KR101364183B1 - 정상 및 과도 상태에서의 정확성을 갖춘 기울기 각도 센서 - Google Patents

정상 및 과도 상태에서의 정확성을 갖춘 기울기 각도 센서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정상 및 과도 상태에서의 정확성을 갖춘 기울기 각도 센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 무게추와 일체인 원형필름 및, 높은 관성 모멘트를 갖는 원형필름의 회전으로부터 얻은 신호 값을 이용하여 정상 상태 및 과도 상태에서 모두 정확한 기울기 각도를 계측할 수 있는 기울기 센서에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 정지 및 정상 상태에서 신뢰성 있는 기울기 각도 값을 얻게 하는 무게추에 일체인 원형필름 및, 과도 상태에서 신뢰성있는 기울기 각도 값을 얻게 하는, 높은 관성 모멘트를 갖는 원형필름의 회전으로 인하여 얻은 신호 값을 혼합하는 방법을 통하여 정상 상태 및 과도 상태에서 모두 정확한 기울기 각도를 계측할 수 있도록 한다. 또한 본 발명은, 온도에 민감하게 반응하는 물질이 없어 온도에 따른 안정성을 구비할 뿐 아니라, 모터 또는 자이로 등의 구동부가 전혀 없는 등의 구조로 인하여 생산에 요구되는 비용을 줄일 수 있도록 한다.

Description

정상 및 과도 상태에서의 정확성을 갖춘 기울기 각도 센서{SLOPE-ANGLE SENSOR WITH ACCURACY IN STEADY STATE AND TRANSIENT STATE}
본 발명은 정상 및 과도 상태에서의 정확성을 갖춘 기울기 각도 센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 무게추와 일체인 원형필름 및, 높은 관성 모멘트를 갖는 원형필름의 회전으로부터 얻은 신호 값을 이용하여 정상 상태 및 과도 상태에서 모두 정확한 기울기 각도를 계측할 수 있는 기울기 센서에 관한 것이다.
각도센서는 여러 가지가 존재하나, 모두 복잡한 구조로 되어있거나 사용조건에 따른 계측 정확도가 보장되지 않아 고장의 원인이 됨과 동시에 가격이 고가이며 사용의 복잡성이 있다.
액상의 물질을 수반하는 센서는, 액상 매체의 전위를 측정에 있어서 어려움을 동반하며, 무엇보다 센서 주위 온도의 변화에 의한 액체의 팽창 및 수축으로 인하여 액체 용적, 특성, 장력 등이 변화할 수 있어 정밀도 및 재현성 오차를 초래한다.
자이로 원리를 이용한 측정방법에서는 항시 구동하는 회전체를 필요로 함에 있어서 구동부의 수명을 고려하여야 하며, 자계와 모계를 이용한 각도 측정 또한 미세한 자계의 왜곡을 보정함에 있어서 가격 상승을 초래한다.
관성센서를 이용한 기울기각 관측 및 추정 기술에 있어서, 절대각 측정이 불가능 하다는 단점이 존재한다.
무게추만을 이용하는 단순한 벙법도 존재하지만, 과도상태에서 사용할 수 없다는 단점과, 선형 가속도에 영향을 받기 때문에 차량에는 응용이 불가하다는 단점이 있다.
이하에서는 기존에 출시되어 있는 각도 센서들의 예 및 그 각각의 문제점들에 대하여 간략히 기술한다.
NTT 사의 NG 시리즈는 capacitive liquid 형식 경사도계로서, 적분 문제를 없애고 출력의 비선형성(nonlinearity)를 최소화시킨 모델을 출시하였다. 그러나 상승시간상수(rise time constant)가 높아, 과도 상태에서는 계측이 느리고, 단가가 높은 단점이 있다.
Crossbow 사의 CXTILT02E는 가속도계 및 각속도계 기반의 경사도 계측 장비로써 두 축의 경사도를 한 번에 계측 가능하다. 빠른 상승 시간(rise time)과 정밀도를 갖춤으로 상대적으로 정확한 과도상태 경사도를 얻을 수 있으나 온도차에 따른 센서 오차와 정상상태에서의 드리프트(drift) 현상이 있다는 단점이 있다.
