KR100418061B1

KR100418061B1 - 진동 자이로스코프 및 그를 이용한 전자 장치

Info

Publication number: KR100418061B1
Application number: KR10-2001-0036958A
Authority: KR
Inventors: 모리아키라; 구마다아키라; 에바라가즈히로
Original assignee: 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date: 2000-06-27
Filing date: 2001-06-27
Publication date: 2004-02-11
Also published as: EP1167922B1; KR20020001627A; DE60128033D1; US6666090B2; JP3674467B2; JP2002013930A; EP1167922A3; EP1167922A2; US20020017135A1; DE60128033T2

Abstract

진동 자이로스코프는 구동 전극 및 센서 전극을 가지고 있는 진동기, 상기 구동 전극에 구동 전압을 인가하는 구동 회로, 상기 진동기의 굴곡 변위에 해당하는 신호를 상기 센서 전극에서부터 수신하는 센서 회로, 상기 센서 회로에서 입력된 신호를 처리하여 각속도를 감지하는 신호 처리 회로 및 상기 센서 회로, 상기 구동 회로, 및 상기 신호 처리 회로 모두가 정상적으로 작동하는지를 검사하기 위해서, 상기 구동 회로, 상기 센서 회로 및 상기 신호 처리 회로에서의 신호에 반응하는 진단 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

진동 자이로스코프 및 그를 이용한 전자 장치{Vibrating gyroscope and electronic device using the same}

본 발명은 진동 자이로스코프(gyroscope) 및 그를 이용한 전자 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게, 흔들림 방지 기능을 가진 비디오 카메라, 차량 항법 시스템, 및 포인팅(pointing) 장치 같은 전자 장치에 사용하는 진동 자이로스코프와 그를 이용한 전자 장치에 관한 것이다.

도 13은 종래의 진동 자이로스코프(50)의 블록도이다. 도 13에 도시된 진동 자이로스코프(50)의 기본 개념은 일본 특허 공개 번호 4-215017에 기재되어 있다.

도 13을 참조하면, 진동 자이로스코프(50)은 진동자(100), 센서 회로(sensor circuit; 200), 구동 회로(300), 신호 처리 회로(400), 및 진단 회로(diagnostic circuit; 700)를 포함한다.

진동자(100)는 제 1압전 기판(101), 센서 회로, 및 제 2압전 기판(102)을 포함한다. 제 1압전 기판(101)은 기판의 한 주면 상에 제 1센서 전극(sensor electrode; 104) 및 제 2센서 전극(105)를 가지고 있고, 두께 방향에서 분극된다. 제 2압전 기판(102)은 기판의 한 주면 상에 구동 전극(106)을 가지고 있으며, 두께 방향에서 분극된다. 제 1압전 기판(101)의 다른 주면 및 제 2압전 기판(102)의 다른 주면은 중간 전극(103)을 통하여 접합된다. 센서 회로(200)는 제 1전하 증폭기(charge amp; 220), 제 2전하 증폭기(221) 및 미분 회로(210)를 포함한다. 구동 회로(300)는 가산 회로(310), 자동 이득 제어(automatic gain control;AGC) 회로(320), 및 위상 보정 회로(330)를 포함한다. 신호 처리 회로(400)는 검파 회로(410), 평활 회로(420), 및 증폭 회로(430)를 포함한다.

이러한 구조를 가진 진동 자이로스코프(50)에서는, 진동자(100)의 제 1센서 전극 및 제 2센서 전극(104, 105)은 제 1전하 증폭기 및 제 2전하 증폭기에 각각 접속된다. 제 1전하 증폭기 및 제 2전하 증폭기(220, 221)는 가산 회로(310) 및 미분 회로 전극(210)에 각각 접속된다. 가산 회로(310)는 AGC 회로(320)에 접속되고, AGC 회로(320)은 위상 보정 회로(330)에 접속된다. 그리고, 위상 보정 회로(330)는 구동 회로(106), 검파 회로(410), 및 진단 회로(700)에 접속된다. 미분 회로(210)는 검파 회로(410) 및 진단 회로(700)에 접속한다. 검파 회로(410)는 평활 회로(420)에 접속하고, 평활 회로(420)는 증폭 회로(430)에 접속된다.

작동상에서, 구동 전압을 구동 전극(106)에 인가하여, 진동자(100)는 세로 양 끝단들을 자유롭게 하며 두께 방향에서 굽힘(flexaral) 진동을 한다. 세로 방향을 축으로 하는 각속도가 진동자(100)에 인가될 때, 코리올리의 힘(Coriolis force)은 폭 방향에서 굴곡 변위(bending displacement)를 발생시킨다. 그러므로, 구동 회로에 의해서 발생된 동일 위상을 가진 신호와 다른 위상을 가진 전하는 코리올리의 힘에 따라서 제 1센서 전극 및 제 2센서 전극(104, 105)에서 발생된다.

제 1전하 증폭기(220)는 제 1센서 전극(104)에서 발생된 전하를 전압으로 변형시키고, 이 전압을 미분 회로(210) 및 가산 회로(310)에 입력한다. 제 2전하 증폭기(221)는 제 2센서 전극(105)에서 발생된 전하를 전압으로 변형시키고, 이 전압을 미분 회로(210) 및 가산 회로(310)에 입력한다. 가산 회로(310)는 입력신호를 가산시켜, 코리올리의 힘의 작용을 신호로부터 제거하도록 하고, 이렇게 얻은 신호를 AGC 회로(320)로 출력한다. AGC 회로(320)는 수신된 신호를 증폭하여 고정 진폭을 제공하고, 그 결과를 위상 보정 회로(330)에 입력한다. 위상 보정 회로(330)는 구동 전압을 구동 전극(106) 및 검파 회로(410)에 입력하기 전에 입력 신호의 위상을 보정한다.

