KR20050023295A - 진동 자이로스코프를 구비하는 회전율 감지 센서 - Google Patents

Abstract

본원발명은 제어루프 중 하나 이상의 일부인 진동 자이로스코프를 구비하며, 상기 제어루프는 진동 자이로스코프의 고유주파수에서 여기 신호를 공급함으로써 진동 자이로스코프를 여기시키며, 상기 자이로스코프가 출력신호를 제공하여 이 출력신호로부터 노이즈가 섞인 회전율 신호가 추출되는, 회전율 감지 센서에 관한 것으로서, 상기 노이즈가 섞인 회전율 신호가 대역폭이 제어가능한 저역 통과 필터(11)의 입력 및 대역 통과 필터(12)의 입력으로 공급되고, 상기 대역 통과 필터(12)의 출력이 문턱값 회로(13)를 통하여 상기 저역 통과 필터(11)의 제여 입력에 연결되는 것을 특징으로 하고 있다.

Description

진동 자이로스코프를 구비하는 회전율 감지 센서 {ROTATION RATE SENSOR WITH A VIBRATIONAL GYROSCOPE}

본원발명은 제어루프 중 하나 이상의 일부인 진동 자이로스코프(vibrational gyroscope)를 구비하며, 상기 제어루프는 진동 자이로스코프의 고유주파수에서 여기 신호를 공급함으로써 진동 자이로스코프를 여기시키며, 상기 자이로스코프가 출력신호를 제공하여 이 출력신호로부터 노이즈(noise)가 섞인 회전율 신호가 추출되는 회전율 감지 센서에 관한 것이다.

진동 자이로스코프를 구비하는 회전율 감지 센서에서, 코리올리의 힘에 의하여 발생되어 회전율을 지시하는 출력 신호에는 노이즈가 섞여있는데, 이는 후속되는 평가과정에 불리하게 작용한다. 따라서 본원발명의 목적은 이러한 회전율 신호에서 노이즈를 가능한 한 제거하는데 있다.

이러한 목적은, 본원발명에 따라, 노이즈가 섞인 회전율 신호가 제어가능한 대역폭을 갖는 저역 통과 필터 및 대역 통과 필터의 입력으로 공급되므로써, 또한 대역 통과 필터의 출력이 문턱값 회로(threshold value circuit)를 통해 저역 통과 필터의 제어 입력으로 연결되므로써 달성된다. 대역 통과 필터는 문턱값 회로가 오직 회전율 신호의 변화에만 응답하도록 한다. 또한 문턱값 회로의 입력에서의 노이즈 성분은 상류에 연결되어 있는 대역 통과 필터에 의해 감소된다.

도 1은 필터를 구비하는 회전율 감지 센서의 블럭 다이어그램을 도시한다.

도 2는 필터의 상세도를 도시한다.

본원발명에 따른 회전율 감지 센서에 있어서는, 일정하거나 또는 천천히 변경되는 회전율 신호에 있어서의 노이즈는 저역 통과 필터에 의해 대부분 억제된다. 그러나, 회전율 신호가 좀 더 빠르게 변화하게 되면, 저역 통과 필터의 대역 한계가 증가하게 되는데, 이는 상응하는 노이즈 성분이 짧은 간격으로 포함되는 채로 빠른 변화 또한 통과한다는 것을 의미한다.

바람직하게, 본원발명에 따른 회전율 감지 센서에서는 문턱값 회로와 저역 통과 필터의 제어 입력 사이에 대역 선택기(band selector)가 배치되도록 하고 있는데, 이러한 대역 선택기는 문턱값 회로로부터의 출력신호의 전이에 뒤이어 저역 통과 필터의 제어 입력에 공급되는 신호의 점차적인 전이를 발생시킨다. 전이시간은 양 방향으로 조절될 수 있는데, 즉 저역 통과 필터에 대한 저 대역폭에서부터 고 대역폭으로, 또는 그 반대로 조절될 수 있다. 이는 저역 통과 필터의 갑작스런 전환으로 인한 회전율 신호의 간섭을 방지한다.

본원발명에 따른 회전율 감지 센서의 유리한 실시예에서 대역 통과 필터는, 대역폭이 최소한으로 설정된 저역 통과 필터에 의해 통과된 변화보다 빠르고 최대한으로는 진동 자이로스코프의 회전에 의해 야기된 가장 빠른 변화만큼 빠른, 회전율 신호에서의 변화를 통과시킨다. 이로써 필요에 따라 저역 통과 필터의 대역폭이 증가될 수 있으나, 높은 주파수의 노이즈는 저역 통과 필터의 제어에 영향을 미치지 않게 된다.

