KR100457779B1 - 가속도 감지수단을 이용한 피치각/롤각 측정장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3차원 공간상에 위치한 물체나 기기 등의 수평에서 수직상태까지 범위의 각도를 측정하는 측정장치에 있어서, 상기 기기의 가속도를 감지하기 위한 가속도감지부와, 상기 가속도감지부에서 측정된 데이터의 오차를 저장하는 메모리부와, 상기 가속도감지부에서 측정된데이터와 상기 메모리부에 저장된 오차데이터를 이용하여 오차를 보상 연산하고 피치각/롤각을 연산하는 제어부와, 상기 제어부의 제어에 따라 오차가 보상된 피치각/롤각을 표시하기 위한 디스플레이부와, 상기 제어부의 제어에 따라 오차가 보상된 피치각/롤각을 다른 장치 또는 기기에 전달하기 위한 통신부를 포함하여 구성되어진 것을 특징으로 하는 가속도 감지수단을 이용한 피치각/롤각 측정장치 및 그 방법에 관한 것이다.

Description

가속도감지수단 이용한 피치각/롤각 측정장치 및 그 방법{Pitch/Roll angle sensing mean using accelerometer and method thereof}

본 발명은 3차원 공간상에 위치한 물체나 기기등의 수평에서 수직상태까지 범위의 각도를 측정하는 계측기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소형화되고 저전력을 사용하는 반도체 칩 형태의 가속도 감지수단을 이용함으로써, 각종 기계류, 전자기기 등에 장착이 가능할 뿐만 아니라 휴대용으로도 사용할 수 있는 가속도 감지수단을 이용한 피치각/롤각 측정장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 장치 및 기기 등은 작동을 위하여 정확한 수평상태가 이루어져 있어야만 하는데, 지면이 평평한 곳이라 하더라도 전체적인 기울기로 인하여 정확한 수평상태를 구축하기는 용이하지 않다.

즉 일예로, 가전제품으로 세탁기나 냉장고 등의 경우에 정확한 수평이 이루어져 있지 않은 경우에, 세탁기는 모터의 구동으로 물을 포함한 빨래의 하중이 지면쪽 및 사방으로 가해지는데 정확한 수평이 이루어져 있지 않으면, 세탁기의 모터가 회전하는데 영향을 받게되어 부하가 많이 걸리게 되며, 세탁조의 회전에도 영향을 미치게 되어 세탁조에 손상이 생길 수도 있다. 또한, 냉장고의 경우에도 정확한 수평상태가 아니면, 구동모터에 의한 냉매의 흐름이 에 영향을 주어 냉매의 흐름이원활하지 못하게 되는 경우에는 냉장효율이 저하되어 냉장고의 전력소비가 많게 되는 문제가 있었다. 또한, 하중이 큰 장비의 경우에는 수평상태가 불안정하면 장비가 동작할 경우 고정상태에 악영향을 주어 진동과 소음 등이 증가할 뿐만 아니라 내구성을 단축시킬 수도 있다.

또한, 공사 현장에서는 지면과 수직으로 블록을 쌓거나 수평으로 목재를 가설하여야 하는 등 수직 기준선과 수평기준선을 정확하게 설정하여야 할 필요성이 필연적으로 발생한다. 그래서, 수평기준선과 수직기준선을 지극히 원시적인 방식으로 설정하거나 장치 및 기기의 설치시에 수평을 유지하기 위하여 장치 및 기기를 지지하는 지지대의 높낮이를 조절하여 장치 및 기기의 수평을 구축하였다.

