전진동형 회전각센서 5 : 진동체1: piezoelectric vibration angle sensor 5: vibrating body

7 : 가진용 지지부재 9 : 압전소자7 support member for excitation 9 piezoelectric element

13 : 발진회로 15 : 판단부13: oscillation circuit 15: judgment unit

21 : 출력감지회로 23 : 임피던스변환소자21: output sensing circuit 23: impedance conversion element

25 : 발진주파수소거부 27 : 차동증폭부25: oscillation frequency cancellation unit 27: differential amplifier

29 : 비례증폭부29: proportional amplifier

상기 목적은, 본 발명에 따라, 발진신호에 의해 굽힘진동하는 진동체 및 상기 진동체의 외면에 부착되어 인가되는 회전각에 비례하는 출력을 발생시키는 한 쌍의 압전소자를 갖는 압전진동형 회전각센서를 구비한 압전진동형 회전각센서시스템에 있어서, 상기 한 쌍의 압전소자의 출력측에 각기 연결되는 한 쌍의 임피던스변환용 소자와; 상기 각 임피던스변환용 소자의 출력측에 마련되는 발진주파수소거부와; 상기 발진주파수소거부로 부터의 출력을 차동증폭시키는 차동증폭부와; 상기 차동증폭된 출력을 소정 비율로 증폭시키는 비례증폭부와; 상기 비례증폭부로 부터의 출력신호에 기초하여 상기 회전각을 판단하는 판단부을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전진동형 회전각센서시스템에 의하여 달성된다.The object is, according to the present invention, a piezoelectric vibration type rotation angle sensor having a vibrating body that is bent and vibrated by an oscillation signal and a pair of piezoelectric elements for generating an output proportional to the rotational angle applied to the outer surface of the vibrating body. A piezoelectric vibration type rotation angle sensor system comprising: a pair of impedance conversion elements each connected to an output side of the pair of piezoelectric elements; An oscillation frequency canceling unit provided on an output side of each of the impedance conversion elements; A differential amplifier for differentially amplifying the output from the oscillation frequency canceling unit; A proportional amplifier for amplifying the differentially amplified output at a predetermined ratio; It is achieved by a piezoelectric vibration type rotation angle sensor system comprising a determination unit for determining the rotation angle based on the output signal from the proportional amplifier.

여기서, 상기 임피던스변환용 소자는 상기 각 압전소자로 부터의 출력에 대한 임피던스를 낮춰 적당한 출력을 제공하도록 구성하는 것이 바람직하고, 이 때, 상기 발진주파수소거부는, 상기 임피던스변환용 소자로 부터의 출력에 포함된 발진주파수를 제거하도록 구성할 수 있다.Here, the impedance conversion element is preferably configured to provide a proper output by lowering the impedance of the output from each piezoelectric element, wherein the oscillation frequency canceling unit, from the impedance conversion element It can be configured to remove the oscillation frequency contained in the output.