저역 통과 필터가 회전율 신호의 양성 또는 음성 변화 모두에 대해 적절하게 작동할 수 있도록 하기 위하여, 또 다른 유리한 실시예에서는, 대역 통과 필터의 출력 신호의 절대값이 소정의 문턱값보다 작을 때에는 문턱값 회로의 출력신호가 제 1 수준을 취하도록, 또한 제 2 수준을 취하도록 한다.

예를 들어 회전율 측정범위나 신호 대 노이즈 비와 같이, 회전율 감지 센서에 대한 요구는 장치에 따라 다르게 된다. 그러므로, 본원발명의 일 실시예에서는, 대역 통과 필터의 대역 범위 및 문턱값 회로의 문턱값은 프로그램이 가능하다. 이와 관련하여, 저역 통과 필터의 조절 범위의 경계와 최저 한계로부터 최고 한계로의 전이 시간 및 최고 대역폭으로부터 최저 대역폭으로의 전이시간 역시 프로그램 가능하다.

본원발명에서는 다양한 실시예가 가능하다. 이러한 실시예들 중 하나가 도면에 도시되어 있으며, 이하에서 설명되고 있다.

비록 예시적인 실시예 및 그 부품들이 블럭 다이어그램으로 도시되어 있지만, 이는 본원발명에 따른 구성이 블럭들에 상응하는 각각의 회로를 사용하여 실행되는 것으로 제한되는 것을 의미하는 것은 아니다. 오히려 본원발명에 따른 구성은, 예를 들어 디지털 시그널 프로세싱(digital signal processing)과 같이 규모가 큰 집적회로를 사용하여 특히 유리하게 실행될 수 있다. 또한, 적절한 프로그램을 구비하여 블럭 다이어그램에 도시된 처리 단계를 실행하는 마이크로 프로세서를 사용하는 것도 가능하다.

도 1에는 제 1 여기신호(excitation signal)(PD) 및 제 2 여기신호(SD)를 위한 2개의 입력(2,3)을 갖는 진동 자이로스코프(vibrational gyroscope)를 구비하는 구성의 블럭 다이어그램을 도시하고 있다. 상기 여기(excitation)는, 예를 들어 전자기 트랜스듀서와 같은 적절한 트랜스듀서에 의해 생성된다. 또한, 상기 진동 자이로스코프는 제 1 출력신호(PO)와 제 2 출력신호(SO)를 위한 두개의 출력(4,5)도 구비하고 있다. 이러한 신호들은 자이로스코프 상의 물리적으로 오프셋(offset)된 지점으로 각각의 진동을 보낸다. 이와 같은 자이로스코프는 EP 0 307 321 A1에 공지되어 있으며, 예를 들어 코리올리의 힘의 효과에 기초하고 있다.

진동 자이로스코프(1)는 제 1 제어루프(6)의 일부인 입력(2)과 출력(4) 사이의 섹션(section)과 제 2 제어루프(7)의 일부인 입력(3)과 출력(5) 사이의 섹션을 구비하는 고성능의 필터를 나타낸다. 제 1 제어루프(6)는, 예를 들어 14kHz인 진동 자이로스코프의 공진주파수에서 진동을 발생시키기 위해 사용된다. 이러한 경우에, 진동 자이로스코프의 축에는 여기가 발생되는데, 제 2 제어루프에 사용되는 진동의 방향은 이 축에 대해서 90°로 치우쳐 있다. 제 2 제어루프(7)에서, 신호(SO)는 동위상 성분(inphase component)과 구적 성분(quadrature component)으로 흩어지게 되며, 이중 하나는 필터(8)를 통하여 출력(9)으로 공급되며, 이 출력(9)에서부터 회전율(rotation rate)에 비례하는 신호를 얻을 수 있다.

양 제어루프(6,7)에서, 신호처리의 기초적인 부분은 디지털 방식으로 수행된다. 신호처리를 위해 필요한 클럭 신호(clock signal)는 수정-제어식 디지털 주파수 합성기(crystal-controlled digital frequency synthesizer; 10)에서 생성되는데, 도시된 실시예에서 이러한 수정-제어식 디지털 주파수 합성기의 클럭 주파수(clock frequency)는 14.5 MHz이다. 이 이상의 세부적인 설명은 본 실시예를 이해하는데 있어 불필요하므로 생략되어 있다.

