KR101414391B1 - 반구형 공진 자이로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공진 자이로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공진자이로를 가진(excitation), 센싱(sensing) 및 제어(control)하는 전극블록의 전극형상에 관한 것이다.
본 발명에 따른 반구형 공진 자이로는, 중공형의 반구형상으로 형성되어 가진되는 공진기; 상기 공진기의 중공형의 반구형상 중심에서 하단방향으로 바형상으로 형성되는 지지대; 상기 공진기의 내측면과 대응되는 형상으로 형성되어 상기 공진기에 삽입 결합되는 전극블록; 상기 전극블록의 중심에서 하단방향으로 형성되는 지지홈; 상기 전극블록과 일체로 형성되어, 상기 전극블록을 지지하는 베이스;를 포함하고, 상기 전극블록은, 상기 공진기의 진동을 발생시키기 위하여 상기 전극블록의 삽입면에 설치되는 가진전극; 및 상기 공진기의 진동시 진폭을 측정하기 위하여 상기 전극블록의 삽입면에 측정전극;을 포함하며, 상기 가진전극 및 측정전극은 상기 전극블록의 삽입면 중심으로부터 방사상으로 배치되고, 상기 가진전극 및 측정전극이 상기 전극블록 상에서 서로 다른 높이에 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 반구형 공진 자이로는 보다 효과적인 가진과 정밀한 측정이 가능한 효과가 있다.
그리고, 본 발명의 반구형 공진 자이로는, 가진시 공진기의 지지점에 작용하는 응력의 크기를 최소화하여, 가진력에 의한 상기 공진기의 파손을 예방할 수 있는 효과가 있다.

Description

반구형 공진 자이로{HEMISPHERICAL RESONANT GYRO}
본 발명은 반구형 공진 자이로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공진자이로를 가진(excitation), 센싱(sensing) 및 제어(control)하는 전극블록의 전극형상에 관한 것이다.
일반적으로, 고체의 소형 구조물을 공진 상태로 만들고 이를 회전하였을 때 Coriolis 가속도에 의한 공진 패턴의 변이를 측정하여 회전 각도 혹은 각속도를 측정하는 센서이다. 사용하는 형상은 반구(hemisphere), 원통(cylinder), 디스크(disk), 링(ring) 등이 있다. 또한 공진 자이로의 구성으로는 하우징, 공진기, 전극블록으로 구성되며, 최근 기술의 추세로 공진 자이로의 소형화하여 상용하고 있는 추세이다.
하지만, 종래의 반구형 공진 자이로의 경우의 전극블록의 전극배치가 동일한 형상으로 일정하게 배열되어 있어, 전극블록의 면적이 인근 전극 사이에 해당하는 범위로 한정되므로 가진 및 측정성능이 제한되는 문제점이 있다.
또한, 종래의 반구형 공진 자이로의 경우 공진기의 지지점에 가해지는 외력에 의해 상기 공진기가 파손될 수 있는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 종래 기술의 해결방안으로 가진성능 및 측정성능을 향상시키고, 가진력에 의한 상기 공진기의 파손을 막을 수 있는 공진 자이로용 전극블록을 제공하는 것을 해결방안으로 한다.
대한민국 공개특허공보 특2001-0053090호(2001년06월25일) 대한민국 공개특허공보 특2006-0036444호(2006년04월28일)
본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위해서 안출된 것으로, 본 발명은 보다 효과적인 가진과 정밀한 측정이 가능한 반구형 공진 자이로를 제공하는 데 그 목적이 있다.
그리고, 공진기의 지지점에 가해지는 응력의 크기를 최소화할 수 있는 반구형 공진 자이로를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명이 해결하려는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 반구형 공진 자이로는, 중공형의 반구형상으로 형성되어 가진되는 공진기; 상기 공진기의 중공형의 반구형상 중심에서 하단방향으로 바형상으로 형성되는 지지대; 상기 공진기의 내측면과 대응되는 형상으로 형성되어 상기 공진기에 삽입 결합되는 전극블록; 상기 전극블록의 중심에서 하단방향으로 형성되는 지지홈; 상기 전극블록과 일체로 형성되어, 상기 전극블록을 지지하는 베이스;를 포함하고, 상기 전극블록은, 상기 공진기의 진동을 발생시키기 위하여 상기 전극블록의 삽입면에 설치되는 가진전극; 및 상기 공진기의 진동시 진폭을 측정하기 위하여 상기 전극블록의 삽입면에 측정전극;을 포함하며, 상기 가진전극 및 측정전극은 상기 전극블록의 삽입면 중심으로부터 방사상으로 배치되고, 상기 가진전극 및 측정전극이 상기 전극블록 상에서 서로 다른 높이에 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명의 반구형 공진 자이로는 기존의 방법에 비해 보다 효과적인 가진과 정밀한 측정이 가능한 효과가 있다.