뿐만 아니라, 각종 기계류, 전자제품의 설치 또는 관리, 토목, 건축공사 시에 피치각/롤각을 측정하는 계측기의 종래 기술로는 여러 가지가 알려져 있다. 즉, 경사각 변화에 따른 물방울 또는 기포의 움직임을 시각적으로 검사하는 피치각/롤각을 측정하는 장치(대한민국 실용신안공개 제87-001067호, 제88-001138호, 제90-007093호, 제95-031155호, 제96-005899), 중력에 의한 추의 움직임을 각도계, 눈금자 또는 지시바늘을 통해 시각적 또는 전기 회로적으로 검사하는 장치(대한민국 실용신안공개 제85-002826호, 제86-008314호, 제89-007366호, 제98-063558호), 레이저와 반사경을 이용하여 경사각의 기울기를 측정하는 장치 또는 방법(대한민국 특허공개 제96-001738호, 제00-037230호, 실용신안등록 제122508호, 제178908호, 제199303호), 전기전도성을 가진 액체와 그 액체가 경사각에 따른 기울기를 전극 감지부를 통해 검사하는 방법(대한민국 특허등록 제157106호), 철심과 경사각에 따른 철심에 유도되는 전류의 변화를 측정하는 방법(대한민국 특허공개 제90-017504호), 압력센서와 가속센서를 이용하거나(대한민국 특허등록 제159627호) 가속센서, 경사센서, 지자기센서 등을 이용하여(대한민국 특허등록 제164659호) 움직이는 물체의 경사각을 측정하는 방법 등이 있다.

상기와 같은 종래의 방식은 시각적으로 계측하는 경우에는 정확한 계측이 어렵고, 레이저나 압력센서 등 부피가 큰 센서를 사용하게 되므로 계측장치의 소형화가 어렵다는 문제점이 있었고, 피치각/롤각의 측정값을 타 기기에 연결하여 수평 또는 수직 유지 기기를 구성하는데 어렵다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 소형화되고 저전력을 사용하는 반도체 칩 형태의 가속도 감지수단을 이용함으로써, 각종 기계류, 전자기기 등에 장착이 가능할 뿐만 아니라 휴대용으로도 사용 할 수 있는 가속도 감지수단을 이용한 피치각/롤각 측정장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적으로는 상기 반도체 칩 형태의 가속도 감지수단을 사용하되, 발생되는 오차를 보상하여 정확한 피치각/롤각을 측정하는 측정방법을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가속도감지수단을 이용한 피치각/롤각 측정장치를 설명하기 위한 개략적인 블록구성도이고,

도 2는 본 발명에 따른 가속도감지부의 개략적인 구성도이고.

도 3은 본 발명을 설명하기 위한 경사각 측정원리를 설명하는 설명도이고,

도 4는 본 발명을 설명하기 위한 3차원 공간상에서 가속도감지수단을 이용하여 피치각/롤각을 연산하는 과정을 설명하기 위한 설명도이고,

도 5는 본 발명에 따른 가속도감지수단의 바이어스 보상을 위한 실험을 설명하기 위한 설명도이고,

도 6은 본 발명에 따른 가속도감지수단 환산계수 오차보상을 위해 +G를 입력하여 연산하는 과정을 설명하기 위한 설명도이고,

도 7은 본 발명에 따른 가속도감지수단 환산계수 오차보상을 위해 -G를 입력하여 연산하는 과정을 설명하기 위한 설명도이고,

도 8은 본 발명에 따른 바이어스 오차 추정의 실험결과를 도시한 그래프이고,

도 9는 본 발명에 따른 환산계수오차 추정의 실험 결과를 도시한 그래프이고,

도 10은 본 발명에 따른 정규오차 보상 결과를 도시한 그래프이고,

도 11은 본 발명에 따른 가속도감지수단의 비정규오차의 상관함수를 나타낸 그래프이고,

도 12는 본 발명에 따른 가속도감지수단의 비정규오차의 주파수 특성을 나타낸 그래프이고,

도 13은 본 발명에 따른 가속도감지수단 비정규오차 보상을 통한 격사각 추정을 설명하기 위한 설명도이고,

도 14는 본 발명에 따른 가속도감지수단의 비정규오차 보상결과를 도시한 그래프이고,

도 15는 본 발명에 따른 가속도감지수단을 이용한 피치각/롤각측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

