KR101461332B1 - 센서용 검출모듈 및 이를 구비하는 각속도 센서 - Google Patents

센서용 검출모듈 및 이를 구비하는 각속도 센서 Download PDF

Info

Publication number
KR101461332B1
KR101461332B1 KR20130091936A KR20130091936A KR101461332B1 KR 101461332 B1 KR101461332 B1 KR 101461332B1 KR 20130091936 A KR20130091936 A KR 20130091936A KR 20130091936 A KR20130091936 A KR 20130091936A KR 101461332 B1 KR101461332 B1 KR 101461332B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
flexible portion
mass
mass body
inner frame
axis
Prior art date
Application number
KR20130091936A
Other languages
English (en)
Inventor
정원규
김종운
이정원
Original Assignee
삼성전기주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전기주식회사 filed Critical 삼성전기주식회사
Priority to KR20130091936A priority Critical patent/KR101461332B1/ko
Priority to US14/066,293 priority patent/US20150033850A1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101461332B1 publication Critical patent/KR101461332B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/5719—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using planar vibrating masses driven in a translation vibration along an axis
    • G01C19/5733—Structural details or topology
    • G01C19/574—Structural details or topology the devices having two sensing masses in anti-phase motion
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces

Abstract

본 발명에 따른 센서용 검출모듈은 커플링 탄성부재에 의해 연결된 제1 일측 질량체와 제1 타측 질량체를 포함하는 제1 질량체와, 제2 질량체를 포함하는 질량체부와, 상기 제1 질량체와 상기 제2 질량체를 지지하는 프레임과, 상기 제1 질량체 및 제2 질량체를 상기 프레임에 각각 연결하는 제1 가요부와, 상기 제1 질량체 및 제2 질량체를 상기 프레임에 각각 연결하는 제2 가요부와, 상기 제2 가요부는 상기 제1 질량체의 무게중심에 대응되도록 상기 제1 질량체에 연결되고, 상기 제2 질량체는 제2 가요부에 의해 편심되도록 프레임에 연결된다.