US Digital Corporation 사의 T6 모델은 추 형태(pendulum type) 경사도계로서 Hysteresis 및 드리프트 문제가 발생하지 않지만 차량의 과도상태를 계측할 수 없는 단점이 있다.
ATMOS Engineering 사의 AT3510-75 모델은 electrolytic 형식의 경사도계로서 과도상태에서 전해질이 흔들려 계측 성능이 좋지 못한 단점이 있다.
Sherborne Sensors 사의 Electronic Clinometer 와 AccuStar II /DAS 20 모델 또한 마찬가지로 dielectric fluid 내의 cavitation을 통한 경사도 계측을 하기 때문에, 과도상태에서 계측 성능이 좋지 못한 단점이 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 정지 및 정상 상태에서 신뢰성 있는 기울기 각도 값을 얻게 하는 무게추에 일체인 원형필름 및, 과도 상태에서 신뢰성있는 기울기 각도 값을 얻게 하는, 높은 관성 모멘트를 갖는 원형필름의 회전으로 인하여 얻은 신호 값을 혼합하는 방법을 통하여 정상 상태 및 과도 상태에서 모두 정확한 기울기 각도를 계측할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은, 온도에 민감하게 반응하는 물질이 없어 온도에 따른 안정성을 구비하며, 모터 또는 자이로 등의 구동부가 전혀 없는 등의 구조로 인하여 생산에 요구되는 비용을 줄일 수 있도록 하는데 다른 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 정상 및 과도 상태에서의 정확성을 갖춘 기울기 각도 센서는, 기울기 각도 센서의 기울어짐에 따른 회전의 중심을 이루는 중심축; 수평면과 수직인 방향으로 움직이는 무게추와 일체된 원형필름의 회전을 이용하여, 상기 기울기 각도 센서의 기울기 경사각을 측정하는 제1 기울기 경사각 측정부; 상기 원형필름과 대비하여 상대적으로 높은 관성모멘트를 갖는 원형필름의 회전을 이용하여 상기 기울기 각도 센서의 기울기 경사각을 측정하는 제2 기울기 경사각 측정부; 및 상기 제1 기울기 경사각 측정부와 상기 제2 기울기 경사각 측정부에서 측정된 기울기 경사각 값을 이용하여, 상기 기울기 각도 센서의 기울기 각도를 산출하는 기울기 각도 산출부를 포함하고, 상기 기울기 각도 산출부는,
Figure 112013076881873-pat00058
에서,
Figure 112013076881873-pat00059
를 적분하는 연산을 수행함으로써 기울기 각도
Figure 112013076881873-pat00060
를 산출하며, 상기
Figure 112013076881873-pat00061
는 상기
Figure 112013076881873-pat00062
의 미분형태, 상기
Figure 112013076881873-pat00063
는 상기 제1 기울기 경사각 측정부에서 측정된 기울기 경사각, 상기
Figure 112013076881873-pat00064
는 상기 제2 기울기 경사각 측정부에서 측정된 기울기 경사각, 상기
Figure 112013076881873-pat00065
는 상기
Figure 112013076881873-pat00066
의 미분형태, 상기 L은 이득(gain)이다.
상기 제1 기울기 경사각 측정부는, 수평방향으로 빛을 조사(irradiate)하는 제1 광원; 상기 제1 광원으로부터 조사되는 빛을 감지하는 제1 포토커플러(photo coupler); 상기 중심축에 고정되어 수평면과 수직인 방향으로 움직이는 무게추; 및 상기 제1 광원과 제1 포토커플러 사이에, 상기 중심축이 그 중심을 수직으로 지나도록 설치되고, 상기 무게추와 일체로 움직이며, 상기 조사된 빛을 투과시키되, 그 투과되는 지점에 따라 상기 제1 포토커플러에서 감지되는 빛의 강도가 달라지는 구조를 갖는 제1 원형필름을 포함할 수 있다..
