KR101040265B1 - 이동체의 각속도 측정장치 - Google Patents

이동체의 각속도 측정장치 Download PDF

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Abstract

이동체의 각속도 측정장치가 개시된다. 보다 상세하게는 본 발명은, 이동체에 탑재되어 이동체의 회전에 따른 각속도를 측정하는 각속도 측정장치로서, 외부 영상을 촬상하는 영상 촬상부와, 각속도 측정장치의 미리 결정된 공간 내에서 유체가 유동될 수 있도록 형성되는 유체 유동부 및 유체 유동부로 전기적 신호를 전달하여 유체와 유체 유동부의 상대적인 변위를 이용하여 이동체의 각속도를 산출하고, 영상 촬상부에서 촬상한 외부 영상의 변화를 이용하여 상기 이동체의 각속도를 산출하는 신호 처리부를 포함한다.

Description

이동체의 각속도 측정장치{Apparatus for Measuring Angular Velocity of MovingBody}
본 발명은 이동체의 각속도 측정장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 발사된 상태의 이동체가 비행 중 회전하는 회전 속도를 측정하기 위한 것으로 적외선 카메라의 열영상과 전해질 용액이 이동체의 회전에 따라 이동한 변위를 이용하여 이동체의 각속도를 측정하는 이동체 각속도 측정장치에 관한 것이다.
일반적으로, 유도탄 등 이동체는 비행중 회전운동한다. 기존에는 회전운동하는 이동체의 회전속도, 즉 각속도를 측정하기 위해 roll rate gyro를 이동체의 유도조종장치에 장착하여 이동체의 진행방향에 대한 수직의 접선방향의 각속도를 측정하였다.
여기서 사용되는 자이로스코프는 관성공간에서 회전율 혹은 회전각을 정하는 센서로 지난 수십 년 동안 기계식, 광학식 자이로스코프에 대한 광범위한 연구개발이 이루어져 왔으나 현재까지 그 가격이 고가이며, 이동체에 장착된 자이로스코프가 고장나게되는 경우 쉽게 수리하기가 어렵다.
따라서, 본 발명에서는 상술한 문제점에 착안하여, 경제적이고 간단하게 이동체의 각속도를 측정할 수 있는 각속도 측정장치를 제공하고자 한다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 관점으로부터 본 발명은 이동체의 각속도를 측정하기 위해 적외선 카메라와 전해질 용액을 포함하는 각속도 측정장치를 제공함을 기술적 과제로 한다.
보다 구체적으로는 상기 기술적 과제는, 이동체에 탑재되어 외부 영상을 촬상하는 영상 촬상부와, 각속도 측정장치의 미리 결정된 공간 내에서 유체가 유동될 수 있도록 형성되는 유체 유동부 및 유체 유동부로 전기적 신호를 전달하여 유체와 유체 유동부의 상대적인 변위를 이용하여 이동체의 각속도를 산출하고, 영상 촬상부에서 촬상한 외부 영상의 변화를 이용하여 이동체의 각속도를 산출하는 신호 처리부를 포함하는 각속도 측정장치를 제공하는 것에 의해 달성될 것이다.
그러나, 본 발명의 기술적 과제는 상기에 언급된 사항으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위해서 본 발명에 따른 이동체에 탑재되어 이동체의 회전에 따른 각속도를 측정하는 각속도 측정장치는, 외부 영상을 촬상하는 영상 촬상부와, 상기 각속도 측정장치의 미리 결정된 공간 내에서 유체가 유동될 수 있도록 형성되는 유체 유동부 및 상기 유체 유동부로 전기적 신호를 전달하여 상기 유체와 상기 유체 유동부의 상대적인 변위를 이용하여 상기 이동체의 각속도를 산출하고, 상기 영상 촬상부에서 촬상한 외부 영상의 변화를 이용하여 상기 이동체의 각속도를 산출하는 신호 처리부를 포함한다.
여기서, 상기 신호 처리부는 상기 유체 유동부로 전달되는 전기적 신호를 생성하는 신호 생성부와, 상기 이동체의 회전에 따라 상기 유체 유동부에 전달된 전기적 신호가 변화된 결과신호와 상기 영상 촬상부에서 생성되는 영상신호를 수신받는 신호 수신부 및 상기 결과신호와 상기 영상신호를 분석하여 상기 이동체의 각속도를 연산하는 연산부를 포함하는 것이 좋다.