Description

센서용 검출모듈 및 이를 구비하는 각속도 센서 {Sensing Module and Angular Velocity Sensor having the same}
본 발명은 센서용 검출모듈 및 이를 구비하는 각속도 센서에 관한 것이다.
최근, 각속도 센서는 인공위성, 미사일, 무인 항공기 등의 군수용으로부터 에어백(Air Bag), ESC(Electronic Stability Control), 차량용 블랙박스(Black Box) 등 차량용, 캠코더의 손떨림 방지용, 핸드폰이나 게임기의 모션 센싱용, 네비게이션용 등 다양한 용도로 사용되고 있다.
이러한 각속도 센서는 각속도를 측정하기 위해서, 일반적으로 멤브레인(Membrane) 등의 탄성 기판에 질량체를 접착시킨 구성을 채용하고 있다. 상기 구성을 통해서, 각속도 센서는 질량체에 인가되는 코리올리힘을 측정하여 각속도를 산출한다.
구체적으로, 각속도 센서를 이용하여 각속도를 측정하는 방식을 살펴보면 다음과 같다. 우선, 각속도는 코리올리힘(Coriolis Force) "F=2mΩv" 식에 의해 구할 수 있으며, 여기서 "F"는 질량체에 작용하는 코리올리힘, "m"은 질량체의 질량, "Ω"는 측정하고자 하는 각속도, "v"는 질량체의 운동속도이다. 이중, 질량체의 운동속도(v)와 질량체의 질량(m)은 이미 인지하고 있는 값이므로, 질량체에 작용하는 코리올리힘(F)을 감지하면 각속도(Ω)를 구할 수 있다.
한편, 종래기술에 따른 각속도 센서는 하기 선행기술문헌의 특허문헌에 개시된 바와 같이, 질량체를 구동시키거나 질량체의 변위를 감지하기 위해서 멤브레인(다이어프램)의 상부에 압전체가 구비된다. 이러한 각속도 센서로 각속도를 측정하기 위해서는 구동모드의 공진주파수와 감지모드의 공진주파수를 거의 일치시키는 것이 바람직하다. 하지만, 형상/응력/물성 등으로 인한 미세한 제작오차에 의해서 구동모드와 감지모드 사이에 간섭이 매우 크게 발생한다. 따라서, 각속도 신호보다 훨씬 큰 노이즈(Noise) 신호가 출력되므로, 각속도 신호의 회로증폭이 제한되어, 각속도 센서의 감도가 저하되는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 제1 측면은 복수의 질량체를 기계적으로 커플링시켜 감지모드를 일체화시키고, 이에 따른 고감도, 저 타축감도, 저잡음, 저 드리프트(Drift)의 특성을 갖는 센서용 검출모듈 및 이를 갖는 각속도 센서를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 제2 측면은 질량체는 무게중심에 대응되도록 연결된 제1 질량체와 무게중심에 대하여 이격되도록 연결된 제2 질량체를 포함하여, 각기 다른 변위가 발생되어 다축에 대한 물리량의 동시검출이 가능한 센서용 검출모듈 및 이를 갖는 각속도 센서를 제공하기 위한 것이고,
본 발명의 제3 측면은 프레임을 복수개 구비하고, 하나의 구동부를 통해 프레임과 질량체를 구동시켜 질량체의 구동변위와 감지변위를 개별적으로 발생시키고, 특정 방향에 대해서만 질량체가 운동가능하도록 가요부를 형성함으로써, 구동모드와 감지모드 사이의 간섭을 제거하고, 제작오차에 따른 영향을 저감시킬 수 있는 구동부 일체형 각속도 센서를 제공하기 위한 것이고,
본 발명의 제4 측면은 프레임에 구비되는 질량체는 무게중심에 대응되도록 연결된 제1 질량체와 무게중심에 대하여 이격되도록 연결된 제2 질량체를 포함하고, 상기 프레임 구동에 따른 제1 질량체와 제2 질량체의 구동 및 변위의 상이함으로 인해 3축 각속도 검출이 가능한 각속도 센서를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 센서용 검출모듈은 커플링 탄성부재에 의해 연결된 제1 일측 질량체와 제1 타측 질량체를 포함하는 제1 질량체와, 제2 질량체를 포함하는 질량체부와, 상기 제1 질량체와 상기 제2 질량체를 지지하는 프레임과, 상기 제1 질량체 및 제2 질량체를 상기 프레임에 각각 연결하는 제1 가요부와, 상기 제1 질량체 및 제2 질량체를 상기 프레임에 각각 연결하는 제2 가요부와, 상기 제2 가요부는 상기 제1 질량체의 무게중심에 대응되도록 상기 제1 질량체에 연결되고, 상기 제2 질량체는 제2 가요부에 의해 편심되도록 프레임에 연결된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 센서용 검출모듈에 있어서, 상기 제1 일측 질량체 및 제1 타측 질량체는 일단부가 제2 가요부에 의해 각각 상기 프레임에 연결되고, 서로 대향되는 타단부는 커플링 탄성부재에 의해 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 센서용 검출모듈에 있어서, 상기 제1 가요부와 제2 가요부는 직교방향으로 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 센서용 검출모듈에 있어서, 상기 제1 가요부는 일축 및 타축방향에 의해 형성된 면과, 상기 면의 직교방향으로 연장된 두께를 갖는 빔이다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 센서용 검출모듈에 있어서, 상기 제2 가요부는 일축방향으로 두께를 갖고 타축방향으로 면이 형성된 힌지이다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 센서용 검출모듈에 있어서, 상기 제1 가요부 또는 제2 가요부의 일면에는 선택적으로 제1 질량체 및 제2 질량체의 변위를 감지하는 감지수단이 구비된다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 각속도 센서는 커플링 탄성부재에 의해 연결된 제1 일측 질량체와 제1 타측 질량체를 포함하는 제1 질량체와, 제2 질량체를 포함하는 질량체부와, 상기 제1 질량체와 상기 제2 질량체를 지지하는 내부 프레임과, 상기 제1 질량체 및 제2 질량체를 상기 내부 프레임에 각각 연결하는 제1 가요부와, 상기 제1 질량체 및 제2 질량체를 상기 내부 프레임에 각각 연결하는 제2 가요부와, 상기 내부 프레임을 지지하는 외부 프레임과, 상기 내부 프레임과 상기 외부 프레임을 연결하는 제3 가요부과, 상기 내부 프레임과 상기 외부 프레임을 연결하는 제4 가요부를 포함하고, 상기 제2 가요부는 상기 제1 질량체의 무게중심에 대응되도록 상기 제1 질량체에 연결되고, 상기 제2 질량체는 제2 가요부에 의해 편심되도록 상기 내부 프레임에 연결된다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제1 일측 질량체 및 제1 타측 질량체는 일단부가 제2 가요부에 의해 각각 상기 내부 프레임에 연결되고, 서로 대향되는 타단부는 커플링 탄성부재에 의해 연결된다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제1 가요부와 제2 가요부는 직교방향으로 배치된다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제3 가요부와 제4 가요부는 직교방향으로 배치된다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제3 가요부는 상기 제1 가요부와 직교방향으로 배치된다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제4 가요부는 상기 제2 가요부와 직교방향으로 배치된다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제1 가요부는 일축 및 타축방향에 의해 형성된 면과, 상기 면의 직교방향으로 연장된 두께를 갖는 빔이다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제1 가요부는 Z축 방향으로 소정두께를 갖고, X축 및 Y축에 의해 형성된 면으로 이루어진 빔이고, X축 방향의 폭(W1)이 Z축 방향의 두께(T1)보다 크게 형성된다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제1 가요부는 Y축 방향으로 제2 질량체의 일단과 내부 프레임에 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제1 가요부 또는 제2 가요부의 일면에는 선택적으로 제1 질량체 및 제2 질량체의 변위를 감지하는 감지수단이 구비된다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제2 가요부는 일축방향으로 두께를 갖고 타축방향으로 면이 형성된 힌지이다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제2 가요부는 Y축 방향으로 소정 두께를 갖고 X축 및 Z축에 의해 면이 형성된 힌지이고, Z축 방향의 폭(W2)이 Y축 방향의 두께(T2)보다 크게 형성된다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제2 가요부는 단면이 사각형인 힌지(Hinge) 형상 또는 단면상 원형인 토션바(Torsion Bar) 형상으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제3 가요부는 일축 및 타축방향에 의해 형성된 면과, 상기 면의 직교방향으로 연장된 두께를 갖는 빔이다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제3 가요부는 Z축 방향으로 소정두께를 갖고, X축 및 Y축에 의해 형성된 면으로 이루어진 빔이고, Y축 방향의 폭(W3)이 Z축 방향의 두께(T3)보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제4 가요부는 일축방향으로 두께를 갖고 타축방향으로 면이 형성된 힌지일 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제4 가요부는 X축 방향으로 소정 두께를 갖고 Y축 및 Z축에 의해 면이 형성된 힌지이고, Z축 방향의 폭(W4)이 X축 방향의 두께(T4)보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제3 가요부 또는 제4 가요부의 일면에는 선택적으로 내부 프레임을 구동시키는 구동수단이 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제3 가요부의 구동수단에 의해 상기 내부프레임이 구동될 경우, 상기 내부 프레임은 상기 외부 프레임에 대해서 상기 제4 가요부가 결합된 축을 기준으로 회전되는 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 내부 프레임이 상기 제4 가요부가 결합된 축을 기준으로 회전될 경우, 상기 제3 가요부에는 굽힘응력이 발생되고, 상기 제4 가요부에는 비틀림응력이 발생된다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 내부 프레임이 제4 가요부가 결합된 축을 기준으로 회전될 경우, 제1 질량체 및 제2 질량체는 상기 내부 프레임에 대해서 제2 가요부가 결합된 축을 기준으로 회전된다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제1 질량체 및 제2 질량체가 회전될 경우, 제1 가요부에는 굽힘응력이 발생되고, 상기 제2 가요부에는 비틀림응력이 발생된다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제2 질량체는 Y축 방향에 대하여 일단부에 제1 가요부가 연결되고, X축 방향에 대하여 양단부에 제2 가요부가 연결된다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 커플링 탄성부재에 의해 연결된 제1 일측 질량체와 제1 타측 질량체로 이루어진 제1 질량체와, 상기 커플링 탄성부재를 중심으로 대향되도록 배치된 제2 일측 질량체와 제2 타측 질량체로 이루어진 제2 질량체를 포함하는 질량체부와, 상기 제1 질량체와 상기 제2 질량체를 지지하는 내부 프레임과, 상기 제1 질량체 및 제2 질량체를 상기 내부 프레임에 각각 연결하는 제1 가요부과, 상기 제1 질량체 및 제2 질량체를 상기 내부 프레임에 각각 연결하는 제2 가요부와, 상기 내부 프레임을 지지하는 외부 프레임과, 상기 내부 프레임과 상기 외부 프레임을 연결하는 제3 가요부와, 상기 내부 프레임과 상기 외부 프레임을 연결하는 제4 가요부를 포함하고, 상기 제2 가요부는 상기 제1 질량체의 무게중심에 대응되도록 상기 제1 질량체에 연결되고, 상기 제2 질량체는 제2 가요부에 의해 편심되도록 상기 내부 프레임에 연결된다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제1 일측 질량체 및 제1 타측 질량체는 일단부가 제2 가요부에 의해 각각 상기 내부 프레임에 연결되고, 서로 대향되는 타단부는 커플링 탄성부재에 의해 연결된다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 내부 프레임은 상기 제1 일측 질량체와 상기 제1 타측 질량체가 내재되는 제1 공간부와,상기 제2 일측 질량체가 내재되는 제2 공간부와, 상기 제2 타측 질량체가 내재되는 제3 공간부가 형성된다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제1 가요부는 일축 및 타축방향에 의해 형성된 면과, 상기 면의 직교방향으로 연장된 두께를 갖는 빔이고, 상기 제2 가요부는 일축방향으로 두께를 갖고 타축방향으로 면이 형성된 힌지이다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제1 가요부 또는 제2 가요부의 일면에는 선택적으로 제1 질량체 및 제2 질량체의 변위를 감지하는 감지수단이 구비된다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제3 가요부는 일축 및 타축방향에 의해 형성된 면과, 상기 면의 직교방향으로 연장된 두께를 갖는 빔이고, 상기 제4 가요부는 일축방향으로 두께를 갖고 타축방향으로 면이 형성된 힌지이다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제3 가요부 또는 제4 가요부의 일면에는 선택적으로 내부 프레임을 구동시키는 구동수단이 구비된다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 각속도 센서는 커플링 탄성부재에 의해 연결된 제1 일측 질량체와 제1 타측 질량체로 이루어진 제1 질량체와, 상기 제1 질량체를 중심으로 대향되도록 배치된 제2 일측 질량체와 제2 타측 질량체로 이루어진 제2 질량체를 포함하는 질량체부와, 상기 제1 질량체와 상기 제2 질량체를 지지하는 내부 프레임과, 상기 제1 질량체 및 제2 질량체를 상기 내부 프레임에 각각 연결하는 제1 가요부와, 상기 제1 질량체 및 제2 질량체를 상기 내부 프레임에 각각 연결하는 제2 가요부와, 상기 내부 프레임을 지지하는 외부 프레임과, 상기 내부 프레임과 상기 외부 프레임을 연결하는 제3 가요부와, 상기 내부 프레임과 상기 외부 프레임을 연결하는 제4 가요부를 포함하고, 상기 제2 가요부는 상기 제1 질량체의 무게중심에 대응되도록 상기 제1 질량체에 연결되고, 상기 제2 질량체는 제2 가요부에 의해 편심되도록 상기 내부 프레임에 연결된다.
또한, 본 발명의 제3 실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제1 일측 질량체 및 제1 타측 질량체는 일단부가 제2 가요부에 의해 각각 상기 내부 프레임에 연결되고, 서로 대향되는 타단부는 커플링 탄성부재에 의해 연결된다.
또한, 본 발명의 제3 실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 내부 프레임은 상기 제1 일측 질량체와 상기 제1 타측 질량체가 내재되는 제1 공간부와,상기 제2 일측 질량체가 내재되는 제2 공간부와, 상기 제2 타측 질량체가 내재되는 제3 공간부가 형성된다.
또한, 본 발명의 제3 실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제1 가요부는 일축 및 타축방향에 의해 형성된 면과, 상기 면의 직교방향으로 연장된 두께를 갖는 빔이고, 상기 제2 가요부는 일축방향으로 두께를 갖고 타축방향으로 면이 형성된 힌지이다.
또한, 본 발명의 제3 실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제1 가요부 또는 제2 가요부의 일면에는 선택적으로 제1 질량체 및 제2 질량체의 변위를 감지하는 감지수단이 구비된다.
또한, 본 발명의 제3 실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제3 가요부는 일축 및 타축방향에 의해 형성된 면과, 상기 면의 직교방향으로 연장된 두께를 갖는 빔이고, 상기 제4 가요부는 일축방향으로 두께를 갖고 타축방향으로 면이 형성된 힌지이다.