100 : 피치각/롤각 측정장치 110 : 가속도 감지부

111 : 제1가속도 감지수단 112 : 제2가속도 감지수단

115 : A/D변환부 116 : 가속도감지수단

117 : 저역통과필터 120 : 메모리부

130 : 제어부 131 : 정규오차 보상부

132 : 비정규오차 보상부 133 : 피치각/롤각 연산부

140 : 디스플레이부 150 : 통신부

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 3차원 공간상에 위치한 물체나 기기 등의 수평에서 수직상태까지 범위의 각도를 측정하는 측정장치에 있어서, 상기 움직임에 의한 가속도를 감지하는 가속도감지부와, 상기 가속도감지부에서 측정된 데이터의 오차를 저장하는 메모리부와, 상기 가속도감지부에서 측정된데이터와 상기 메모리부에 저장된 오차데이터를 이용하여 오차를 보상 연산하고 피치각/롤각을 연산하는 제어부와, 상기 제어부의 제어에 따라 오차가 보상된 피치각/롤각을 표시하는 디스플레이부와, 상기 제어부의 제어에 따라 오차가 보상된 피치각/롤각을 다른 장치 또는 기기에 전달하기 위한 통신부를 포함하여 구성되어진 것을 특징으로 한다.

상기 가속도 감지부는 3차원 축 상에 2개 이상 설치하는 반도체 칩 형태의 가속도 감지수단으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 3차원 공간 내에서 기기의 피치각/롤각을 연산하는 방법에 있어서, 움직임에 의한 가속력을 상기 복수개의 축에 대한 가속력으로 가속도 감지수단에 의해 감지하는 제1단계와, 상기 제 1단계에서 가속도 감지수단에 의해 감지된 상기 복수개의 축에 대한 가속력을 이용하여 중력에 대한 상기 복수개의 축성분을 산출하는 제2단계와, 상기 제 1,2단계에서 이용된 가속도계 감지수단의 정규오차를 보상하는 제 3단계와, 상기 제 3단계에서 정규오차가 보상된 가속도 감지수단의 비정규오차를 보상하는 제 4단계와, 상기 제 2,4단계에서 비정규오차가 보상된 가속계의 축성분을 이용하여 롤각을 산출하는 제 5단계와, 상기 제 2,5단계에서 산출된축성분과 롤각을 이용하여 피치각을 산출하는 제 6단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 또한, 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 가속도 감지수단을 이용한 피치각/롤각 측정장치를 설명하기 위한 개략적인 블록구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가속도 감지수단을 이용한 피치각/롤각 측정장치(100)는 기기의 움직임에 의한 가속도를 감지하는 가속도 감지부(110)와, 상기 가속도 감지부(110)에서 측정된 데이터의 오차를 저장하는 메모리부(120)와, 상기 가속도 감지부(110)에서 측정된 데이터와 상기 메모리부(120)에서 저장된 오차데이터를 이용하여 오차를 보상 연산하고 피치각/롤각을 연산하는 제어부(130)와, 상기 제어부에서 연산된 피치각/롤각을 표시하는 디스플레이부(140)와, 상기 제어부(130)에서 연산된 피치각/롤각을 다른 장치 또는 기기에 전송하는 통신부(150)로 구성한다.

상기 가속도 감지부(110)는 도 2에 도시된 바와 같이, 제1가속도 감지수단(111)과 제2가속도 감지수단(112)으로 구성하는데, X, Y, Z의 3개의 3차원 축 중에서 2개의 축에 배치하여 한 평면상에서 직각을 이루며 위치하도록 한다.

본 실시예에서는 제1가속도 감지수단(111)은 X축 상에 배치한 것이며, 제2가속도 감지수단(112)은 Y축 상에 배치한 것이다.

또한, 상기 제1 및 제2가속도 감지수단(111, 112)은 반도체 칩 형태로 형성하여 본 발명의 측정장치를 소형화시킬 수 있게 되어 설치되는 기기의 소정부분에 장착하여 사용할 수 있다.

따라서, 본 실시예의 가속도 감지부(110)에서는 제1가속도 감지수단(111)이 X축 방향의 가속도를 감지하며, 제2가속도 감지수단(112)은 Y축 방향의 가속도를 감지한다.

이렇게 감지된 각 축방향의 가속력 값은 제어부(130)로 입력되는데, 이때 도 1에 도시한 바와 같이 A/D변환부(115)를 통해 그 신호를 A/D 변환하여 제어부(130)로 입력한다.

상기 제어부(130)는 메모리부(120)에 저장된 상기 x축 가속도 감지수단(111)과 y축 가속도감지수단(111)의 정규오차를 이용하여 입력된 가속력을 보상하기 위한 정규오차 보상부(131)와, 상기 정규오차 보상부(131)에서 보상된 가속력을 신호에서 비정규오차를 보상하기 위한 비정규오차 보상부(132)와, 상기 비정규오차 보상부(133)에서 비정규오차가 보상된 가속력 신호 값을 이용하여 기기의 피치각/롤각을 연산하는 피치각/롤각 연산부(133)를 포함하여 구성한다.