그리고, 상기 각속도 측정장치는 중공 원통형상으로 형성되며, 상기 유체 유동부는 상기 각속도 측정장치의 원주를 따라 홈 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.이동체에 탑재되어 이동체의 회전에 따른 각속도를 측정하는 각속도 측정장치에 있어서,
외부 영상을 촬상하는 영상 촬상부;
상기 각속도 측정장치의 미리 결정된 공간 내에서 유체가 유동될 수 있도록 형성되는 유체 유동부; 및
상기 유체 유동부로 전기적 신호를 전달하여 상기 유체와 상기 유체 유동부의 상대적인 변위를 이용하여 상기 이동체의 각속도를 산출하고, 상기 영상 촬상부에서 촬상한 외부 영상의 변화를 이용하여 상기 이동체의 각속도를 산출하는 신호 처리부를 포함하는 각속도 측정장치.
또한 바람직하게는, 상기 유체 유동부는 상기 각속도 측정장치의 외부 표면에 형성되는 외부 스킨과 상기 각속도 측정장치의 내부 표면에 형성되는 내부 스킨을 포함하며 상기 외부 스킨은 상기 신호 처리부에서 전달되는 전기적 신호를 수신하고, 상기 내부 스킨은 상기 외부 스킨에 전달된 상기 전기적 신호를 수신받는 것도 좋다.
또한, 상기 외부 스킨에는 상기 신호 처리부에서 전달되는 전기적 신호를 전달받는 제1 컨택트 포인트가 복수 개 구비되며 상기 내부 스킨에는 상기 제1 컨택트 포인트에 대응되는 개수로 제2 컨택트 포인트가 구비되는 것도 바람직할 것이다.
또한 바람직하게는, 상기 유체는 전해질 용액일 수 있을 것이다.
그리고, 상기 신호 생성부에서 생성되는 전기적 신호는 디지털 신호인 것이 좋다.
또한, 상기 영상 촬상부는 외부 열영상을 촬상하는 적외선 카메라인이 바람직할 것이다.
본 명세서의 기재내용으로부터 파악되는 본 발명에 따르면, 기존의 값비싼 roll-rate-gyro를 사용하지 않고도 이동체의 회전 각속도를 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 본 발명은 각속도 측정장치 중 적외선 카메라가 고장나는 경우에도 전해질 용액을 이용하여 이동체의 각속도를 측정할 수 있어 비상시에도 이동체의 회전 각속도를 측정할 수 있다.
도 1은 종래의 roll-rate-gyro를 사용한 각속도 측정장치를 설명하기 위한 도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 각속도 측정장치를 개략적으로 도시한 블록도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 각속도 측정장치의 구조를 설명하기 위해 도시한 도,
도 4는 도 2에 도시된 각속도 측정장치를 보다 상세하게 도시한 블록도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 각속도 측정장치에서 적외선 카메라를 이용하여 이동체의 각속도를 측정하는 방법을 설명하기 위해 도시한 도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 각속도 측정장치에서 전해질 용액을 이용하여 이동체의 각속도를 측정하는 방법을 설명하기 위해 도시한 도이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 여기의 설명에서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 연결된다고 기술될 때, 이는 다른 구성 요소에 바로 연결될 수도 그 사이에 제3의 구성 요소가 개재될 수도 있음을 의미한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 이때 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.
도 1은 종래의 roll-rate-gyro를 사용한 각속도 측정장치를 설명하기 위한 도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 각속도 측정장치(10)는 롤 레이트 자이로(roll-rate-gyro, 12), 신호처리 보드(14)로 구성되며, 이러한 각속도 측정장치(10)가 이동체(1)의 임의의 위치에 탑재된다. 여기서 이동체(1)는 특별하게는 유도탄일 수 있음에 유의해야 한다. 즉, 발사장치(미도시)를 통해 발사된 유도탄(1)은 회전운동을 하면서 목표지점으로 비행하게 되는데, 각속도 측정장치(10)에 포함된 롤 레이트 자이로(roll-rate-gyro, 12)가 이동체(1)의 진행방향에 대한 수직의 전선방향의 각속도를 계측하여 계측된 결과를 신호처리 보드(14)로 전송하는 방법에 의해 이동체(1)의 각속도를 측정하였다.
그러나, 도 1에 도시된 기존의 각속도 측정장치(10)는 고가의 롤 레이트 자이로(12)를 사용하여 각속도를 측정하게 되고, 만일 롤 레이트 자이로(12)에 장애가 발생되는 경우 이동체(1)의 각속도를 알 수 없게 되는 문제가 있었다.