또한, 본 발명의 제3 실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제3 가요부 또는 제4 가요부의 일면에는 선택적으로 내부 프레임을 구동시키는 구동수단이 구비된다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따르면, 복수의 질량체를 기계적으로 커플링시켜 감지모드를 일체화시키고, 이에 따른 고감도, 저 타축감도, 저잡음, 저 드리프트(Drift)의 특성을 갖는 센서용 검출모듈 및 이를 갖는 각속도 센서를 제공하고, 무게중심에 대응되도록 연결된 제1 질량체와 무게중심에 대하여 이격되도록 연결된 제2 질량체를 포함하여, 각기 다른 변위가 발생되어 다축에 대한 물리량의 동시검출이 가능한 센서용 검출모듈을 얻을 수 있고, 프레임을 복수개 구비하고, 하나의 구동부를 통해 프레임과 질량체를 구동시켜 질량체의 구동변위와 감지변위를 개별적으로 발생시키고, 특정 방향에 대해서만 질량체가 운동가능하도록 가요부를 형성함으로써, 구동모드와 감지모드 사이의 간섭을 제거하고, 제작오차에 따른 영향을 저감시킬 수 있는 구동부 일체형 각속도 센서를 제공하고, 프레임을 복수개 구비하여 질량체의 구동변위와 감지변위를 개별적으로 발생시키고, 특정 방향에 대해서만 질량체가 운동가능하도록 가요부를 형성함으로써, 구동모드와 감지모드 사이의 간섭을 제거하고, 제작오차에 따른 영향을 저감시킬 수 있고, 프레임에 구비되는 질량체는 무게중심에 대응되도록 연결된 제1 질량체와 무게중심에 대하여 이격되도록 연결된 제2 질량체를 포함하고, 상기 프레임 구동에 따른 제1 질량체와 제2 질량체의 구동 및 변위의 상이함으로 인해 3축 각속도 검출이 가능한 각속도 센서를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 센서용 검출모듈을 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는 도 1에 도시한 센서용 검출모듈의 평면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 각속도 센서를 개략적으로 도시한 사시도.
도 4는 도 3에 도시한 각속도 센서의 평면도.
도 5는 도 3에 도시한 각속도 센서의 개략적인 A-A 단면도.
도 6은 도 3에 도시한 각속도 센서의 개략적인 B-B 단면도.
도 7은 도 3에 도시한 각속도 센서의 개략적인 C-C 단면도.
도 8은 도 4에 도시한 각속도 센서에 있어서 제1 질량체, 제2 질량체 및 내부 프레임의 운동가능한 방향을 도시한 평면도.
도 9a 및 도 9b는 도 7에 도시한 제1 질량체 및 제2 질량체가 내부 프레임에 대해서 제2 가요부를 기준으로 회전하는 과정을 도시한 단면도.
도 10a 및 도 10b는 도 6에 도시된 내부 프레임이 외부 프레임에 대하여 제4 가요부를 기준으로 회전하는 과정을 도시한 단면도.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 각속도 센서를 개략적으로 도시한 사시도.
도 12는 도 11에 도시한 각속도 센서의 평면도.
도 13은 도 12에 도시한 각속도 센서의 개략적인 A-A 단면도.
도 14는 도 12에 도시한 각속도 센서의 개략적인 B-B 단면도.
도 15는 도 12에 도시한 각속도 센서의 개략적인 C-C 단면도.
도 16은 도 12에 도시한 각속도 센서의 개략적인 D-D 단면도.
도 17은 본 발명의 제3 실시예에 따른 각속도 센서를 개략적으로 도시한 사시도.
도 18은 도 17에 도시한 각속도 센서의 평면도.
도 19는 도 18에 도시한 각속도 센서의 개략적인 A-A 단면도.
도 20은 도 18에 도시한 각속도 센서의 개략적인 B-B 단면도.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 센서용 검출모듈을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 센서용 검출모듈의 평면도이다.
도시한 바와 같이, 상기 센서용 검출모듈(10)은 질량체부(11), 프레임(12), 제1 가요부(13), 제2 가요부(14) 및 커플링 탄성부재(15)를 포함한다.
또한, 상기 제1 가요부(13) 및 제2 가요부(14)에는 선택적으로 감지수단(16a, 16b)이 구비되고, 상기 감지수단은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 압전 방식, 압저항 방식, 정전용량 방식, 광학 방식 등을 이용하도록 형성할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 질량체부(11)는 코리올리힘에 의해서 변위가 발생하는 것으로, 제1 질량체(11a)와 제2 질량체(11b)를 포함한다.
그리고 상기 제1 질량체(11a)는 중심부에 무게중심에 대응되도록 제2 가요부(14)가 연결되고, 상기 제2 질량체(11b)는 무게중심에 대하여 이격되도록 상기 제2 가요부(14)가 연결되고, 이에 따라 상기 제2 질량체(11b)는 제2 가요부(14)에 의해 편심되도록 상기 프레임(12)에 연결된다.
그리고 상기 제1 질량체(11a)는 제1 일측 질량체(11a')와 제1 타측 질량체(11a")으로 이루어지고, 상기 제1 일측 질량체(11a')와 상기 제1 타측 질량체(11a")는 동일한 크기로 이루어질 수 있다. 그리고 상기 제1 일측 질량체(11a')와 상기 제1 타측 질량체(11a")는 커플링 탄성부재(15)에 의해 연결된다.
이는 제1 일측 질량체(11a')와 상기 제1 타측 질량체(11a")를 기계적으로 커플링시켜 감지모드를 일체화시키고, 이에 따른 고감도, 저 타축감도, 저잡음, 저 드리프트(Drift)의 특정을 제공하기 위한 것이다.
즉, 상기한 바와 같이 제1 일측 질량체(11a')와 상기 제1 타측 질량체(11a")를 커플링 탄성부재(15)에 의해 연결함에 따라, 제1 일측 질량체(11a')와 상기 제1 타측 질량체(11a")의 공진모드가 일체화되어 공진모드를 동일하게 제어할 수 있고, 상기 제1 일측 질량체(11a')와 상기 제1 타측 질량체(11a")가 연결된 상기 프레임(12)의 공진주파수와 상기 제1 일측 질량체(11a') 및 상기 제1 타측 질량체(11a")의 공진주파수 변위를 조절하여 감도증가, 타축감도의 감소를 통해 센서 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 질량체(11a)인 제1 일측 질량체(11a')와 상기 제1 타측 질량체(11a")는 제1 가요부(13a)와 제2 가요부(14a)에 의해 상기 프레임(12)에 연결된다.
한편, 상기 제1 질량체(11a)는 전체적으로 사각기둥 형상으로 도시되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 당업계에 공지된 모든 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2 질량체(11b)는 Y축 방향에 대하여 일단에만 제1 가요부(13b)가 연결된다. 그리고 상기 제2 질량체(11b)의 타단부에는 제2 가요부(14b)가 X축 방향으로 연결된다. 즉, Y축 방향에 대하여 일측은 제1 가요부(13a)에 의해 상기 프레임(12)에 연결되고, 타측은 제2 가요부(14b)에 의해 상기 프레임(12)에 연결된다.
다음으로, 상기 프레임(12)은 상기 제1 질량체(11a) 및 제2 질량체(11b)가 내재될 수 있도록 2개의 공간부(12a, 12b)로 구획된다.
그리고 상기 제1 질량체(11a)인 제1 일측 질량체(11a')와 상기 제1 타측 질량체(11a")는 상기 프레임(12)의 제1 공간부(12a)에 내재되고, 상기 제2 질량체(11b) 제2 공간부(12b)에 내재된다.
그리고 상기 프레임(12)은 상기 제1 가요부(13a, 13b)와 제2 가요부(14a, 14b)에 의해 연결된 제1 질량체(11a)와 제2 질량체(11b)가 변위를 일으킬 수 있는 공간을 확보해주고, 제1 질량체(11a)와 제2 질량체(11b)가 변위를 일으킬 때 기준이 된다.
또한, 상기 프레임(12)은 중심에 사각기둥 형상의 공동(空洞)이 형성된 사각기둥 형상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 제1 일측 질량체(11a') 및 제1 타측 질량체(11b')는 X축 방향으로 일단부가 제2 가요부(14)에 의해 각각 상기 프레임(12)에 연결되고, 서로 대향되는 타단부는 커플링 탄성부재(15)에 의해 연결된다.
또한, 상기 제2 질량체(11b)는 X축 방향으로 양단부가 제2 가요부(14)에 의해 상기 프레임(12)에 연결된다. 이때, 상기 제1 일측 질량체(11a') 및 제1 타측 질량체(11a")는 Y축 방향에 대하여 중심부에 제2 가요부(14a)가 연결되고, 상기 제2 질량체(11b)는 Y축 방향에 대하여 중심부로부터 일정간격 이격되어 제2 가요부(14b)가 연결된다.
즉, 상기 제2 질량체(11b)는 제2 가요부(14b)에 의해 편심되도록 프레임에 연결된다.
또한, 각각의 제1 질량체(11a) 및 제2 질량체(11b)는 Y축 방향으로 제1 가요부(13a, 13b)에 의해 각각 상기 내부 프레임(12)에 연결된다. 이때, 상기 제1 질량체(11a', 11a")는 양단부에 제1 가요부(13a)가 연결되고, 상기 제2 질량체(11b)는 일단부에만 제1 가요부(13b)가 연결된다.
그리고 상기 제1 가요부(13a, 13b)는 Z축 방향으로 소정두께를 갖고, X축 및 Y축에 의해 형성된 면으로 이루어진 빔이다. 즉, 상기 제1 가요부(13a, 13b)는 X축 방향의 폭이 Z축 방향의 두께보다 크게 형성된다.
또한, 상기 제1 가요부에는 감지수단(15)이 형성될 수 있다. 즉, XY 평면을 기준으로 보았을 때, 제1 가요부(13)는 제2 가요부(14)에 비하여 상대적으로 넓으므로, 제1 가요부(13a, 13b)에는 상기 제1 질량체(11a) 및 제2 질량체(11b)의 변위를 감지하는 감지수단(15a, 15b)이 각각 구비될 수 있다.
그리고 상기 제2 가요부(14a, 14b)는 Y축 방향으로 소정 두께를 갖고 X축 및 Z축에 의해 면이 형성된 힌지이다. 즉, 제2 가요부(14a, 14b)는 Z축 방향의 폭이 Y축 방향의 두께보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 가요부(13a, 13b)와 제2 가요부(14a, 14b)는 서로 직교방향으로 배치된다. 즉, 상기 제1 가요부(13a, 13b)는 상기 질량체부(11) 및 상기 프레임(12)에 Y축 방향으로 결합되고, 상기 제2 가요부(14a, 14b)는 상기 질량체부(11) 및 상기 프레임(12)에 X축 방향으로 결합된다.
이와 같이 이루어짐에 따라, 제2 가요부(14a, 14b)의 Z축 방향의 폭이 Y축 방향의 두께보다 크므로, 상기 질량체(11a, 11b)는 Y축을 기준으로 회전하거나, Z축 방향으로 병진하는 것이 제한되는 반면, X축을 기준으로 상대적으로 자유롭게 회전할 수 있다. 즉, 상기 질량체(11a, 11b)는 내부 프레임(12)에 내재되어 X축 방향을 기준으로 회전운동되고, 상기 제2 가요부(14a, 14b)는 이를 위한 힌지 역할을 한다.
이와 같이 이루어짐에 따라, 상기 프레임에 변위가 발생될 경우, 상기 제1 질량체(11a) 및 제2 질량체(11b)는 코리올리힘이 작용하고, 제1 가요부(13a, 13b)의 굽힘과 제2 가요부(14a, 14b)의 비틀림에 의해서 상기 내부 프레임(12)을 기준으로 변위가 발생한다. 그리고 상기 변위 또는 질량체의 속도에 의해 각속도 또는 가속도의 검출이 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 센서용 검출모듈에 의한 각속도 산출방법은 후술되는 각속도 센서를 통해보다 자세히 기술한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 각속도 센서를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시한 각속도 센서의 평면도이고, 도 5는 도 3에 도시한 각속도 센서의 개략적인 A-A 단면도이고, 도 6은 도 3에 도시한 각속도 센서의 개략적인 B-B 단면도이고, 도 7은 도 3에 도시한 각속도 센서의 개략적인 C-C 단면도이다.
도시한 바와 같이, 상기 각속도 센서(100)는 질량체부(110), 내부 프레임(120a), 외부 프레임(120b), 커플링 탄성부재(130) 제1 가요부(140a, 140b), 제2 가요부(150a, 150b), 제3 가요부(160) 및 제4 가요부(170)를 포함한다.
그리고, 상기 제1 가요부(140a, 140b) 및 제2 가요부(150a, 150b)에는 선택적으로 감지수단(180)이 구비되고, 상기 제3 가요부(160) 및 제4 가요부(170)에는 선택적으로 구동수단(190)이 구비된다.
보다 구체적으로, 상기 질량체부(110)는 코리올리힘에 의해서 변위가 발생하는 것으로, 제1 질량체(110a)와 제2 질량체(110b)를 포함한다.
그리고 상기 제1 질량체(110a)는 중심부에 무게중심에 대응되도록 제2 가요부(150a)가 연결되고, 상기 제2 질량체(110b)는 무게중심에 대하여 이격되도록 상기 제2 가요부(150b)가 이격되도록 연결된다. 즉, 상기 제2 질량체(110b)는 제2 가요부(150b)에 의해 편심되도록 상기 내부 프레임(120)에 연결된다.
그리고 상기 제1 질량체(110a)는 제1 일측 질량체(110a')와 제1 타측 질량체(110a")로 이루어지고, 상기 제1 일측 질량체(110a')와 상기 제1 타측 질량체(110a")는 동일한 크기로 이루어지고, 커플링 탄성부재(130)에 의해 연결된다.
또한, 상기 제1 일측 질량체(110a')와 제1 타측 질량체(110a")는 각각 제1 가요부(140a)와 제2 가요부(150a)에 의해 상기 내부 프레임(120a)에 연결된다.
그리고 상기 제1 일측 질량체(110a')와 제1 타측 질량체(110a")는 코리올리힘이 작용할 때 제1 가요부(140a)의 굽힘과 제2 가요부(150a)의 비틀림에 의해서 상기 내부 프레임(120a)을 기준으로 변위가 발생한다. 이때, 상기 제1 일측 질량체(110a')와 제1 타측 질량체(110a")는 내부 프레임(120a)에 대해서 X축을 기준으로 회전되고, 이에 관련한 구체적인 내용은 후술하도록 한다.
한편, 상기 제1 일측 질량체(110a')와 제1 타측 질량체(110a")는 전체적으로 사각기둥 형상으로 도시되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 당업계에 공지된 모든 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2 질량체(110b)는 Y축 방향에 대하여 일단에만 제1 가요부(140b)가 연결된다. 그리고 타측에는 제2 가요부(150b)가 X축 방향으로 연결된다. 즉, Y축 방향에 대하여 일측은 제1 가요부(140b)에 의해 상기 내부 프레임(120a)에 연결되고, 타측은 제2 가요부(150b)에 의해 상기 내부 프레임(120a)에 연결된다.
그리고 상기 내부 프레임(120a)은 상기 질량체부(110)를 지지하기 위한 것이다. 보다 구체적으로 상기 내부 프레임(120a)에는 상기 질량체부(110)가 내재될 수 있고, 제1 가요부(140a, 140b) 및 제2 가요부(150a, 150b)에 의해 상기 질량체부(110)와 각각 연결된다. 즉, 상기 내부 프레임(120a)은 상기 질량체부(110)가 변위를 일으킬 수 있는 공간을 확보해주고, 상기 질량체부(110)가 변위를 일으킬 때 기준이 된다. 또한, 상기 내부 프레임(120a)은 상기 질량체부(110)의 일부만을 커버하도록 형성될 수도 있다.
그리고 상기 외부 프레임(120b)은 상기 내부 프레임(120a)을 지지한다. 보다 구체적으로, 상기 외부 프레임(120b)은 상기 내부 프레임(120a)이 이격되도록 상기 내부 프레임(120a)의 외측에 구비되고, 상기 제3 가요부(160) 및 제4 가요부(170)에 의해 상기 내부 프레임(120a)과 연결된다. 이에 따라 상기 내부 프레임(120a)과 이에 연결된 상기 질량체부(110)은 변위가능하도록 부유상태로 상기 외부 프레임(120b)에 의해 지지된다. 또한, 상기 외부 프레임(120b)은 상기 내부 프레임(120a)의 일부만을 커버하도록 형성될 수도 있다.
그리고 상기 감지수단(180) 및 구동수단(190)은 일 실시예로서 제1 가요부(140a, 140b) 및 제3 가요부(160)의 일면에 각각 형성된다.
이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 각속도 센서(100)의 각 구성요소의 구성적 특징, 형상 및 유기적 결합에 대하여 보다 자세히 기술한다.