상기 제2 기울기 경사각 측정부는, 수평방향으로 빛을 조사(irradiate)하는 제2 광원; 상기 제2 광원으로부터 조사되는 빛을 감지하는 제2 포토커플러(photo coupler); 및 상기 제2 광원과 제2 포토커플러 사이에, 상기 중심축이 그 중심을 수직으로 지나도록 설치되고, 상기 조사된 빛을 투과시키되, 그 투과되는 지점에 따라 상기 제2 포토커플러에서 감지되는 빛의 강도가 달라지는 구조를 가지며, 상기 제1 기울기 경사각 측정부의 원형필름과 대비하여 상대적으로 높은 관성모멘트를 갖는 제2 원형필름을 포함할 수 있다.
상기 제1 원형필름 또는 상기 제2 원형필름은, 상기 조사되는 빛이 투과되는 지점에 따라, 빛을 투과하는 홀(hole)의 크기가 다르거나, 원형필름의 두께가 다른 것이 바람직하다.
상기 제1 광원 또는 상기 제2 광원에서 조사되는 빛은, 적외선 LED로 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 정상 및 과도 상태에서의 정확성을 갖춘 기울기 각도를 산출하는 방법은, (a) 수평면과 수직인 방향으로 움직이는 무게추와 일체된 원형필름(이하 '제1 원형필름'이라 한다)의 회전을 이용하여, 기울기 각도 센서의 기울기 경사각을 측정하는 단계; (b) 상기 기울기 경사각에 기 설정된 이득(gain)을 적용하는 단계; (c) 상기 제1 원형필름과 대비하여 상대적으로 높은 관성모멘트를 갖는 원형필름(이하 '제2 원형필름'이라 한다)의 회전을 이용하여 상기 기울기 각도 센서의 기울기 경사각을 측정하는 단계; (d) 상기 단계(c)에서 측정된 기울기 경사각으로부터 기울기 경사각의 각속도를 산출하는 단계; (e) 상기 단계(b)의 이득 적용된 값과 상기 단계(d)의 각속도를 더한 후, 그 적분값을 산출하는 단계; (f) 상기 제1 원형필름의 회전을 이용하여 측정된 기울기 경사각에서 산출된 적분값을 뺀 값에 상기 단계(b)의 이득을 적용하는 단계; (g) 상기 제2 원형필름의 회전을 이용하여 측정된 기울기 경사각으로부터 기울기 경사각의 각속도를 산출하는 단계; (h) 상기 단계(f)의 이득 적용된 값과 상기 단계(g)의 각속도를 더한 후, 그 적분값을 산출하는 단계; 및 (i) 상기 단계(e) 내지 단계(h)를 반복하여, 상기 단계(h)의 적분값이 기 설정된 범위(이하 '안정 범위')내로 들어온 경우, 이를 상기 기울기 각도 센서가 산출한 기울기 각도 값으로 결정하는 단계를 포함한다.
상기 단계(h)의 적분값
Figure 112012061815165-pat00010
의 산출은,
Figure 112012061815165-pat00011
에서,
Figure 112012061815165-pat00012
를 적분하는 연산을 수행함으로써 기울기 각도
Figure 112012061815165-pat00013
를 산출할 수 있으며, 상기
Figure 112012061815165-pat00014
는 상기
Figure 112012061815165-pat00015
의 미분형태, 상기
Figure 112012061815165-pat00016
는 상기 제1 기울기 경사각 측정부에서 측정된 기울기 경사각, 상기
Figure 112012061815165-pat00017
는 상기 제2 기울기 경사각 측정부에서 측정된 기울기 경사각, 상기
Figure 112012061815165-pat00018
는 상기
Figure 112012061815165-pat00019