상기 비정규 오차 보상부(132)는 고주파 잡음성분을 필터링하는 저역통과필터로 구성하는 것이 바람직하다.

상기 디스플레이장치(140)는 본 발명의 가속도 감지수단을 이용한 피치각/롤각 측정장치의 일측에 설치하여 피치각/롤각 연산부(133)에서 연산된 피치각과 롤각의 값을 시각적으로 확인할 수 있도록 한다.

또한, 상기 통신부(150)는 연산된 피치각과 롤각의 값을 이용할 수 있도록 피치각/롤각 연산부(133)에서 연산된 피치각과 롤각의 값을 외부의 기기에 전송한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 가속도 감지수단을 이용한 피치각/롤각 측정장치 및 그 방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

먼저, 물체의 가속도를 측정하는 가속도 감지수단으로 지구의 중력가속도를 측정할 수 있다. 상기 중력가속도는 물체나 기기에 놓인 가속도계의 자세에 따라 다르게 영향을 준다. 도 3에서와 같이, 경사면에 가속도 감지수단(116)을 부착하면 상기 가속도 감지수단은 중력가속도 성분 중 가속도 감지수단의 감지방향과 일치하는 중력가속도 성분을 검출하게 된다.

상기 가속도 감지수단의 출력(f)는 이상적인 경우이고, 물체의 경사각()는이 된다.

도 3의 개념을 확장하면, 3차원 공간을 X,Y,Z 축을 이용하여 표현할 때 본 발명은 도 4에 도시된 바와 같이, xy 평면에 x축 방향으로 설치된 제1가속도 감지수단(111)와 y축 방향으로 설치된 제2가속도 감지수단(112)를 이용하여 xy평면의 피치각()과 롤각()을 계측할 수 있다. 3차원 공간상에서 피치각()과 롤각()을 구하는 식은 다음과 같이 된다.

여기에서,는 X축 방향으로 설치된 제1가속도감지수단(111)의 출력이고,는 T축 방향으로 설치된 제2가속도감지수단(112)의 출력이다.

그런데, 소형화를 위해 사용하는 반도체 칩 형태의 가속도감지수단은 많은 오차요인을 포함하고 있으므로 정확한 피치각/롤각을 구하기 위해서는 오차를 보상하여야 한다.

따라서, 제1,제2가속도감지수단(111,112)의 오차는 제작공정 및 전기회로 오차로 생기는 바이어스 오차 및 환산계수오차 등의 정규오차와 랜덤성분이 있는 비정규오차로 분류된다.

상기 정규오차를 보상하기 위한 방법은 가속도감지수단 바이어스 보상을 위한 설명도인 도5와 가속도감지수단 환산계수 오차보상을 위해 +1G을 입력하는 실험의 설명도인 도 6 및 가속도감지수단의 환산계수 오차보상을 위해 -1G을 입력하는 실험의 설명도인 도7을 통해 설명하면 다음과 같다. 도5 내지 도7에서 A는 중력방향을 나타내며, B는 가속도 측정방향을 나타낸다.

즉, 가속도감지수단(116)의 입출력 모델을 세운 후 정확한 입력을 가하면서 변화를 기록하고, 이 자료에 기초하여 정규오차보상을 수행한다. 이를 통하여 상기 가속도감지수단(116)의 환산계수오차 및 바이어스오차가 보상된다. 즉, 정규오차보상을 위해서는 수평면 -G, 0G, G의 가속도 입력으로 중력을 이용하여 본 발명의 제1,제2가속도감지수단(111,112)에 가한 후 바이어스 및 환산계수오차를 결정하고, 환산계수의 안정도를 계산한다.

여기에서 1G는 중력가속도, 즉 9.8m/sec²를 나타내는 값이다.

따라서, 상기 계산된 바이어스오차 및 환산계수오차를 메모리부(120)에 저장하면 제1,제2가속도감지수단(111,112)의 오차를 보상할 수 있다.