그리고, 본 발명의 반구형 공진 자이로는, 가진시 공진기의 지지점에 작용하는 응력의 크기를 최소화하여, 가진력에 의한 상기 공진기의 파손을 예방할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 반구형 공진 자이로를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 반구형 공진 자이로의 가진전극 및 측정전극의 외측단부를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반구형 공진 자이로의 가진전극 및 측정전극의 외측단부를 나타낸 도면이다.
이상과 같은 본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 반구형 공진 자이로를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 반구형 공진 자이로의 가진전극 및 측정전극의 외측단부를 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 일실시예에 따른 반구형 공진 자이로(100)는 공진기(110), 지지대(120), 전극블록(130), 지지홈(140), 베이스(150), 가진전극(160), 측정전극(170)을 포함한다.
상기 반구형 공진 자이로(100)는 상기 공진기(110)과 상기 전극블록(130)은 일체형으로 결합된다. 이때, 상기 공진기(110)가 공진 상태가 되면, 상기 공진기(110)의 진동패턴은 정지파 형태를 띠게 된다. 이때, 상기 전극블록(130)의 배치된 상기 가진전극(160)에 의하여 상기 공진기(110)가 공진 상태에 있는 경우에, 결합된 상기 공진기(110) 및 상기 전극블록(130)이 회전 운동을 하면 코리올리 가속도 때문에 공진 패턴이 이동하게 된다. 그리고, 상기 전극블록(130)에 배치된 상기 측정전극(170)을 이용하여, 상기 공진기(110)의 패턴 이동량을 검출하고 회전각도 혹은 각속도를 측정하게 된다.
상기 반구형 공진 자이로(100)의 상기 공진기(110)는 중공형의 반구형상으로 형성할 수 있다.
상기 공진기(110)는 석영에 금속물질을 코팅하여 제조될 수 있다. 이러한 경우에는, 부도체인 상기 석영을 정전기력으로 가진하기 위하여 금속물질로 코팅하여 제조하는 것이다.
상기 공진기(110)는 지속적으로 공진을 하면서 선속도(v)를 만들어, 상기 공진기(110) 및 상기 전극블록(130) 간의 상대적인 회전(Ω)에 의한 Coriolis 가속도(2vΩ)를 측정하기 위한 기본 운동을 제공하는 역할을 한다.
또한, 상기 공진기(110)의 중공형의 반구형상의 중앙에서 하단방향으로 바형상으로 형성되는 상기 지지대(120)를 형성할 수 있다. 상기 지지대(120)의 형상은 바형상으로 한정하지 않고 상기 공진기(110)를 지지할 수 있는 형상이면 모두 사용이 가능하다.
또한, 상기 전극블록(130)은 상기 공진기(110)의 내측면과 대응되는 형상으로 형성되어 상기 공진기(110)에 삽입 결합된다.
상기 전극블록(130)은 중심에서 하단방향으로 상기 지지홈(140)을 형성할 수 있다. 즉, 이는 상기 공진기(110)를 상기 전극블록(130)에 삽입 시켰을 때, 상기 지지대(120) 또한 상기 지지홈(140)에 삽입되어, 상기 공진기(110)와 상기 전극블록(130)을 지지하는 역할을 한다.
또한, 상기 베이스(150)는 상기 전극블록(130)과 일체로 형성되어, 상기 전극블록(130)을 지지한다. 상기 베이스(150)는 항공기, 선박 등과 같은 다양한 기초구조물에 설치되어, 상기 공진기(110)와 상기 전극블록(130)을 지지하는 역할을 한다.