의 미분형태, 상기 L은 이득(gain)이다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 방법으로 기울기 각도를 산출하는 장치는, 수평면과 수직인 방향으로 움직이는 무게추와 일체된 원형필름의 회전을 이용하여 측정된 기울기 각도 센서의 기울기 경사각(이하 '제1 경사각 측정값'이라 한다) 및, 상기 제1 원형필름과 대비하여 상대적으로 높은 관성모멘트를 갖는 원형필름의 회전을 이용하여 측정된 기울기 각도 센서의 기울기 경사각(이하 '제2 경사각 측정값'이라 한다)을 수신하는 경사각 측정값 수신부; 상기 제1 경사각 측정값에서, 기울기 각도 산출부가 산출하는 적분값을 뺀 값을 산출하고, 이 값에 기 설정된 이득(gain)을 적용하는 이득 적용값 산출부; 상기 이득 적용값과, 제2 경사각의 각속도값을 합하여 적분한 값을 산출하는 과정을 반복하여, 산출된 적분값이 기 설정된 범위(이하 '안정 범위')내로 들어온 경우, 이를 상기 기울기 각도 센서가 산출한 기울기 각도 값으로 결정하는 기울기 각도 산출부; 및 상기 각 구성요소를 제어하여 기울기 각도 산출 과정을 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명에 의하면, 정지 및 정상 상태에서 신뢰성 있는 기울기 각도 값을 얻게 하는 무게추에 일체인 원형필름 및, 과도 상태에서 신뢰성있는 기울기 각도 값을 얻게 하는, 높은 관성 모멘트를 갖는 원형필름의 회전으로 인하여 얻은 신호 값을 혼합하는 방법을 통하여 정상 상태 및 과도 상태에서 모두 정확한 기울기 각도를 계측할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한 본 발명은, 온도에 민감하게 반응하는 물질이 없어 온도에 따른 안정성을 구비할 뿐 아니라, 모터 또는 자이로 등의 구동부가 전혀 없는 등의 구조로 인하여 생산에 요구되는 비용을 줄일 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 기울기 각도 센서의 구조도.
도 2는 본 발명에 따른 기울기 각도 센서의 두 가지 원형필름의 회전으로 얻은 신호를 혼합하는 방법을 나타내는 블럭 다이어그램.
도 3은 도 2의 방법을 구현하는 기울기 각도 산출기의 구성을 나타내는 도면.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 기울기 각도 센서(100)의 구조도이다.
중심축(110)은, 기울기 각도 센서의 기울어짐에 따른 회전의 중심을 이룬다.
제1 기울기 경사각 측정부(120)는, 수평면과 수직인 방향으로 움직이는 무게추와 일체된 원형필름의 회전을 이용하여, 상기 기울기 각도 센서의 기울기 경사각을 측정한다.
제1 기울기 경사각 측정부(120)는, 수평방향으로 빛을 조사(irradiate)하는 제1 광원(121)과, 그 제1 광원(121)으로부터 조사되는 빛(121.1)을 감지하는 제1 포토커플러(photo coupler)(122)를 구비한다. 상기 제1 광원에서 조사되는 빛은 적외선 LED로 구성될 수 있다.
또한 상기 중심축(110)에 고정되어 있으면서 수평면과 수직인 아래 방향으로 향하도록 움직이는 무게추(123)를 구비하고, 그 무게추(123)와 일체로 움직이는 제1 원형필름(124)을 구비한다.
제1 원형필름(124)은, 원형의 얇은 필름으로서, 중심축(110)이 그 제1 원형필름(124)의 중심을 수직하게 지나며, 상기 제1 광원(121)과 제1 포토커플러(122) 사이에 위치한다. 전술한 바와 같이 상기 제1 원형필름(124)은 무게추(123)와 일체로 움직이는데, 즉 제1 원형필름(124)은, 센서(100)의 기울어짐에도 중심축(110)을 중심으로 항상 수직 아래 방향으로 향하도록 회전하는 무게추(123)와 결합되어 회전하는 것이다. 제1 광원(121)에서 조사되는 빛은, 제1 원형필름(124)을 투과하여 제1 포토커플러(122)에서 감지되게 된다. 이때 그 제1 원형필름(124)이 얼마나 회전했는가에 따라, 즉 센서(100)가 얼마나 기울어졌는가에 따라 제1 포토커플러(122)에서 감지되는 빛의 강도에 차이가 나도록 구성한다. 제1 광원(121)에서 조사되는 빛이 제1 포토커플러(122)에서 감지되기 전, 제1 원형필름(124) 상의 투과 지점은, 제1 원형필름(124)이 얼마나 회전했는가에 따라 달라지는데, 그 달라지는 투과지점마다 제1 광원(121)으로부터 조사되는 빛의 투과량이 달라지는 구조를 갖도록 하는 것이다.
