KR102615134B1 - 공진형 mems 가속도계에서 보상된 가속도 출력을 제공하는 방법 - Google Patents
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Abstract
공진자를 포함하는 공진형 가속도계에서 보상된 가속도 출력을 제공하는 방법이 제공된다. 본 방법은, 상기 가속도계에 가속도를 가하지 않은 상태에서 상기 공진자의 제1 공진주파수를 결정하는 단계, 상기 공진자에 대한 환산 계수(scale factor)를 결정하는 단계, 상기 가속도계에 가속도를 가하고 이에 응답하여 상기 공진자의 제2 공진주파수를 결정하는 단계, 상기 제1 공진주파수 및 상기 제2 공진주파수를 이용하여 주파수 변화량을 결정하는 단계, 및 상기 제1 공진주파수, 상기 주파수 변화량 및 상기 환산 계수를 이용하여 보상된 가속도 출력을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
Description
아래의 개시는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 가속도계(accelerometer)에 관한 것이다.
MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 기술은 반도체 공정을 활용하여 미세 기계 구조물을 제작하고 이를 이용하는 여러 응용 분야를 말한다. 가속도계(accelerometer)는 입력되는 가속도 값을 측정하는 센서이다. MEMS 가속도계는 MEMS 기술로 제작된 가속도 센서로서 크게 변위 검출형과 공진형의 두가지로 분류될 수 있다. 변위 검출형의 가속도계는 가속도 입력으로 인한 내부 관성 질량체(proof mass)의 변위 변화를 감지하는 방식으로 작동된다. 다수의 설계에서 이 방식을 적용하여 가속도계를 제작한다. 그에 반해 공진형 가속도계는 관성 질량체에 달려있는 공진자(resonator)가 압축력(compression force) 또는 인장력(tensile force)을 받게 되면서 발생하는 공진주파수의 변화를 감지하여 관성 질량체에 가해진 가속도를 측정하는 가속도계이다. 공진형 가속도계는 일반적인 변위 검출형 가속도계에 비해서 안정된 바이어스 성능을 제공하고 넓은 동작범위를 가지므로 고성능의 전술급 및 항법급 성능을 만족시키는 형태의 MEMS 가속도계라 할 수 있다.
본 개시에 의해 해결하고자 하는 과제는 공진형 MEMS 가속도계의 비선형성을 보상하여 보상된 가속도 출력을 제공하는 기술을 제공하는 것이다.
본 개시에 의해 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 개시의 일 측면에 따르면, 공진자를 포함하는 공진형 가속도계에서 보상된 가속도 출력을 제공하는 방법이 제공된다. 본 방법은, 상기 가속도계에 가속도를 가하지 않은 상태에서 상기 공진자의 제1 공진주파수를 결정하는 단계, 상기 공진자에 대한 환산 계수(scale factor)를 결정하는 단계, 상기 가속도계에 가속도를 가하고 이에 응답하여 상기 공진자의 제2 공진주파수를 결정하는 단계, 상기 제1 공진주파수 및 상기 제2 공진주파수를 이용하여 주파수 변화량을 결정하는 단계, 및 상기 제1 공진주파수, 상기 주파수 변화량 및 상기 환산 계수를 이용하여 보상된 가속도 출력을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 가속도계에 가속도를 가하지 않은 상태에서 상기 공진자의 제1 공진주파수를 결정하는 단계는, 상기 가속도계를 0g으로 설정한 상태에서 상기 공진자의 전극들로부터 공진자 출력을 획득하고 상기 공진자 출력에 기초하여 제1 공진주파수를 결정하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 상기 공진자에 대한 환산 계수(scale factor)를 결정하는 단계는, 상기 가속도계를 1g으로 설정한 상태에서 상기 공진자의 전극들로부터 공진자 출력을 획득하고 상기 공진자 출력에 기초하여 제3 공진주파수를 결정하는 단계, 및 상기 제3 공진주파수와 상기 제1 공진주파수 간의 차이로서 상기 공진자에 대한 환산 계수를 결정하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 상기 공진자에 대한 환산 계수(scale factor)를 결정하는 단계는, 상기 가속도계를 1g으로 설정한 상태에서 상기 공진자의 전극들로부터 공진자 출력을 획득하고 상기 공진자 출력에 기초하여 제3 공진주파수를 결정하는 단계, 상기 가속도계를 -1g으로 설정한 상태에서 상기 공진자의 전극들로부터 공진자 출력을 획득하고 상기 공진자 출력에 기초하여 제4 공진주파수를 결정하는 단계, 및 상기 제3 공진주파수에서 상기 제4 공진주파수를 감산하여 2로 나눈 값으로서 상기 공진자에 대한 환산 계수를 결정하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 상기 가속도계에 가속도를 가하고 이에 응답하여 상기 공진자의 제2 공진주파수를 결정하는 단계는, 상기 가속도계에 가속도를 가한 상태에서 상기 공진자의 전극들로부터 공진자 출력을 획득하고 상기 공진자 출력에 기초하여 상기 제2 공진주파수를 결정하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 상기 제1 공진주파수 및 상기 제2 공진주파수를 이용하여 주파수 변화량을 결정하는 단계는, 상기 제2 공진주파수와 상기 제1 공진주파수 간의 차이로서 상기 주파수 변화량을 결정하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 상기 제1 공진주파수, 상기 주파수 변화량 및 상기 환산 계수를 이용하여 보상된 가속도 출력을 제공하는 단계는, 상기 제1 공진주파수, 상기 주파수 변화량 및 상기 환산 계수를 비선형 보상식에 대입하여 상기 보상된 가속도 출력을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 비선형 보상식은 주파수 변화량을 변수로 하는 함수이고 상기 변수에 관한 1차항 및 2차항을 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 상기 비선형 보상식은 아래의 수학식
에 의해 표현된다 - 여기서 a는 보상된 가속도 출력을 나타내고, 는 제1 공진주파수를 나타내고, 는 환산 계수를 나타내고, 는 주파수 변화량을 나타냄 -.