도 2는 필터(8)를 더욱 상세하게 도시하고 있다. 입력(10)으로부터 출력(9)으로 이어지는 회전율 신호의 경로에는 제어가능한 저역 통과 필터(low pass filter; 11)가 포함되어 있다. 또한, 노이즈가 있는 회전율 신호는 대역 통과 필터(bandpass filter; 12)로 공급되는데, 이러한 대역 통과 필터의 출력은, 대역 통과 필터(12)로부터의 출력신호의 절대값과 (14)에서 공급되는 문턱값(threshold value; S)을 비교하는 문턱값 회로(13)로 연결된다. 문턱값 회로(13)의 출력은 대역 선택기(band selector; 15)로 연결되는데, 이러한 대역 선택기는 문턱값 회로(13)로부터의 출력신호에서의 전이가 소정의 시간 안에서 저역 통과 필터(11)의 차단 주파수의 변화에 뒤이어 발생하도록 저역 통과 필터(11)를 제어한다. 이러한 시간은 다른 방면을 위하여 다르게 규정될 수 있다

본원발명의 이해를 돕기 위하여, 도 2는 저역 통과 필터(11) 및 대역 통과 필터(12)의 진폭/주파수 응답 및 문턱값 회로(13)의 특성을 개략적으로 도시하고 있다. 이미 언급되었듯이, 주파수 범위는 각각의 장치에 따라 다르며, 자동차에 사용되는 경우에는 본질적으로 회전율 신호의 노이즈 성분 및 차량의 기계적 관성에 따라 다르게 된다.

본원발명에 따른 회전율 감지 센서는 회전율 신호에서 노이즈를 가능한 한 제거할 수 있으므로 차량의 회전율 감지 센서 등에 사용될 수 있다.

Claims (6)

1. 하나 이상의 제어루프의 일부인 진동 자이로스코프를 구비하며,

   상기 제어루프는 진동 자이로스코프의 고유주파수에서 여기 신호를 공급함으로써 진동 자이로스코프를 여기시키며,

   상기 자이로스코프가 출력신호를 제공하여 이 출력신호로부터 노이즈가 섞인 회전율 신호가 추출되는,

   회전율 감지 센서에 있어서,

   상기 노이즈가 섞인 회전율 신호가 대역폭이 제어가능한 저역 통과 필터(11)의 입력 및 대역 통과 필터(12)의 입력으로 공급되고,

   상기 대역 통과 필터(12)의 출력이 문턱값 회로(13)를 통하여 상기 저역 통과 필터(11)의 제어 입력에 연결되는 것을 특징으로 하는 회전율 감지 센서.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 문턱값 회로(13)와 상기 저역 통과 필터(11)의 제어 입력 사이에 대역 선택기(15)가 배치되고,

   상기 대역 선택기가 문턱값 회로(13)로부터의 출력신호의 전이에 뒤이어, 저역 통과 필터(11)의 제어 입력에 공급되는 신호의 점차적인 전이를 발생시키는 것을 특징으로 하는 회전율 감지 센서.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   대역 통과 필터(12)가, 대역폭이 최소한으로 설정된 저역 통과 필터(11)에 의해 통과된 변화보다 빠르고 최대한으로는 진동 자이로스코프(1)의 회전에 의해 야기된 가장 빠른 변화만큼 빠른, 회전율 신호에서의 변화를 통과시키는 것을 특징으로 하는 회전율 감지 센서.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   대역 통과 필터(12)의 출력 신호의 절대값이 소정의 문턱값보다 작을 때에는 문턱값 회로(13)의 출력신호가 제 1 수준을 취하고, 또한 제 2 수준을 취하는 것을 특징으로 하는 회전율 감지 센서.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   대역 통과 필터(12)의 대역 범위 및 문턱값 회로(13)의 문턱값이 프로그램 가능한 것을 특징으로 하는 회전율 감지 센서.
6. 제 5 항에 있어서,

   저역 통과 필터(11)의 조절 범위의 경계와 최저 한계로부터 최고 한계로의 전이 시간 및 최고 대역폭으로부터 최저 대역폭으로의 전이시간이 프로그램 가능한 것을 특징으로 하는 회전율 감지 센서.