한편, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 상기 목적은, 발진신호에 의해 굽힘진동하는 진동체 및 상기 진동체의 외면에 부착되어 인가되는 회전각에 비례하는 출력을 발생시키는 한 쌍의 압전소자를 갖는 압전진동형 회전각센서와, 상기 압전소자로 부터의 출력을 감지하는 출력감지회로를 구비한 압전진동형 회전각센서의 출력계측방법에 있어서, 상기 한 쌍의 압전소자로 부터의 각 출력에 따른 임피던스를 각기 낮추는 단계와; 상기 임피던스가 낮아진 각 출력의 발진주파수를 소거하는 단계와; 상기 발진주파수가 소거된 각 출력을 차동증폭시키는 단계와; 상기 차동증폭된 출력을 소정 비율로 증폭시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전진동형 회전각센서의 출력계측방법에 의하여 달성된다.On the other hand, according to another field of the present invention, the object has a vibrating body bent and oscillated by the oscillation signal and a pair of piezoelectric elements for generating an output proportional to the rotation angle applied to the outer surface of the vibrating body An output measurement method of a piezoelectric vibration type rotation angle sensor having a piezoelectric vibration type rotation angle sensor and an output sensing circuit for detecting an output from the piezoelectric element, the impedance according to each output from the pair of piezoelectric elements. Lowering each; Canceling the oscillation frequency of each output of which the impedance is lowered; Differentially amplifying each output of which the oscillation frequency is canceled; Amplifying the differentially amplified output by a predetermined ratio is achieved by the output measurement method of the piezoelectric vibration type angle sensor.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 압전진동형 회전각센서의 구성도로서, 도 1은 정면도이고, 도 2는 측면도이다. 본 압전진동형 회전각센서(1)는, 판상의 베이스부(3)와, 베이스부상에 대향배치되어 있는 한 쌍의 가진용 지지부재(7)와, 이들 한 쌍의 지지부재상에 양측 단부가 각각 고정되어 있는 기둥형상의 진동체(5), 그리고, 진동체(5)의 외면에 부착된 압전소자(9)로 구성되어 있다. 한 쌍의 지지부재(7)는, 상호 동형상을 가지는 압전세라믹으로 구성되어 있다. 이들은 베이스부(3)와 도전성 접착제를 사용하여 접속되어 있고, 따라서, 베이스부(3)를 통해 발진신호가 인가되면, 각 지지부재(7)는 상하 방향으로 진동하게 된다.1 and 2 is a configuration diagram of a piezoelectric vibration-type rotation angle sensor according to the present invention, Figure 1 is a front view, Figure 2 is a side view. The piezoelectric vibration-type rotation angle sensor 1 includes a plate-shaped base portion 3, a pair of excitation support members 7 disposed on the base portion, and both end portions on the pair of support members, respectively. The columnar vibrating body 5 fixed and the piezoelectric element 9 attached to the outer surface of the vibrating body 5 are comprised. The pair of support members 7 are composed of piezoelectric ceramics having mutually identical shapes. These are connected with the base part 3 using a conductive adhesive, and therefore, when an oscillation signal is applied through the base part 3, each supporting member 7 vibrates in the up and down direction.

진동체(5)는, 사각단면형상을 가지며, 일반적으로 엘린바(Elinvar: elastic invariable metal), 석영(Quartz), 유리(Grass), 크리스탈(Crystal), 세라믹(Ceramic) 들을 사용하여 제작되며, 본 발명에서는, 진동효율이 우수한 엘린바로 구성되어 있다. 그리고, 진동체(5)의 외면에는, 그 굽힘진동방향에 가로방향의 대향 외면에 각기 압전소자(9)가 부착되어 있다. 이들 압전소자(9)의 외면 전극은 도시않은 리드선을 통해 후술할 출력감지회로와 납땜에 의해 접속되게 된다.The vibrator 5 has a rectangular cross-sectional shape, and is generally manufactured using Elinvar (elastic invariable metal), quartz, glass, crystal, ceramics, In this invention, it is comprised by the Elin bar excellent in the vibration efficiency. And the piezoelectric element 9 is attached to the outer surface of the vibrating body 5 on the opposite outer surface of the horizontal direction to the bending vibration direction, respectively. The outer electrodes of these piezoelectric elements 9 are connected by soldering to an output sensing circuit to be described later through a lead wire (not shown).

압전소자(9)는 결정에 압력을 가할때 전기분극에 의해서 전압이 발생하는 피에조 효과(piezo effect)를 이용한 소자로, 재질은 주로 BaTiO3세라믹스에서 Ba 이온을 Pb 또는 Ca 이온으로 치환하여 안정화시킨 PZT 세라믹스를 사용하여 제작된다. 이들 압전소자(9)는 도전성 접착제를 사용하여 진동체(5)에 부착되고, 균일한 굽힘진동과 진동크기를 위해 동일 크기를 가지며, 진동체(5)에서 서로 대칭인 위치에 부착된다.The piezoelectric element 9 uses a piezo effect in which voltage is generated by electric polarization when pressure is applied to a crystal. The material is mainly stabilized by replacing Ba ions with Pb or Ca ions in BaTiO 3 ceramics. It is manufactured using PZT ceramics. These piezoelectric elements 9 are attached to the vibrating body 5 using a conductive adhesive, have the same size for uniform bending vibration and vibration magnitude, and are attached to symmetrical positions on the vibrating body 5.