본 개시의 다른 측면에 따르면, 두개의 공진자들을 포함하는 공진형 가속도계에서 보상된 가속도 출력을 제공하는 방법이 제공된다. 본 방법은, 상기 가속도계에 가속도를 가하지 않은 상태에서 결정된 제1 공진자 및 제2 공진자의 제1 공진주파수들을 저장하는 단계, 상기 제1 공진자 및 상기 제2 공진자에 대한 환산 계수들을 저장하는 단계, 상기 가속도계에 가속도를 가하고 이에 응답하여 상기 제1 공진자 및 상기 제2 공진자의 제2 공진주파수들을 결정하는 단계, 상기 제1 공진자의 제1 공진주파수 및 상기 제1 공진자의 제2 공진주파수를 이용하여 상기 제1 공진자에 대한 주파수 변화량을 결정하는 단계, 상기 제2 공진자의 제1 공진주파수 및 상기 제2 공진자의 제2 공진주파수를 이용하여 상기 제2 공진자에 대한 주파수 변화량을 결정하는 단계, 상기 제1 공진자의 제1 공진주파수, 상기 제1 공진자에 대한 주파수 변화량 및 상기 제1 공진자에 대한 환산 계수를 이용하여 보상된 제1 가속도 출력을 제공하는 단계, 상기 제2 공진자의 제1 공진주파수, 상기 제2 공진자에 대한 주파수 변화량 및 상기 제2 공진자에 대한 환산 계수를 이용하여 보상된 제2 가속도 출력을 제공하는 단계, 및 상기 보상된 제1 가속도 출력 및 상기 보상된 제2 가속도 출력을 이용하여 보상된 최종 가속도 출력을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 제1 공진자의 제1 공진주파수, 상기 제1 공진자에 대한 주파수 변화량 및 상기 제1 공진자에 대한 환산 계수를 이용하여 보상된 제1 가속도 출력을 제공하는 단계는, 아래의 비선형 보상식
에 따라 상기 보상된 제1 가속도 출력을 제공하는 단계를 포함한다 - 여기서 a는 보상된 제1 가속도 출력을 나타내고, 는 제1 공진자의 제1 공진주파수를 나타내고, 는 제1 공진자에 대한 환산 계수를 나타내고, 는 제1 공진자에 대한 주파수 변화량을 나타냄 -.
몇몇 실시예들에서, 상기 제2 공진자의 제1 공진주파수, 상기 제2 공진자에 대한 주파수 변화량 및 상기 제2 공진자에 대한 환산 계수를 이용하여 보상된 제2 가속도 출력을 제공하는 단계는, 아래의 비선형 보상식
에 따라 상기 보상된 제2 가속도 출력을 제공하는 단계를 포함한다 - 여기서 a는 보상된 제2 가속도 출력을 나타내고, 는 제2 공진자의 제1 공진주파수를 나타내고, 는 제2 공진자에 대한 환산 계수를 나타내고, 는 제2 공진자에 대한 주파수 변화량을 나타냄 -.
몇몇 실시예들에서, 상기 보상된 제1 가속도 출력 및 상기 보상된 제2 가속도 출력을 이용하여 보상된 최종 가속도 출력을 제공하는 단계는, 상기 보상된 제1 가속도 출력의 절대값 및 상기 보상된 제2 가속도 출력의 절대값의 평균값으로서 상기 보상된 최종 가속도 출력을 제공하는 단계를 포함한다.
본 개시의 또 다른 측면에 따르면, 공진자를 포함하는 공진형 가속도계에서 보상된 가속도 출력을 제공하는 방법이 제공된다. 본 방법은, 상기 가속도계에 가속도를 가한 상태에서 상기 공진자의 공진주파수를 결정하는 단계, 상기 가속도계에 가속도를 가하지 않은 상태에서의 상기 공진자의 공진주파수 및 상기 결정된 상기 공진자의 공진주파수를 이용하여 주파수 변화량을 결정하는 단계, 및 상기 가속도계에 가속도를 가하지 않은 상태에서의 상기 공진자의 공진주파수, 상기 주파수 변화량 및 상기 공진자에 대한 환산 계수를 비선형 보상식에 대입하여 보상된 가속도 출력을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 비선형 보상식은 아래의 수학식
에 의해 표현된다 - 여기서 a는 보상된 가속도 출력을 나타내고, 는 상기 가속도계에 가속도를 가하지 않은 상태에서의 상기 공진자의 공진주파수를 나타내고, 는 상기 공진자에 대한 환산 계수를 나타내고, 는 주파수 변화량을 나타냄 -.
개시된 실시예들에 따르면 공진형 MEMS 가속도계의 비선형성을 보상하여 보상된 가속도 출력을 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
도 1은 본 개시에 따른 공진형 가속도계의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에서의 공진자의 구조를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 입력 가속도와 주파수 변화량과의 관계를 나타낸 그래프를 도시한 도면이다.
도 4는 공진자의 공진주파수와 환산 계수와의 관계를 나타낸 그래프를 도시한 도면이다.
도 5는 입력 가속도와 가속도 출력과의 관계를 나타낸 그래프를 도시한 도면이다.
도 6은 입력 가속도들에 따른 가속도 출력들에서의 오차들을 도시한 그래프이다.
도 7은 본 개시에 따라 공진형 MEMS 가속도계에서 보상된 가속도 출력을 제공하는 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도를 도시한 도면이다.
도 8은 본 개시에 따라 공진형 MEMS 가속도계에서 보상된 가속도 출력을 제공하는 방법의 다른 실시예를 설명하기 위한 흐름도를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에서의 공진자의 구조를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 입력 가속도와 주파수 변화량과의 관계를 나타낸 그래프를 도시한 도면이다.
도 4는 공진자의 공진주파수와 환산 계수와의 관계를 나타낸 그래프를 도시한 도면이다.