도 8은 바이어스 오차 추정의 실험결과를 도시한 그래프로 각도와 시간의 함수로 나타낸 x축과 y축의 바이어스 오차를 추정하여 보상 할 수 있음을 알 수 있다.

도 9는 환산계수오차 추정의 실험결과를 도시한 그래프로 가속력과 출력신호의 함수로 나타낸 것으로 환산계수오차와 비선형오차의 차이를 알 수 있다.

따라서, 상기 정규오차의 보상을 위해 오차 요인을 포함한 상기 제1,제2가속도감지수단(111,112)의 측정모델은 다음과 같이 된다.

여기에서,,는 각각 x, y축에 설치된 제1,제2가속도감지수단(111,112)의 출력이고,,는 환산계수이며,,는 제1,제2가속도감지수단(111,112)의 바이어스이고,,는 측정잡음이며,,는 입력 가속도이다.

이상적으로는 상기 제1,제2가속도감지수단(111,112) 바이어스는 0의 값을 가져야 하지만 실제로는 제작공정 상의 오차, 전기회로에 의한 잡음 등에 의해서 0과다른 값을 가지게 된다. 따라서, 정규오차 보상방법을 통해 보정을 수행해야 한다.

이상적인 환산계수는 상기 제1,제2가속도감지수단(111,112)의 측정범위와 상기 제1,제2가속도감지수단(111,112)의 출력범위에 따라 구할 수 있다. 예를 들어 상기 제1,제2가속도감지수단(111,112)의 측정 범위가 -G에서 +G이고, 출력이 -2.5 volts에서 +2.5 volts 이면 이상적인 환산계수는 2G/5volts 가 된다.

그러나, 제작상의 오차와 전기적인 잡음에 의해 오차가 존재하므로 이를 보상하여야 한다.

그러기 위해서는 먼저, x축 바이어스 오차를 결정하기 위해 수평면 0G의 입력가속도를 중력을 이용하여 제1,제2가속도감지수단(111,112)에 가하고 다음과 같은 방법을 수행한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 정확한 수평도가 유지된 평판에 제1,제2가속도감지수단(111,112)을 지구의 중심방향(지오이드의 방향)과 직각이 되게 놓으면 수평면 0G의 입력이 제1,제2가속도감지수단(111,112) 이때 얻어진 출력이 바이어스 오차이다.

랜덤성분의 오차를 줄이기 위해 출력을 누적 기록한 후 평균을 취하여 바이어스 오차를 구한다. 상기 구해진 바이어스 오차는 A/D변환부(115)와 제어부(130)를 거쳐서 메모리부(120)에 저장된다.

다음으로, x축 환산계수오차는이므로를 이상적으로 구해진 제1,제2가속도감지수단(111,112)의 환산계수()와 환산계수오차()로 분리할 수 있다.

다시 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제1,제2가속도감지수단(111,112)을 정확한 수평도가 유지된 평판에 양의 수직방향으로 놓으면 수평면 +G의 입력이 상기 제1,제2가속도감지수단(111,112)에 가해지고 상기 제1,제2가속도감지수단(111,112)의 출력을 메모리부(120)에 저장한다.

다시 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제1,제2가속도감지수단(111,112)을 음의 수직방향으로 놓으면 수평면 -G의 입력이 상기 제1,제2가속도감지수단(111,112)에 가해지고 출력을 누적 기록한다.

에서 바이어스는 앞의 바이어스 추정과정에서 구해진 값을 사용하고,는 이상적으로 구해진 상기 제1,제2가속도감지수단(111,112)의 환산계수를 사용한다.는 수평면 +G 또는 -G 로 가해진 입력가속도이고는 측정된 제1,제2가속도감지수단(111,112)의 출력 값이다. 랜덤성분의 오차를 줄이기 위해 측정값의 평균을 취한 후 환산계수오차를 구하고 메모리부(120)에 저장한다. 이와 같이 오차를 보상하면 이상적인 경우 도 10에 정규오차의 보상결과를 도시한 그래프와 같이 완벽한 보상이 이루어진다. 또한, 상기와 같은 방법으로 y축에 대해서 사용하면 바이어스()와 환산계수오차()를 구할 수 있다.

상기 정규오차를 보상하고 난 후 측정한 상기 제1,제2가속도감지수단(111,112)의 측정오차는 비정규오차로 분류할 수 있는데 가속도감지수단 비 정규오차의 상관함수를 도시한 그래프인 도11과 가속도감지수단 비 정규오차의 주파수특성을 도시한 그래프인 도 12에 나타나 있듯이 상기 제1,제2가속도감지수단(111,112) 측정오차의 상관함수 및 주파수특성 해석결과는 백색잡음으로 모델링이 가능하다. 정규오차를 보상 후 구해지는 제1,제2가속도감지수단(111,112)의 신호는 중력의 반작용에 의한 성분(저주파)과 잡음으로 나타나는 성분(고주파)으로 구성되어 있다. 따라서, 상기 제1,제2가속도감지수단(111,112)을 이용해서 경사각을 구하는 경우에, 경사각을 구하기 위해서 가속도감지수단 비정규오차 보상을 통한 경사각 추정 블록도인 도13과 같이 저역통과 필터(117)를 사용한다.

따라서 가속도감지수단에서 혼입되는 측정잡음(C)과 측정성분(D)은 저역통과 필터(117)를 통과한 고주파인 측정잡음(C)은 차단되고 측정성분(D)만 통과하여 보상된 측정값성분(E)를 얻을 수 있게 된다. 즉, 저역통과필터(117)를 통과한 후 중력의 반작용에 의한 성분을 추출(절대 경사각 추정)해 낼 수 있게 되는 것이다. 상기 저역통과필터(117)를 사용해서 비정규오차를 보상한 결과를 도 14에 비정규오차 보상 결과의 그래프로 나타내었다.

피치각/롤각을 계측하기 위해 가속도감지수단을 도 2와 같이 서로 직각이 되게 설치하고, 상기 측정된 가속도값을 A/D변환 후 피치각/롤각을 연산하는 방법은 다음과 같다.

바이어스와 환산계수 오차 등 정규오차는 메모리부(120)에 저장되어 있는 값을 제어부(130)가 읽어와서 오차를 보상하고, 정규오차 보상 후 남은 제1,제2가속도감지수단(111,112)의 측정값은 비정규오차와 중력의 반작용에 의한 성분이다.

상기 비정규오차를 보상하기 위해 저역통과 디지털필터를 사용한다. 상기 저역통과 디지털필터를 통과 한 후 상기 제1,제2가속도감지수단(111,112)의 측정값은 중력의 반작용에 의한 가속도 성분만 남게 되고 이를,라고 하면 상기 제어부(120)의 피치각/롤각 연산에서 식,에 의해 피치각/롤각을 계측할 수 있다.

상기 계측된 경사각은 디스플레이장치(140)에 의해 숫자로 표시하거나 통신부(150)을 통해 타 기기로 전송하여 피치각/롤각 데이터를 활용할 수 있다.

즉, 반도체 칩 형태의 제1,제2가속도감지수단(111,112)을 사용하되 오차보상과 롤각(), 피치각() 연산을 위한 제어부(120)를 부착하면 소형화된 피치각/롤각 측정장치를 구성할 수 있다.

또한, 상기 제어부(120)에서는 디지털값으로 표시되는 피치각/롤각을 출력할 수 있으므로 다양한 기기와의 연결을 통해 수평 또는 수직 유지기기를 구성할 수 있다.

따라서, 본 발명의 가속도 감지수단을 이용한 피치각/롤각 측정장치로 피치각/롤각을 측정하면, 그 측정방법을 흐름도로 설명하기 위해 도시한 도 15에서와 같이, 3차원축 중에서 다른 축방향으로 각각 설치된 2개 이상의 가속도감지수단으로 기기의 가속도를 측정하는 제1단계(201)와, 상기 제 1단계에서 가속도감지수단에 의해 감지된 상기 각각의 축에 대한 가속력을 이용하여 중력에 대한 상기 복수개의 축성분을 산출하는 제2단계(202)와, 상기 제 1,2단계에서 산출된 각 축에 대한 가속도 성분의 정규오차를 보상하는 제 3단계(203)와, 상기 제 3단계에서 정규오차가 보상된 가속도 성분의 비정규오차를 보상하는 제 4단계(204)와, 상기 제 2,4단계에서 비정규오차가 보상된 가속도감지수단의 가속도 성분을 이용하여 롤각을 산출하는 제 5단계(205)와, 상기 제 2,5단계에서 산출된 축성분과 롤각을 이용하여 피치각을 산출하는 제 6단계(206)로 하여 가속도를 측정하여 피치각/롤각을 연산하여 측정할 수있게 된다.