미분 회로(210)는 입력 신호로부터 구동 신호에 해당하는 신호를 제거하도록 입력 신호를 감산하고, 코리올리의 힘에 해당하는 신호를 검파 회로(410)에 입력한다. 검파 회로(410)는 구동 전압과 동기하여 미분 회로(210)에서 입력 신호를 검파하여, 그 결과를 평활 회로(420)에 입력한다. 평활 회로(420)는 입력 신호를 평활하여서 증폭 회로(430)에 입력한다. 증폭 회로(430)는 입력 신호를 직류 증폭하여 각속도에 해당하는 신호를 외부로 출력한다.

센서 회로(200) 및 구동 회로(300)는 진동 자이로스코프(50)의 진단회로(700)에 접속되어, 센서 회로(200) 및 구동 회로(300)가 둘 다 정상적으로 작동하는지 아닌지, 혹은 센서 회로(200) 및 구동 회로(300) 중 적어도 하나라도 비정상적인 작동이 있는지 없는지를 측정할 수 있다.

종래의 진동 자이로스코프(50)는 센서 회로(200) 및 구동 회로(300)에 접속된 진단 회로(700)를 포함하여서, 센서 회로(200) 및/또는 구동 회로(300)가 정상적으로 작동하는지 아닌지의 여부를 측정할 수 있다.

미분 회로(210) 및 위상 보정 회로(330)의 비정상적 작동의 결과로서 발생하는 현상도 관찰할 수 있다. 예를 들어, 진동기(100)의 제 1센서 전극(104), 제 2센서 전극(105), 및 구동 전극(106)의 파손, 열화, 및 배선 불량 같은 결함이 있는지 없는지, 또는, 구동 회로(300)에 연결되는 전원 공급이 단선되는지 아닌지를 측정할 수 있다.

그러나, 종래의 진동 자이로스코프(50)는, 비정상적으로 작동할 수 있는 회로 구성 소자의 일부분만을 탐지할 수 있고, 진동 자이로스코프(50)의 모든 비정상적인 작동을 관찰할 수 없다. 차량 관련 공학 등의 공학에서는, 다양한 소자들이 상호 작용하여 복합 시스템을 구성하기 때문에, 한 소자의 미세한 이상도 전체 시스템에 치명적인 타격이 될 수도 있다. 따라서, 회로의 일부분만이 아니라 전원을 포함하는 전체 회로 소자의 비정상적인 작동이 있나 없나는 신뢰성있게 탐지하는 것이 바람직하다.

그러나, 진단 회로(700)는 종래의 진동 자이로스코프(50)의 신호 처리 회로(400)에 접속되지 않으므로, 신호 처리 회로(400)의 이상을 검사할 수 없다.그러므로, 부정확한 각속도가 신호 처리 회로(400)의 이상에서 기인된다 하더라도, 그 부정확을 인식하지 못하는 문제가 발생한다. 더욱이, 진동 자이로스코프(50)는 전원의 이상을 검사할 수 없기 때문에, 미분 회로(210) 및 위상 보정 회로(330)의 이상의 결과로서 나타나지 않는 현상, 즉, 전원의 전압값의 변화, 및 잡음 혹은 작동의 순간 정지 같은 오작동에서 기인한 부정확한 각속도등이 인식될 수 없는 또다른 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 어떠한 회로 소자가 정상적으로 작동하지 않을 때, 그의 이상을 신뢰성있게 검사할 수 있는 진동 자이로스코프를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 전원이 정상적으로 작동하지 않을 때, 그의 이상을 신뢰성있게 검사할 수 있는 진동 자이로스코프를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 이상을 신뢰성있게 검사할 수 있는 진동 자이로스코프를 사용한 신뢰성있는 시스템을 가진 전자 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시형태에 따른 진동 자이로스코프의 블록도이다.

도 2는 도 1에 도시한 진동 자이로스코프에서의 진단 회로를 확대한 블록도이다.

도 3은 도 1에 도시한 진동 자이로스코프의 동작 파형도이다.

도 4는 도 1에 도시한 진동 자이로스코프의 다른 동작 파형도이다.

도 5는 도 1에 도시한 진동 자이로스코프의 다른 진단 회로의 블록도이다.

도 6은 도 1에 도시한 진동 자이로스코프의 다른 동작 파형도이다.

도 7은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 진동 자이로스코프의 블록도이다.

도 8은 도 7에 도시한 진동 자이로스코프의 동작 파형도이다.

도 9는 도 7에 도시한 진동 자이로스코프의 다른 신호 처리 회로의 블록도이다.

도 10은 도 7에 도시한 진동 자이로스코프의 또 다른 신호 처리 회로의 블록도이다.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 진동 자이로스코프의 블록도이다.

도 12는 본 발명에 따른 전자 장치에 사용하는 자동 구동 회로예의 블록도이다.

도 13은 종래의 진동 자이로스코프의 블록도이다.

<발명의 주요 부분의 간단한 설명>

10, 20, 30....진동 자이로스코프

200, 201...검출기 300...구동 회로

400, 401, 402, 403...신호 처리 회로

500...전원 회로 600, 601...진단 회로

본 발명의 제 1특징에 의하면, 진동 자이로스코프는 구동 전극 및 센서 전극을 가지고 있는 진동기, 상기 구동 전극에 구동 전압을 인가하는 구동 회로, 상기 진동기의 굴곡 변위에 해당하는 신호를 상기 센서 전극에서부터 수신하는 센서 회로, 상기 센서 회로에서 입력된 신호를 처리하여 각속도를 감지하는 신호 처리 회로 및 상기 센서 회로, 상기 구동 회로, 및 상기 신호 처리 회로 모두가 정상적으로 작동하는지를 검사하기 위해서, 상기 구동 회로, 상기 센서 회로 및 상기 신호 처리 회로에서의 신호에 반응하는 진단 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다

바람직하게, 상기 센서 회로에서부터 입력된 신호와 상기 구동 회로에서부터 입력된 신호 중의 하나를 상기 검출기로 출력하도록 하는 스위칭 장치, 및 상기 스위칭 장치에서 입력된 신호를 구동 전압과 동기화하여 검파하도록 하는 검출기를 포함한 상기 신호 처리 회로는, 스위칭 장치를 통한 상기 센서 회로에서의 신호 입력에 반응하여 각속도를 감지하고, 상기 스위칭 장치를 통해 상기 구동 회로에서의 신호의 반응에 이상이 있는지를 나타내는 신호를 출력한다.