즉, 상기 조사되는 빛이 투과되는 지점에 따라, 빛을 투과하는 제1 원형필름(124) 상의 투과 홀(hole)의 크기가 다르거나, 원형필름의 두께가 다르도록 할 수 있다. 이로부터, 센서(100)가 기울어짐에 따라, 즉 중심축(110)을 중심으로 제1 원형필름(124)이 회전함에 따라, 빛은 제1 원형필름(124)의 다른 지점을 통과하게 되고, 이에 따라 제1 포토커플러(122)에서 감지되는 빛의 강도가 달라지므로, 센서가 기울어진 각도, 즉 기울기 경사각을 측정할 수 있게 된다.
한편, 제2 기울기 경사각 측정부(130)는, 제1 기울기 경사각 측정부(120)의 제1 원형필름(124)과 대비하여 상대적으로 높은 관성모멘트를 갖는 원형필름의 회전을 이용하여 상기 기울기 각도 센서의 기울기 경사각을 측정한다.
센서(100)가 기울어짐에 따라, 즉 중심축(110)을 중심으로 제2 원형필름(134)이 회전함에 따라, 제2 광원(131)에서 조사되는 빛(131.1)이 제2 원형필름(134)의 다른 지점을 통과하게 되고, 이에 따라 제2 포토커플러(132)에서 감지되는 빛의 강도가 달라지므로, 센서가 기울어진 각도, 즉 기울기 경사각을 측정할 수 있게 된다는 점은 제1 기울기 경사각 측정부(120)의 경우와 동일하다. 다만 제2 기울기 경사각 측정부(130)의 경우는 무게추가 존재하는 것이 아니라, 제2 원형필름(134)의 관성모멘트가 제1 원형필름(124)에 비해 상대적으로 큰 구성을 갖는다. 즉 예를 들어 도면의 경우, 원형필름(134.1) 주위에 질량이 큰 물체(134.2)가 장착되어 있는 식으로 구성되어 있다. 이 경우 무게추가 없기 때문에 선형 가속도에 영향을 받지 않으며 과도 상태에서 불필요한 진동을 하지 않기 때문에, 정상 상태보다는 과도 상태에서 더욱 신뢰성 높은 기울기 및 각속도를 검출할 수 있게 된다.
기울기 각도 산출부(도 1 미도시, 도 3 300)는 상기 제1 기울기 경사각 측정부(120)와 상기 제2 기울기 경사각 측정부(130)에서 측정된 기울기 경사각 값을 이용하여, 상기 기울기 각도 센서의 기울기 각도를 산출하는데, 그러한 산출방법은 이하 도 2를 참조하여 후술하며, 기울기 각도 산출부의 구성에 대하여는 도 3을 참조하여 후술한다.
도 2는 기울기 각도 산출부(300, 도 3)가, 본 발명에 따른 기울기 각도 센서의 두 가지 원형필름의 회전으로 얻은 신호를 혼합하는 방법을 나타내는 블럭 다이어그램이다.
수평면과 수직인 방향으로 움직이는 무게추와 일체된 원형필름(이하 '제1 원형필름'이라 한다)(124)의 회전을 이용하여, 기울기 각도 센서(100)의 기울기 경사각을 측정한다(S201). 측정된 기울기 경사각에 기 설정된 크기의 이득(gain)을 적용한다(S202). 제1 원형필름(124)과 대비하여 상대적으로 높은 관성모멘트를 갖는 원형필름(이하 '제2 원형필름'이라 한다)(134)의 회전을 이용하여 상기 기울기 각도 센서(100)의 기울기 경사각을 측정한 후 이로부터 기울기 경사각의 각속도를 산출한다(S203). 단계(S202)의 이득 적용된 값과 단계(S203)의 각속도를 더한 후(S204), 그 적분값을 산출한다(S205). 이와 같이 최초 적분값이 산출된 이후 상기 단계 S202 내지 단계 S205를 반복하되, 단계 S202에서 이득을 적용하는 값은, 제1 원형필름의 회전을 이용하여 측정된 기울기 경사각에서, 상기 적분값을 뺀 값이 된다(S206).
이와 같이 단계 S201, S206, S202, S203, S204, S205를 반복하여, 단계 S205의 적분값이, 그 변화하는 범위가 기 설정된 범위(이하 '안정 범위')내로 들어온 경우, 이를 상기 기울기 각도 센서가 산출한 기울기 각도 값으로 결정할 수 있게 된다.