이하에서는 본 발명에 관한 상세한 설명이 개시된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 각속도 측정장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 각속도 측정장치(200)는 영상 촬상부(210), 유체 유동부(220) 및 신호 처리부(230)를 포함한다.
영상 촬상부(210)는 이동체의 외부 영상을 촬상한다. 영상 촬상부(210)는 이동체에 고정된 상태로 부착되어 이동체가 회전운동을 하는 경우 외부의 영상을 촬상한다. 후술하겠지만, 영상 촬상부(210)는 카메라 또는 이미지 센서로 구성하는 것이 가능하다. 바람직하게는 영상 촬상부(210)는 적외선 카메라로 하여 외부의 열영상을 촬상한다. 또한, 영상 촬상부(210)는 촬상한 영상에 대한 영상신호를 생성하여 후술할 신호 처리부(230)로 전송한다. 일례로, 지평면에 수직인 상태로 비행하는 이동체가 회전운동하게 되면, 영상 촬상부(210)가 지상을 바라보는 순간의 영상과 하늘을 바라보게 될 때의 열영상은 대비되는 차이를 보이므로 상기 두가지 경우에 대하여 구별되는 디지털 신호(영상 신호)를 신호 처리부(230)로 전송한다.
유체 유동부(220)는 각속도 측정장치(200)의 미리 결정된 공간 내에서 유체가 유동될 수 있도록 형성된다. 유체 유동부(220)에는 이동체가 회전함에 따라 유동되는 유체가 포함된다. 여기서 유체는 전해질 용액으로 형성하는 것이 바람직하나 유체의 종류에 특별한 제한은 없다.
유체 유동부(220)에 대해 보다 상세히 설명하면, 유체 유동부(220)는 각속도 측정장치(200)의 둘레를 따라 일정한 밀폐된 공간으로 형성되고 그 공간안에 소량의 유체가 존재하게 된다. 따라서, 이동체가 회전운동하면서 비행하면, 유체는 항상 중력방향, 즉, 지상을 바라보는 방향으로 위치하게 된다.
따라서, 유체와 유체 유동부(220)간에는 상대적인 위치 변화가 발생하게 되는데 상기 위치 변화의 정도를 측정하여 이동체의 각속도를 측정할 수 있다.
여기서, 상술한 영상 촬상부(210)와 유체 유동부(220)에 대한 보다 상세한 설명을 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 각속도 측정장치의 구조를 설명하기 위해 도시한 도이다. 도 3에 도시된 일 실시예에서는 상술한 영상 촬상부로서 적외선 카메라를 사용하였고, 유체 유동부 내부에 존재하는 유체는 전해질 용액을 사용한 것임에 유의해야 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 각속도 측정장치(200)는 중공 원통형상으로 형성된다. 각속도 측정장치(200)에서 적외선 카메라(미도시)는 각속도 측정장치(200)의 일 부분에 고정되는데 이동체 외부의 열영상을 촬상하기 위해 렌즈(50)가 이동체의 표면에 형성된다. 또한, 도 3에 도시된 유체 유동부(43)는 각속도 측정장치(200)의 외부 표면에 형성되는 외부 스킨(44)과 각속도 측정장치(200)의 내부 표면에 형성되는 내부 스킨(42)으로 둘러싸인 공간에 전해질 용액(41)을 포함하고 있다.
여기의 외부 스킨(44)과 내부 스킨(42)에는 상술한 신호 처리부(230)에서 전달되는 전기적 신호의 이동 경로를 형성하는 컨택트 포인트가 복수 개로 구비된다. 즉, 외부 스킨(44)에는 신호 처리부(230)에서 전송하는 전기적 신호를 제1 컨택트 포인트(도 6의 34참조)로 수신하여 수신된 전기적 신호가 내부 스킨(42)에 존재하는 제2 컨택트 포인트(도 6의 32참조)로 전송한다. 이 때, 상기 외부 스킨(44)과 내부 스킨(42) 사이에 존재하는 전해질 용액이 항상 중력방향으로 위치하려는 성질 때문에 이동체가 회전운동하게 되면 상기 전해질 용액과 유체 유동부(43)간에는 이동체의 회전 전과 후의 상태에서 상대적인 위치 변화가 생긴다. 따라서, 외부 스킨(44)에 전달되는 전기적 신호와 이 전기적 신호를 다시 수신하는 내부 스킨(42)을 이용하여 이동체의 회전속도를 감지한다. 전해질 용액(유체)를 이용하여 각속도를 측정하는 방법에 대한 보다 상세한 설명은 도 6을 참조하여 하기에서 후술한다.
다시, 도 2에 도시된 신호 처리부에 대하여 설명한다.