상기 센서 회로에서의 입력 신호를 정류하는 제 1정류 회로, 상기 구동 회로에서의 입력 신호를 정류하는 제 2정류 회로, 상기 제 1 정류 회로에 의해 정류된 신호 및 상기 제 2정류 회로에 의해 정류된 신호를 가산하기 위한 가산 회로, 및 상기 가산 회로에서 출력된 결과 신호가 예상 범위내에 해당하는지 아닌지를 측정하기 위한 제 1측정기를 포함하는 상기 진단 회로가 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 진동 자이로스코프는 입력 전원 공급 전압과 기준 전압을 비교하여, 상기 입력 전원 공급 전원이 예상 범위내에 해당하는지 아닌지를 측정하는 제 2 측정기를 포함하는 상기 진단 회로가 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 앞서 언급한 구조의 어느 것이나 가지고 있는 진동 자이로스코프를 포함하는 전자 장치를 가진다.

그러므로, 진동 자이로스코프는 모든 회로 소자의 이상을 검사할 능력을 가지고 있으며, 몇몇 회로 소자가 비정상적으로 작동하지 않으면, 신뢰성있는 이상의검사를 제공한다.

진동 자이로스코프는 전원 공급 측정 회로를 사용한 전원 공급 회로를 직접적으로 검사할 능력을 또한 가지고 있어서, 진동 자이로스코프(10)에서 신뢰성있는 이상의 검사를 제공한다.

더욱이, 진동 자이로스코프는 센서 회로 출력 신호와 구동 회로 출력 신호가 가해진 이후의 이상을 측정하는 것이 가능해서, 비교기의 수를 줄일 수 있어 회로의 구성을 간단하게 한다.

진동 자이로스코프는 스위칭 장치를 포함하고 있어서, 이상의 있음이 이상의 검사가 필요할 때에만 검사되는 그러한 구조이므로 회로의 구성을 간단하게 한다.

본 발명에 따른 전자 장치는 신뢰성있게 이상을 검출할 능력이 있는 진동 자이로스코프를 포함하고, 이로 인해, 원하는 신뢰감이 필요한 대규모 시스템에 적용할 수 있는 신뢰성있는 시스템을 제공한다.

본 발명의 다른 특징이나 진보성은 도면을 참조하여 본 발명에 대한 설명을 하면 보다 명확해질 것이다.

도 1은 본 발명의 한 실시형태에 따른 진동 자이로스코프(10)의 블록도이다. 도 1에서, 동일 참조 번호는 도 13에 도시한 종래의 진동 자이로스코프(50)의 소자와 같거나 등가인 진동 자이로스코프(10)의 소자를 나타내므로, 그의 설명은 생략한다.

도 1을 참조하면, 진동 자이로스코프(10)는 도 13에 도시한 진단 회로(700)대신에 진단 회로(600)를 포함한다. 진단 회로(600)는 센서 회로(200) 내에 있는 미분 회로(210), 구동 회로(300) 내에 있는 위상 보정 회로(330), 신호 처리 회로(400) 내에 있는 증폭 회로(430), 및 전원 회로(500)에 접속되어 있다.

도 2는 진단 회로(600)의 확대도이다. 도 2를 참조하면, 진단 회로(600)는 센서 판단 회로(610), 구동 판단 회로(620), 신호 처리 판단 회로(630), 전원 공급 판단 회로(640), 및 포괄 판단 회로(650)를 포함한다.

센서 판단 회로(600)는 정류 회로(611), 평활 회로(612), 및 비교기(613)를 포함한다. 구동 판단 회로(620)는 정류 회로(621), 평활 회로(622), 비교기(623)를 포함한다. 신호 처리 판단 회로(630)는 정류 회로(631), 평활 회로(632), 및 비교기(633)를 포함한다. 전원 공급 판단 회로(640)는 비교기(643)를 포함한다. 포괄 판단 회로(650)는 센서 판단 회로(610), 구동 판단 회로(620), 신호 처리 판단 회로(630), 및 전원 공급 판단 회로(640)에 접속한다.

센서 판단 회로(610)는 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 센서 회로(200)로부터 출력된 센서 회로 출력 신호와 평활 회로(612)에서부터 출력된 정류 회로 출력 신호를 나타낸다. 구동 판단 회로(620)와 신호 처리 판단 회로(630)는 센서 판단 회로(610)와 회로 구성이나 특징이 동일하기 때문에, 그의 설명은 생략한다.

센서 판단 회로(610)에서, 정류 회로(611)는 평활 회로(612)에 접속되어 있고, 평활 회로(612)는 비교기(613)와 접속되어 있고, 비교기(613)는 포괄 판단 회로(650)에 접속된다. 정류 회로(611)는 센서 회로(200)의 미분 회로(210)에서부터 출력된 센서 회로 출력 신호를 수신한다. 센서 회로 출력 신호는 센서 회로(200)가이상이 있는지 없는지에 관한 정보를 가지고 있다. 정류 회로(611)는 센서 회로 출력 신호를 전파(full-wave) 정류하고, 평활 회로(612)로 그 결과를 출력한다. 평활 회로(612)는 입력 신호를 평활하여 그 결과를 비교기(613)로 입력한다. 입력 신호가 하한 기준 전압이상이고, 상한 기준 전압이하이면, 비교기(613)는 센서 회로(200)에 이상이 없다는 판정 결과를 포괄 판단 회로(650)로 입력한다. 반면에, 입력 신호가 하한 기준 전압미만이거나, 상한 기준 전압을 초과하면, 비교기(613)는 센서 회로(200)에 이상이 있다는 판정 결과를 포괄 판정 회로(650)로 입력한다.