이와 같은 과정을 수학식 1로 나타낼 수 있다.
Figure 112012061815165-pat00020
즉, 단계 S205의 적분값인 기울기 각도
Figure 112012061815165-pat00021
는, 상기 수학식 1에서,
Figure 112012061815165-pat00022
의 미분형태인
Figure 112012061815165-pat00023
를 적분하는 연산을 수행함으로써 산출되는 것이다.
여기서
Figure 112012061815165-pat00024
는 제1 기울기 경사각 측정부(120)에서 측정된 기울기 경사각,
Figure 112012061815165-pat00025
는 제2 기울기 경사각 측정부(130)에서 측정된 기울기 경사각,
Figure 112012061815165-pat00026
는
Figure 112012061815165-pat00027
의 미분형태, L은 이득(gain)을 나타낸다.
만약
Figure 112012061815165-pat00028
가 없다면, 즉 제1 원형필름(124) 만 존재한다면 제1 원형필름(124)이 측정한 값의 저역 통과 필터(LPF)에 지나지 않는다. 반대로 만약
Figure 112012061815165-pat00029
항이 없다면, 즉 제2 원형필름(134) 만 존재한다면
Figure 112012061815165-pat00030
이 되어, 무게추가 없으므로 조금씩 움직이는 제2 원형필름(134)에 의해
Figure 112012061815165-pat00031
는 실제 각속도와는 다르게 되고, 이렇게 에러가 섞인 값을 적분(S205)하게 됨으로써, 얻은 값은 발산하게 된다.
즉, 기울기 각도 산출부는,
Figure 112012061815165-pat00032
와
Figure 112012061815165-pat00033
의 두가지 항이 모두 존재할 때만,
Figure 112012061815165-pat00034
는 흔들림이나 시차가 없는 각속도 값을 제공하는 역할을 담당하게 되고,
Figure 112012061815165-pat00035
항은 전자를 적분해도 발산하지 않도록 하는 역할을 담당하게 되어, 결과적으로 본 발명의 센서(100)가, 과도상태와 정상상태 모두에서 안정된 기울기 각도를 산출하는 역할을 수행할 수 있도록 하는 것이다.
도 3은 도 2의 방법을 구현하는 기울기 각도 산출부(300)의 구성을 나타내는 도면이다.
제어부(310)는 이하 각 구성요소를 제어하여 기울기 각도 산출 과정을 제어하는 역할을 수행한다.
경사각 측정값 수신부(320)는, 수평면과 수직인 방향으로 움직이는 무게추와 일체된 원형필름의 회전을 이용하여 측정된 기울기 각도 센서의 기울기 경사각(이하 '제1 경사각 측정값'이라 한다) 및, 상기 제1 원형필름과 대비하여 상대적으로 높은 관성모멘트를 갖는 원형필름의 회전을 이용하여 측정된 기울기 각도 센서의 기울기 경사각(이하 '제2 경사각 측정값'이라 한다)을 수신한다.
이득 적용값 산출부(330)는, 상기 제1 경사각 측정값에서, 기울기 각도 산출부가 산출하는 적분값을 뺀 값을 산출하고, 이 값에 기 설정된 이득(gain)을 적용한다.
기울기 각도 산출부(340)는, 상기 이득 적용값과, 상기 제2 경사각의 각속도값을 합하여 적분한 값을 산출하는 과정을 반복하여, 산출된 적분값이 기 설정된 범위(이하 '안정 범위')내로 들어온 경우, 이를 상기 기울기 각도 센서가 산출한 기울기 각도 값으로 결정하는 역할을 담당한다.