신호 처리부(230)는 상술한 유체 유동부(220)로 전기적 신호를 전달하여 상기 유체와 상기 유체 유동부(220)의 상대적인 변위를 이용하여 상기 이동체의 각속도를 산출하고, 상기 영상 촬상부(210)에서 촬상한 외부 영상의 변화를 이용하여 상기 이동체의 각속도를 산출한다.
신호 처리부(230)에 대한 상세한 설명은 도 3을 참조하여 설명한다.
도 4는 도 2에 도시된 각속도 측정장치를 보다 상세하게 도시한 블록도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 신호 처리부(230)는 신호 생성부(231), 신호 수신부(232) 및 연산부(233)를 포함한다.
신호 생성부(231)는 상술한 유체 유동부(220)로 전송할 전기적 신호를 생성한다. 신호 생성부(231)에서 생성되는 전기적 신호는 디지털 신호로 하는 것이 바람직하다.
신호 수신부(232)는 상술한 영상 촬상부(210)에서 전송하는 영상 신호를 전송받음과 동시에 상기 신호 생성부(231)에서 생성된 전기적 신호가 유체 유동부(220)를 거친 결과신호를 수신받는다. 유체 유동부(220)가 상기 결과신호를 생성하는 과정에 대한 설명은 후술하도록 하고 여기서는 설명을 생략한다.
연산부(233)는 상술한 결과신호와 영상신호를 이용하여 이동체의 각속도를 연산한다. 연산부(233)에서 이동체의 각속도를 산출하는 과정은 도 5 및 도 6을 이용하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 각속도 측정장치에서 적외선 카메라를 이용하여 이동체의 각속도를 측정하는 방법을 설명하기 위해 도시한 도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 적외선 카메라(미도시)의 적외선 렌즈(50)는 각속도 측정장치(200)의 표면에 고정된다. 따라서, 도 5에 표시된 회전방향으로 이동체가 회전하게 되면 적외선 렌즈(50)에 의해 이동체의 외부 열영상이 촬상된다. 여기서 적외선 렌즈(50)에 촬상되는 열영상은 이동체의 회전에 따라 적외선 렌즈(50)가 이동체의 진행방향을 축으로 지상을 보는 경우의 열영상과 하늘을 바라보는 경우의 열영상에서 큰 차이를 보이게 된다. 따라서, 적외선 카메라(미도시)에서는 양 경우에 해당하는 영상신호(디지털 신호)를 생성하게 되고 이를 신호 처리부로 전송한다. 신호 처리부에서는 영상신호를 분석하여 이동체의 회전속도(각속도)를 연산하는데 예를 들면, 이동체가 하늘을 바라보는 경우에 해당되는 영상신호로부터 다시 이동체가 하늘을 바라보는 경우에 해당되는 영상신호가 나오기까지의 시간 간격을 측정하여 이동체의 회전속도를 산출한다.
다음으로, 이하에서는 각속도 측정장치에서 전해질 용액을 이용하여 이동체의 각속도를 측정하는 방법에 대해 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 각속도 측정장치에서 전해질 용액을 이용하여 이동체의 각속도를 측정하는 방법을 설명하기 위해 도시한 도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 전해질 용액(41)은 각속도 측정장치(200)의 내부에 위치한다. 보다 정확하게는 각속도 측정장치(200)의 둘레를 따라 형성된 홈(내부스킨(42)과 외부스킨(44)에 의해 형성된 공간, 유체 유동부)에 전해질 용액(41)이 위치한다. 각속도 측정장치(200)의 내부에 존재하는 전해질 용액은(41) 중력방향으로 향하고자 하는 성질이 있고, 이동체에 고정부착된 각속도 측정장치(200)는 이동체의 회전운동에 따라 회전하기 때문에 전해질 용액과 유체 유동부 간에는 상대적인 위치 변위가 발생한다. 여기서, 전해질 용액을 이용하여 각속도를 측정하는 방법을 설명한다.