예를 들어, 제 2전하 증폭기(221)가 고장나면, 제 2미분 회로(210)의 출력은 정상 장동을 하는 동안 현저하게 낮아질 수 있고, 비정상 작동을 하는 동안 현저하게 높아질 수 있다. 이러한 점에서, 비교기(613)에 입력된 신호가 상한 기준 전압이하이면, 비교기(613)는 포괄 판정 회로(650)로 하한 기준 전압을 이용하지 않고도, 센서 회로(200)가 정상적으로 작동한다는 판정 결과를 입력할 수 있다. 다른 방법으로, 평활 회로(612)는 필요없다면 제거될 수 있다.

전원 공급 판정 회로(640)는 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 전원 회로(500)에서부터 출력된 전원 공급 출력 신호를 나타낸다. 도 4에서, A상태는 전원 전압이 정상임을 나타내고, B상태는 전원 전압이 순간적으로 정지한 비정상적 상태를, C상태는 잡음이 전원 전압에 인가된 비정상적 상태를 나타낸다.

전원 공급 판정 회로(640)에서, 비교기(643)는 포괄 판정 회로(650)에 접속된다. 전원 회로(500)는 전원 회로(500)가 이상이 있는지에 관한 정보를 포함한 전원 회로 출력 신호를 수신한다. 수신된 신호가 하한 기준 전압이상이거나, 상한 기준 전압이하일 때, 비교기(643)는 전원 회로(500)에 이상이 없다는 판정 결과를 포괄 판정 회로(650)에 입력한다. 반면에, 수신된 신호가 하한 기준 전압미만이거나, 상한 기준 전압을 초과하면, 비교기(643)는 전원 회로(500)는 이상이 있다는 판정 결과를 포괄 판정 회로(650)로 입력한다. 일반적으로, 도 4의 B상태나 C상태 같은 매우 작은 기간동안 계속되는 전원 회로의 이상은 센서 회로(200) 혹은 구동 회로(300)에서 이상으로 확인되는 경향이 없다. 그러나, 비교기(643)의 사용은 이상의 신뢰성 있는 검사가 가능하다.

센서 판정 회로(610), 구동 판정 회로(620), 신호 처리 판정 회로(630), 및 전원 공급 판정 회로(640)로부터의 입력 신호가 모두 정상이라면, 포괄 판정 회로(650)는 전원 공급만이 아니라 회로 소자가 모두 정상적으로 작동하고 있다고 판정한다. 만약에 그렇지 않으면, 즉, 적어도 하나의 입력 신호가 이상하다면, 포괄 판정 회로(650)는 전원 공급과 회로 소자는 정상적으로 작동하고 있지 않다고 판정한다.

본 분야에 숙련된 사람들이 이해하는 것처럼, 센서 회로 출력 신호는 미분 회로(210)에서부터의 출력 신호로만 제한되지 않으며, 제 1 혹은 제 1전하 증폭기(220 혹은 221)에서부터 직접적으로 출력된 신호이어도 된다. 구동 회로 출력 신호는 위상 보정 회로(330)에서부터의 출력 신호로 제한되지 않고, 가산 회로(310) 혹은 AGC 회로(320)에서부터의 직접적으로 출력 신호일 수는 있다. 신호 처리 회로 출력 신호는 증폭 회로(430)에서부터의 출력 신호로 제한되지 않고, 검출 회로(410) 혹은 평활 회로(420)에서부터의 직접적으로 출력된 신호일 수 있다.

따라서, 진동 자이로스코프(10)는 모든 회로 소자의 이상을 검사할 능력을 가지고 있으며, 몇몇 회로 소자가 비정상적으로 작동하지 않으면, 신뢰성있는 이상 검사를 제공한다.

진동 자이로스코프(10)는 전원 공급 측정 회로를 사용한 전원 회로를 직접적으로 검사할 능력을 또한 가지고 있어서, 진동 자이로스코프(10)에서 신뢰성있는 이상 검사를 제공한다.

도 5는 본 발명에 따른 진동 자이로스코프에서 변형된 진단 회로(601)를 도해한다. 도 5에서, 동일 참조 번호는 도 2에 도시한 종래의 진동 자이로스코프(10)의 진단 회로(600)와 같거나 등가인 진단 회로(600)를 나타내므로, 그의 설명은 생략한다.

도 5를 참조하면, 진동 자이로스코프(10)의 진단 회로(601)는 도 2에 도시된 진단 회로(600)의 센서 측정 회로(610) 및 구동 측정 회로(660) 대신에 센서/구동 측정 회로(660)를 포함한다. 센서/구동 측정 회로(660)는 정류 회로(661, 663), 평활 회로(662, 664), 가산기(665), 및 비교기(666)를 포함한다. 정류 회로(661)는 센서 회로(200)와 평활 회로(662)에 접속되고, 정류 회로(663)는 구동 회로(630)와 평활 회로(664)에 접속한다. 평활 회로(662, 664)는 가산 회로(665)에 접속하고, 가산 회로(665)는 비교기(666)에 접속한다. 정류 회로(661)는 센서 회로 출력 신호를 전파 정류하고, 그 결과를 평활 회로(662)로 출력한다. 정류 회로(663)는 정류 회로(661)의 반대 방향에서 구동 회로 출력 신호를 전파 정류하여 그 결과를 평활 회로(664)로 출력한다. 평활 회로(662, 664)는 수신된 신호를 평활하여 평활된 신호를 가산 회로(665)로 출력하고, 가산 회로(665)는 입력 신호를 가산하여, 그 결과를 비교기(666)로 출력한다. 만일 입력 신호가 하한 기준 전압이상이거나, 상한 기준 전압이하이면, 비교기(666)는 센서 회로(200)와 구동 회로(300)에 이상이 없다는 판정 결과를 포괄 판정 회로(650)로 출력한다. 반면에, 입력 신호가 하한 기준 전압 미만이거나, 상한 기준 전압을 초과하면, 비교기(666)는 센서 회로(200)와 구동 회로(300)에 이상이 있다는 판정 결과를 포괄 판정 회로(650)로 출력한다.

도 6은 센서/구동 측정 회로(660)의 파형도이다. 여기에서 D와 E는 정상 상태를, F G, H는 비정상 상태를 나타낸다.