이러한 구성의 압전진동형 회전각센서(1)는, 진동체(5)가 상하방향 즉, Z축방향으로 굽힘진동을 하고, Y축방향으로 회전각속도 ω가 인가되면, 진동방향 Z축과 회전각속도방향 Y축의 수직한 X축방향으로 다음의 수학식 1과 같이 표현되는 코리올리스힘이 발생하게 된다.The piezoelectric vibration-type rotation angle sensor 1 having such a configuration has the vibration direction Z axis and the rotation angle speed when the vibrating body 5 vibrates in a vertical direction, that is, in the Z axis direction, and a rotation angular velocity ω is applied in the Y axis direction. A Coriolis force, expressed as in Equation 1 below, occurs in the vertical X-axis direction of the Y-axis.

Figure kpo00001
Figure kpo00001

여기서,

Figure kpo00002
은 질량,
Figure kpo00003
은 Z축으로의 굽힘진동속도,
Figure kpo00004
는 각속도를 나타낸다. 따라서 이러한 코리올리스힘에 의해 압전소자에 변형이 생기고, 이 변형에 의해 압전소자(9)로부터 출력되는 전압이 변화되면, 후술할 압전진동형 회전각센서시스템은 이 전압을 감지하여 판단부을 통해 외부로부터 인가되는 회전각속도에 비례하는 진동량을 측정하게 되는 것이다.here,
Figure kpo00002
Silver mass,
Figure kpo00003
Is the bending vibration velocity in the Z axis,
Figure kpo00004
Represents the angular velocity. Therefore, when a deformation occurs in the piezoelectric element due to the Coriolis force, and the voltage output from the piezoelectric element 9 is changed by this deformation, the piezoelectric vibration type rotation angle sensor system, which will be described later, senses this voltage and applies it from the outside through the determination unit. The amount of vibration proportional to the rotational angular velocity is to be measured.

도 3은 본 발명에 다른 압전진동형 회전각센서시스템의 구성블록도이고, 도 4는 도 3의 회로도이다. 이들 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 압전진동형 회전각센서시스템(11)은, 압전진동형 회전각센서(1)와, 이 압전진동형 회전각센서(1)의 가진용 지지부재(3)에 연결되는 발진회로(13), 그리고, 압전진동형 회전각센서(1)의 센싱용 압전소자(9)의 출력측과 연결되는 출력감지회로(21)로 크게 구성되어 있다. 출력감지회로(21)에는, 압전진동형 회전각센서(1)의 양측 센싱용 압전소자(9)에 각각 연결되는 한 쌍의 임피던스변환소자(23)와, 역시 한 쌍의 발진주파수소거부(25), 그리고, 차동증폭부(27) 및 비례증폭부(29)가 마련되어, 순차적으로 연결되어 있다.3 is a block diagram of a piezoelectric vibration type rotation angle sensor system according to the present invention, and FIG. 4 is a circuit diagram of FIG. As can be seen in these figures, the piezoelectric vibration type rotation angle sensor system 11 is connected to the piezoelectric vibration type rotation angle sensor 1 and the support member 3 for excitation of the piezoelectric vibration type rotation angle sensor 1. And an output sensing circuit 21 connected to the output side of the sensing piezoelectric element 9 of the piezoelectric vibration-type rotation angle sensor 1. The output sensing circuit 21 includes a pair of impedance converting elements 23 connected to the piezoelectric elements 9 for sensing both sides of the piezoelectric vibration-type rotation angle sensor 1, and also a pair of oscillation frequency canceling units 25. And a differential amplifier 27 and a proportional amplifier 29 are provided and connected sequentially.

이하에서는 압전진동형 회전각센서시스템(11)의 구성을 보다 구체적으로 설명하면서, 동시에 압전진동형 회전각센서(1)로 부터의 출력감지방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration of the piezoelectric vibratory rotation angle sensor system 11 will be described in more detail, and the output sensing method from the piezoelectric vibratory rotation angle sensor 1 will be described.

발진회로(13)는, 연산증폭기(Op1)와, 한 쌍의 콘덴서(C1, C2), 그리고, 네 개의 저항(R1, R2, R3, R4)으로 구성되어 있다. 한 쌍의 콘덴서(C1, C2) 및 저항(R1, R2)에 의해 발진주파수가 결정되게 되며, 다른 한 쌍의 저항(R3, R4)은 피드백을 시켜주는 역할을 한다. 이에 따라 발진회로(13)에 연결된 가진용 지지부재(3)는 이 발진주파수에 비례하게 Z축방향으로 진동하게 된다. 이 때, 도 1 및 도 2와 관련하여 설명한 바와 같이, 외부의 진동에 따른 회전각이 이 압전진동형 회전각센서(1)에 인가되게 되면, 양측 센싱용 압전소자(9)에서는 상호 소정의 전압차를 가지는 출력이 발생하게 된다.The oscillation circuit 13 is composed of an operational amplifier Op1, a pair of capacitors C1 and C2, and four resistors R1, R2, R3, and R4. The oscillation frequency is determined by the pair of capacitors C1 and C2 and the resistors R1 and R2, and the other pair of resistors R3 and R4 provide feedback. Accordingly, the excitation support member 3 connected to the oscillation circuit 13 vibrates in the Z axis direction in proportion to the oscillation frequency. In this case, as described with reference to FIGS. 1 and 2, when a rotation angle due to external vibration is applied to the piezoelectric vibration-type rotation angle sensor 1, both piezoelectric elements for sensing 9 have a predetermined voltage. An output with a difference is generated.

한편, 압전진동형 회전각센서(1)의 센싱용 압전소자(9)의 리드선은, 각각 출력감지회로(21)의 임피던스변환용 소자(23)의 게이트에 연결되게 된다. 이 임피던스변환용 소자(23)에서는, 게이트에 입력되는 전압에 따라 드레인과 소오스 간에 흐르는 전류가 변화되게 되며, 이에 따라 각 센싱용 압전소자(9)로 부터의 출력에 따른 임피던스가 낮아지게 된다. 도 5는 이러한 임피던스변환된 출력의 파형을 도시한 다이어그램으로서, 이렇듯 임피던스변환된 출력은 발진주파수소거부(25)에 제공되게 된다.On the other hand, the lead wires of the sensing piezoelectric element 9 of the piezoelectric vibratory rotation angle sensor 1 are connected to the gates of the impedance conversion element 23 of the output sensing circuit 21, respectively. In this impedance conversion element 23, the current flowing between the drain and the source changes in accordance with the voltage input to the gate, so that the impedance according to the output from each sensing piezoelectric element 9 is lowered. FIG. 5 is a diagram showing the waveform of the impedance-converted output, and thus the impedance-converted output is provided to the oscillation frequency canceling unit 25.

발진주파수소거부(Lowpass filter, 25)는, 임피던스변환용 소자(23)를 통해 변환된 값을 소오스를 통해 제공받게 되며, 이 때, 저항(R10, R11)과 콘덴서(C6, C7)의 역할에 의해 변환된 출력으로부터 발진주파수가 소거되게 된다. 도 6은 발진주파수가 제거된 발진주파수소거부(25)로 부터의 출력파형을 도시한 다이어그램이며, 이 다이어그램에 표시된 출력에는, 외부로부터 인가된 진동량에 해당하는 주파수값만이 존재하게 된다.The oscillation frequency canceling unit 25 receives the value converted through the impedance conversion element 23 through the source. In this case, the roles of the resistors R10 and R11 and the capacitors C6 and C7 are provided. The oscillation frequency is canceled from the converted output. Fig. 6 is a diagram showing the output waveform from the oscillation frequency cancellation unit 25 from which the oscillation frequency has been removed, and only the frequency value corresponding to the amount of vibration applied from the outside is present in the output shown in this diagram.

그리고, 발진주파수소거부(25)로 부터의 출력은, 차동증폭부(27)에 마련된 연산증폭기(Op2)의 반전단자와 비반전단자에 입력되게 된다. 이 연산증폭기(Op2)에서는, 양측 단자에 각각 입력되는 전압에 차이가 있으면 차동증폭을 하게 되며, 이 때, 그 차동증폭도는 저항(R12, R13)에 비례하는 값만큼 이루어지게 된다. 한편, 이렇듯 차동증폭된 출력은 그 크기가 비교적 크지 아니하기 때문에, 비례증폭부(29)에 마련된 연산증폭기(Op3)에 의해 다시 적당한 크기로 증폭되게 된다.The output from the oscillation frequency canceling section 25 is input to the inverting terminal and the non-inverting terminal of the operational amplifier Op2 provided in the differential amplifier 27. In this operational amplifier Op2, if there is a difference in the voltages respectively inputted to both terminals, differential amplification is performed. At this time, the differential amplification is made by a value proportional to the resistors R12 and R13. On the other hand, since the differential amplified output is not relatively large in size, it is amplified to an appropriate size again by the operational amplifier Op3 provided in the proportional amplifier 29.

상기 설명한 바와 같이, 압전진동형 회전각센서(1)로 부터의 출력은 출력감지회로(21)에 순차적으로 마련된 임피던스변환용 소자(23)와, 발진주파수소거부(25), 차동증폭부(27), 그리고, 비례증폭부(29)를 거쳐 원하는 신호값으로 판단부(15)에 제공되게 된다. 도 7 및 도 8은 각각 판단부에 입력되는 최종 출력된 파형을 나타낸 다이어그램으로서, 도 7은 손떨림발생이 없을때의 파형이고, 도 8은 손떨림발생이 있을 때의 파형이다. 손떨림이 없을 때에는, 센싱용 압전소자(9)로부터의 출력에 단지 발진회로(13)로 부터의 발진주파수만이 포함되며, 이들 발진주파수는 발진주파수소거부(25)에서 제거되기 때문에, 그 출력에는, 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 단지 저항 R7, R8에 의해서 분배된 기준전압만이 포함되게 된다.As described above, the output from the piezoelectric vibration-type rotation angle sensor 1 includes the impedance conversion element 23, the oscillation frequency canceling unit 25, and the differential amplifier 27 which are sequentially provided in the output sensing circuit 21. And, through the proportional amplification unit 29 is provided to the determination unit 15 as a desired signal value. 7 and 8 are diagrams showing the final output waveform input to the determination unit, respectively, FIG. 7 is a waveform when no shaking occurs, and FIG. 8 is a waveform when the shaking occurs. When there is no shaking, only the oscillation frequencies from the oscillation circuit 13 are included in the output from the sensing piezoelectric element 9, and since these oscillation frequencies are removed from the oscillation frequency canceling section 25, the output thereof As shown in Fig. 7, only the reference voltage divided by the resistors R7 and R8 is included.

한편, 손떨림이 있을 때에는, 그 인가되는 각속도에 비례하는 코리올리스힘에 의해 각 센싱용 압전소자(9)의 변형이 발생하고, 이에 따라 각 센싱용 압전소자(29)는 상호 다소 전압차가 있는 출력을 발생시키게 된다. 그래서, 출력감지회로(21)를 상기한 바와 같이 거쳐서, 최종적으로 도 8과 같은 파형을 가지는 출력으로써 제공되게 된다. 그러면, 판단부(15)은 이러한 최종적인 출력에 비례하는 회전각을 판단하여 기기에 적용시키게 된다.On the other hand, when there is a hand shake, deformation of each sensing piezoelectric element 9 is caused by a Coriolis force proportional to the applied angular velocity, whereby the sensing piezoelectric elements 29 output an output having a somewhat different voltage. Will be generated. Thus, the output sensing circuit 21 is provided as an output having a waveform as shown in FIG. Then, the determination unit 15 determines the rotation angle proportional to this final output and applies it to the device.

즉, 도 7과 같은 기준전압이 인가되게 되면, 판단부(15)는 손떨림에 의한 진동이 발생하지 아니한 것으로 판단하고, 기준전압을 초과하는 전압이 인가되게 되면, 예를 들어오른쪽에서 떨림이 발생한 것으로 판단하여 화면을 오른쪽으로 돌리고, 반대의 경우에는, 화면을 왼쪽으로 돌리게 된다. 이에 따라 본 압전진동형 회전각센서시스템(11)이 설치된 캠코더 등의 기기에는, 최종적으로 흔들림이 없는 상태의 이미지가 구현될 수 있게 되는 것이다.That is, when a reference voltage as shown in FIG. 7 is applied, the determination unit 15 determines that vibration due to hand shaking does not occur, and when a voltage exceeding the reference voltage is applied, for example, vibration occurs on the right side. The screen is turned to the right and the screen is turned to the left in the opposite case. Accordingly, in the device such as a camcorder in which the piezoelectric vibration type rotation angle sensor system 11 is installed, an image of a state without shaking can be finally realized.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 회전각센서시스템 및 압전진동형 회전각센서의 출력계측방법을 따르면, 압전진동형 회전각센서에 인가되는 외부 진동에 비례하는 출력을 감지하여, 매우 정확하고 신뢰성 있는 진동량을 측정할 수 있게 된다.As described above, according to the output measurement method of the rotation angle sensor system and the piezoelectric vibration angle sensor of the present invention, by detecting the output proportional to the external vibration applied to the piezoelectric vibration type rotation angle sensor, a very accurate and reliable amount of vibration Can be measured.

Claims (4)

발진신호에 의해 굽힘진동하는 진동체 및 상기 진동체의 외면에 부착되어 인가되는 회전각에 비례하는 출력을 발생시키는 한 쌍의 압전소자를 갖는 압전진동형 회전각센서를 구비한 압전진동형 회전각센서시스템에 있어서,Piezoelectric vibration type rotation angle sensor system having a piezoelectric vibration type rotation angle sensor having a vibrating body bent and vibrated by an oscillation signal and a pair of piezoelectric elements attached to the outer surface of the vibrating body to generate an output proportional to the applied rotation angle. To 상기 한 쌍의 압전소자의 출력측에 각기 연결되는 한 쌍의 임피던스변환용 소자와;A pair of impedance conversion elements each connected to an output side of the pair of piezoelectric elements; 상기 각 임피던스변환용 소자의 출력측에 마련되는 발진주파수소거부와;An oscillation frequency canceling unit provided on an output side of each of the impedance conversion elements; 상기 발진주파수소거부로 부터의 출력을 차동증폭시키는 차동증폭부와;A differential amplifier for differentially amplifying the output from the oscillation frequency canceling unit; 상기 차동증폭된 출력을 소정 비율로 증폭시키는 비례증폭부와;A proportional amplifier for amplifying the differentially amplified output at a predetermined ratio; 상기 증폭부로 부터의 출력신호값에 기초하여 회전각을 판단하는 판단부을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전진동형 회전각센서시스템.And a determination unit for determining a rotation angle based on the output signal value from the amplification unit. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 임피던스변환용 소자는 상기 각 압전소자로 부터의 출력에 대한 임피던스를 낮추는 것을 특징으로 하는 압전진동형 회전각센서시스템.The impedance conversion element is a piezoelectric vibration type rotation angle sensor system, characterized in that to lower the impedance for the output from each piezoelectric element. 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 발진주파수소거부는, 상기 임피던스변환용 소자로 부터의 출력에 포함된 발진주파수를 제거하는 것을 특징으로 하는 압전진동형 회전각센서시스템.The oscillation frequency canceling unit, the piezoelectric vibration type rotation angle sensor system, characterized in that to remove the oscillation frequency included in the output from the impedance conversion element. 발진신호에 의해 굽힘진동하는 진동체 및 상기 진동체의 외면에 부착되어 인가되는 회전각에 비례하는 출력을 발생시키는 한 쌍의 압전소자를 갖는 압전진동형 회전각센서와, 상기 압전소자로 부터의 출력을 감지하는 출력감지회로를 구비한 압전진동형 회전각센서시스템의 출력감지방법에 있어서,A piezoelectric vibration type rotation angle sensor having a vibrating body that is bent and vibrated by an oscillation signal and a pair of piezoelectric elements that are attached to an outer surface of the vibrating body to generate an output proportional to the applied rotational angle, and an output from the piezoelectric element. In the output sensing method of a piezoelectric vibration type rotation angle sensor system having an output sensing circuit for detecting a; 상기 한 쌍의 압전소자로 부터의 각 출력에 따른 임피던스를 각기 낮추는 단계와;Lowering the impedance according to each output from the pair of piezoelectric elements, respectively; 상기 임피던스가 낮아진 각 출력의 발진주파수를 소거하는 단계와;Canceling the oscillation frequency of each output of which the impedance is lowered; 상기 발진주파수가 소거된 각 출력을 차동증폭시키는 단계와;Differentially amplifying each output of which the oscillation frequency is canceled; 상기 차동증폭된 출력을 소정 비율로 증폭시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전진동형 회전각센서의 출력계측방법.And amplifying the differentially amplified output at a predetermined ratio.
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