한편, 상기 가진전극(160)은 상기 공진기(110)의 진동을 발생시키기 위하여 상기 전극블록(130)의 삽입면에 설치될 수 있다.
상기 가진전극(160)은 상기 공진기(110)를 자극하여 공진을 유지하고 소실되는 진동 에너지를 보충하며, 공진 패턴을 제어하는 역할을 한다.
즉, 상기 가진전극(160)은 상기 공진기(110)를 가진하기 위하여 정전기력을 이용하게 되는데, 상기 정전기력이란 서로 떨어져 있는 두 대전입자사이에 작용하는 인력이나 척력이라 할 수 있다.
또한, 상기 측정전극(170)은 상기 공진기(110)의 진동시 진폭을 측정하기 위하여 상기 전극블록(130)의 삽입면에 설치될 수 있다. 상기 측정전극(170)은 공진 웨이브의 진폭을 측정하여 상기 공진 자이로(100)의 회전 각도 혹은 각속도를 계산하는데 이용된다.
즉, 상기 측정전극(170)은 상기 공진기(110)의 전정용량 변화를 검출하여 진동을 측정하게 되는데, 상기 전정용량이란 절연되어 있는 물체에 전하를 줄 때, 물체가 갖는 전위의 비라 할 수 있다.
상기 가진전극(160)과 상기 측정전극(170)은 상기 전극블록(130)의 삽입면 중심으로부터 방사상으로 배치되고, 상기 가진전극(160) 및 상기 측정전극(170)은 상기 전극블록(130)의 외주면을 따라 서로 교번하여 배치될 수 있다.
또한, 상기 가진전극(160) 및 상기 측정전극(170)은 상기 전극블록(130) 상에서 서로 다른 높이로 배치되며, 상기 가진전극(160)과 상기 측정전극(170)의 외측단부는 상기 전극블록(130)의 둘레를 따라 연장되는 사각형상 또는 넓은 너비를 가지도록 형성할 수 있다.
이때, 상기 가진전극(160) 및 측정전극(170)이 상기 전극블록(130) 상에서 서로 다른 높이에 비치되기 때문에, 상기 가진전극(160) 및 측정전극(170)이 동일한 높이에 위치되는 경우에 비하여, 각 전극(160, 170)의 외측단부 너비를 더욱 넓게 확보할 수 있다. 이로 인하여, 더욱 정밀한 가진력 제공 및 가진 패턴의 측정이 가능하므로, 상기 가진전극(160)에 의한 가진 성능과 상기 측정전극(170)에 의한 측정 성능이 더욱 향상될 수 있는 것이다.
또한, 상기 가진전극(160)은 상기 공진기(110)의 충격 중심점(center of percussion)에 가까이 배치시킬 수 있다. 이는, 상기 가진전극(160)에 의하여 상기 공진기(110)에 외력이 가해졌을 때, 외력에 의한 충격을 흡수하고 상기 지지대(120)가 연결된 지지점에 발생되는 응력의 크기를 최소화하기 위한 것이다.
이때, 상기 충격 중심점(center of percussion)이란 물체에 충격이 가해졌을 때, 지지점에 가해지는 힘은 영이 되는 곳이다.(Greenwood, Principles of Dynamics, Prentice-Hall, p.365, 1988.)
그리고 상기 지지점에 가해지는 힘이 영이 되는 위치는 의 공식에 의해 정해진다. 이때, 상기 공식에서 는 무게중심 C에 대한 회전관성 모멘트이다. 간단한 예로서, 단순한 막대 형상의 물체인 경우에는 , 이기 때문에, 이 된다. 이때, m는 물체의 질량을 의미하고, L은 물체의 길이를 의미한다.
즉, 충격을 흡수하고 지지점에 큰 응력이 발생하지 않게 하려면, 힘이 가해지는 지점은 끝단이 아니고 더 위쪽이어야 한다.
따라서, 상기 공진기(110)는 상기 공식에 따른 계산을 통하여 충격 중심점을 찾을 수 있어, 상기 공진기(110)의 형상에 고려하여 가진 전극의 위치를 조정할 수 있는 것이다.
또한, 상기 전극블록(130)에 배치되어 있는 상기 가진전극(160)과 상기 측정전극(170)은 8개, 16개, 32개 등 다양한 개수로 배치할 수 있다.