D 상태는 각속도가 인가되지 않은 상태이다. D 상태에서, 소정의 크기를 가진 구동 회로 출력 신호는 정류 회로(663)에 입력되고, 소정의 크기를 가진 신호는 평활 회로(664)를 통해서 가산 회로(665)로 출력된다. 0V의 센서 회로 출력 신호는 정류 회로(661)로 입력되고, 0V의 신호는 평활 회로(662)를 통해서 가산 회로(665)로 출력된다. 가산기(665)는 평활 회로(664, 662)로부터의 입력 신호를 가산하고, 그 결과를 비교기(666)에 입력한다. 그리고 나서, 비교기(666)는 가산 회로(665)로부터의 결과 신호가 하한 기준 전압 미만이고, 상한 기준 전압 이상인지를 판단한다.

E 상태는 각속도가 인가된 상태이다. E 상태는 코리올리의 힘에 따른 신호가 센서 회로(220)에서부터 정류 회로(661)로 인가되고, 정류 회로(663)에 반대되는 방향으로 정류되는 점에서 D 상태와는 다르다. 그 결과 신호는 평활 회로(662)에 의해 평활되고, 가산 회로(665)로 통과된다. 그리고 나서, 비교기(666)는 가산 회로(665)로부터의 결과 신호가 하한 기준 전압 이상이고, 상한 기준 전압 이하인지를 측정한다.

F 상태는 구동 회로 출력 신호가 과도히 높은 상태이다. F 상태에서는, 과도한 고신호가 정류 회로(663)로 입력되고, 과도한 고신호는 평활 회로(664)를 통해서 가산 회로(665)로 통과된다. 그리고나서, 비교기(666)는 가산 회로(665)로부터의 결과 신호가 상한 기준 전압보다 위에 있는지를 측정한다.

G 상태는 구동 회로 출력 신호가 과도히 낮은 상태이다. G 상태에서는, 과도하게 낮은 구동 회로 출력 신호가 정류 회로(663)로 입력되고, 과도하게 낮은 신호는 평활 회로(664)를 통해서 가산 회로(665)로 통과된다. 그리고 나서, 비교기(666)는 가산 회로(665)로부터의 결과 신호가 하한 기준 전압 미만인지를 판단한다.

H 상태는 센서 회로 출력 신호가 과도히 높은 상태이다. H 상태에서는, 과도하게 높은 신호는 정류 회로(661)로 인가된다. 과도하게 높은 신호는 평활 회로(662)를 통해서 가산 회로(665)로 통과된다. 그리고 나서, 비교기(666)은 가산 회로(665)로부터의 결과 신호가 하한 기준 전압 미만에 있는지를 측정한다.

따라서, 가산 회로(665)를 사용하여, 진단 회로(601)를 포함한 진동 자이로스코프(10)는 사용되는 비교기의 수를 줄이고, 회로의 구성을 간단하게 한다.

예를 들어, 모터 차량(moter vehicle)의 행동 제어 시스템과 일체를 이루는 진동 자이로스코프는 모든 회로의 이상을 검사해야 한다. 몇몇 회로의 이상은 단지 명기된 시간대에 조사만으로도 충분하다. 예를 들어, 센서 회로와 구동 회로는 이상이 있나에 대해서 항상 조사되어야 한다. 반면, 신호 처리 회로는 엔진이 작동될 때만 이상이 있나에 대해서 조사되어야 한다. 다시 말해, 자가 진단 작동은 회로 구성의 중요성에 따라 실시되어, 회로 구성을 간단하게 한다.

도 7은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 진동 자이로스코프(20)의 블록도이다. 도 7에서, 동일 참조 번호는 도 1에 도시한 종래의 진동 자이로스코프(10)의 소자와 같거나 등가인 진동 자이로스코프(20)의 소자를 나타내므로, 그의 설명은 생략한다.

도 7을 참조하면, 진동 자이로스코프(20)는 도 1에 도시된 진동 자이로스코프(10)의 신호 처리 회로(400) 대신에 신호 처리 회로(401)를 포함한다. 신호 처리 회로(401)는 스위칭 장치(450)을 더 포함하는 점에서 신호 처리 회로(400)와 다르다. 스위칭 장치(450)는 미분 회로(210)에서부터 입력된 신호, 즉, 센서 회로 출력 신호, 혹은 위상 보정 회로(330)로부터 입력된 신호, 즉 구동 회로 출력 신호를 검출 회로(410)로 입력한다. 검출 회로(410)는 구동 전압과 동기화되어 스위칭 장치(450)로부터 입력된 신호를 검출하고, 그 결과를 평활 회로(420)로 출력한다. 평활 회로(420)는 입력 신호를 평활하여, 그 결과를 증폭 회로(430)로 입력한다. 증폭 회로(430)는 입력 신호를 직류 증폭하고, 그 결과를 외부로 출력한다.

도 8은 진동 자이로스코프(20)에서의 신호 처리 회로(401)의 파형도이다. 도 8에서, I 상태는 스위칭 장치(450)가 미분 회로(210)에 접속된 상태를 나타내고, 여기에서 각속도에 해당하는 신호가 증폭 회로(430)로부터 출력된다. J, K, L 상태는 스위칭 장치(450)가 위상 보정 회로(330)에 접속된 상태를 나타내고, 여기에서신호 처리 회로(401)가 이상이 있는지 없는지를 나타내는 신호가 증폭 회로(430)로부터 진단 회로(600)로 입력된다. I 상태와 J 상태는 신호 처리 회로(401)가 이상이 없다는 상태를 나타내고, K 상태와 L 상태는 신호 처리 회로(401)가 이상이 있다는 상태를 나타낸다.

I 상태에서, 미분 회로(210)에서부터의 입력 신호는 스위칭 장치(450)를 통해 검출 회로(410)로 입력된다. 순차적으로, 입력 신호는 검출 회로(450)에 의해 검출되고, 평활 회로(420)에 의해 평활되고, 증폭 회로(430)에 의해 증폭되어 각속도에 해당하는 신호를 출력한다.