100: 기울기 각도 센서
110: 중심축
120: 제1 기울기 경사각 측정부
121: 제1 광원 122: 제1 포토커플러
123: 무게추 124: 제1 원형필름
130: 제2 기울기 경사각 측정부
131: 제2 광원 132: 제2 포토커플러
134.1: 제2 원형필름 134.2 제2 원형필름 장착물체

Claims (9)

  1. 정상 및 과도 상태에서의 정확성을 갖춘 기울기 각도 센서로서,
    기울기 각도 센서의 기울어짐에 따른 회전의 중심을 이루는 중심축;
    수평면과 수직인 방향으로 움직이는 무게추와 일체된 원형필름의 회전을 이용하여, 상기 기울기 각도 센서의 기울기 경사각을 측정하는 제1 기울기 경사각 측정부;
    상기 원형필름과 대비하여 상대적으로 높은 관성모멘트를 갖는 원형필름의 회전을 이용하여 상기 기울기 각도 센서의 기울기 경사각을 측정하는 제2 기울기 경사각 측정부; 및
    상기 제1 기울기 경사각 측정부와 상기 제2 기울기 경사각 측정부에서 측정된 기울기 경사각 값을 이용하여, 상기 기울기 각도 센서의 기울기 각도를 산출하는 기울기 각도 산출부
    를 포함하고,
    상기 기울기 각도 산출부는,
    Figure 112013076881873-pat00067
    에서,
    Figure 112013076881873-pat00068
    를 적분하는 연산을 수행함으로써 기울기 각도
    Figure 112013076881873-pat00069
    를 산출하며,
    상기
    Figure 112013076881873-pat00070
    는 상기
    Figure 112013076881873-pat00071
    의 미분형태,
    상기
    Figure 112013076881873-pat00072
    는 상기 제1 기울기 경사각 측정부에서 측정된 기울기 경사각,
    상기
    Figure 112013076881873-pat00073
    는 상기 제2 기울기 경사각 측정부에서 측정된 기울기 경사각,
    상기
    Figure 112013076881873-pat00074
    는 상기
    Figure 112013076881873-pat00075
    의 미분형태,
    상기 L은 이득(gain)인 것
    을 특징으로 하는, 정상 및 과도 상태에서의 정확성을 갖춘 기울기 각도 센서.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 기울기 경사각 측정부는,
    수평방향으로 빛을 조사(irradiate)하는 제1 광원;
    상기 제1 광원으로부터 조사되는 빛을 감지하는 제1 포토커플러(photo coupler);
    상기 중심축에 고정되어 수평면과 수직인 방향으로 움직이는 무게추; 및
    상기 제1 광원과 제1 포토커플러 사이에, 상기 중심축이 그 중심을 수직으로 지나도록 설치되고, 상기 무게추와 일체로 움직이며, 상기 조사된 빛을 투과시키되, 그 투과되는 지점에 따라 상기 제1 포토커플러에서 감지되는 빛의 강도가 달라지는 구조를 갖는 제1 원형필름
    을 포함하는 것을 특징으로 하는, 정상 및 과도 상태에서의 정확성을 갖춘 기울기 각도 센서.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 기울기 경사각 측정부는,
    수평방향으로 빛을 조사(irradiate)하는 제2 광원;
    상기 제2 광원으로부터 조사되는 빛을 감지하는 제2 포토커플러(photo coupler); 및
    상기 제2 광원과 제2 포토커플러 사이에, 상기 중심축이 그 중심을 수직으로 지나도록 설치되고, 상기 조사된 빛을 투과시키되, 그 투과되는 지점에 따라 상기 제2 포토커플러에서 감지되는 빛의 강도가 달라지는 구조를 가지며, 상기 제1 기울기 경사각 측정부의 원형필름과 대비하여 상대적으로 높은 관성모멘트를 갖는 제2 원형필름
    을 포함하는 것을 특징으로 하는, 정상 및 과도 상태에서의 정확성을 갖춘 기울기 각도 센서.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 원형필름 또는 상기 제2 원형필름은,
    상기 조사되는 빛이 투과되는 지점에 따라,
    빛을 투과하는 홀(hole)의 크기가 다르거나,
    원형필름의 두께가 다른 것
    을 특징으로 하는, 정상 및 과도 상태에서의 정확성을 갖춘 기울기 각도 센서.
  5. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 광원 또는 상기 제2 광원에서 조사되는 빛은,
    적외선 LED로 구성되는 것
    을 특징으로 하는, 정상 및 과도 상태에서의 정확성을 갖춘 기울기 각도 센서.