도 5는 입력 가속도와 가속도 출력과의 관계를 나타낸 그래프를 도시한 도면이다.
도 6은 입력 가속도들에 따른 가속도 출력들에서의 오차들을 도시한 그래프이다.
도 7은 본 개시에 따라 공진형 MEMS 가속도계에서 보상된 가속도 출력을 제공하는 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도를 도시한 도면이다.
도 8은 본 개시에 따라 공진형 MEMS 가속도계에서 보상된 가속도 출력을 제공하는 방법의 다른 실시예를 설명하기 위한 흐름도를 도시한 도면이다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 구현될 수 있다. 따라서, 실제 구현되는 형태는 개시된 특정 실시예로만 한정되는 것이 아니며, 본 개시의 범위는 실시예들로 설명한 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
"제1" 또는 "제2" 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, "제1 구성요소"는 "제2 구성요소"로 명명될 수 있고, 유사하게 "제2 구성요소"는 "제1 구성요소"로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 개시에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 개시에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 개시에 따른 공진형 가속도계의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2는 도 1에서의 공진자의 구조를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 공진형 가속도계(100)는 관성 질량체(proof mass)(110) 및 관성 질량체(110)에 서로 반대 방향으로 접속된 두개의 공진자들(resonators)(120, 130)을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서 관성 질량체(110)는 실리콘과 같은 재질로 제조될 수 있으나, 관성 질량체(110)를 제조하는 재질이 실리콘으로 제한되는 것이 아님을 인식하여야 한다. 몇몇 실시예들에 있어서, 공진자들(120, 130)의 각각은, 도 2에 도시된 바와 같이 안정된 공진 성능을 위하여 DETF(Double-ended Tuning Fork)의 형태로 설계된다. 몇몇 실시예들에서, 공진자들(120, 130)의 각각은 실리콘과 같은 재질로 제조될 수 있으나, 공진자(120, 130)를 제조하는 재질이 실리콘으로 제한되는 것이 아님을 인식하여야 한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 공진자(120)는 공진형 가속도계(100)에 힘이 가해질 때 관성 질량체(110)의 작용에 의해 힘을 받는 부분인 두개의 빔들(beams)(212, 214)을 포함할 수 있다. 두개의 빔들(212, 214)은 두개의 부재들(242, 244)에 의해 서로 이격되어 고정될 수 있다. 공진자(120)는 두개의 빔들(212, 214)에 각각 접합된 두개의 전극들(electrodes)(220, 230)을 더 포함할 수 있다. 도 2에서, t는 빔(212, 214)의 두께를 나타내고, L은 빔(212, 214)의 길이를 나타내고, w는 빔의 폭을 나타낸다.
공진형 가속도계(100)에 가속도가 가해지면, 공진형 가속도계(100)의 관성 질량체(110)에 달려 있는 공진자들(120, 130)이 압축력(compression force) 또는 인장력(tensile force)을 받게 된다. 예컨대, 공진형 가속도계(100)에 도 1에 도시된 바와 같은 방향으로 가속도가 가해지면, 제1 공진자(120)는 인장력을 받게 되고, 제2 공진자(130)는 압축력을 받게 된다. 공진자들(120, 130)의 각각이 인장력 또는 압축력을 받게 되면, 공진자들(120, 130)의 각각의 횡방향으로의 진동 패턴이 변하게 되고 이에 따라 공진자들(120, 130)의 각각의 공진주파수(resonant frequency)가 변하게 된다. 예컨대, 인장력을 받은 제1 공진자(120)는 그 공진주파수가 증가할 수 있고 압축력을 받은 제2 공진자(130)는 그 공진주파수가 감소할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 변화된 공진주파수는 두개의 전극들(220, 230) 간의 용량 변화(capacitance change)를 검출하고 이에 대해 신호 처리를 수행함으로써 결정될 수 있다. 이렇게 결정된 공진주파수(f)(공진형 가속도계(100)에 가속도가 가해진 상태에서 결정된 공진자(120, 130)의 공진주파수)와 공진형 가속도계(100)에 가속도가 가해지지 않은 상태에서의 공진자(120, 130)의 공진주파수() 간의 차이에 기반하여 공진형 가속도계(100)에 가해진 가속도를 추정할 수 있다. 실제의 공진형 가속도계에 있어서는 온도에 따라 공진자(120, 130)의 공진주파수가 변할 수 있고 이러한 온도에 따른 공진주파수의 변화와 같은 공통모드 오차 성분을 제거하기 위해 두 공진자들(120, 130)로부터 추정된 가속도 값들을 차분하여 최종 가속도 출력을 제공할 수 있다.
DETF 형태의 공진자의, 가속도가 가해지지 않은 상태에서의 공진주파수()는 아래의 수학식 1로 표현될 수 있다.
여기서, 은 빔(212, 214)의 유효 질량(effective mass)을 나타내고, 는 빔(212, 214)의 유효 강성(effective stiffness)을 나타내고, E는 빔(212, 214)의 물성에 의해 결정되는 영률(Young's modulus)을 나타내고, I는 관성모멘트(moment of Inertia)를 나타내고, L은 빔(212, 214)의 길이를 나타내고, w는 빔(212, 214)의 폭을 나타내고, t는 빔(212, 214)의 두께를 나타내고, 는 빔의 재질의 밀도(density)를 나타내고, s는 전극(220, 230)의 전체 넓이를 나타낸다.
수학식 1에서의 관성 모멘트 I는 아래의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
DETF 형태의 공진자(120, 130)에 가속도, 즉 외력이 인가될 때 변화한 주파수(f)는 아래의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
여기서 F는 인가된 외력을 나타내고, S는 외력이 인가되었을 때 인가된 외력이 어떻게 주파수로 환산되는 지를 결정하는 공진자의 강성(stiffness)을 나타낸다.
외력 F는 아래의 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
여기서 M은 관성 질량체의 질량을 나타내고, a는 외력에 의해 인가되는 입력 가속도를 나타낸다.
공진자의 강성(S)는 아래의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
DETF 형태의 공진자들(120, 130)에 외력(F)이 인가되는 경우 한 개의 공진자(120, 130)에 걸리는 외력은 F/2이므로, 주파수 변화량()은 아래의 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
위 수학식 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 주파수 변화량()은 입력 가속도(a)에 대해 선형이 아니다. 도 3에 입력 가속도와 주파수 변화량과의 관계를 나타낸 그래프를 도시하였다. 도 3에서, 실선은 위 수학식 6에 실제의 설계치 파라미터들을 대입하여 얻은 결과들을 나타내고, 점선은 주파수 변화량()이 선형적이라고 가정하였을 경우의 결과들을 나타낸다. 도 3에 도시된 실선으로부터, 입력 가속도(g)가 증가함에 따라 주파수 변화량()이 완전히 선형적으로 증가하지는 않는다는 것을 확인할 수 있다. 도 4에는 공진자의 공진주파수와 환산 계수와의 관계를 나타낸 그래프를 도시하였다. 도 4로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 주파수 변화량()과 입력 가속도(a)와의 비(ratio)를 나타내는 환산 계수(scale factor)( )는 공진자(120, 130)의 비선형적인 특성으로 인해 공진자의 공진주파수(f)가 커짐에 따라 작아진다. 이와 같이, 공진자(120, 130)의 비선형성은 가속도계(100)의 비선형성을 유발하게 된다. 뿐만 아니라, 가속도계(100)에 진동이 전달되어 공진자(120, 130)가 진동 시에 바이어스 오차(VRE: vibration rectification error)도 유발되게 된다. 공진자(120, 130)가 진동되는 진동 환경에서는 양과 음의 가속도가 정상분포(normal distribution)를 가지고 무작위로 입력되게 되는데, 주파수 비선형성에 의해 양의 방향 보다 음의 방향에서의 환산 계수 값들이 더 커지는 결과가 초래되게 되고 이에 따라 가속도계의 출력 바이어스가 한쪽으로 쳐지는 현상이 나타난다.
본 개시에 따르면 이러한 공진자(120, 130)의 비선형성을 보상하기 위한 방법이 제안된다. 가속도 출력을 제공하기 위해서는 추정된 주파수 변화량을 가속도 출력으로 환산하는 과정이 필요한데, 기존의 경우에는 주파수 변화량과 가속도 출력 간에 선형적인 관계를 가정한 바탕위에서 환산이 이루어졌으나, 본 개시에 있어서는 공진자(120, 130)의 비선형성을 보상하는 간략한 2차 함수 형태의 비선형 보상식이 유도되고 이를 이용하여 환산이 이루어진다.
먼저, 가속도계(100)에 가속도(a)를 인가 시에 공진자(120, 130)의 공진주파수(f)는 아래의 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.
여기서, 변수 를 아래의 수학식 8과 같이 정의하면 아래의 수학식 9 내지 수학식 11을 얻을 수 있다.
이 경우, 만일 외력이 가해지지 않은, 입력 가속도가 0인 환경에서의 환산 계수()를 아래의 수학식 12와 같이 정의한다면, 주파수 변화량()은 가속도가 가해지지 않은 상태에서의 공진주파수()에 비해 매우 작은 값이기 때문에 아래의 수학식 13과 같이 제곱항이 0이라 가정할 수 있고, 따라서 위 수학식 11을 아래의 수학식 14와 같이 간략화할 수 있다.
위 수학식 11에 위 수학식 14를 적용하면 가속도 출력(a)와 주파수 변화량() 간의 간략화된 2차 함수식을 아래의 수학식 15와 같이 얻을 수 있다. 수학식 15의 비선형 보상식은 주파수 변화량()을 변수로 하는 함수이고 이러한 변수()에 관한 1차항 및 2차항을 포함할 수 있다.
여기서 는 가속도계(100)에 가속도가 가해지지 않은 상태에서의 공진자(120, 130)의 공진주파수로서, 가속도계(100)를 0g으로 설정한 상태에서 결정된 공진자(120, 130)의 공진주파수일 수 있고, 는 0g에서의 환산 계수 값을 나타낸다.
도 5는 입력 가속도와 가속도 출력과의 관계를 나타낸 그래프를 도시한 도면이다. 도 5에서, 직선은 본 개시에 따른 비선형 보상식을 이용하여 공진자의 비선형성을 보상한 가속도 출력을 나타내고, 점선은 선형 모델에 기반하여 얻어진 가속도 출력을 나타낸다. 도 6은 입력 가속도들에 따른 가속도 출력들에서의 오차들을 도시한 그래프이다. 도 6에서, 실선은 본 개시에 따른 비선형 보상식을 이용한 바탕위에서 얻은 결과들을 나타내고, 점선은 선형 모델에 기반하여 얻어진 결과들을 나타낸다. 도 5로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 본 개시에 따른 비선형 보상식을 이용하여 공진자의 비선형성을 보상한 가속도 출력은 공진자(120, 130)의 DETF 모델링에 기반한 위 수학식 7에 의해 얻은 결과와 거의 일치한다. 그러나 선형 모델에 기반하여 얻어진 결과는 원점 근처에서는 위 수학식 7에 의해 얻은 결과와 유사하지만 입력 가속도가 커지는 경우에는 점점 더 큰 오차를 나타내는 것을 알 수 있다.
도 7은 본 개시에 따라 공진형 MEMS 가속도계에서 보상된 가속도 출력을 제공하는 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도를 도시한 도면이다.
본 방법은 공진형 MEMS 가속도계에 전원을 인가한 후 가속도계를 안정화시키는 단계로부터 시작된다(단계(S705)). 가속도계의 출력은 전원을 인가한 후 초기에 많이 변화하기 때문에 정확한 측정을 위해서는 안정화 시간이 필요하다. 일 실시예에서, 가속도계에 전원을 인가한 후 약 2분간의 안정화 시간을 갖는다. 단계(S710)에서는, 공진형 MEMS 가속도계에 가속도를 가하지 않은 상태에서 가속도계에 포함된 두개의 공진자들 중 어느 한 공진자의 제1 공진주파수를 결정한다. 본 단계에서는, 가속도계를 0g으로 설정한 상태에서 공진자의 전극들로부터 공진자 출력을 획득하고 공진자 출력에 대해 신호 처리를 수행함으로써 제1 공진주파수를 결정할 수 있다. 일 실시예에서, 약 2분간 공진자 출력들을 측정하고 이 측정치들을 평균한 값을 공진자 출력으로 취함으로써 노이즈의 영향을 줄일 수 있다. 단계(S715)에서는 공진자에 대한 환산 계수(scale factor)를 결정한다. 일 실시예에서, 공진자에 대한 환산 계수는 제1 공진주파수 및 가속도계를 1g으로 설정한 상태에서 획득한 제3 공진주파수를 이용하여 결정될 수 있다. 이 실시예에서는, 가속도계를 1g으로 설정한 상태에서 공진자의 전극들로부터 공진자 출력을 획득하고 공진자 출력에 대해 신호 처리를 수행함으로써 제3 공진주파수를 결정하고, 제3 공진주파수와 제1 공진주파수 간의 차이로서 공진자에 대한 환산 계수를 결정할 수 있다. 일 실시예에서, 제3 공진주파수도 약 2분간 측정한 공진자 출력들을 평균한 값을 바탕으로 결정될 수 있다. 일 실시예에서, 공진자에 대한 환산계수는 가속도계를 1g으로 설정한 상태에서 획득한 제3 공진주파수 및 가속도계를 -1g으로 설정한 상태에서 획득한 제4 공진주파수를 이용하여 결정될 수 있다. 이 실시예에서는, 가속도계를 1g으로 설정한 상태에서 공진자의 전극들로부터 공진자 출력을 획득하고 공진자 출력에 대해 신호 처리를 수행함으로써 제3 공진주파수를 결정하고, 가속도계를 -1g으로 설정한 상태에서 공진자의 전극들로부터 공진자 출력을 획득하고 공진자 출력에 대해 신호 처리를 수행함으로써 제4 공진주파수를 결정하고, 제3 공진주파수에서 제4 공진주파수를 감산하여 2로 나눈 값으로서 공진자에 대한 환산 계수를 결정할 수 있다. 일 실시예에서, 제3 공진주파수 및 제4 공진주파수도 약 2분간 측정한 공진자 출력들을 평균한 값을 바탕으로 결정될 수 있다. 공진자에 대한 환산 계수를 결정하는 방식이 전술한 바에 한정되는 것이 아님을 본 기술 분야에 숙련된 자들은 이해할 것이다. 가속도계에 임의의 가속도들을 가한 상태에서 획득한 공진주파수들을 이용하여 공진자에 대한 환산 계수를 결정할 수 있을 것이다. 전술한 단계(S710) 및 단계(S715)는 가속도계를 제작/평가하면서 수행될 수 있는 단계들이므로, 공진자의 제1 공진주파수 및 공진자에 대한 환산 계수는 미리 결정되어 가속도계에 저장되는 값들일 수 있다. 따라서, 몇몇 구현예들에 있어서는, 전술한 단계(S705) 내지 단계(S715)는 생략될 수 있다.
단계(S720)에서는, 가속도계에 가속도를 가하고 이에 응답하여 공진자의 제2 공진주파수를 결정한다. 본 단계에서는, 가속도계에 힘을 가한 상태에서 공진자의 전극들로부터 공진자 출력을 획득하고 공진자 출력에 대해 신호 처리를 수행함으로써 제2 공진주파수를 결정할 수 있다. 단계(S725)에서는, 제1 공진주파수 및 제2 공진주파수를 이용하여 주파수 변화량을 결정한다. 본 단계에서는, 제2 공진주파수와 제1 공진주파수 간의 차이로서 주파수 변화량을 결정할 수 있다. 단계(S730)에서는, 제1 공진주파수, 주파수 변화량 및 환산 계수를 이용하여 보상된 가속도 출력을 제공한다. 본 단계에서는, 제1 공진주파수, 주파수 변화량 및 환산 계수를 비선형 보상식에 대입하여 보상된 가속도 출력을 제공할 수 있다. 여기서, 비선형 보상식은 주파수 변화량을 변수로 하는 함수이고 이러한 변수에 관한 1차항 및 2차항을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 비선형 보상식은 아래의 수학식 16으로 표현될 수 있다.
여기서 a는 보상된 가속도 출력을 나타내고, 는 제1 공진주파수를 나타내고, 는 환산 계수를 나타내고, 는 주파수 변화량을 나타낸다.
도 8은 본 개시에 따라 공진형 MEMS 가속도계에서 보상된 가속도 출력을 제공하는 방법의 다른 실시예를 설명하기 위한 흐름도를 도시한 도면이다.
도 8의 실시예와 도 7의 실시예가 다른 점은, 도 7의 실시예의 경우는 가속도계에 포함된 두개의 공진자들 중 어느 하나의 공진자를 이용하여 보상된 가속도 출력을 제공하는 한편, 도 8의 실시예의 경우는 가속도계에 포함된 두개의 공진자들 모두를 이용하여 보상된 가속도 출력을 제공한다는 점이다. 도 8의 실시예의 경우 공진자들의 온도에 따른 주파수 변화와 같은 공통모드 오차성분을 제거할 수 있다는 이점이 있다.
본 방법은 공진형 MEMS 가속도계에 전원을 인가한 후 가속도계를 안정화시키는 단계로부터 시작된다(단계(S805)). 전술한 바와 같이, 가속도계의 출력은 전원을 인가한 후 초기에 많이 변화하기 때문에 정확한 측정을 위해서는 안정화 시간이 필요하다. 일 실시예에서, 가속도계에 전원을 인가한 후 약 2분간의 안정화 시간을 갖는다. 단계(S810)에서는, 공진형 MEMS 가속도계에 가속도를 가하지 않은 상태에서 가속도계에 포함된 제1 공진자 및 제2 공진자의 제1 공진주파수들을 결정한다. 본 단계에서는, 가속도계를 0g으로 설정한 상태에서 제1 공진자 및 제2 공진자의 전극들로부터 공진자 출력들을 획득하고 이 공진자 출력들에 대해 신호 처리를 수행함으로써 제1 공진주파수들을 결정할 수 있다. 일 실시예에서, 약 2분간 공진자 출력들을 측정하고 이 측정치들을 평균한 값을 공진자 출력으로 취함으로써 노이즈의 영향을 줄일 수 있다. 단계(S815)에서는 제1 공진자 및 제2 공진자에 대한 환산 계수들을 결정한다. 일 실시예에서, 공진자에 대한 환산 계수는 제1 공진주파수 및 가속도계를 1g으로 설정한 상태에서 획득한 제3 공진주파수를 이용하여 결정될 수 있다. 이 실시예에서는, 가속도계를 1g으로 설정한 상태에서 공진자의 전극들로부터 공진자 출력을 획득하고 공진자 출력에 대해 신호 처리를 수행함으로써 제3 공진주파수를 결정하고, 제3 공진주파수와 제1 공진주파수 간의 차이로서 공진자에 대한 환산 계수를 결정할 수 있다. 일 실시예에서, 제3 공진주파수도 약 2분간 측정한 공진자 출력들을 평균한 값을 바탕으로 결정될 수 있다. 일 실시예에서, 공진자에 대한 환산계수는 가속도계를 1g으로 설정한 상태에서 획득한 제3 공진주파수 및 가속도계를 -1g으로 설정한 상태에서 획득한 제4 공진주파수를 이용하여 결정될 수 있다. 이 실시예에서는, 가속도계를 1g으로 설정한 상태에서 공진자의 전극들로부터 공진자 출력을 획득하고 공진자 출력에 대해 신호 처리를 수행함으로써 제3 공진주파수를 결정하고, 가속도계를 -1g으로 설정한 상태에서 공진자의 전극들로부터 공진자 출력을 획득하고 공진자 출력에 대해 신호 처리를 수행함으로써 제4 공진주파수를 결정하고, 제3 공진주파수에서 제4 공진주파수를 감산하여 2로 나눈 값으로서 공진자에 대한 환산 계수를 결정할 수 있다. 일 실시예에서, 제3 공진주파수 및 제4 공진주파수도 약 2분간 측정한 공진자 출력들을 평균한 값을 바탕으로 결정될 수 있다. 전술한 바와 같이, 공진자에 대한 환산 계수를 결정하는 방식이 전술한 바에 한정되는 것이 아님을 본 기술 분야에 숙련된 자들은 이해할 것이다. 가속도계에 임의의 가속도들을 가한 상태에서 획득한 공진주파수들을 이용하여 공진자에 대한 환산 계수를 결정할 수 있을 것이다. 전술한 단계(S810) 및 단계(S815)는 가속도계를 제작/평가하면서 수행될 수 있는 단계들이므로, 제1 공진자 및 제2 공진자의 제1 공진주파수들 및 제1 공진자 및 제2 공진자에 대한 환산 계수들은 미리 결정되어 가속도계에 저장되는 값들일 수 있다. 따라서, 몇몇 구현예들에 있어서는, 전술한 단계(S805) 내지 단계(S815)는 생략될 수 있다.
단계(S820)에서는, 가속도계에 가속도를 가하고 이에 응답하여 제1 공진자 및 제2 공진자의 제2 공진주파수들을 결정한다. 본 단계에서는, 가속도계에 힘을 가한 상태에서 제1 공진자 및 제2 공진자의 전극들로부터 공진자 출력들을 획득하고 공진자 출력들에 대해 신호 처리를 수행함으로써 제2 공진주파수들을 결정할 수 있다. 단계(S825)에서는, 제1 공진자의 제1 공진주파수 및 제1 공진자의 제2 공진주파수를 이용하여 제1 공진자에 대한 주파수 변화량을 결정한다. 본 단계에서는, 제1 공진자의 제2 공진주파수와 제1 공진자의 제1 공진주파수 간의 차이로서 제1 공진자에 대한 주파수 변화량을 결정할 수 있다. 단계(S830)에서는, 제2 공진자의 제1 공진주파수 및 제2 공진자의 제2 공진주파수를 이용하여 제2 공진자에 대한 주파수 변화량을 결정한다. 본 단계에서는, 제2 공진자의 제2 공진주파수와 제2 공진자의 제1 공진주파수 간의 차이로서 제2 공진자에 대한 주파수 변화량을 결정할 수 있다. 단계(S835)에서는, 제1 공진자의 제1 공진주파수, 제1 공진자에 대한 주파수 변화량 및 제1 공진자에 대한 환산 계수를 이용하여 보상된 제1 가속도 출력을 제공한다. 본 단계에서는, 제1 공진자의 제1 공진주파수, 제1 공진자에 대한 주파수 변화량 및 제1 공진자에 대한 환산 계수를 위 수학식 16에 의해 표현되는 비선형 보상식에 대입하여 보상된 제1 가속도 출력을 제공할 수 있다. 이 경우, 수학식 16에 있어서 a는 보상된 제1 가속도 출력을 나타내고, 는 제1 공진자의 제1 공진주파수를 나타내고, 는 제1 공진자에 대한 환산 계수를 나타내고, 는 제1 공진자에 대한 주파수 변화량을 나타낸다. 단계(S840)에서는, 제2 공진자의 제1 공진주파수, 제2 공진자에 대한 주파수 변화량 및 제2 공진자에 대한 환산 계수를 이용하여 보상된 제2 가속도 출력을 제공한다. 본 단계에서는, 제2 공진자의 제2 공진주파수, 제2 공진자에 대한 주파수 변화량 및 제2 공진자에 대한 환산 계수를 위 수학식 16에 의해 표현되는 비선형 보상식에 대입하여 보상된 제2 가속도 출력을 제공할 수 있다. 이 경우, 수학식 16에 있어서 a는 보상된 제2 가속도 출력을 나타내고, 는 제2 공진자의 제1 공진주파수를 나타내고, 는 제2 공진자에 대한 환산 계수를 나타내고, 는 제2 공진자에 대한 주파수 변화량을 나타낸다. 가속도계에서 두개의 공진자가 관성 질량체(proof mass)를 중심으로 서로 반대 방향으로 위치하고 있으므로 보상된 제2 가속도 출력은 보상된 제1 가속도 출력과 반대 부호의 값을 가진다. 단계(S845)에서는, 보상된 제1 가속도 출력 및 보상된 제2 가속도 출력을 이용하여 보상된 최종 가속도 출력을 제공한다. 일 구현예에서, 보상된 제1 가속도 출력의 절대값 및 보상된 제2 가속도 출력의 절대값의 평균값을 보상된 최종 가속도 출력으로서 결정한다. 다른 구현예에서, 보상된 제1 가속도 출력 및 보상된 제2 가속도 출력 중 양의 값을 갖는 보상된 가속도 출력에서 음의 값을 갖는 보상된 가속도 출력을 감산하여 2로 나눈 값을 보상된 최종 가속도 출력으로서 결정한다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 컨트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있으며 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
위에서 설명한 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 또는 복수의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100: 가속도계
120, 130: 공진자
212, 214: 빔
220, 230: 전극
242, 244: 부재
120, 130: 공진자
212, 214: 빔
220, 230: 전극
242, 244: 부재
Claims (15)
- 공진자를 포함하는 공진형 가속도계에서 보상된 가속도 출력을 제공하는 방법으로서,
상기 가속도계에 가속도를 가하지 않은 상태에서 상기 공진자의 제1 공진주파수를 결정하는 단계,
상기 공진자에 대한 환산 계수(scale factor)를 결정하는 단계,
상기 가속도계에 가속도를 가하고 이에 응답하여 상기 공진자의 제2 공진주파수를 결정하는 단계,
상기 제1 공진주파수 및 상기 제2 공진주파수를 이용하여 주파수 변화량을 결정하는 단계, 및
상기 제1 공진주파수, 상기 주파수 변화량 및 상기 환산 계수를 이용하여 보상된 가속도 출력을 제공하는 단계를 포함하고,
상기 제1 공진주파수, 상기 주파수 변화량 및 상기 환산 계수를 이용하여 보상된 가속도 출력을 제공하는 단계는,
상기 제1 공진주파수, 상기 주파수 변화량 및 상기 환산 계수를 비선형 보상식에 대입하여 상기 보상된 가속도 출력을 제공하는 단계를 포함하고,
상기 비선형 보상식은 주파수 변화량을 변수로 하는 함수이고 상기 변수에 관한 1차항 및 2차항을 포함하고,
상기 비선형 보상식은 아래의 수학식에 의해 표현되는
- 여기서 a는 보상된 가속도 출력을 나타내고, 는 제1 공진주파수를 나타내고, 는 환산 계수를 나타내고, 는 주파수 변화량을 나타냄 -, 보상된 가속도 출력 제공 방법. - 제1항에 있어서,
상기 가속도계에 가속도를 가하지 않은 상태에서 상기 공진자의 제1 공진주파수를 결정하는 단계는,
상기 가속도계를 0g으로 설정한 상태에서 상기 공진자의 전극들로부터 공진자 출력을 획득하고 상기 공진자 출력에 기초하여 제1 공진주파수를 결정하는 단계를 포함하는, 보상된 가속도 출력 제공 방법. - 제1항에 있어서,
상기 공진자에 대한 환산 계수(scale factor)를 결정하는 단계는,
상기 가속도계를 1g으로 설정한 상태에서 상기 공진자의 전극들로부터 공진자 출력을 획득하고 상기 공진자 출력에 기초하여 제3 공진주파수를 결정하는 단계, 및
상기 제3 공진주파수와 상기 제1 공진주파수 간의 차이로서 상기 공진자에 대한 환산 계수를 결정하는 단계를 포함하는, 보상된 가속도 출력 제공 방법. - 제1항에 있어서,
상기 공진자에 대한 환산 계수(scale factor)를 결정하는 단계는,
상기 가속도계를 1g으로 설정한 상태에서 상기 공진자의 전극들로부터 공진자 출력을 획득하고 상기 공진자 출력에 기초하여 제3 공진주파수를 결정하는 단계,
상기 가속도계를 -1g으로 설정한 상태에서 상기 공진자의 전극들로부터 공진자 출력을 획득하고 상기 공진자 출력에 기초하여 제4 공진주파수를 결정하는 단계, 및
상기 제3 공진주파수에서 상기 제4 공진주파수를 감산하여 2로 나눈 값으로서 상기 공진자에 대한 환산 계수를 결정하는 단계를 포함하는, 보상된 가속도 출력 제공 방법. - 제1항에 있어서,
상기 가속도계에 가속도를 가하고 이에 응답하여 상기 공진자의 제2 공진주파수를 결정하는 단계는,
상기 가속도계에 가속도를 가한 상태에서 상기 공진자의 전극들로부터 공진자 출력을 획득하고 상기 공진자 출력에 기초하여 상기 제2 공진주파수를 결정하는 단계를 포함하는, 보상된 가속도 출력 제공 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 공진주파수 및 상기 제2 공진주파수를 이용하여 주파수 변화량을 결정하는 단계는,
상기 제2 공진주파수와 상기 제1 공진주파수 간의 차이로서 상기 주파수 변화량을 결정하는 단계를 포함하는, 보상된 가속도 출력 제공 방법. - 삭제
- 삭제
- 두개의 공진자들을 포함하는 공진형 가속도계에서 보상된 가속도 출력을 제공하는 방법으로서,
상기 가속도계에 가속도를 가하지 않은 상태에서 결정된 제1 공진자 및 제2 공진자의 제1 공진주파수들을 저장하는 단계,
상기 제1 공진자 및 상기 제2 공진자에 대한 환산 계수들을 저장하는 단계,
상기 가속도계에 가속도를 가하고 이에 응답하여 상기 제1 공진자 및 상기 제2 공진자의 제2 공진주파수들을 결정하는 단계,
상기 제1 공진자의 제1 공진주파수 및 상기 제1 공진자의 제2 공진주파수를 이용하여 상기 제1 공진자에 대한 주파수 변화량을 결정하는 단계,
상기 제2 공진자의 제1 공진주파수 및 상기 제2 공진자의 제2 공진주파수를 이용하여 상기 제2 공진자에 대한 주파수 변화량을 결정하는 단계,