따라서, 상기한 바와 같이 본 발명은 반도체 칩 형태의 가속도감지수단을 사용하여 측정장치를 소형화시킬 수 있어서 크기도 작을 뿐만 아니라 소비전력도 매우 작으므로 각종 기계류, 전자기기 등에 용이하게 장착할 수 있어 휴대용으로 사용할 수 있는 이점이 있으며, 피치각과 롤각을 제어부에서 디지털 값 출력하여 통신부를 통해 타 기기에 전송하므로 활용도가 높게되는 이점이 있다.

또한, 제어부를 통해 정규오차와 비정규오차를 보상하여 피치각/롤각을 정확히 측정할 수 있는 이점이 있다.

Claims (7)

1. 3차원 공간상에 위치한 물체나 기기 등의 수평에서 수직상태까지 범위의 각도를 측정하는 측정장치에 있어서,

   상기 움직임에 의한 가속도를 감지하는 반도체 칩 형태의 가속도감지부와;

   상기 가속도감지부에서 측정된 데이터의 오차를 저장하는 메모리부와;

   상기 가속도감지부에서 측정된데이터와 상기 메모리부에 저장된 오차데이터를 이용하여 오차를 보상 연산하고 피치각/롤각을 연산하기 위하여, 바이어스오차와 환산계수오차를 보상하는 정규오차보상부와, 잡음성분의 고주파를 필터링하는 비정규오차 보상부와, 정규오차와 비정규오차가 보상된 상기 가속도 감지수단의 측정값으로 피치각과 롤각을 연산하는 피치각/롤각 연산부로 이루어진 제어부와;

   상기 제어부의 제어에 따라 오차가 보상된 피치각/롤각을 표시하는 디스플레이부와;

   상기 제어부의 제어에 따라 오차가 보상된 피치각/롤각을 다른 장치 또는 기기에 전달하기 위한 통신부;를 포함하여 구성되어진 것을 특징으로 하는 가속도감지수단을 이용한 피치각/롤각 측정장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 가속도 감지부는 3차원 축 상에 2개 이상 설치하는 것을 특징으로 하는 가속도감지수단을 이용한 피치각/롤각 측정장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 가속도 감지부는 3차원 축 중에서 2개의 축에 배치하여 한 평면상에서 직각을 이루는 제1가속도 감지수단과 제2가속도감지수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 가속도감지수단을 이용한 피치각/롤각 측정장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 가속도 감지부와 제어부 사이에 A/D변환부를 형성하는 것을 특징으로 하는 가속도감지수단을 이용한 피치각/롤각 측정장치.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서, 상기 비정규오차 보상부는 저역통과필터인 것을 특징으로 하는 가속도감지수단을 이용한 피치각/롤각 측정장치.
7. 피치각/롤각을 측정하는 측정방법에 있어서,

   3차원축 중에서 다른 축방향으로 각각 설치된 2개 이상의 가속도감지수단으로 기기의 가속도를 측정하는 제1단계와,

   상기 제 1단계에서 가속도감지수단에 의해 감지된 상기 각각의 축에 대한 가속력을 이용하여 중력에 대한 상기 복수개의 축성분을 산출하는 제2단계와,

   상기 제 1,2단계에서 산출된 각 축의 가속도 성분에 대한 바이어스오차와 환산계수오차의 정규오차를 보상하는 제 3단계와,

   상기 제 3단계에서 정규오차가 보상된 가속도 성분에서 잡음성분의 고주파를 필터링하여 비정규오차를 보상하는 제 4단계와,

   상기 제 2,4단계에서 비정규오차가 보상된 가속도감지수단의 가속도 성분을 이용하여 롤각을 산출하는 제 5단계와,

   상기 제 2,5단계에서 산출된 축성분과 롤각을 이용하여 피치각을 산출하는 제 6단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 가속도감지수단을 이용한 피치각/롤각의 측정방법.