보다 구체적으로, 상기 내부 프레임(120a)은 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)가 내재될 수 있도록 2개의 공간부(121a,122a)로 구획된다.
그리고 상기 제1 질량체(110a)인 제1 일측 질량체(110a')와 상기 제1 타측 질량체(110a")는 상기 프레임(120a)의 제1 공간부(121a)에 내재되고, 상기 제2 질량체(110b) 제2 공간부(122b)에 내재된다.
그리고 상기 내부 프레임(120a)은 상기 제1 가요부(140a, 140b)와 제2 가요부(150a, 150b)에 의해 연결된 제1 질량체(110a)와 제2 질량체(110b)가 변위를 일으킬 수 있는 공간을 확보해주고, 제1 질량체(110a)와 제2 질량체(110b)가 변위를 일으킬 때 기준이 된다.
또한, 상기 내부 프레임(120a)은 중심에 사각기둥 형상의 공동(空洞)이 형성된 사각기둥 형상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 제1 질량체(110a)는 X축 방향으로 제2 가요부(150a, 150b)에 의해 상기 내부 프레임(120a)에 연결된다. 이때, 일단부가 제2 가요부(150a)에 의해 각각 상기 내부 프레임(120a)에 연결되고, 서로 대향되는 타단부는 커플링 탄성부재(130)에 의해 연결된다.
또한, 제2 질량체(110b)는 X축 방향으로 제2 가요부(150a, 150b)에 의해 양단부가 상기 내부 프레임(120a)에 연결된다.
이때, 상기 제1 질량체(110a)는 Y축 방향에 대하여 중심부에 즉, 무게중심에 대응되도록 제2 가요부(150a)가 연결되고, 상기 제2 질량체(110b)는 Y축 방향에 대하여 중심부로부터 즉, 무게중심에 대하여 일정간격 이격되어 제2 가요부(150b)가 연결된다.
또한, 각각의 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)는 Y축 방향으로 제1 가요부(140a, 140b)에 의해 상기 내부 프레임(120a)에 연결된다. 이때, 상기 제1 질량체(110a)는 양단부에 제1 가요부(140a)가 연결되고, 상기 제2 질량체(110b)는 일단부에만 제1 가요부(140b)가 연결된다.
그리고 상기 제1 가요부(140a, 140b)는 Z축 방향으로 소정두께를 갖고, X축 및 Y축에 의해 형성된 면으로 이루어진 빔이다. 즉, 상기 제1 가요부(140a, 140b)는 X축 방향의 폭(W1)이 Z축 방향의 두께(T1)보다 크게 형성된다.
또한, 상기 제1 가요부(140a, 140b)에는 감지수단(180)이 형성될 수 있다. 즉, XY 평면을 기준으로 보았을 때, 제1 가요부(140a, 140b)는 제2 가요부(150a, 150b)에 비하여 상대적으로 넓으므로, 제1 가요부((140a, 140b)에는 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)의 변위를 감지하는 감지수단(180)이 구비될 수 있다.
또한, 상기 감지수단(180)은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 압전 방식, 압저항 방식, 정전용량 방식, 광학 방식 등을 이용하도록 형성할 수 있다.
그리고 상기 제2 가요부(150a, 150b)는 Y축 방향으로 소정 두께를 갖고 X축 및 Z축에 의해 면이 형성된 힌지이다. 즉, 제2 가요부(150a, 150b)는 Z축 방향의 폭(W2)이 Y축 방향의 두께(T2)보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 가요부(140a, 140b)와 제2 가요부(150a, 150b)는 서로 직교방향으로 배치된다. 즉, 상기 제1 가요부(140a, 140b)는 상기 질량체(110a, 110b) 및 상기 내부 프레임(120a)에 Y축 방향으로 결합되고, 상기 제2 가요부(150)는 상기 질량체부(110) 및 상기 내부 프레임(120a)에 X축 방향으로 결합된다.
이와 같이 이루어짐에 따라, 제2 가요부(150a, 150b)의 Z축 방향의 폭(W2)가 Y축 방향의 두께(T2)보다 크므로, 상기 질량체(110a, 110b)는 Y축을 기준으로 회전하거나, Z축 방향으로 병진하는 것이 제한되는 반면, X축을 기준으로 상대적으로 자유롭게 회전할 수 있다. 즉, 상기 질량체(110a, 110b)는 내부 프레임(120a)에 내재되어 X축 방향을 기준으로 회전운동되고, 상기 제2 가요부(150a, 150b)는 이를 위한 힌지 역할을 한다.
그리고 외부 프레임(120b)은 상기 내부 프레임(120a)과 소정간격으로 이격되도록 상기 내부 프레임(120a)의 외측에 위치되고, 상기 제3 가요부(160)과 상기 제4 가요부(170)에 의해 연결된다.
또한, 상기 외부 프레임(120b)은 제3 가요부(160)와 제4 가요부(170)를 지지하여 내부 프레임(120a)이 변위를 일으킬 수 있는 공간을 확보해주고, 내부 프레임(120a)이 변위를 일으킬 때 기준이 된다. 또한, 외부 프레임(120b)은 중심에 사각기둥 형상의 공동(空洞)이 형성된 사각기둥 형상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고 상기 제3 가요부(160)는 Z축 방향으로 소정두께를 갖고, X축 및 Y축에 의해 형성된 면으로 이루어진 빔이다. 즉, 상기 제3 가요부(160)는 Y축 방향의 폭(W3)이 Z축 방향의 두께(T3)보다 크게 형성된다.
한편, 상기 제3 가요부(160)은 제1 가요부(110a, 110b)에 대하여 직교방향으로 배치된다.
또한, 상기 제3 가요부에는 구동수단(190)이 형성되고, 상기 구동수단(190)은 상기 내부 프레임(120a) 및 질량체(110a, 110b)를 구동시키기 위한 것으로 압전방식, 정전용량 방식 등을 이용하도록 형성될 수 있다.
그리고 상기 제4 가요부(170)는 X축 방향으로 소정 두께를 갖고 Y축 및 Z축에 의해 면이 형성된 힌지이다. 즉, 제4 가요부(170)는 Z축 방향의 폭(W4)이 X축 방향의 두께(T4)보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제3 가요부(160)와 제4 가요부(170)는 서로 직교방향으로 배치된다. 즉, 상기 제3 가요부(160)는 상기 내부 프레임(120a) 및 상기 외부 프레임(120b)에 X축 방향으로 결합되고, 상기 제4 가요부(170)는 상기 내부 프레임(120a) 및 상기 외부 프레임(120b)에 Y축 방향으로 결합된다.
또한, 상기 제3 가요부(160) 및 제4 가요부(170)는 외부 프레임(120b)을 기준으로 내부 프레임(120a)의 변위를 일으킬 수 있도록 상기 외부 프레임(120b)과 내부 프레임(120a)을 연결한다.
즉, 제3 가요부(160)는 X축 방향으로 내부 프레임(120a)과 외부 프레임(120b)을 연결하고, 제4 가요부(170)는 Y축 방향으로 내부 프레임(120a)과 외부 프레임(120b)을 연결한다.
또한, XY 평면을 기준으로 보았을 때, 제3 가요부(160)는 제4 가요부(170)에 비하여 상대적으로 넓으므로, 제3 가요부(160)에는 내부 프레임(120a)을 구동시키는 구동수단(190)이 구비될 수 있다.
여기서, 상기 구동수단(190)은 상기 내부 프레임(120a)을 Y축을 기준으로 회전하도록 구동시킬 수 있다. 이때, 상기 구동수단(190)은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 압전 방식, 정전용량 방식 등을 이용하도록 형성할 수 있다.
또한, 상기 제4 가요부(170)의 Z축 방향의 폭(W4)이 X축 방향의 두께(T4)보다 크므로, 상기 내부 프레임(120a)은 X축을 기준으로 회전하거나, Z축 방향으로 병진하는 것이 제한되는 반면, Y축을 기준으로 상대적으로 자유롭게 회전할 수 있다. 즉, 상기 내부 프레임(120a)은 외부 프레임(120b)에 고정되어 Y축 방향을 기준으로 회전운동되고, 상기 제4 가요부(170)는 이를 위한 힌지 역할을 한다.
또한 전술한 바와 같이 제1 가요부(140), 제2 가요부(150), 제3 가요부(160) 및 제4 가요부(170)가 배치됨에 따라, 제1 가요부(140)와 제3 가요부(160)는 서로 직교방향으로 배치될 수 있다. 또한, 상기 제2 가요부(150)와 제4 가요부(170)는 서로 직교방향으로 배치될 수 있다.
한편, 제1 가요부(140)와 제3 가요부(160)는 서로 평행하도록 배치될 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 각속도 센서의 제2 가요부(150a, 150b) 및 제4 가요부(170)는 단면상 사각형인 힌지(Hinge) 형상 또는 단면상 원형인 토션바(Torsion Bar) 형상 등 가능한 모든 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 제3 가요부를 포함하지 않고, 제4 가요부에 구동수단을 형성시키는 기술구성으로 이루어질 수도 있다.
이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 각속도 센서에 있어서 질량체의 운동가능 방향에 대하여 도면을 참조하여 보다 자세히 기술한다.
도 8은 도 4에 도시한 각속도 센서에 있어서 제1 질량체, 제2 질량체 및 내부 프레임의 운동가능한 방향을 도시한 평면도이다.
도시한 바와같이, 제2 가요부(150a,150b)의 Z축 방향의 폭(W2)이 Y축 방향의 두께(T2)보다 크므로, 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)는 상기 내부 프레임(120a)에 대해서 Y축을 기준으로 회전하거나 Z축 방향으로 병진하는 것이 제한되는 반면, X축을 기준으로 상대적으로 자유롭게 회전할 수 있다.
구체적으로, 제2 가요부(150a, 150b)가 X축을 기준으로 회전할 때의 강성에 비해서 Y축을 기준으로 회전할 때의 강성이 클수록, 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)는 X축을 기준으로 자유롭게 회전할 수 있는 반면, Y축을 기준으로 회전하는 것이 제한된다.
이와 유사하게, 제2 가요부(150a, 150b)가 X축을 기준으로 회전할 때의 강성에 비해서 Z축 방향으로 병진할 때의 강성이 클수록, 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)는 X축을 기준으로 자유롭게 회전할 수 있는 반면, Z축 방향으로 병진하는 것이 제한된다.
따라서, 제2 가요부(150a, 150b)의 (Y축을 기준으로 회전할 때의 강성 또는 Z축 방향으로 병진할 때의 강성)/(X축을 기준으로 회전할 때의 강성) 값이 증가할수록, 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)는 내부 프레임(120a)에 대해서 X축을 기준으로 자유롭게 회전하는 반면, Y축을 기준으로 회전하거나 Z축 방향으로 병진하는 것이 제한된다.
즉, 제2 가요부(150a, 150b)의 Z축 방향의 폭(W2), X축 방향의 길이(L1) 및 Y축 방향의 두께(T2)와 방향별 강성 사이의 관계를 정리하면 다음과 같다.
(1) 제2 가요부(150a, 150b)의 Y축을 기준으로 회전할 때의 강성 또는 Z축 방향으로 병진할 때의 강성 ∝ W2 3 ×T2/L1 3
(2) 제2 가요부(150a, 150b)의 X축을 기준으로 회전할 때의 강성 ∝ T2 3×W2/L1
상기 두 식에 따르면, 제2 가요부(150a, 150b)의 (Y축을 기준으로 회전할 때의 강성 또는 Z축 방향으로 병진할 때의 강성)/(X축을 기준으로 회전할 때의 강성) 값은 (W2/(T2L1))2 에 비례한다. 그런데, 본 실시예에 따른 제2 가요부(150a, 150b)는 Z축 방향의 폭(W2)가 Y축 방향의 두께(T2)보다 크므로 (W2/(T2L1))2 이 크고, 그에 따라 제2 가요부(150a, 150b)의 (Y축을 기준으로 회전할 때의 강성 또는 Z축 방향으로 병진할 때의 강성)/(X축을 기준으로 회전할 때의 강성) 값은 증가하게 된다. 이러한 제2 가요부(150a, 150b)의 특성으로 인하여, 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)는 상기 내부 프레임(120a)에 대하여 X축을 기준으로 자유롭게 회전하는 반면, Y축을 기준으로 회전하거나 Z축 방향으로 병진하는 것이 제한된다.
한편, 제1 가요부(140)는 길이방향(Y축 방향)의 강성이 상대적으로 매우 높으므로, 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)가 상기 내부 프레임(120a)에 대해서 Z축을 기준으로 회전하거나 Y축 방향으로 병진하는 것을 제한할 수 있다.
또한, 제2 가요부(150a, 150b)는 길이방향(X축 방향)의 강성이 상대적으로 매우 높으므로, 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)가 내부 프레임(120a)에 대해서 X축 방향으로 병진하는 것을 제한할 수 있다.
결국, 상술한 제1 가요부(140a, 140b)와 제2 가요부(150a, 150b)의 특성으로 인하여, 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)는 상기 내부 프레임(120a)에 대해서 X축을 기준으로 회전할 수 있지만, Y축 또는 Z축을 기준으로 회전하거나 Z축, Y축 또는 X축 방향으로 병진하는 것이 제한된다. 즉, 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)의 운동가능한 방향을 정리하면 하기 표 1과 같다.
제1 질량체 및 제2 질량체의 운동 방향
(내부 프레임 기준) 가능 여부
X축을 기준으로 회전 가능
Y축을 기준으로 회전 제한
Z축을 기준으로 회전 제한
X축 방향의 병진 제한
Y축 방향의 병진 제한
Z축 방향의 병진 제한
이와 같이, 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)는 상기 내부 프레임(120a)에 대해서 X축 즉, 제2 가요부(150a,150b)를 기준으로 회전하는 것이 가능한 반면, 나머지 방향으로 운동하는 것이 제한되므로, 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)의 변위를 원하는 방향(X축을 기준으로 회전)의 힘에 대해서만 발생하게 할 수 있다.
또한, 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 제1 질량체(110a)는 무게중심(C)이 제2 가요부가 결합된 회전중심(R)과 Y축에 대하여 동일선상으로 위치되는 반면, 상기 제2 질량체(110b)는 무게중심(C)이 제2 가요부(150)가 결합된 회전중심(R)과 Y축에 대하여 이격되도록 위치된다. 즉, 상기 제1 질량체(110a)는 제2 가요부(150a,150b)가 상기 제1 질량체(110a)의 무게중심에 대향되도록 연결되어 회전축을 중심으로 양측이 동일한 변위를 갖는 반면, 상기 제2 질량체(110b)는 제2 가요부(150a,150b)가 상기 제2 질량체(110a)의 중심부로부터 이격되어 위치된다.
즉, 상기 제2 질량체는 제2 가요부에 의해 편심되도록 상기 내부 프레임에 연결된다. 이에 따라 상기 제2 질량체(110b)는 회전축을 중심으로 양측이 상이한 변위를 갖는다.
다음으로, 제4 가요부(170)의 Z축 방향의 폭(W4)이 X축 방향의 두께(T4)보다 크므로, 내부 프레임(120a)은 외부 프레임(120b)에 대해서 X축을 기준으로 회전하거나 Z축 방향으로 병진하는 것이 제한되는 반면, Y축을 기준으로 상대적으로 자유롭게 회전된다.
구체적으로, 제4 가요부(170)가 Y축을 기준으로 회전할 때의 강성에 비해서 X축을 기준으로 회전할 때의 강성이 클수록, 내부 프레임(120a)은 Y축을 기준으로 자유롭게 회전할 수 있는 반면, X축을 기준으로 회전하는 것이 제한된다. 이와 유사하게, 제4 가요부(170)가 Y축을 기준으로 회전할 때의 강성에 비해서 Z축 방향으로 병진할 때의 강성이 클수록, 내부 프레임(120a)은 Y축을 기준으로 자유롭게 회전할 수 있는 반면, Z축 방향으로 병진하는 것이 제한된다.
따라서, 제4 가요부(170)의 (X축을 기준으로 회전할 때의 강성 또는 Z축 방향으로 병진할 때의 강성)/(Y축을 기준으로 회전할 때의 강성) 값이 증가할수록, 상기 내부 프레임(120a)은 외부 프레임(120b)에 대해서 Y축을 기준으로 자유롭게 회전하는 반면, X축을 기준으로 회전하거나 Z축 방향으로 병진하는 것이 제한된다.
즉, 상기 제4 가요부(170)의 Z축 방향의 폭(W4), Y축 방향의 길이(L2) 및 X축 방향의 두께(T4)와 방향별 강성 사이의 관계를 정리하면 다음과 같다.