본 발명에 의하면, 상기 가진전극(160)에 의하여 동일한 가진력이 가해지는 경우를 전제로 할 때, 상기 가진전극(160)이 상기 측정전극(170)과 동일한 높이에 배치되는 경우에 비하여 상기 가진전극(160)이 충격 중심점(center of percussion)에 더 가까이 위치하므로, 상기 가진력에 의하여 상기 공진기(110)의 지지점에 가해지는 응력의 크기를 최소화할 수 있으므로, 상기 가진전극(160)의 가진에 의한 상기 공진기(110)의 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 상기 가진전극(160) 및 측정전극(170)의 외측단부 면적을 최대화함으로써, 상기 가진전극(160)의 단부 면적이 넓어지는 만큼 가진력이 증대되고, 진폭이 상대적으로 큰 상기 측정전극(170)의 단부 면적이 넓어지는 만큼 측정 오차가 최소화될 수 있어, 보다 효과적인 가진과 정밀한 측정이 가능한 효과가 있다.
이하에서는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반구형 공진 자이로에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 실시예는, 상기 일실시예와 비교하여 가진전극 및 측정전극의 외측단부가 둥근 형상이라는 점에서 차이가 있으며, 상기 일실시예와 중첩되는 구성에 대해서는 상기 일실시예의 설명을 원용한다.
<다른 실시예>
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반구형 공진 자이로의 가진전극 및 측정전극의 외측단부를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반구형 공진자이로는 전극블록(230), 지지홈(240), 베이스(250), 가진전극(260), 측정전극(270)을 포함한다.
본 실시예의 가진전극(260) 및 측정전극(270)의 외측단부는 둥근형상으로 넓은 너비를 가지도록 형성된다. 즉, 상기 가진전극(260) 및 측정전극(270)의 외측 단부는 원, 타원 등 다양한 폐곡선 형상이 될 수 있다.
따라서, 본 실시예에 의하면, 상기 가진전극(260) 및 측정전극(270)의 테두리가 완만한 곡선 형상으로 형성되므로, 상기 가진전극(260) 및 측정전극(270)의 테두리가 뾰족하게 형성되는 경우에 비하여, 전극의 손상 위험이 최소화될 수 있다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 반구형 공진 자이로
110 : 공진기 230 : 전극블록
120 : 지지대 240 : 지지홈
130 : 전극블록 250 : 베이스
140 : 지지홈 260 : 가진전극
150 : 베이스 270 : 측정전극
160 : 가진전극
170 : 측정전극

Claims (5)

  1. 중공형의 반구형상으로 형성되어 가진되는 공진기;
    상기 공진기의 중공형의 반구형상 중심에서 하단방향으로 바형상으로 형성되는 지지대;
    상기 공진기의 내측면과 대응되는 형상으로 형성되어 상기 공진기에 삽입 결합되는 전극블록;
    상기 전극블록의 중심에서 하단방향으로 형성되는 지지홈;
    상기 전극블록과 일체로 형성되어, 상기 전극블록을 지지하는 베이스;를 포함하고,
    상기 전극블록은,
    상기 공진기의 진동을 발생시키기 위하여 상기 전극블록의 삽입면에 설치되는 가진전극; 및
    상기 공진기의 진동시 진폭을 측정하기 위하여 상기 전극블록의 삽입면에 측정전극;을 포함하며,
    상기 가진전극 및 측정전극은 상기 전극블록의 삽입면 중심으로부터 방사상으로 배치되고, 상기 가진전극 및 측정전극이 상기 전극블록 상에서 서로 다른 높이에 배치되는 것을 특징으로 하는 반구형 공진 자이로.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 가진전극의 외측단부는 상기 측정전극의 외측단부보다 내측에 위치되는 것을 특징으로 하는 반구형 공진 자이로.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 가진전극 및 측정전극의 외측단부는 나머지 부분에 비하여 넓은 너비를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 반구형 공진 자이로.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 가진전극 및 측정전극의 외측단부는 상기 전극블록의 둘레를 따라 연장되어 사각형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반구형 공진 자이로.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 가진전극 및 측정전극의 외측단부는 상기 전극블록의 둘레를 따라 연장되어 원형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반구형 공진 자이로.
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