  6. 삭제
  7. 정상 및 과도 상태에서의 정확성을 갖춘 기울기 각도를 산출하는 방법으로서,
    (a) 수평면과 수직인 방향으로 움직이는 무게추와 일체된 원형필름(이하 '제1 원형필름'이라 한다)의 회전을 이용하여, 기울기 각도 센서의 기울기 경사각을 측정하는 단계;
    (b) 상기 기울기 경사각에 기 설정된 이득(gain)을 적용하는 단계;
    (c) 상기 제1 원형필름과 대비하여 상대적으로 높은 관성모멘트를 갖는 원형필름(이하 '제2 원형필름'이라 한다)의 회전을 이용하여 상기 기울기 각도 센서의 기울기 경사각을 측정하는 단계;
    (d) 상기 단계(c)에서 측정된 기울기 경사각으로부터 기울기 경사각의 각속도를 산출하는 단계;
    (e) 상기 단계(b)의 이득 적용된 값과 상기 단계(d)의 각속도를 더한 후, 그 적분값을 산출하는 단계;
    (f) 상기 제1 원형필름의 회전을 이용하여 측정된 기울기 경사각에서 산출된 적분값을 뺀 값에 상기 단계(b)의 이득을 적용하는 단계;
    (g) 상기 제2 원형필름의 회전을 이용하여 측정된 기울기 경사각으로부터 기울기 경사각의 각속도를 산출하는 단계;
    (h) 상기 단계(f)의 이득 적용된 값과 상기 단계(g)의 각속도를 더한 후, 그 적분값을 산출하는 단계; 및
    (i) 상기 단계(e) 내지 단계(h)를 반복하여, 상기 단계(h)의 적분값이 기 설정된 범위(이하 '안정 범위')내로 들어온 경우, 이를 상기 기울기 각도 센서가 산출한 기울기 각도 값으로 결정하는 단계
    를 포함하는 정상 및 과도 상태에서의 정확성을 갖춘 기울기 각도 산출 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 단계(h)의 적분값
    Figure 112012061815165-pat00045
    의 산출은,
    Figure 112012061815165-pat00046
    에서,
    Figure 112012061815165-pat00047
    를 적분하는 연산을 수행함으로써 기울기 각도
    Figure 112012061815165-pat00048
    를 산출하며,
    상기
    Figure 112012061815165-pat00049
    는 상기
    Figure 112012061815165-pat00050
    의 미분형태,
    상기
    Figure 112012061815165-pat00051
    는 상기 제1 기울기 경사각 측정부에서 측정된 기울기 경사각,
    상기
    Figure 112012061815165-pat00052
    는 상기 제2 기울기 경사각 측정부에서 측정된 기울기 경사각,
    상기
    Figure 112012061815165-pat00053
    는 상기
    Figure 112012061815165-pat00054
    의 미분형태,
    상기 L은 이득(gain)인 것
    을 특징으로 하는, 정상 및 과도 상태에서의 정확성을 갖춘 기울기 각도 산출 방법.
  9. 청구항 7의 방법으로 기울기 각도를 산출하는 장치로서,
    수평면과 수직인 방향으로 움직이는 무게추와 일체된 원형필름의 회전을 이용하여 측정된 기울기 각도 센서의 기울기 경사각(이하 '제1 경사각 측정값'이라 한다) 및, 상기 제1 원형필름과 대비하여 상대적으로 높은 관성모멘트를 갖는 원형필름의 회전을 이용하여 측정된 기울기 각도 센서의 기울기 경사각(이하 '제2 경사각 측정값'이라 한다)을 수신하는 경사각 측정값 수신부;
    상기 제1 경사각 측정값에서, 기울기 각도 산출부가 산출하는 적분값을 뺀 값을 산출하고, 이 값에 기 설정된 이득(gain)을 적용하는 이득 적용값 산출부;
    상기 이득 적용값과, 제2 경사각의 각속도값을 합하여 적분한 값을 산출하는 과정을 반복하여, 산출된 적분값이 기 설정된 범위(이하 '안정 범위')내로 들어온 경우, 이를 상기 기울기 각도 센서가 산출한 기울기 각도 값으로 결정하는 기울기 각도 산출부; 및
    상기 각 구성요소를 제어하여 기울기 각도 산출 과정을 제어하는 제어부
    를 포함하는 기울기 각도 산출 장치.
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