(1) 제4 가요부(170)의 X축을 기준으로 회전할 때의 강성 또는 Z축 방향으로 병진할 때의 강성 ∝ T4×W4 3/L2 3
(2) 제4 가요부(170)의 Y축을 기준으로 회전할 때의 강성 ∝ T4 3W4/L2
상기 두 식에 따르면, 제4 가요부(170)의 (X축을 기준으로 회전할 때의 강성 또는 Z축 방향으로 병진할 때의 강성)/(Y축을 기준으로 회전할 때의 강성) 값은 (W4/(T4L2))2 에 비례한다.
그런데, 상기 제4 가요부(170)는 Z축 방향의 폭(W4)이 X축 방향의 두께(T4)보다 크므로 (W4/(T4L2))2이 크고, 그에 따라 제4 가요부(170)의 (X축을 기준으로 회전할 때의 강성 또는 Z축 방향으로 병진할 때의 강성)/(Y축을 기준으로 회전할 때의 강성) 값은 증가하게 된다. 이러한 제4 가요부(170)의 특성으로 인하여, 상기 내부 프레임(120a)은 상기 외부 프레임(120b)에 대해서 Y축을 기준으로 회전하는 반면, X축을 기준으로 회전하거나 Z축 방향으로 병진하는 것이 제한되고, 단지 Y축을 기준으로 회전된다.
한편, 제3 가요부(160)는 길이방향(X축 방향)의 강성이 상대적으로 매우 높으므로, 상기 내부 프레임(120a)이 상기 외부 프레임(120b)에 대해서 Z축을 기준으로 회전하거나 Z축 방향으로 병진하는 것을 제한할 수 있다. 또한, 상기 제4 가요부(170)는 길이방향(Y축 방향)의 강성이 상대적으로 매우 높으므로, 내부 프레임(120a)이 외부 프레임(120b)에 대해서 Y축 방향으로 병진하는 것을 제한할 수 있다(도 8 참조).
결국, 상술한 제3 가요부(160)와 제4 가요부(170)의 특성으로 인하여, 상기 내부 프레임(120a)은 상기 외부 프레임(120b)에 대해서 Y축을 기준으로 회전할 수 있지만, X축 또는 Z축을 기준으로 회전하거나 Z축, Y축 또는 X축 방향으로 병진하는 것이 제한된다. 즉, 상기 내부 프레임(120a)의 운동가능한 방향을 정리하면 하기 표 2와 같다.
내부 프레임의 운동 방향
(외부 프레임 기준)		 가능 여부
X축을 기준으로 회전 제한
Y축을 기준으로 회전 가능
Z축을 기준으로 회전 제한
X축 방향의 병진 제한
Y축 방향의 병진 제한
Z축 방향의 병진 제한
이와 같이, 상기 내부 프레임(120a)은 상기 외부 프레임(120b)에 대해서 Y축을 기준으로 회전하는 것이 가능한 반면, 나머지 방향으로 운동하는 것이 제한되므로, 상기 내부 프레임(120a)의 변위를 원하는 방향(Y축을 기준으로 회전)의 힘에 대해서만 발생하게 할 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 도 7에 도시한 제1 질량체 및 제2 질량체가 내부 프레임에 대해서 제2 가요부를 기준으로 회전하는 과정을 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 상기 제1 질량체(110a)는 상기 내부 프레임(120a)에 대해서 X축을 회전축(R)으로 회전하므로, 즉, 제1 질량체는 상기 내부 프레임에 대해서 제2 가요부가 결합된 축을 기준으로 회전됨에 따라, 제1 가요부(140a, 140b)에는 압축응력과 인장응력이 조합된 굽힘응력이 발생하고, 제2 가요부(150a, 150b)에는 X축을 기준으로 비틀림응력이 발생한다.
이때, 상기 제1 질량체(110a)에 토크(Torque)를 발생시키기 위해서, 제2 가요부(150a)는 Z축 방향을 기준으로 상기 제1 질량체(110a)의 무게중심(C)보다 상측에 구비될 수 있다.
한편, 상기 제1 질량체(110a)가 X축을 기준으로 정확히 회전되도록, 제2 가요부(150a)는 X축 방향을 기준으로 상기 제1 질량체(110a)의 무게중심(C)에 대응되는 위치에 구비될 수 있다.
그리고, 상기 제1 가요부(140a)의 굽힘응력은 감지수단(180)이 검출한다.
다음으로, 상기 제2 질량체(110b)는 Y축 방향에 대하여 일단에만 제1 가요부(140b)가 연결되어 있다. 그리고 상기 제2 질량체(110b)는 상기 내부 프레임(120a)에 대해서 X축을 회전축(R)으로 회전하므로, 즉, 상기 제2 질량체(110b)는 상기 내부 프레임(120a)에 대해서 제2 가요부(150b)가 결합된 축을 기준으로 회전됨에 따라, 제1 가요부(140b)에는 압축응력과 인장응력이 조합된 굽힘응력이 발생하고, 제2 가요부(150b)에는 X축을 기준으로 비틀림응력이 발생한다.
이때, 상기 회전축(R)이 상기 제2 질량체(110b)의 무게중심(C)에 대하여 일측으로 이격됨에 따라 상기 제2 질량체(110b)는 회전축을 중심으로 일측 및 타측에 대하여 변위가 상이하게 된다.
그리고, 상기 제1 가요부(140b)의 굽힘응력은 감지수단(180)이 검출한다.
도 10a 및 도 10b는 도 6에 도시된 내부 프레임이 외부 프레임에 대하여 제4 가요부를 기준으로 회전하는 과정을 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 상기 내부 프레임(120a)은 외부 프레임(120b)에 대해서 Y축을 기준으로 회전함으로 즉, 상기 내부 프레임(120a)을 외부 프레임(120b)에 힌지결합시킨 제4 가요부(170)를 기준으로 회전함으로, 상기 제3 가요부(160)에는 압축응력과 인장응력이 조합된 굽힘응력이 발생하고, 제4 가요부(170)에는 Y축을 기준으로 비틀림응력이 발생한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 각속도 센서는 상기한 바와 같이 이루어지고, 이하, 상기 각속도 센서(100)에 의한 각속도 측정 방법에 대하여 자세히 기술한다.
우선, 구동수단(190)을 이용하여 내부 프레임(120a)을 외부 프레임(120b)에 대해서 Y축을 기준으로 회전시킨다. 이때, 제1 질량체(110a', 110a") 및 제2 질량체(110b)는 상기 내부 프레임(120a)과 함께 Y축을 기준으로 회전되면서 진동하고, 진동에 따라 상기 제1 질량체(110a', 110a") 및 제2 질량체(110b)에는 변위가 발생한다.
구체적으로, 상기 제1 일측 질량체(110a')에 +X축 방향과 -Z축 방향으로 변위(+X, -Z)가 발생하는 동시에, 상기 제1 타측 질량체(110a")에 +X축 방향과 +Z축 방향으로 변위(+X, +Z)가 발생하고, 이후 상기 제1 일측 질량체(110a')에 -X축 방향과 +Z축 방향으로 변위(-X, +Z)가 발생하는 동시에, 상기 제1 타측 질량체(110a")에 -X축 방향과 -Z축 방향으로 변위(-X, -Z)가 발생한다. 이때, X축 또는 Z축을 기준으로 회전하는 각속도가 제1 일측 질량체(110a') 및 제1 타측 질량체(110a")에 인가되면, 코리올리힘이 발생한다.
이러한 코리올리힘에 의해서, 상기 제1 일측 질량체(110a') 및 제1 타측 질량체(110a")는 내부 프레임(120a)에 대해서 X축을 기준으로 회전하면서 변위가 발생하고, 감지수단(180)은 제1 일측 질량체(110a') 및 제1 타측 질량체(110a")의 변위를 감지한다.
보다 구체적으로, X축을 기준으로 회전하는 각속도가 상기 제1 일측 질량체(110a') 및 제1 타측 질량체(110a")에 인가되면, 제1 일측 질량체(110a')에 코리올리힘이 -Y축 방향으로 발생하다가 +Y축 방향으로 발생하고, 제1 타측 질량체(110a")에 코리올리힘이 +Y축 방향으로 발생하다가 -Y축 방향으로 발생한다.
따라서, 상기 제1 일측 질량체(110a')와 상기 제1 타측 질량체(110a")는 서로 반대 방향으로 X축을 기준으로 회전하게 되고, 감지수단(180)이 상기 제1 일측 질량체(110a')와 제1 타측 질량체(110a")의 변위를 각각 감지함으로써, 코리올리힘을 산출할 수 있고, 이러한 코리올리힘을 통해서 X축을 기준으로 회전하는 각속도를 측정할 수 있다.
한편, 상기 제1 일측 질량체(110a')의 양단부에 각각 연결된 제1 가요부(140a)와 제1 감지수단(180))에서 각각 발생하는 신호를 SY1 및 SY2로 정의하고, 상기 제1 타측 질량체(110a")의 양단부에 각각 연결된 제1 가요부(140a)와 감지수단(180)에서 각각 발생하는 신호를 SY3 및 SY4로 정의한다면, X축방향을 기준으로 회전하는 각속도는 (SY1-SY2)-(SY3-SY4)로부터 산출할 수 있다. 이와 같이, 반대 방향으로 회전하는 제1 일측 질량체(110a')와 제1 타측 질량체(110a") 사이의 신호를 차동출력하므로, 가속도 잡음을 상쇄시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, Z축을 기준으로 회전하는 각속도가 제1 일측 질량체(110a') 및 제1 타측 질량체(110a")에 인가되면, 상기 제1 일측 질량체(110a')에 코리올리힘이 -Y축 방향으로 발생하다가 +Y축 방향으로 발생하고, 상기 제1 타측 질량체(110a")에 코리올리힘이 -Y축 방향으로 발생하다가 +Y축 방향으로 발생한다. 따라서, 제1 일측 질량체(110a')와 제1 타측 질량체(110a")는 동일 방향으로 X축을 기준으로 회전하게 되고, 감지수단(180)은 제1 일측 질량체(110a')와 제1 타측 질량체(110a")의 변위를 감지함으로써, 코리올리힘을 산출할 수 있고, 이러한 코리올리힘을 통해서 Z축을 기준으로 회전하는 각속도를 측정할 수 있다.
이때, 제1 일측 질량체(110a')의 양단부에 각각 연결된 2개의 제1 가요부(140a)과 감지수단(180))에서 각각 발생하는 신호를 SY1 및 SY2로 정의하고, 상기 제1 타측 질량체(110a")의 양단부에 각각 연결된 제1 가요부(140b)와 감지수단(180))에서 각각 발생하는 신호를 SY3 및 SY4로 정의한다면, Z축을 기준으로 회전하는 각속도는 (SY1-SY2)+(SY3-SY4)로부터 산출할 수 있다.
또한, 이에 따른 각속도 산출의 일예는 다음과 같다.
전술한 바와 같이, 상기 구동수단 (190)에 의해 외부 프레임(120b)에 대하여 내부 프레임(120a)을 Y축을 기준으로 회전시키면, 상기 제1 질량체(110a)는 상기 내부 프레임(120a)과 함께 Y축을 기준으로 회전되면서 진동하고, 진동에 따라 상기 제1 질량체(110a)는 X축 및 Z축 방향으로 속도(Vx , Vz)가 발생한다. 이때 Z축 또는 X축을 기준으로 하는 각속도(ΩZ,ΩX)가 상기 제1 질량체(110a)에 인가되면, Y축 방향으로 코리올리힘(Fy)이 발생한다.
이러한 코리올리힘(Fy)에 의해서, 상기 제1 질량체(110a)는 상기 내부 프레임(120a)에 대해서 X축을 기준으로 회전하면서 변위가 발생하고, 감지수단(180)이 상기 제1 질량체(110a)의 변위를 감지한다. 그리고 상기 제1 질량체(110a)의 변위를 감지함으로써, 코리올리힘(Fy)을 산출할 수 있다.
따라서, Fy=2mVzΩX에서 상기 코리올리힘(Fy)을 통해서 X축을 기준으로 하는 각속도(ΩX)를 산출할 수 있고, Fy=2mVxΩZ 에서 코리올리힘(Fy)을 통해서 Z축을 기준으로 하는 각속도(ΩZ)를 산출할 수 있다.
결국, 본 발명의 제1 실시예에 따른 각속도 센서(100)는 제1 질량체(110a) 및 감지수단(180)을 통해서 X축 또는 Z축을 기준으로 회전하는 각속도를 측정할 수 있다.
다음으로, 제2 질량체에 따른 각속도 검출은 다음과 같다.
일단, 구동수단(190)에 의해 외부 프레임(120b)에 대하여 내부 프레임(120a)을 Y축을 기준으로 회전시킨다.
이때 상기 제2 질량체(110b)는 상기 제1 질량체(110a)와 마찬가지로, 상기 내부 프레임(120a)과 함께 Y축을 기준으로 회전되면서 진동하고, 진동에 따라 상기 제2 질량체(110b)는 상술한 제1 가요부(140)와 제2 가요부(140)의 특성으로 인하여, 상기 내부 프레임(120a)에 대해서 X축을 기준으로만 회전할 수 있다.
즉, 구동수단(190)을 이용하여 내부 프레임(120a)을 외부 프레임(120b)에 대해서 Y축을 기준으로 회전시키더라도, 상기 제2 질량체(110b)는 내부 프레임(120a)에 대해서 Y축을 기준으로 회전되지 않는다.
또한, 상술한 제3 가요부(160)와 제4 가요부(170)의 특성으로 인하여, 내부 프레임(120a)은 외부 프레임(120b)에 대해서 Y축을 기준으로만 회전할 수 있다. 따라서, 도 13에 도시된 바와 같이, 감지수단(180)을 이용하여 상기 제2 질량체(110b)의 변위를 감지할 때, Y축 방향의 코리올리힘이 작용하더라도, 내부 프레임(120a)은 외부 프레임(120b)에 대해서 X축을 기준으로 회전하지 않고, 상기 제2 질량체(110b)만 상기 내부 프레임(120a)에 대해서 X축을 기준으로 회전한다.
또한, 상기 제2 질량체(110b)는 무게중심(C)에 대하여 편심되도록 제2 가요부(150)가 연결되고, Y축 방향에 대하여 일단만이 감지수단이 장착된 제1 가요부(140)가 연결되고, Y축 방향에 대하여 타단부에는 회전운동의 힌지 역할을 하는 제2 가요부(150)가 결합되어 전술된 바와 같이 상기 제2 질량체(110b)는 상기 내부 프레임(120a)에 대해서 X축을 기준으로 회전한다.
상기 구동수단(190)에 의해 외부 프레임(120b)에 대하여 내부 프레임(120a)을 Y축을 기준으로 회전시키면, 상기 제2 질량체(110b)는 상기 내부 프레임(120a)과 함께 Y축을 기준으로 회전하면서 진동하고, 진동에 따라 상기 제2 질량체(110b)는 X축 방향으로 속도(Vx)가 발생한다. 이때 Y축 또는 Z축을 기준으로 하는 각속도(Ωy, ΩZ)가 상기 제2 질량체(110b)에 인가되면, Z축 또는 Y축 방향으로 코리올리힘(Fz, Fy)이 발생하고, 상기 코리올리힘은 상기 제2 질량체(110b)가 상기 내부 프레임(120a)에 대해서 X축을 기준으로 회전하는 변위를 발생시킨다.
감지수단(180)은 상기 제2 질량체(110b)의 변위를 감지함으로써, 코리올리힘을 산출할 수 있고, 이러한 코리올리힘을 통해서 Y축 방향의 각속도(Ωy) + Z축 방향의 각속도(ΩZ)가 검출되고, 상기 중심질량체(110a) 및 감지수단(180)을 통해서 측정되는 Z축 ?향의 각속도(ΩZ) 값을 빼서 Y축 방향의 각속도(Ωy)를 산출할 수 있다.
이와 같이 이루어짐에 따라, 본 발명의 제1 실시예에 따른 각속도 센서(100)는 상기 제1 질량체(110a)에 의해 X축 방향 각속도 및 Z축 방향 각속도를 검출하고, 상기 제2 질량체(110b)에 의해 Y축 방향 각속도를 검출하여, 3축의 검출이 가능한 각속도 센서로 구현된다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 각속도 센서를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 12는 도 11에 도시한 각속도 센서의 평면도이고, 도 13은 도 12에 도시한 각속도 센서의 개략적인 A-A 단면도이고, 도 14는 도 12에 도시한 각속도 센서의 개략적인 B-B 단면도이고, 도 15는 도 12에 도시한 각속도 센서의 개략적인 C-C 단면도이고, 도 16은 도 12에 도시한 각속도 센서의 개략적인 D-D 단면도이다.
도시한 바와 같이, 상기 각속도 센서(200)는 도 3에 도시한 각속도 센서(100)와 비교하여 제2 질량체만이 상이하다. 보다 구체적으로, 상기 각속도 센서(200)의 제2 질량체(210b)는 제2 일측 질량체(210b')와 제2 타측 질량체(210b")로 이루어진다.
이하, 본 발명의 제2 실시예에 따른 각속도 센서(200)의 기술구성 및 유기적 결합에 대하여 보다 자세히 기술한다.
도시한 바와 같이, 상기 각속도 센서(200)는 질량체부(210), 내부 프레임(220a), 외부 프레임(220b), 커플링 탄성부재(230) 제1 가요부(240a, 240b), 제2 가요부(250a, 250b), 제3 가요부(260) 및 제4 가요부(270)를 포함한다.
그리고, 상기 제1 가요부(240a, 240b) 및 제2 가요부(250a, 250b)에는 선택적으로 감지수단(280)이 구비되고, 상기 제3 가요부(260) 및 제4 가요부(270)에는 선택적으로 구동수단(290)이 구비된다.
보다 구체적으로, 상기 질량체부(210)는 코리올리힘에 의해서 변위가 발생하는 것으로, 제1 질량체(210a)와 제2 질량체(210b)를 포함한다.
그리고 상기 제1 질량체(210a)는 중심부에 무게중심에 대응되도록 제2 가요부(250a)가 연결되고, 상기 제2 질량체(210b)는 무게중심에 대하여 이격되도록 상기 제2 가요부(250b)가 이격되도록 연결된다. 즉, 상기 제2 질량체(210b)는 제2 가요부(250b)에 의해 편심되도록 내부 프레임(220)에 연결된다.
그리고 상기 제1 질량체(210a)는 제1 일측 질량체(210a')와 제1 타측 질량체(210a")로 이루어지고, 상기 제1 일측 질량체(210a')와 상기 제1 타측 질량체(210a")는 동일한 크기로 이루어지고, 커플링 탄성부재(230)에 의해 연결된다.