J 상태, K 상태, L 상태에서는, 위상 보정 회로(330)로부터 입력된 신호는 스위칭 장치(450)을 통해 검출 회로(410)로 입력된다. 순차적으로, 입력 신호는 검출 회로(410)에 의해 검출되고, 평활 회로(420)에 의해 평활되고, 증폭 회로(430)에 의해 증폭된다. 그리고나서, 진단 회로(600)내의 신호 처리 측정 회로(630)는 신호 처리 회로(401)가 이상이 있는지 없는지를 판단한다. 예를 들어, J 상태에서, 증폭 회로(430)로부터 진단 회로(660)로 입력된 신호가 하한 기준 전압 이상이거나, 상한 기준 전압 이하이어서, 신호 처리 회로(401)는 이상이 없다는 판단을 도출한다. K 상태에서, 검출 회로 출력 신호가 0V를 나타내게 작동하고 있고, 검출 회로(410)는 비정상적으로 작동하고 있으며, 증폭 회로(430)로부터 진단 회로(600)로 입력된 신호는 하한 기준 전압 아래에 있어서, 신호 처리 회로(401)가 이상이 있다는 측정을 도출하게 된다. L 상태에서, 증폭 회로(430)의 증폭 크기는 과도히 높고, 증폭 회로(430)로부터의 전압 출력은 상한 기준 전압을 초과하여서, 신호 처리 회로(401)는 이상이 있다는 측정을 도출한다.

따라서, 스위칭 소자(450)의 사용으로, 진동 자이로스코프(20)는 이상이 있나를 검사할 필요가 있을 때만, 신호 처리 회로(401)의 이상의 존재를 검사하기 위해 설계되어, 회로 구성을 간단하게 한다.

도 9는 본 발명에 따르는 진동 자이로스코프에서 변조된 신호 처리 회로(402)를 도시한다. 도 9에서, 동일 참조 번호는 도 7에 도시한 진동 자이로스코프(20)에서의 신호 처리 회로(401)의 소자와 같거나 등가인 신호 처리 회로(402)의 소자를 나타내므로, 그의 설명은 생략한다.

도 9를 참조하면, 신호 처리 회로(402)는 도 7에 도시한 신호 처리 회로(401)의 소자에 추가적으로 저항(R1, R2)가 더 포함된다. 저항(R1)의 한 끝은 센서 회로 출력 신호를 수신하는 스위칭 장치(450)의 제 1입력 단자에 연결되고, 다른 끝은 구동 회로 출력 신호를 수신하는 스위칭 장치(450)의 제 2입력 단자에 연결된다. 저항(R2)의 한 끝은 스위칭 장치(450)의 제 2입력 단자에 접속되고, 다른 끝은 구동 회로(300)에 접속된다.

이러한 구조로, 저항(R1, R2)의 저항을 충분히 증가시킴으로서, 신호 처리 회로(402)는 신호 처리 회로(401)에서와 동일한 기능을 실행한다.

도 10은 본 발명에 따르는 진동 자이로스코프(20)의 변형된 다른 신호 처리 회로(403)를 도시한다. 도 10에서, 동일 참조 번호는 도 7에 도시한 진동 자이로스코프(20)에서의 신호 처리 회로(401)의 소자와 같거나 등가인 신호 처리 회로(403)의 소자를 나타내므로, 그의 설명은 생략한다.

도 10을 참조하면, 신호 처리 회로(403)는 도 7에 도시된 신호 처리 회로(401)의 소자에 추가적으로, 기준 전압 회로(460)과 스위칭 장치(451)를 더 포함한다. 기준 전압 회로(460)는 소정의 일정한 전압을 출력한다. 스위칭 장치(450)는 센서 회로 출력 신호, 혹은 기준 전압 회로(460)로부터 출력된 신호 중 하나를 검출 회로(410)에 입력한다. 스위칭 장치(451)는 기준 전압 회로(460) 혹은 구동 출력 신호 중 하나를 검출 회로(410)로 입력한다. 센서 회로 출력 신호가 스위칭 장치(450)에 의해 검출 회로(410)에 입력될 때에, 스위칭 장치(451)는 구동 회로 출력 신호를 검출 회로(410)에 입력한다. 기준 전압 회로(460)로부터의 출력된 신호는 검출 회로(410)로 입력될 때, 반면에, 스위칭 장치(451)는 기준 전압 회로(460)로부터 출력된 신호를 검출 회로(410)로 입력한다.

따라서, 신호 처리 회로(403)에서, 센서 회로 출력 신호가 검출 회로(410)에 입력될 때, 각속도는 출력된다. 기준 전압 회로(460)에서부터 출력된 신호가 검출 회로(410)에 입력될 때에, 기준 전압 회로(460)에서부터 출력된 신호는 기준 전압 회로(460)에서부터 출력된 신호를 검출하는데 사용된다. 그러므로, 기준 전압 회로(460)로부터 출력된 신호는 평활 회로(420)에 의해 평활되고, 증폭 회로(430)에 의해 증폭된 신호는 출력되며, 검출 회로(410)는 작동하지 않는다. 즉, 진단 작동은 증폭 회로(430)의 증폭 크기에 대해서 실행된다.

도 11은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 진동 자이로스코프(30)를 도시한다. 도 11에서, 동일 참조 번호는 도 7에 도시한 진동 자이로스코프(20)에서의 소자와 같거나 등가인 진동 자이로스코프(30)의 소자를 나타내므로, 그의 설명은 생략한다

도 11을 참조하면, 진동 자이로스코프(30)에서, 센서 회로(201)는 도 7에 도시된 진동 자이로스코프(20)의 센서 회로(200)의 제 1전하 증폭기(220)와 제 2전하 증폭기(221) 대신에 제 1완충(buffer) 회로(230), 제 2완충 회로(231), 저항(240, 241)을 포함한다.