상기 제1 공진자의 제1 공진주파수, 상기 제1 공진자에 대한 주파수 변화량 및 상기 제1 공진자에 대한 환산 계수를 이용하여 보상된 제1 가속도 출력을 제공하는 단계,
상기 제2 공진자의 제1 공진주파수, 상기 제2 공진자에 대한 주파수 변화량 및 상기 제2 공진자에 대한 환산 계수를 이용하여 보상된 제2 가속도 출력을 제공하는 단계, 및
상기 보상된 제1 가속도 출력 및 상기 보상된 제2 가속도 출력을 이용하여 보상된 최종 가속도 출력을 제공하는 단계를 포함하고,
상기 제1 공진자의 제1 공진주파수, 상기 제1 공진자에 대한 주파수 변화량 및 상기 제1 공진자에 대한 환산 계수를 이용하여 보상된 제1 가속도 출력을 제공하는 단계는,
아래의 비선형 보상식에 따라 상기 보상된 제1 가속도 출력을 제공하는 단계를 포함하고
- 여기서 a는 보상된 제1 가속도 출력을 나타내고, 는 제1 공진자의 제1 공진주파수를 나타내고, 는 제1 공진자에 대한 환산 계수를 나타내고, 는 제1 공진자에 대한 주파수 변화량을 나타냄 -,
상기 제2 공진자의 제1 공진주파수, 상기 제2 공진자에 대한 주파수 변화량 및 상기 제2 공진자에 대한 환산 계수를 이용하여 보상된 제2 가속도 출력을 제공하는 단계는,
아래의 비선형 보상식에 따라 상기 보상된 제2 가속도 출력을 제공하는 단계를 포함하는
- 여기서 a는 보상된 제2 가속도 출력을 나타내고, 는 제2 공진자의 제1 공진주파수를 나타내고, 는 제2 공진자에 대한 환산 계수를 나타내고, 는 제2 공진자에 대한 주파수 변화량을 나타냄 -, 보상된 가속도 출력 제공 방법. - 삭제
- 삭제
- 제9항에 있어서,
상기 보상된 제1 가속도 출력 및 상기 보상된 제2 가속도 출력을 이용하여 보상된 최종 가속도 출력을 제공하는 단계는,
상기 보상된 제1 가속도 출력의 절대값 및 상기 보상된 제2 가속도 출력의 절대값의 평균값으로서 상기 보상된 최종 가속도 출력을 제공하는 단계를 포함하는, 보상된 가속도 출력 제공 방법. - 공진자를 포함하는 공진형 가속도계에서 보상된 가속도 출력을 제공하는 방법으로서,
상기 가속도계에 가속도를 가한 상태에서 상기 공진자의 공진주파수를 결정하는 단계,
상기 가속도계에 가속도를 가하지 않은 상태에서의 상기 공진자의 공진주파수 및 상기 결정된 상기 공진자의 공진주파수를 이용하여 주파수 변화량을 결정하는 단계, 및
상기 가속도계에 가속도를 가하지 않은 상태에서의 상기 공진자의 공진주파수, 상기 주파수 변화량 및 상기 공진자에 대한 환산 계수를 비선형 보상식에 대입하여 보상된 가속도 출력을 제공하는 단계를 포함하고,
상기 비선형 보상식은 아래의 수학식에 의해 표현되는
- 여기서 a는 보상된 가속도 출력을 나타내고, 는 상기 가속도계에 가속도를 가하지 않은 상태에서의 상기 공진자의 공진주파수를 나타내고, 는 상기 공진자에 대한 환산 계수를 나타내고, 는 주파수 변화량을 나타냄 -, 보상된 가속도 출력 제공 방법. - 삭제
- 제1항 내지 제6항, 제9항, 제12항 및 제13항의 방법 중 어느 하나의 방법을 실행하기 위한, 컴퓨터 판독가능 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
Priority Applications (2)
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| KR1020220100098A KR102615134B1 (ko) | 2022-08-10 | 2022-08-10 | 공진형 mems 가속도계에서 보상된 가속도 출력을 제공하는 방법 |
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| KR1020220100098A KR102615134B1 (ko) | 2022-08-10 | 2022-08-10 | 공진형 mems 가속도계에서 보상된 가속도 출력을 제공하는 방법 |
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| Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220100098A KR102615134B1 (ko) | 2022-08-10 | 2022-08-10 | 공진형 mems 가속도계에서 보상된 가속도 출력을 제공하는 방법 |
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2022
- 2022-08-10 KR KR1020220100098A patent/KR102615134B1/ko active IP Right Grant
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2023
- 2023-05-03 WO PCT/KR2023/005999 patent/WO2024034781A1/ko unknown
Patent Citations (2)
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| KR20040050399A (ko) * | 2002-12-10 | 2004-06-16 | 삼성전기주식회사 | 자기 및 가속도 동시 검출 방법 및 장치 |
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| Title |
|---|
| 고배율 값을 갖는 공진형 정밀 마이크로 가속도 센서의 설계 1부.* * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| WO2024034781A1 (ko) | 2024-02-15 |
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