또한, 상기 제1 일측 질량체(210a')와 제1 타측 질량체(210a")는 각각 제1 가요부(240a)와 제2 가요부(250a)에 의해 상기 내부 프레임(220a)에 연결된다.
그리고 상기 제1 일측 질량체(210a')와 제1 타측 질량체(210a")는 코리올리힘이 작용할 때 제1 가요부(240a)의 굽힘과 제2 가요부(250a)의 비틀림에 의해서 상기 내부 프레임(220a)을 기준으로 변위가 발생한다. 이때, 상기 제1 일측 질량체(210a')와 제1 타측 질량체(210a")는 제1 실시예에 따른 각속도 센서를 통해 전술한 바와 같이, 상기 내부 프레임(220a)에 대해서 X축을 기준으로 회전된다.
다음으로, 상기 제2 질량체(210b)는 제2 일측 질량체(210b')와 제2 타측 질량체(210b")로 이루어지고, 상기 제2 일측 질량체(210b')와 상기 제2 타측 질량체(210b")는 동일한 크기로 이루어진다.
또한, 상기 제2 일측 질량체(210b')와 제2 타측 질량체(210b")는 커플링 탄성부재(130)에 연결된 제1 일측 질량체(210a')와 제1 타측 질량체(210a") 사이에 배치된다. 즉, 제1 일측 질량체(210a')와 제1 타측 질량체(210a") 사이의 커플링 탄성부재(130)를 중심으로 대향되도록 제2 일측 질량체(210b')와 제2 타측 질량체(210b")가 배치된다.
그리고, 상기 제2 일측 질량체(210b')와 제2 타측 질량체(210b")는 Y축 방향에 대하여 일단에만 각각 제1 가요부(240b)가 연결된다. 그리고 타측에는 제2 가요부(250b)가 X축 방향으로 각각 연결된다. 즉, Y축 방향에 대하여 일측은 제1 가요부(240b)에 의해 상기 내부 프레임(220a)에 연결되고, 타측은 제2 가요부(250b)에 의해 상기 내부 프레임(220a)에 연결된다.
그리고 상기 내부 프레임(220a)은 상기 질량체부(210)를 지지하기 위한 것이다. 보다 구체적으로 상기 내부 프레임(220a)에는 상기 질량체부(210)가 내재될 수 있고, 제1 가요부(240a, 240b) 및 제2 가요부(250a, 250b)에 의해 상기 질량체부(210)와 각각 연결된다. 즉, 상기 내부 프레임(220a)은 상기 질량체부(110)가 변위를 일으킬 수 있는 공간을 확보해주고, 상기 질량체부(210)가 변위를 일으킬 때 기준이 된다. 또한, 상기 내부 프레임(220a)은 상기 질량체부(210)의 일부만을 커버하도록 형성될 수도 있다.
또한, 상기 내부 프레임(220a)은 상기 제1 질량체(210a), 제2 일측 질량체(210b') 및 제2 타측 질량체(210b")가 내재될 수 있도록 3개의 공간부(221a,222a,223a)로 구획된다.
그리고 상기 제1 질량체(210a)인 제1 일측 질량체(210a')와 상기 제1 타측 질량체(210a")는 상기 프레임(220a)의 제1 공간부(221a)에 내재되고, 상기 제2 일측 질량체(210b')는 제2 공간부(222b)에 내재되고, 상기 제2 타측 질량체(210b")는 제3 공간부(223b)에 내재된다.
그리고 상기 내부 프레임(220a)은 상기 제1 가요부(240a, 240b)와 제2 가요부(250a, 250b)에 의해 연결된 제1 질량체(210a)와 제2 질량체(210b)가 변위를 일으킬 수 있는 공간을 확보해주고, 제1 질량체(210a)와 제2 질량체(210b)가 변위를 일으킬 때 기준이 된다.
또한, 제1 질량체(210a)는 X축 방향으로 제2 가요부(250a, 250b)에 의해 상기 내부 프레임(220a)에 연결된다. 이때, 일단부가 제2 가요부(250a)에 의해 각각 상기 내부 프레임(220a)에 연결되고, 서로 대향되는 타단부는 커플링 탄성부재(230)에 의해 연결된다. 또한, 제2 질량체(210b)는 X축 방향으로 제2 가요부(250a, 250b)에 의해 양단부가 상기 내부 프레임(220a)에 연결된다.
이때, 상기 제1 질량체(210a)는 Y축 방향에 대하여 중심부에 즉, 무게중심에 대응되도록 제2 가요부(250a)가 연결되고, 상기 제2 질량체(210b)는 Y축 방향에 대하여 중심부로부터 즉, 무게중심에 대하여 일정간격 이격되어 제2 가요부(250b)가 연결된다.
또한, 각각의 제1 질량체(210a) 및 제2 질량체(210b)는 Y축 방향으로 제1 가요부(240a, 240b)에 의해 상기 내부 프레임(220a)에 연결된다. 이때, 상기 제1 질량체(210a)는 양단부에 제1 가요부(240a)가 연결되고, 상기 제2 질량체(210b)는 일단부에만 제1 가요부(240b)가 연결된다.
그리고 상기 외부 프레임(220b)은 상기 내부 프레임(220a)을 지지한다. 보다 구체적으로, 상기 외부 프레임(220b)은 상기 내부 프레임(220a)이 이격되도록 상기 내부 프레임(220a)의 외측에 구비되고, 상기 제3 가요부(260) 및 제4 가요부(270)에 의해 상기 내부 프레임(220a)과 연결된다. 이에 따라 상기 내부 프레임(220a)과 이에 연결된 상기 질량체부(210)은 변위가능하도록 부유상태로 상기 외부 프레임(220b)에 의해 지지된다. 또한, 상기 외부 프레임(220b)은 상기 내부 프레임(220a)의 일부만을 커버하도록 형성될 수도 있다.
그리고 상기 감지수단(280) 및 구동수단(290)은 일 실시예로서 제1 가요부(240a, 240b) 및 제3 가요부(260)의 일면에 각각 형성된다.
그리고 외부 프레임(220b)은 상기 내부 프레임(220a)과 소정간격으로 이격되도록 상기 내부 프레임(220a)의 외측에 위치되고, 상기 제3 가요부(260)과 상기 제4 가요부(270)에 의해 연결된다.
또한, 상기 외부 프레임(220b)은 제3 가요부(260)와 제4 가요부(270)를 지지하여 내부 프레임(220a)이 변위를 일으킬 수 있는 공간을 확보해주고, 내부 프레임(220a)이 변위를 일으킬 때 기준이 된다. 또한, 외부 프레임(220b)은 중심에 사각기둥 형상의 공동(空洞)이 형성된 사각기둥 형상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 각속도 센서(200)의 제1 가요부(240a, 240b), 제2 가요부(250a, 250b), 제3 가요부(260) 및 제4 가요부(270)의 형상과 이에 따른 구동에 대해서는 제1 실시예에 따른 각속도 센서(100)와 동일하고, 이에 따른 설명은 전술한 바 생략한다.
도 18은 도 17에 도시한 각속도 센서의 평면도이고, 도 19는 도 18에 도시한 각속도 센서의 개략적인 A-A 단면도이고, 도 20은 도 18에 도시한 각속도 센서의 개략적인 B-B 단면도이다.
도시한 바와 같이, 상기 각속도 센서(300)는 도 3에 도시한 각속도 센서(100)와 비교하여 제2 질량체만이 상이하다. 보다 구체적으로, 상기 각속도 센서(300)의 제2 질량체(310b)는 제2 일측 질량체(310b')와 제2 타측 질량체(310b")로 이루어진다. 즉, 각속도 센서(100)과 비교하여 제2 타측 질량체(210b")를 더 포함하여 이루어진다.
이하, 본 발명의 제3 실시예에 따른 각속도 센서(300)의 기술구성 및 유기적 결합에 대하여 보다 자세히 기술한다.
도시한 바와 같이, 상기 각속도 센서(300)는 질량체부(310), 내부 프레임(320a), 외부 프레임(320b), 커플링 탄성부재(330) 제1 가요부(340a, 340b), 제2 가요부(350a, 350b), 제3 가요부(360) 및 제4 가요부(370)를 포함한다.
그리고, 상기 제1 가요부(340a, 340b) 및 제2 가요부(350a, 350b)에는 선택적으로 감지수단(380)이 구비되고, 상기 제3 가요부(360) 및 제4 가요부(370)에는 선택적으로 구동수단(290)이 구비된다.
보다 구체적으로, 상기 질량체부(310)는 코리올리힘에 의해서 변위가 발생하는 것으로, 제1 질량체(310a)와 제2 질량체(310b)를 포함한다.
그리고 상기 제1 질량체(310a)는 중심부에 무게중심에 대응되도록 제2 가요부(350a)가 연결되고, 상기 제2 질량체(310b)는 무게중심에 대하여 이격되도록 상기 제2 가요부(350b)가 이격되도록 연결된다. 즉, 상기 제2 질량체(310b)는 제2 가요부(350b)에 의해 편심되도록 내부 프레임(320a)에 연결된다.
그리고 상기 제1 질량체(310a)는 제1 일측 질량체(310a')와 제1 타측 질량체(310a")로 이루어지고, 상기 제1 일측 질량체(310a')와 상기 제1 타측 질량체(310a")는 동일한 크기로 이루어지고, 커플링 탄성부재(330)에 의해 연결된다.
또한, 상기 제1 일측 질량체(310a')와 제1 타측 질량체(310a")는 각각 제1 가요부(340a)와 제2 가요부(350a)에 의해 상기 내부 프레임(320a)에 연결된다.
그리고 상기 제1 일측 질량체(310a')와 제1 타측 질량체(310a")는 코리올리힘이 작용할 때 제1 가요부(340a)의 굽힘과 제2 가요부(350a)의 비틀림에 의해서 상기 내부 프레임(320a)을 기준으로 변위가 발생한다. 이때, 상기 제1 일측 질량체(310a')와 제1 타측 질량체(310a")는 제1 실시예에 따른 각속도 센서를 통해 전술한 바와 같이, 상기 내부 프레임(320a)에 대해서 X축을 기준으로 회전된다.
다음으로, 상기 제2 질량체(310b)는 제2 일측 질량체(310b')와 제2 타측 질량체(310b")로 이루어지고, 상기 제2 일측 질량체(310b')와 상기 제2 타측 질량체(310b")는 동일한 크기로 이루어진다.
또한, 상기 제2 일측 질량체(210b')와 제2 타측 질량체(210b")는 커플링 탄성부재(130)에 연결된 제1 일측 질량체(210a')와 제1 타측 질량체(210a")의 일측 및 타측에 각각 배치된다. 즉, 커플링 탄성부재(130)에 의해 연결된 제1 일측 질량체(210a')와 제1 타측 질량체(210a")를 중심으로 서로 대향되도록 제2 일측 질량체(210b')와 제2 타측 질량체(210b")가 배치된다.
그리고, 상기 제2 일측 질량체(310b')와 제2 타측 질량체(310b")는 Y축 방향에 대하여 일단에만 각각 제1 가요부(340b)가 연결된다. 그리고 타측에는 제2 가요부(350b)가 X축 방향으로 각각 연결된다. 즉, Y축 방향에 대하여 일측은 제1 가요부(340b)에 의해 상기 내부 프레임(320a)에 연결되고, 타측은 제2 가요부(350b)에 의해 상기 내부 프레임(320a)에 연결된다.
또한, 상기 제2 일측 질량체(310b')와 제2 타측 질량체(310b") 사이에 제1 질량체(310a)가 배치될 수 있다.
그리고 상기 내부 프레임(320a)은 상기 질량체부(310)를 지지하기 위한 것이다. 보다 구체적으로 상기 내부 프레임(320a)에는 상기 질량체부(310)가 내재될 수 있고, 제1 가요부(340a, 340b) 및 제2 가요부(350a, 350b)에 의해 상기 질량체부(310)와 각각 연결된다. 즉, 상기 내부 프레임(320a)은 상기 질량체부(310)가 변위를 일으킬 수 있는 공간을 확보해주고, 상기 질량체부(310)가 변위를 일으킬 때 기준이 된다. 또한, 상기 내부 프레임(320a)은 상기 질량체부(310)의 일부만을 커버하도록 형성될 수도 있다.
또한, 상기 내부 프레임(320a)은 상기 제1 질량체(310a), 제2 일측 질량체(310b') 및 제2 타측 질량체(310b")가 내재될 수 있도록 3개의 공간부(321a,322a,323a)로 구획된다.
그리고 상기 제1 질량체(310a)인 제1 일측 질량체(310a')와 상기 제1 타측 질량체(310a")는 상기 프레임(320a)의 제1 공간부(321a)에 내재되고, 상기 제2 일측 질량체(310b')는 제2 공간부(322b)에 내재되고, 상기 제2 타측 질량체(310b")는 제3 공간부(323b)에 내재된다.
또한, 제1 질량체(310a)는 X축 방향으로 제2 가요부(350a, 350b)에 의해 상기 내부 프레임(320a)에 연결된다. 이때, 일단부가 제2 가요부(350a)에 의해 각각 상기 내부 프레임(320a)에 연결되고, 서로 대향되는 타단부는 커플링 탄성부재(330)에 의해 연결된다.
또한, 제2 질량체(310b)는 X축 방향으로 제2 가요부(350a, 350b)에 의해 양단부가 상기 내부 프레임(320a)에 연결된다.
이때, 상기 제1 질량체(310a)는 Y축 방향에 대하여 중심부에 즉, 무게중심에 대응되도록 제2 가요부(350a)가 연결되고, 상기 제2 질량체(310b)는 Y축 방향에 대하여 중심부로부터 즉, 무게중심에 대하여 일정간격 이격되어 제2 가요부(350b)가 연결된다.
또한, 각각의 제1 질량체(310a) 및 제2 질량체(310b)는 Y축 방향으로 제1 가요부(340a, 340b)에 의해 상기 내부 프레임(320a)에 연결된다. 이때, 상기 제1 질량체(310a)는 양단부에 제1 가요부(340a)가 연결되고, 상기 제2 질량체(310b)는 일단부에만 제1 가요부(340b)가 연결된다.
그리고 상기 외부 프레임(320b)은 상기 내부 프레임(320a)을 지지한다. 보다 구체적으로, 상기 외부 프레임(320b)은 상기 내부 프레임(320a)이 이격되도록 상기 내부 프레임(320a)의 외측에 구비되고, 상기 제3 가요부(360) 및 제4 가요부(370)에 의해 상기 내부 프레임(320a)과 연결된다. 이에 따라 상기 내부 프레임(320a)과 이에 연결된 상기 질량체부(310)는 변위가능하도록 부유상태로 상기 외부 프레임(320b)에 의해 지지된다. 또한, 상기 외부 프레임(320b)은 상기 내부 프레임(320a)의 일부만을 커버하도록 형성될 수도 있다.
그리고 상기 감지수단(380) 및 구동수단(390)은 일 실시예로서 제1 가요부(340a, 340b) 및 제3 가요부(360)의 일면에 각각 형성된다.
그리고 외부 프레임(320b)은 상기 내부 프레임(320a)과 소정간격으로 이격되도록 상기 내부 프레임(320a)의 외측에 위치되고, 상기 제3 가요부(360)과 상기 제4 가요부(370)에 의해 연결된다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 각속도 센서(300)의 제1 가요부(340a, 340b), 제2 가요부(350a, 350b), 제3 가요부(360) 및 제4 가요부(370)의 형상과 이에 따른 구동에 대해서는 제1 실시예에 따른 각속도 센서(100)와 동일하고, 이에 따른 설명은 전술한 바 생략한다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다. 특히, 본 발명은 "X축", "Y축" 및 "Z축"을 기준으로 설명하였지만, 이는 설명의 편의를 위하여 정의한 것에 불과하므로, 본 발명의 권리범위에 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10 : 센서용 검출모듈 11 : 질량체부
11a: 제1 질량체 11a': 제1 일측 질량체
11a": 제1 타측 질량체 11b : 제2 질량체
12 : 프레임 12a : 제1 공간부
12b : 제2 공간부
13a, 13b : 제1 가요부 14a, 14b : 제2 가요부
15 : 커플링 탄성부재 16 : 감지수단
100 : 각속도 센서 110 : 질량체
110a: 제1 질량체 110a': 제1 일측 질량체
110a": 제1 타측 질량체 110b : 제2 질량체
120a : 내부 프레임 120b : 외부 프레임
121a : 제1 공간부 122b : 제2 공간부
130 : 커플링 탄성부재
140a, 140b : 제1 가요부 150a, 150b : 제2 가요부
160 : 제3 가요부 170 : 제4 가요부
180 : 감지수단 190 : 구동수단
200 : 각속도 센서 210 : 질량체
210a: 제1 질량체 210a': 제1 일측 질량체
210a": 제1 타측 질량체 210b : 제2 질량체
210b': 제2 일측 질량체 210b": 제2 타측 질량체
220a : 내부 프레임 220b : 외부 프레임
221a : 제1 공간부 222a : 제2 공간부
223a : 제3 공간부
230 : 커플링 탄성부재 240a, 240b : 제1 가요부
250a, 250b : 제2 가요부
260 : 제3 가요부 270 : 제4 가요부
280 : 감지수단 290 : 구동수단
300 : 각속도 센서 310 : 질량체
310a: 제1 질량체 310a': 제1 일측 질량체
310a": 제1 타측 질량체 310b : 제2 질량체
310b': 제2 일측 질량체 310b": 제2 타측 질량체
320a : 내부 프레임 320b : 외부 프레임
321a : 제1 공간부 322a : 제2 공간부
323a : 제3 공간부
330 : 커플링 탄성부재
340a, 340b : 제1 가요부 350a, 350b : 제2 가요부
360 : 제3 가요부 370 : 제4 가요부
380 : 감지수단 390 : 구동수단