제 1완충 회로(230)와 저항(240)은 제 1센서 전극(104)에 접속되고, 제 2완충 회로(231)와 저항(241)은 제 2센서 전극(105)에 접속된다. 제 1 및 제 2완충 회로(230, 231)는 가산 회로(310) 및 미분 회로(210)에 접속된다. 제 1완충 회로(230)는 제 1센서 전극(104)의 전압을 가산 회로(310)와 미분 회로(210)로 배분하고, 제 2완충 회로(231)는 제 2센서 전극(105)의 전압을 가산 회로(310)와 미분 회로(210)로 배분한다. 저항(240, 241)은 제 1센서 전극(104) 및 제 2센서 전극(105) 각각의 임피던스(impedance)를 조정하는데 사용된다.

이런 구조로, 검출 회로(201)를 가지고 있는 진동 자이로스코프(30)는 또한 진동 자이로스코프(20)와 같은 기능을 수행한다.

상술한 실시형태는 서로 결합된 2개의 압전 기판을 가진 바이모르프(bimorph) 진동기에 충족되는 진동기에 관해서 설명하였지만, 원통형 또는 삼각 블록 형상의 튜닝 바형(tuning bar type) 진동기, 혹은 튜닝 폭크형(tuning fork type) 진동기로 가능하다. 물론, 본 발명의 센서 회로, 구동 회로, 신호 처리 회로, 및 진단 회로도 상술한 실시형태로만 제한되는 것은 아니다.

도 12는 본 발명에 따른 진동기를 포함하는 전자 장치를 도해한 것이다. 도 12는 모터 차량에 사용되는 자동 구동 회로(70)의 블록도이며, 예시를 통한 본 발명의 전자 장치의 실시형태이다.

자동 구동 회로(70)는 본 발명에 따른 진동 자이로스코프(10), 적분 회로(701), 서보 회로(servo circuit, 702), 전류 구동기(703), 액츄에이터(actuator, 704), 및 각 검출 센서(705)를 포함한다. 자동 구동 회로(70)에서, 진동 자이로스코프(10), 서보 회로(702), 전류 구동기(703), 및 액츄에이터(704)는 직렬로 연결되어, 애큐에이터(704)의 출력은 각 측정 센서(705)를 경유하여 서보 회로(702)로 귀환하는 루프(loop)이다.

작동상, 차량 섀시(chassis)의 진동에서 각속도 신호만이 진동 자이로스코프(10)를 경유하여 적분 회로(701)로 입력된다. 적분 회로(701)는 각속도 신호에 대해 적분을 실행하여, 이 신호를 섀시가 진동하는 각으로 변환한다. 그리고, 그 결과는 서보 회로(702)로 출력한다. 서보 회로(702)는 적분 회로(701)와 각 검출 센서(705)로부터의 각속도의 입력 신호를 사용하여, 전류값과 목표값의 차이를 계산하여, 그 결과를 전류 구동기(703)로 출력한다. 전류 구동기(703)는 입력 신호에 따른 전류를 액츄애이터(704)로 출력함으로서, 액츄에이터(704)가 모터 차량의 조향 핸들(steering wheel)을 기계적으로 구동하도록 한다. 각 검출 센서(705)는 조향 핸들이 서보 회로(702)로 회전하는 각을 출력한다.

이런 구조로서, 본 발명에 따르는 자동 구동 회로(70)를 가지는 전자 장치는 신뢰성있게 이상을 검출할 능력이 있는 진동 자이로스코프를 포함하고, 이로 인해,원하는 신뢰감이 필요한 대규모 시스템에 적용할 수 있는 신뢰성있는 시스템을 제공한다.

본 발명을 본 발명의 특정 실시형태에 관련된 것만을 기술하여 왔더라도, 당업계에 종사하는 사람들에게는 다양하게 변형될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 본 발명은 상술한 설명뿐만 아니라 부가된 청구항에 의해 제한되는 것이 바람직하다.

Claims

구동 전극 및 센서 전극을 가지고 있는 진동기;

상기 구동 전극에 구동 전압을 인가하는 구동 회로;

상기 진동기의 굴곡 변위에 해당하는 신호를 상기 센서 전극에서부터 수신하는 센서 회로;

상기 센서 회로에서 입력된 신호를 처리하여 각속도를 감지하는 신호 처리 회로; 및

상기 센서 회로, 상기 구동 회로, 및 상기 신호 처리 회로 모두가 정상적으로 작동하는지를 검사하기 위해서, 상기 구동 회로, 상기 센서 회로 및 상기 신호 처리 회로에서의 신호에 반응하는 진단 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
제 1항에 있어서, 상기 신호 처리 회로는 스위칭 장치와 검출기를 포함하고;

상기 스위칭 장치는 상기 센서 회로로부터의 입력 신호와 상기 구동 회로로부터의 입력 신호 중 하나를 상기 검출기로 출력하고,

상기 검출기는 상기 구동 회로와 동조한 스위칭 장치로부터의 입력 신호를 검출하고,

상기 신호 처리 회로는 상기 스위칭 장치를 통해서 상기 센서 회로로부터의 신호 입력에 대한 응답으로 각속도를 탐지하고, 상기 스위칭 장치를 통해서 상기구동 회로로부터의 신호에 대한 응답으로 상기 신호 처리 회로가 이상이 있는지를 나타내는 신호를 출력하는 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
제 1항에 있어서, 상기 진단 회로는, 상기 센서 회로에서의 입력 신호를 정류하는 제 1정류 회로;

상기 구동 회로에서의 입력 신호를 정류하는 제 2정류 회로;

상기 제 1 정류 회로에 의해 정류된 신호 및 상기 제 2정류 회로에 의해 정류된 신호를 가산하기 위한 가산 회로; 및

상기 가산 회로에서 출력된 결과 신호가 소정의 범위내에 있는지 없는지를 판단하는 제 1판단기를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
제 1항, 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 진단 회로는 입력 전원 전압과 기준 전압을 비교하여, 상기 입력 전원 전압이 소정의 범위내에 있는지 없는지를 판단하는 제 2 측정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
제 1항, 제 2항 또는 제 3항에 따른 진동 자이로스코프를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
제 4항에 따른 진동 자이로스코프를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
제 1항에 있어서, 상기 진단 회로는, 상기 센서 회로가 정상적으로 작동하는지를 판단하기 위한 센서 판정 회로;