상술한 전해질 용액과 유체 유동부 간의 상대적인 위치 변위는 신호 처리부에서 외부 스킨(44)에 전기적 신호를 전달하고, 상기 전기적 신호를 내부 스킨(42)에서 수신한 결과신호를 신호 처리부에서 다시 수신하여 산출한다. 즉, 신호 처리부에서 외부 스킨(44)에 형성된 복수 개의 제1 컨택트 포인트(34)로 전송한다. 이 때 내부 스킨(42)에는 상기 제1 컨택트 포인트(34)에 대응하는 위치에 마찬가지로 복수 개의 제2 컨택트 포인트(32)가 형성된다. 따라서, 도 6의 (a)의 경우 외부 스킨(44)의 각 제1 컨택트 포인트(34(1))로 인가된 전기적 신호는 전해질 용액(41)을 통해 내부 스킨(42)의 제2 컨택트 포인트(32(1))로 전해진다. 여기서, 다른 제1 컨택트 포인트(32(2) 또는 34(3))으로 인가된 전기적 신호는 제2 컨택트 포인트(32(2) 또는 32(3))로 전해지지 않게 된다. 이는 전기적 신호를 전송할 매개인 전해질 용액이 존재하지 않음에서 기인한다.
다음으로, 도 6의 (a) 상태에 있던 각속도 측정장치(200)는 이동체가 회전함에 따라 도 6의 (b)에 도시된 상태로 변한다. 이 경우 신호 처리부에서 외부 스킨(44)에 형성된 복수 개의 제1 컨택트 포인트(34)로 전기적 신호를 전송하면, 전해질 용액을 항상 중력 방향쪽으로 위치하기 때문에 외부 수킨(44)의 제1 컨택트 포인트(34(3))에 대응되는 내부 스킨(42)의 제2 컨택트 포인트(32(3))에만 전기적 신호가 전송된다. 이와 같이 이동체의 회전 전 후에 내부 스킨(42)에 형성된 제2 컨택트 포인트(32) 중 어떤 제2 컨택트 포인트에 전기적 신호가 수신되는지에 따라 이동체의 각속도를 측정할 수 있는 것이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명의 사상적 범주에 속한다.
1:유도탄 12:roll-rate-gyro
14:신호처리보드 50:적외선 렌즈
41:전해질 용액 42:내부스킨
44:외부스킨 200:각속도 측정장치
210:영상 촬상부 220:유체 유동부
230:신호 처리부 231:신호 생성부
232:신호 수신부 233:연산부

Claims (8)

  1. 이동체에 탑재되어 이동체의 회전에 따른 각속도를 측정하는 각속도 측정장치에 있어서,
    외부 영상을 촬상하는 영상 촬상부;
    상기 각속도 측정장치의 미리 결정된 공간 내에서 유동하는 유체를 포함하는 유체 유동부; 및
    상기 유체 유동부로 전기적 신호를 전달하여 상기 이동체가 회전됨에 따라 상기 유체를 기준으로 상기 유체 유동부가 이동된 변위를 측정하여 상기 이동체의 각속도를 산출하고, 상기 영상 촬상부에서 촬상한 외부 영상의 변화를 이용하여 상기 이동체의 각속도를 산출하는 신호 처리부를 포함하는 각속도 측정장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 신호 처리부는
    상기 유체 유동부로 전달되는 전기적 신호를 생성하는 신호 생성부;
    상기 이동체의 회전에 따라 상기 유체 유동부에 전달된 전기적 신호가 변화된 결과신호와 상기 영상 촬상부에서 생성되는 영상신호를 수신받는 신호 수신부; 및
    상기 결과신호와 상기 영상신호를 분석하여 상기 이동체의 각속도를 연산하는 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 각속도 측정장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 각속도 측정장치는
    중공 원통형상으로 형성되며, 상기 유체 유동부는 상기 각속도 측정장치의 원주를 따라 홈 형상으로 형성되는 것임을 특징으로 하는 각속도 측정장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 유체 유동부는
    상기 각속도 측정장치의 외부 표면에 형성되는 외부 스킨과 상기 각속도 측정장치의 내부 표면에 형성되는 내부 스킨을 포함하며 상기 외부 스킨은 상기 신호 처리부에서 전달되는 전기적 신호를 수신하고, 상기 내부 스킨은 상기 외부 스킨에 전달된 상기 전기적 신호를 수신받는 것임을 특징으로 하는 각속도 측정장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 외부 스킨에는 상기 신호 처리부에서 전달되는 전기적 신호를 전달받는 제1 컨택트 포인트가 복수 개 구비되며 상기 내부 스킨에는 상기 제1 컨택트 포인트에 대응되는 개수로 제2 컨택트 포인트가 구비되는 것임을 특징으로 하는 각속도 측정장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유체는 전해질 용액인 것임을 특징으로 하는 각속도 측정장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 신호 생성부에서 생성되는 전기적 신호는 디지털 신호인 것임을 특징으로 하는 각속도 측정장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 영상 촬상부는
    외부의 열영상을 촬상하는 적외선 카메라인 것을 특징으로 하는 각속도 측정장치.
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