Claims (43)

  1. 커플링 탄성부재에 의해 연결된 제1 일측 질량체와 제1 타측 질량체를 포함하는 제1 질량체와, 제2 질량체를 포함하는 질량체부;
    상기 제1 질량체와 상기 제2 질량체를 지지하는 프레임;
    상기 제1 질량체 및 제2 질량체를 상기 프레임에 각각 연결하는 제1 가요부;
    상기 제1 질량체 및 제2 질량체를 상기 프레임에 각각 연결하는 제2 가요부;
    상기 제2 가요부는 상기 제1 질량체의 무게중심에 대응되도록 상기 제1 질량체에 연결되고, 상기 제2 질량체는 제2 가요부에 의해 편심되도록 프레임에 연결된 센서용 검출모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 일측 질량체 및 제1 타측 질량체는 일단부가 제2 가요부에 의해 각각 상기 프레임에 연결되고, 서로 대향되는 타단부는 커플링 탄성부재에 의해 연결된 센서용 검출모듈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 가요부와 제2 가요부는 직교방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 센서용 검출모듈.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 가요부는 일축 및 타축방향에 의해 형성된 면과, 상기 면의 직교방향으로 연장된 두께를 갖는 빔인 것을 특징으로 하는 센서용 검출모듈.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 가요부는 일축방향으로 두께를 갖고 타축방향으로 면이 형성된 힌지인 것을 특징으로 하는 센서용 검출모듈.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 가요부 또는 제2 가요부의 일면에는 선택적으로 제1 질량체 및 제2 질량체의 변위를 감지하는 감지수단이 구비된 것을 특징으로 하는 센서용 검출모듈.
  7. 커플링 탄성부재에 의해 연결된 제1 일측 질량체와 제1 타측 질량체를 포함하는 제1 질량체와, 제2 질량체를 포함하는 질량체부;
    상기 제1 질량체와 상기 제2 질량체를 지지하는 내부 프레임;
    상기 제1 질량체 및 제2 질량체를 상기 내부 프레임에 각각 연결하는 제1 가요부;
    상기 제1 질량체 및 제2 질량체를 상기 내부 프레임에 각각 연결하는 제2 가요부;
    상기 내부 프레임을 지지하는 외부 프레임;
    상기 내부 프레임과 상기 외부 프레임을 연결하는 제3 가요부; 및
    상기 내부 프레임과 상기 외부 프레임을 연결하는 제4 가요부를 포함하고,
    상기 제2 가요부는 상기 제1 질량체의 무게중심에 대응되도록 상기 제1 질량체에 연결되고, 상기 제2 질량체는 제2 가요부에 의해 편심되도록 상기 내부 프레임에 연결된 각속도 센서.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 일측 질량체 및 제1 타측 질량체는 일단부가 제2 가요부에 의해 각각 상기 내부 프레임에 연결되고, 서로 대향되는 타단부는 커플링 탄성부재에 의해 연결된 각속도 센서.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 가요부와 제2 가요부는 직교방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 제3 가요부와 제4 가요부는 직교방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 제3 가요부는 상기 제1 가요부와 직교방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 제4 가요부는 상기 제2 가요부와 직교방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  13. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 가요부는
    일축 및 타축방향에 의해 형성된 면과, 상기 면의 직교방향으로 연장된 두께를 갖는 빔인 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 가요부는 Z축 방향으로 소정두께를 갖고, X축 및 Y축에 의해 형성된 면으로 이루어진 빔이고, X축 방향의 폭(W1)이 Z축 방향의 두께(T1)보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 가요부는 Y축 방향으로 제2 질량체의 일단과 내부 프레임에 연결된 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  16. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 가요부 또는 제2 가요부의 일면에는 선택적으로 제1 질량체 및 제2 질량체의 변위를 감지하는 감지수단이 구비된 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  17. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 가요부는 일축방향으로 두께를 갖고 타축방향으로 면이 형성된 힌지인 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 제2 가요부는 Y축 방향으로 소정 두께를 갖고 X축 및 Z축에 의해 면이 형성된 힌지이고, Z축 방향의 폭(W2)이 Y축 방향의 두께(T2)보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 제2 가요부는 단면이 사각형인 힌지(Hinge) 형상 또는 단면상 원형인 토션바(Torsion Bar) 형상인 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  20. 청구항 7에 있어서,
    상기 제3 가요부는
    일축 및 타축방향에 의해 형성된 면과, 상기 면의 직교방향으로 연장된 두께를 갖는 빔인 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 제3 가요부는
    Z축 방향으로 소정두께를 갖고, X축 및 Y축에 의해 형성된 면으로 이루어진 빔이고, Y축 방향의 폭(W3)이 Z축 방향의 두께(T3)보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  22. 청구항 7에 있어서,
    상기 제4 가요부는
    일축방향으로 두께를 갖고 타축방향으로 면이 형성된 힌지인 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 제4 가요부는 X축 방향으로 소정 두께를 갖고 Y축 및 Z축에 의해 면이 형성된 힌지이고, Z축 방향의 폭(W4)이 X축 방향의 두께(T4)보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  24. 청구항 7에 있어서,
    상기 제3 가요부 또는 제4 가요부의 일면에는 선택적으로 내부 프레임을 구동시키는 구동수단이 구비된 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  25. 청구항 24에 있어서,
    상기 제3 가요부의 구동수단에 의해 상기 내부프레임이 구동될 경우, 상기 내부 프레임은 상기 외부 프레임에 대해서 상기 제4 가요부가 결합된 축을 기준으로 회전되는 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  26. 청구항 25에 있어서,
    상기 내부 프레임이 상기 제4 가요부가 결합된 축을 기준으로 회전될 경우, 상기 제3 가요부에는 굽힘응력이 발생되고, 상기 제4 가요부에는 비틀림응력이 발생되는 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  27. 청구항 26에 있어서,
    상기 내부 프레임이 제4 가요부가 결합된 축을 기준으로 회전될 경우, 제1 질량체 및 제2 질량체는 상기 내부 프레임에 대해서 제2 가요부가 결합된 축을 기준으로 회전되는 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  28. 청구항 27에 있어서,
    상기 제1 질량체 및 제2 질량체가 회전될 경우, 제1 가요부에는 굽힘응력이 발생되고, 상기 제2 가요부에는 비틀림응력이 발생되는 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  29. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 질량체는 Y축 방향에 대하여 일단부에 제1 가요부가 연결되고, X축 방향에 대하여 양단부에 제2 가요부가 연결된 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  30. 커플링 탄성부재에 의해 연결된 제1 일측 질량체와 제1 타측 질량체로 이루어진 제1 질량체와, 상기 커플링 탄성부재를 중심으로 대향되도록 배치된 제2 일측 질량체와 제2 타측 질량체로 이루어진 제2 질량체를 포함하는 질량체부;
    상기 제1 질량체와 상기 제2 질량체를 지지하는 내부 프레임;
    상기 제1 질량체 및 제2 질량체를 상기 내부 프레임에 각각 연결하는 제1 가요부;
    상기 제1 질량체 및 제2 질량체를 상기 내부 프레임에 각각 연결하는 제2 가요부;
    상기 내부 프레임을 지지하는 외부 프레임;
    상기 내부 프레임과 상기 외부 프레임을 연결하는 제3 가요부; 및
    상기 내부 프레임과 상기 외부 프레임을 연결하는 제4 가요부를 포함하고,
    상기 제2 가요부는 상기 제1 질량체의 무게중심에 대응되도록 상기 제1 질량체에 연결되고, 상기 제2 질량체는 제2 가요부에 의해 편심되도록 상기 내부 프레임에 연결된 각속도 센서.
  31. 청구항 30에 있어서,
    상기 제1 일측 질량체 및 제1 타측 질량체는 일단부가 제2 가요부에 의해 각각 상기 내부 프레임에 연결되고, 서로 대향되는 타단부는 커플링 탄성부재에 의해 연결된 각속도 센서.
  32. 청구항 30에 있어서,
    상기 내부 프레임은 상기 제1 일측 질량체와 상기 제1 타측 질량체가 내재되는 제1 공간부와, 상기 제2 일측 질량체가 내재되는 제2 공간부와, 상기 제2 타측 질량체가 내재되는 제3 공간부가 형성된 각속도 센서.
  33. 청구항 30에 있어서,
    상기 제1 가요부는 일축 및 타축방향에 의해 형성된 면과, 상기 면의 직교방향으로 연장된 두께를 갖는 빔이고, 상기 제2 가요부는 일축방향으로 두께를 갖고 타축방향으로 면이 형성된 힌지인 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  34. 청구항 33에 있어서,
    상기 제1 가요부 또는 제2 가요부의 일면에는 선택적으로 제1 질량체 및 제2 질량체의 변위를 감지하는 감지수단이 구비된 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  35. 청구항 30에 있어서,
    상기 제3 가요부는 일축 및 타축방향에 의해 형성된 면과, 상기 면의 직교방향으로 연장된 두께를 갖는 빔이고, 상기 제4 가요부는 일축방향으로 두께를 갖고 타축방향으로 면이 형성된 힌지인 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  36. 청구항 35에 있어서,
    상기 제3 가요부 또는 제4 가요부의 일면에는 선택적으로 내부 프레임을 구동시키는 구동수단이 구비된 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  37. 커플링 탄성부재에 의해 연결된 제1 일측 질량체와 제1 타측 질량체로 이루어진 제1 질량체와, 상기 제1 질량체를 중심으로 대향되도록 배치된 제2 일측 질량체와 제2 타측 질량체로 이루어진 제2 질량체를 포함하는 질량체부;
    상기 제1 질량체와 상기 제2 질량체를 지지하는 내부 프레임;
    상기 제1 질량체 및 제2 질량체를 상기 내부 프레임에 각각 연결하는 제1 가요부;
    상기 제1 질량체 및 제2 질량체를 상기 내부 프레임에 각각 연결하는 제2 가요부;
    상기 내부 프레임을 지지하는 외부 프레임;
    상기 내부 프레임과 상기 외부 프레임을 연결하는 제3 가요부; 및
    상기 내부 프레임과 상기 외부 프레임을 연결하는 제4 가요부를 포함하고,
    상기 제2 가요부는 상기 제1 질량체의 무게중심에 대응되도록 상기 제1 질량체에 연결되고, 상기 제2 질량체는 제2 가요부에 의해 편심되도록 상기 내부 프레임에 연결된 각속도 센서.
  38. 청구항 37에 있어서,
    상기 제1 일측 질량체 및 제1 타측 질량체는 일단부가 제2 가요부에 의해 각각 상기 내부 프레임에 연결되고, 서로 대향되는 타단부는 커플링 탄성부재에 의해 연결된 각속도 센서.
  39. 청구항 37에 있어서,
    상기 내부 프레임은 상기 제1 일측 질량체와 상기 제1 타측 질량체가 내재되는 제1 공간부와, 상기 제2 일측 질량체가 내재되는 제2 공간부와, 상기 제2 타측 질량체가 내재되는 제3 공간부가 형성된 각속도 센서.
  40. 청구항 39에 있어서,
    상기 제1 가요부는 일축 및 타축방향에 의해 형성된 면과, 상기 면의 직교방향으로 연장된 두께를 갖는 빔이고, 상기 제2 가요부는 일축방향으로 두께를 갖고 타축방향으로 면이 형성된 힌지인 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  41. 청구항 40에 있어서,
    상기 제1 가요부 또는 제2 가요부의 일면에는 선택적으로 제1 질량체 및 제2 질량체의 변위를 감지하는 감지수단이 구비된 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  42. 청구항 37에 있어서,
    상기 제3 가요부는 일축 및 타축방향에 의해 형성된 면과, 상기 면의 직교방향으로 연장된 두께를 갖는 빔이고, 상기 제4 가요부는 일축방향으로 두께를 갖고 타축방향으로 면이 형성된 힌지인 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  43. 청구항 42에 있어서,
    상기 제3 가요부 또는 제4 가요부의 일면에는 선택적으로 내부 프레임을 구동시키는 구동수단이 구비된 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
KR20130091936A 2013-08-02 2013-08-02 센서용 검출모듈 및 이를 구비하는 각속도 센서 KR101461332B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130091936A KR101461332B1 (ko) 2013-08-02 2013-08-02 센서용 검출모듈 및 이를 구비하는 각속도 센서
US14/066,293 US20150033850A1 (en) 2013-08-02 2013-10-29 Detection module for sensor and angular velocity sensor having the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130091936A KR101461332B1 (ko) 2013-08-02 2013-08-02 센서용 검출모듈 및 이를 구비하는 각속도 센서