상기 구동 회로가 정상적으로 작동하는지를 판단하기 위한 구동 판단 회로;

상기 신호 처리 회로가 정상적으로 작동하는지를 판단하기 위한 신호 처리 판정 회로;

입력 전원 전압이 소정의 범위에 있는지를 판단하기 위한 전원 공급 판정 회로; 및

상기 센서 판정 회로, 상기 구동 판정 회로, 상기 신호 처리 판정 회로, 및 상기 전원 공급 판정 회로에 반응해서, 신호를 출력하고, 상기 센서 판정 회로, 상기 구동 판정 회로, 상기 신호 처리 판정 회로, 혹은 상기 전원 공급 판정 회로가 정상적으로 작동하는지를 나타내는 포괄 판정 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
제 7항에 있어서, 상기 센서 판정 회로는 제 1정류 회로, 제 1평활 회로 및 제 1비교기를 포함하고;

상기 센서 판정 회로는 상기 제 1정류 회로와 접속하고, 상기 제 1정류 회로는 상기 제 1평활 회로와 접속하고, 상기 제 1평활 회로는 상기 제 1비교기와 접속하고, 상기 제 1비교기는 상기 포괄 판정 회로에 접속하는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
제 7항에 있어서, 상기 구동 판정 회로는 제 2정류 회로, 제 2평활 회로 및 제 2비교기를 포함하고;

상기 구동 회로는 상기 제 2정류 회로와 접속하고, 상기 제 2정류 회로는 상기 제 2평활 회로와 접속하고, 상기 제 2평활 회로는 상기 제 2비교기와 접속하고, 상기 제 2비교기는 상기 포괄 판정 회로에 접속하는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
제 8항에 있어서, 상기 구동 판정 회로는 제 2정류 회로, 제 2평활 회로 및 제 2비교기를 포함하고;

상기 구동 회로는 상기 제 2정류 회로와 접속하고, 상기 제 2정류 회로는 상기 제 2평활 회로와 접속하고, 상기 제 2평활 회로는 상기 제 2비교기와 접속하고, 상기 제 2비교기는 상기 포괄 판정 회로에 접속하는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
제 7항에 있어서, 상기 신호 처리 판정 회로는 제 3정류 회로, 제 3평활 회로 및 제 3비교기를 포함하고;

상기 신호 처리 회로는 상기 제 3정류 회로와 접속하고, 상기 제 3정류 회로는 상기 제 3평활 회로와 접속하고, 상기 제 3평활 회로는 상기 제 3비교기와 접속하고, 상기 제 3비교기는 상기 포괄 판정 회로에 접속하는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
제 10항에 있어서, 상기 신호 처리 측정 회로는 제 3정류 회로, 제 3평활 회로 및 제 3비교기를 포함하고;

상기 신호 처리 회로는 상기 제 3정류 회로와 접속하고, 상기 제 3정류 회로는 상기 제 3평활 회로와 접속하고, 상기 제 3평활 회로는 상기 제 3비교기와 접속하고, 상기 제 3비교기는 범단 측정 회로에 접속하는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
제 12항에 있어서, 상기 전원 공급 판정 회로는 입력 전원 전압이 소정의 범위내에 있는지를 비교하는 제 4비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
제 1항에 있어서, 상기 진단 회로는 센서 회로, 구동 회로, 제 1 및 제 2정류 회로, 제 1 및 제 2평활 회로, 가산 회로 및 비교기를 포함한 센서/구동 측정 회로를 포함하고;

상기 제 1정류 회로는 상기 제 1센서 회로 및 상기 제 1평활 회로와 접속하고, 상기 제 2정류 회로는 상기 구동 회로 및 제 2평활 회로와 접속하고, 상기 제 1 및 상기 제 2평활 회로는 상기 가산 회로와 접속하고, 상기 가산 회로는 상기 비교기와 접속한 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
제 2항에 있어서, 상기 신호 처리 회로는 제 1 및 제 2저항기를 포함하고;

상기 제 1저항기의 한 끝은 상기 센서 회로에서부터 입력되는 신호를 수신하는 상기 스위칭 장치의 제 1입력 단자와 접속하고, 상기 제 1저항기의 다른 끝은 상기 구동 회로에서부터 입력되는 신호를 수신하는 상기 스위칭 장치의 제 2입력 단자와 접속하고;

상기 제 2저항기의 한 끝은 상기 스위칭 장치의 제 2입력 단자와 접속하고, 상기 제 2저항기의 다른 끝은 상기 구동 회로와 접속하는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
제 1항에 있어서, 상기 신호 처리 회로는 검출기, 기준 전압 회로 및 제 1, 제 2스위칭 장치를 포함하고;

상기 기준 전압 회로는 소정의 일정 전압을 출력하고;

제 1스위칭 장치는 센서 회로 회로로부터의 출력, 혹은 기준 전압 회로에서부터의 출력 신호를 상기 검출기로 입력하고;

제 2스위칭 장치는 기준 전압 회로로부터의 출력 신호 혹은 상기 구동 회로부터의 단일 출력중 하나를 상기 검출기로 입력시키는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
제 3항에 있어서, 상기 진단 회로는 입력 전원 전압과 기준 전압을 비교하여상기 전원 전압이 소정의 범위내에 있는지를 판정하는 제 2측정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
제 17항에 있어서, 상기 진단 회로는, 상기 센서 회로에서부터의 입력 신호를 정류하는 제 1정류 회로;

상기 구동 회로로부터 입력 신호를 정류하는 제 2정류 회로;

상기 제 1정류 회로에 의해 정류된 신호와 상기 제 2정류 회로에 의해 정류된 신호를 가산하는 가산 회로;

상기 가산 회로로부터 얻은 신호가 소정의 범위내에 있는지를 판정하는 제 1측정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
제 13항 내지 제 17항 중의 어느 한 항에 기재된 진동 자이로스코프를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.