KR100649792B1 - 진동 자이로스코프를 구비한 회전율 센서 - Google Patents

Abstract

본원발명은 제어루프 중 하나 이상의 일부인 진동 자이로스코프를 구비하며, 상기 제어루프는 진동 자이로스코프의 고유주파수에서 여기 신호를 공급함으로써 진동 자이로스코프를 여기시키며, 상기 자이로스코프가 출력신호를 제공하여 이 출력신호로부터 노이즈가 섞인 회전율 신호가 추출되는, 회전율 감지 센서에 관한 것으로서, 상기 노이즈가 섞인 회전율 신호가 대역폭이 제어가능한 저역 통과 필터(11)의 입력 및 대역 통과 필터(12)의 입력으로 공급되고, 상기 대역 통과 필터(12)의 출력이 문턱값 회로(13)를 통하여 상기 저역 통과 필터(11)의 제여 입력에 연결되는 것을 특징으로 하고 있다.

회전율 감지 센서, 진동 자이로스코프

Description

진동 자이로스코프를 구비한 회전율 센서{ROTATION RATE SENSOR WITH A VIBRATIONAL GYROSCOPE}

본 발명은, 하나 이상의 제어 루프의 일부인 진동 자이로스코프를 구비하고, 제어 루프는 고유 진동수로 여기 신호를 공급하여 진동 자이로스코프를 여기시키며, 진동 자이로스코프는 출력 신호를 제공하고, 그 출력 신호로부터 노이즈가 있는 회전율 신호가 산출되는, 회전율 센서에 관한 것이다.

진동 자이로스코프를 구비하는 회전율 센서에 따르면, 코리올리 힘에 의해 발생되어 회전율을 나타내는 출력 신호에는 노이즈가 있으며, 이러한 노이즈는 후속 평가 작업에 불리하게 작용한다.

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따라서, 본 발명의 목적은 회전율 신호에서의 노이즈를 최대한 제거하는 데 있다.
이러한 목적은, 본 발명에 따르면, 노이즈가 있는 회전율 신호가 제어가능한 대역폭을 갖는 저역 통과 필터의 입력부와 대역 통과 필터의 입력부로 공급됨으로써, 또한 대역 통과 필터의 출력부가 한계치 회로를 통해 저역 통과 필터의 제어 입력부로 연결됨으로써 달성된다. 대역 통과 필터는 한계치 회로가 오직 회전율 신호의 변화에만 응답하도록 한다. 또한, 한계치 회로의 입력부에서의 노이즈 성분은 상류에 연결되어 있는 대역 통과 필터에 의해 저감된다.
본 발명의 회전율 센서에 따르면, 일정하거나 혹은 서서히 변경되는 회전율 신호의 노이즈는 저역 통과 필터에 의해 대부분 억제된다. 하지만, 회전율 신호가 보다 빠르게 변화되면, 저역 통과 필터의 대역 한계가 증가하게 되며, 이는 대응되는 노이즈 성분이 짧은 간격으로 포함된 채로 빠른 변화도 또한 통과한다는 것을 의미한다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 회전율 센서에서는 한계치 회로와 저역 통과 필터의 제어 입력부 사이에 대역 선택기(band selector)가 배치되며, 이러한 대역 선택기는 한계치 회로로부터의 출력 신호의 전이에 뒤이어 저역 통과 필터의 제어 입력부에 공급되는 신호의 점진적인 전이를 발생시킨다. 전이 시간은 양 방향, 즉 저역 통과 필터에 대한 저 대역폭으로부터 고 대역폭으로 또는 그 반대로 조절될 수 있다. 이는 저역 통과 필터의 갑작스런 전환으로 인한 회전율 신호의 간섭을 방지할 수 있도록 한다.

본 발명의 회전율 센서의 바람직한 실시예에 따르면, 대역 통과 필터는, 대역폭이 최소로 설정된 저역 통과 필터에 의해 통과되는 변화보다 빠르고 최대한으로는 진동 자이로스코프의 회전에 의한 가장 빠른 변화만큼 빠른 회전율 신호의 변화를 통과시킨다. 이에 의해, 필요에 따라 저역 통과 필터의 대역폭이 증가될 수 있되, 높은 주파수의 노이즈는 저역 통과 필터의 제어에 영향을 미치지 않게 된다.

저역 통과 필터가 회전율 신호의 양(positive) 변화 또는 음(negative) 변화 모두에 대해 적절히 작동할 수 있게 하기 위해서, 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 대역 통과 필터의 출력 신호의 절대값이 소정의 한계치 이하일 때 한계치 회로의 출력 신호가 제1 레벨로 형성되고, 대역 통과 필터의 출력 신호의 절대값이 소정의 한계치 이상일 때 한계치 회로의 출력 신호가 제2 레벨로 형성된다.

예를 들어 회전율 측정 범위나 신호 대 노이즈 비율과 같은 회전율 센서에 대한 요건은 적용 분야마다 서로 다르다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 대역 통과 필터의 대역 범위와 한계치 회로의 한계치는 프로그램가능하다. 이와 관련하여, 저역 통과 필터의 조절 범위의 한계와, 최저 한계로부터 최고 한계로의 전이 시간과, 최고 대역폭으로부터 최저 대역폭으로의 전이 시간 역시 프로그램가능하다.

본 발명에서는 여러 가지 실시예들이 가능하다. 이러한 실시예들 중 하나가 도면들에 개략적으로 도시되어 있으며, 이하에서는 이러한 도면들을 참고로 하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 필터를 구비한 회전율 센서의 블럭 다이어그램이다.

도 2는 필터의 상세도이다.

본 발명의 실시예와 그의 부품들이 블록 다이어그램 형태로 도시되어 있다. 하지만, 이는 본 발명에 따른 장치가 블록에 해당되는 개별 회로를 사용한 실시예로만 국한됨을 의미하는 것은 아니다. 실제로, 본 발명에 따른 장치는 예를 들어 디지털 시그널 프로세싱과 같은 대규모 집적 회로를 사용하여 아주 바람직한 방식으로 실시될 수 있다. 이러한 경우에는, 적절하게 프로그램되면 블록 다이어그램에 도시된 처리 단계들을 수행할 수 있는 마이크로프로세서가 사용될 수 있다.

도 1에는 진동 자이로스코프(1)가 제1 여기 신호(excitation signal)(PD) 및 제2 여기 신호(SD)에 대한 두 입력부(2, 3)를 구비하는 구성의 블록 다이어그램을 도시하고 있다. 이러한 여기(excitation)는 예를 들어 전자기 트랜스듀서와 같은 적절한 트랜스듀서에 의해 생성된다. 또한, 진동 자이로스코프는 제1 출력 신호(PO)와 제2 출력 신호(SO)에 대한 두 출력부(4, 5)를 구비한다. 이러한 신호들은 자이로스코프의 물리적으로 편위된 지점으로 각각의 진동을 전달한다. 이와 같은 자이로스코프는 일례로 유럽 공개 특허 공보 제0 307 321 A1호에 개시되어 있으며, 코리올리 힘의 효과에 기초하고 있다.

진동 자이로스코프(1)는, 제1 제어 루프(6)의 일부인 입력부(2)와 출력부(4) 사이의 섹션(section)과, 제2 제어 루프(7)의 일부인 입력부(3)와 출력부(5) 사이의 섹션을 구비하는 고성능의 필터를 구비한다. 제1 제어 루프(6)는 일례로 14kHz인 진동 자이로스코프의 공진 주파수에서 진동을 발생시키기 위해 사용된다. 이러한 경우에, 진동 자이로스코프의 축에서 여기가 발생되며, 이러한 축에 대해서 제2 제어 루프에 사용되는 진동의 방향은 90°만큼 편위된다. 제2 제어 루프(7)에서, 신호(SO)는 동상 성분(inphase component)과 직교 성분(quadrature component)으로 분리되며, 이중 하나가 필터(8)를 통하여 출력부(9)로 공급되어, 이러한 출력부(9)로부터 회전율에 비례하는 신호를 얻을 수 있다.

양 제어 루프(6, 7)에서, 신호 처리의 기초적인 부분은 디지털 방식으로 수행된다. 신호 처리를 위해 필요한 클럭 신호(clock signal)는 크리스탈 제어식 디지털 주파수 합성기(crystal-controlled digital frequency synthesizer; 10)에서 생성되며, 도시된 실시예에서 이러한 크리스탈 제어식 디지털 주파수 합성기의 클럭 주파수는 14.5MHz이다. 이에 대한 상세한 설명은 본 실시예를 이해하는 데 있어 불필요하므로 생략하였다.

도 2는 필터(8)를 더욱 상세하게 도시하고 있다. 입력부(10)로부터 출력부(9)로 이어지는 회전율 신호의 경로에는 제어가능한 저역 통과 필터(low pass filter; 11)가 포함된다. 또한, 노이즈가 있는 회전율 신호가 대역 통과 필터(bandpass filter; 12)로 공급되며, 이러한 대역 통과 필터의 출력부는 대역 통과 필터(12)로부터의 출력 신호의 절대값과 도면 부호 14에서 공급되는 한계치(S)를 비교하는 한계치 회로(13)와 연결된다. 한계치 회로(13)의 출력부는 대역 선택기(band selector; 15)에 연결되며, 이러한 대역 선택기는 한계치 회로(13)로부터의 출력 신호의 전이가 소정의 시간 내에 저역 통과 필터(11)의 차단 주파수의 변화에 뒤이어 발생되도록 저역 통과 필터(11)를 제어한다. 이러한 시간은 각기 다른 방향에 대해 서로 다르게 규정될 수 있다

본 발명의 이해를 돕기 위해서, 도 2는 저역 통과 필터(11) 및 대역 통과 필터(12)의 진폭/주파수 응답과 한계치 회로(13)의 특성을 개략적으로 도시하고 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 주파수 범위는 각각의 적용 분야에 따라 다르며, 차량에 사용되는 경우에는 본질적으로 회전율 신호의 노이즈 성분 및 차량의 기계적 관성에 따라 다르다.

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Claims (6)

1. 하나 이상의 제어 루프의 일부인 진동 자이로스코프를 구비하고, 상기 제어 루프는 고유 진동수로 여기 신호를 공급하여 진동 자이로스코프를 여기시키며, 상기 진동 자이로스코프는 출력 신호를 제공하고, 상기 출력 신호로부터 노이즈가 있는 회전율 신호가 산출되는, 회전율 센서에 있어서,

   상기 노이즈가 있는 회전율 신호는, 제어가능한 대역폭을 갖는 저역 통과 필터(11)의 입력부와, 대역 통과 필터(12)의 입력부로 공급되고, 상기 대역 통과 필터(12)의 출력부는 한계치 회로(13)를 통하여 저역 통과 필터(11)의 제어 입력부에 연결되는 것을 특징으로 하는 회전율 센서.
2. 제1항에 있어서,

   상기 한계치 회로(13)와 저역 통과 필터(11)의 제어 입력부 사이에 대역 선택기(15)가 배치되고, 상기 대역 선택기는, 한계치 회로(13)로부터의 출력 신호의 전이에 뒤이어서, 저역 통과 필터(11)의 제어 입력부에 공급되는 신호의 점진적인 전이를 발생시키는 것을 특징으로 하는 회전율 센서.
3. 제1항에 있어서,

   상기 대역 통과 필터(12)는, 대역폭이 최소로 설정된 저역 통과 필터(11)에 의해 통과되는 변화보다 빠르고 최대한으로는 진동 자이로스코프(1)의 회전에 의한 가장 빠른 변화만큼 빠른 회전율 신호의 변화를 통과시키는 것을 특징으로 하는 회전율 센서.
4. 제1항에 있어서,

   상기 대역 통과 필터(12)의 출력 신호의 절대값이 소정의 한계치 이하일 때 한계치 회로(13)의 출력 신호가 제1 레벨로 형성되고, 상기 대역 통과 필터(12)의 출력 신호의 절대값이 소정의 한계치 이상일 때 한계치 회로(13)의 출력 신호가 제2 레벨로 형성되는 것을 특징으로 하는 회전율 센서.
5. 제1항에 있어서,

   상기 대역 통과 필터(12)의 대역 범위 및 한계치 회로(13)의 한계치는 프로그램가능한 것을 특징으로 하는 회전율 센서.
6. 제5항에 있어서,

   상기 저역 통과 필터(11)의 조절 범위의 한계와, 최저 한계로부터 최고 한계로의 전이 시간과, 최고 대역폭으로부터 최저 대역폭으로의 전이 시간은 프로그램가능한 것을 특징으로 하는 회전율 센서.

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