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101461332B1 true KR101461332B1 (ko) 2014-11-13

Family

ID=52290277

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20130091936A KR101461332B1 (ko) 2013-08-02 2013-08-02 센서용 검출모듈 및 이를 구비하는 각속도 센서

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20150033850A1 (ko)
KR (1) KR101461332B1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9729254B1 (en) * 2016-03-18 2017-08-08 Samsung Electronics Co., Ltd Apparatus and method for providing east second order input intercept point calibration based on two tone testing
JP7071748B2 (ja) 2016-12-02 2022-05-19 クレキシオ バイオサイエンシーズ エルティーディー． 胃内滞留システム
JP7296084B2 (ja) 2017-12-04 2023-06-22 クレキシオ バイオサイエンシーズ エルティーディー． 長時間作用型胃滞留システム
EP3671116B1 (en) * 2018-12-19 2021-11-17 Murata Manufacturing Co., Ltd. Synchronized multi-axis gyroscope
EP3671118B1 (en) 2018-12-19 2021-08-25 Murata Manufacturing Co., Ltd. Vibration-robust multiaxis gyroscope

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0783667A (ja) * 1993-09-14 1995-03-28 Toshiba Corp 角速度センサ
JPH1089968A (ja) * 1996-09-12 1998-04-10 Murata Mfg Co Ltd 角速度センサ
JPH11351878A (ja) * 1998-06-10 1999-12-24 Japan Aviation Electronics Ind Ltd 振動型角速度センサ
JP2010169401A (ja) 2009-01-20 2010-08-05 Sony Corp 検出素子、微小電気機械装置および電子機器

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103245340B (zh) * 2012-02-01 2016-07-13 苏州敏芯微电子技术股份有限公司 一种单芯片三轴陀螺仪
KR101521702B1 (ko) * 2013-07-31 2015-05-19 삼성전기주식회사 각속도 센서
KR101454122B1 (ko) * 2013-07-31 2014-10-22 삼성전기주식회사 센서용 검출모듈 및 이를 구비하는 각속도 센서
KR101531093B1 (ko) * 2013-07-31 2015-06-23 삼성전기주식회사 가속도 센서 및 각속도 센서

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0783667A (ja) * 1993-09-14 1995-03-28 Toshiba Corp 角速度センサ
JPH1089968A (ja) * 1996-09-12 1998-04-10 Murata Mfg Co Ltd 角速度センサ
JPH11351878A (ja) * 1998-06-10 1999-12-24 Japan Aviation Electronics Ind Ltd 振動型角速度センサ
JP2010169401A (ja) 2009-01-20 2010-08-05 Sony Corp 検出素子、微小電気機械装置および電子機器

Also Published As

Publication number Publication date
US20150033850A1 (en) 2015-02-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101388814B1 (ko) 각속도 센서
KR101366990B1 (ko) 각속도 센서
US11313681B2 (en) Micromechanical detection structure of a MEMS multi-axis gyroscope, with reduced drifts of corresponding electrical parameters
KR101299731B1 (ko) 각속도 센서
KR101531093B1 (ko) 가속도 센서 및 각속도 센서
KR101461332B1 (ko) 센서용 검출모듈 및 이를 구비하는 각속도 센서
US20160363445A1 (en) Configuration to reduce non-linear motion
US20200096337A1 (en) Drive and sense balanced, fully-coupled 3-axis gyroscope
KR101454122B1 (ko) 센서용 검출모듈 및 이를 구비하는 각속도 센서
JP7028293B2 (ja) 低ノイズ多軸ｍｅｍｓ加速度計
KR101565684B1 (ko) Mems 센서용 검출모듈 및 이를 포함하는 mems 센서
KR101521702B1 (ko) 각속도 센서
KR101420534B1 (ko) 각속도 센서
KR101516076B1 (ko) 각속도 센서
KR101299729B1 (ko) 센서
KR101540162B1 (ko) 각속도 센서
KR101540154B1 (ko) 각속도 센서 및 그의 제조방법
KR102070229B1 (ko) 각속도 센서
CN117490671A (zh) 微机电三轴陀螺仪与电子设备

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee