KR20120069761A - 부분적인 금속 도금층을 가진 공진기 - Google Patents

Abstract

반구형 공진기(7)는 종형부의 고리형 가장자리(6.2)를 향하면서 연장된 주 전극(2) 및 주 전극(2)에 가까운 적어도 하나의 보호 전극(1)을 유지하는 베이스(3)에 고정된 종형부(4)를 포함하고, 전기적으로 도전성인 도전층(6)은 종형부(6.2)의 상기 고리형 가장자리의 내측 표면(6.1)의 적어도 일부를 덮으며, 전기적으로 도전성인 도전층(6)은 종형부의 고리형 가장자리에 가까운 종형부의 외측 표면(6.3)의 일부를 덮는다.

Description

부분적인 금속 도금층을 가진 공진기{A resonator with a partial metal- plated layer}

본 발명은 반구형 공진기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자이로(gyro)와 같은 진동 각도 센서를 만들기 위한 반구형 공진기에 관한 것이다.

프랑스 특허 출원 FR-A-2 851 040 은 줄기부(stem)에 의해 베이스에 고정된 종형부(bell) 형태의 진동 부재를 가진 반구형 공진기(hemispherical resonator)를개시하는데, 베이스는 종형부의 가장자리를 향하는 주 전극(main electrode) 및 주 전극에 가까이 있는 보호 전극(guard electrode)을 가진다.

주 전극의 첫번째 역할은 종형부를 일정한 전위에 유지시키는 동안 적어도 하나의 교류 전압을 주 전극에 인가함으로써 종형부가 진동하게 하는 것이고, 두번째 역할은 주 전극으로부터 검출 신호를 탐지(pick up)함으로써 종형부의 진동을 검출하는 것이다.

보호 전극은 그것의 통상적인 기능으로서 보호 전극을 접지 연결함으로써 전극들 사이의 크로스토크(crosstalk)를 감소시키는데 이용될 수 있거나, 또는 보호 전극의 각 부분들에 적절한 신호를 인가함으로써 제어 및/또는 검출 전극으로서 이용될 수 있다.

그러한 실시예들에서, 종형부(bell)는 실리카로서 제작되며, 실리카는 전기 절연체로서 작용한다. 종형부의 가장자리 및 내측 표면, 그리고 줄기부는 금속의 층으로 덮힌다.

미국 특허 출원 US-A-2003/0019296 은 도전성 금속 코팅으로 완전하게 덮힌 내측 표면 및 외측 표면 양쪽을 가지는 실리카의 종형부 형태인 공진기를 개시한다.

종형부의 가장자리에 근접한 금속 도금부는 진동을 감쇠시키는 경향이 있고, 따라서 드리프트(drift)를 악화시키기 때문에, 종형부의 외측 표면상에 실리카 없이 두는 것이 제안되었다.

예를 들어 미국 특허 US-B-6474161 은 도전성 금속 코팅에 의해 부분적으로 덮힌 실리카의 종형부 형태인 진동 부재를 포함하는 반구형 공진기를 개시한다. 도전성 금속 코팅은 종형부의 평면 고리형 가장자리를 덮고 공진기의 극(pole)과 상기 가장자리 사이에서 벨의 내측 표면상에 연장된 도전성 트랙(conductive track)을 형성한다. 종형부의 외측 표면은 완전히 덮히지 않고 남겨진다.

또한 미국 특허 출원 US-A-2004/0154396 에는 종형부의 내측 표면이 도전성 금속 코팅에 의해 완전하게 덮힌 공진기가 개시되어 있다.

그럼에도 불구하고, 종형부의 가장자리에 가까운 종형부의 외측 표면상에서 실리카 없이 두는 것은 찾고자 하는 전기적 이미지에서의 변형을 일으키고, 따라서 각도 측정에서 에러를 일으킨다. 이러한 변형(modification)은 공진기의 금속 도금되고 바이어스된 영역들과 전극들 사이에서 실리카를 통과함으로써 움직이는 피일드 라인(field line)으로부터 오는데, 그에 의하여 전하는, 무한대로 절연되지 않은 실리카에서 매우 느리게, 전위 평형(potential equilibrium)에 도달될 때까지 이주(migration)하게 된다. 결국, 피일드 라인 및 따라서 정전기 효율은 시간에 걸쳐 변형된다. 시간에 따른 그러한 변화는 계산으로 보정하는 것이 매우 어렵다.

상기에 서술된 공진기의 장기간 사용과 관련하여, 시간에 걸쳐 신뢰성 있고정확한 측정 도구를 달성하기 위하여 장치에서의 진동 감쇠를 제한하고 각도 유형(angular type)의 측정 에러를 최소화시키는 것이 소망스러운 것으로 보인다.

본 발명은 종형부(bell)의 고리형 가장자리를 향하면서 연장된 주 전극 및, 주 전극에 근접한 적어도 하나의 보호 전극을 유지하는 베이스에 고정된 종형부를 구비하는 반구형 공진기로서, 도전층은 종형부의 상기 고리형 가장자리의 내측 표면의 적어도 일부를 덮고, 전기적으로 도전성인 도전층은 종형부의 고리형 가장자리에 가까운 종형부의 외측 표면의 일부를 덮는다.

따라서 본 발명은 종형부의 가장자리의 양측에 위치된 피일드 라인들을 가능한한 보호 전극을 향하여 편향시킬 뿐만 아니라, 내측 표면의 적어도 일부, 고리형 가장자리 및, 고리형 가장자리에 가까운 종형부의 외측 표면의 부분만을 덮는 전기적으로 도전성의 도전층을 적용함으로써 각도 에러를 최소화시킨다. 더욱이, 종형부가 겪는 진동의 흡수를 최소화시키기 위하여, 전기적으로 도전성인 도전층은 그것이 도전성인 것을 보장하기에 충분한 두께이어야 한다. 진동의 흡수는 전기적으로 도전성인 도전층의 두께와 직접적으로 관련되기 때문에, 층이 얇을수록 종형부가 겪는 진동의 감쇠는 작아진다. 더욱이, 공진기 전하의 변화가 주 전극들에 의해서 더 이상 감지되지 않지만 보호 전극에 의해서 감지되며, 따라서 주 전극의 이득(gain)은 더 이상 그러한 전화의 변화에 의해 영향을 받지 않는다. 이것은 종형부의 고리형 가장자리에 가까운 종형부의 외측 표면의 일부분(fraction)에 걸쳐서 실리카를 향한 전하의 점진적인 이주를 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 반구형 공진기는 측정의 정확성 및 시간에 걸친 성능의 안정성의 관점에서 향상된다.

본 발명의 유리한 구현예에서, 접지 연결된 보호 전극은, 주 전극의 외측에 연장된 적어도 하나의 주위 부분과 함께, 주 전극들 내부에 연장된 중앙 부분을 포함하고, 중앙 부분을 주위 부분에 연결시키는, 주 전극들 사이에 연장된 연결 부분들을 가진다.

이러한 구현예는 특히 효과적이다.

본 발명의 반구형 공진기는 측정의 정확성 및 시간에 걸친 성능의 안정성의 관점에서 향상되며, 다른 측면에서도 성능이 향상된다.

본 발명의 다른 특징들 및 장점들은 첨부된 도면을 참조하여 설명된 본 발명의 특정한 구현예들에 대한 다음의 설명을 읽음으로써 명백해질 것이다.
도 1 은 도 2 의 선 I-I 에 대한 반구형 공진기의 축방향 단면도이다.
도 2 는 도 1 의 선 II-II에 대한 단면에서 공진기의 주 전극 및 보호 전극에 대한 평면도이다.
도 3 은 반구형 공진기의 축방향 단면도로서, 보다 상세하게는 도 1 의 단면 III 에 대한 확대도이다.

도 1 에 도시된 구현예에서, 반구형 공진기(7)는 스템(stem, 5)에 의해서 베이스(3)에 고정된 실리콘 베이스 재료의 종형부(bell, 4)를 포함한다.

주 전극(2)들은 종형부(4)의 고리형 가장자리(6.2)를 향하는 베이스(3)상에 제공되고 전자 제어 유닛(미도시)에 연결되어 공진기(7)와 함께 작용하는 검출 및 여기 수단(detection and excitation means)을 구성하다.

그라운드(ground)에 연결되는 보호 전극(1)도 베이스(3)상에 제공된다. 보호 전극은 주 전극(2) 내부에서 연장되는 중앙 부분(1.1), 주 전극(1.1) 외부에서 연장되는 고리형 구획부 안의 주위 부분(1.2) 및, 연결 부분(1.3)들을 가지며, 연결 부분 각각은 2개의 근접한 주 전극(1.1)들 사이에서 연장되어 중앙 부분(1.1)을 주위 부분(1.2)들중 하나에 연결한다. 보호 전극(1)은 프랑스 출원 FR-A-2 851 040 에 설명된 바와 같이 전극들 사이의 크로스토크(crosstalk)를 감소시키는 역할을 한다.

전기적으로 도전성이 있는 도전층(6)은 내부 표면(6.1), 고리형 가장자리(6.2) 및 종형부(4)의 외측 주위부(6.3)의 일부에 걸쳐 연장된다. 종형부의 외측 표면(6.3)의 상기 부분은 고리형 가장자리(6.2)에 근접한다. 하나의 예로서, 고리형 가장자리(6.2)에 근접한 종형부의 외측 표면(6.3)의 상기 부분은 1 밀리미터보다 작은 높이를 가진다. 특정의 구현예에서, 스템(6.4)의 표면이 덮힐 수도 있으며, 종형부의 내부 표면은 부분적으로 또는 완전히 덮힐 수 있다. 이러한 전기적으로 도전성인 층은 자체 공지된 방식으로 제어 유닛에 연결된다.

도 2 는 도 1 의 선 II-II 에서 단면으로 도시된 주 전극 및 보호 전극(2,1)에 의해 덮히는 베이스의 평면도로서, 보다 상세하게는 다양한 구성 요소들의 배치를 도시한다. 이러한 구성은 특히 피일드 라인(field line)(8.1, 8.3)들을 편향시키는 역할을 하는데, 이들은 가능한 한 보호 전극(1.1 또는 1.2)을 향하여 종형부의 가장자리의 각 측에 위치되어 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 보호 전극(1)은 주 전극(2)의 내부에서 연장된 중앙 부분(1.1)을 가지고, 중앙 부분을 주위 부분에 연결시키는 주 전극(2)들 사이에서 연장되는 연결 부분들 가지고 주 전극(2)들 밖으로 연장된 주위 부분(1.2)들과 함께, 스템(5)의 베이스를 수용하기 위한 하우징을 제공한다.

각각의 주 전극(2)은 T 형상 부분(2.1)을 가지는데, T 형상 부분은 규칙적으로 교번하면서 보호 전극(1.2)의 주위 부분들 사이에 있는 마진(margin, 9)을 향하여 연장된다.

명백하게, 그리고 채용된 구성에 관계 없이, 주 전극(2) 및 보호 전극(1)은 그들을 서로로부터 격리시키는 공간들에 의하여 분리된다 (그 공간들은 도면에서 단순한 선들에 의해 표시되어 있다).

도 3 은 본 발명의 반구형 공진기의 작동을 도시한다. 피일드 라인은 본 발명의 이해를 목적으로 예를 들어 도면에 개략적으로 도시되어 있다. 주 전극(2)과 종형부(4)의 고리형 가장자리(6.2) 사이에 위치된 피일드 라인(8.2)들은 반구형 공진기의 적절한 작동에 필요한 측정이 이루어질 수 있게 한다. 종형부의 고리형 가장자리(6.2)의 양측에 위치된 피일드 라인(8.1, 8.2)들은 보호 전극의 상이한 부분들을 향하여 편향된다. 공지된 방식으로, 종형부의 내측 표면(6.1)에 위치된 피일드 라인(8.3)들은 보호 전극(1.1)의 중앙 부분을 향하여 편향되고, 본 발명에 따라서, 종형부(4)의 외측 표면(6.3)상에 위치된 피일드 라인(8.1)들은 보호 전극의 주위 부분(1.2)을 향하여 편향된다.

위에서 언급된 바와 같이, 본 발명의 종형부(4)를 덮는 전기적으로 도전성의 층은 장치의 진동을 감쇠시키는데, 그 진동은 공진기의 작동에 필수적인 데이터를 제공한다. 그것이 그 층의 두께가 전기 도전체로서의 특성을 유지하면서도 가능한 한 얇아야 하는 이유이다.

수치적인 예를 들면 다음과 같다:

주 전극(2)과 종형부(4)의 고리형 가장자리(6.2) 사이의 높이는 80 마이크로미터(㎛)이다.

주 전극들과 보호 전극 사이의 실질적으로 일정한 공간은 50 ㎛ 의 폭이다.

전기적으로 도전성인 도전층(6)의 두께는 1 나노미터(nm) 내지 10 nm 의 범위이다.

고리형 가장자리(6.2)에 근접한 종형부(4)의 외측 표면(6.3)의 부분의 높이는 1 밀리미터(mm) 보다 작다.

종형부의 중심축에 평행한 X 축 및 X' 축을 따르는 종형부의 고리형 가장자리(6.2)에 대한 주 전극(2)의 돌출부(10)는 주 전극의 양측에서 1 mm 보다 작다.

당연히, 본 발명은 위에 설명된 구현예에 제한되지 않으며, 당업자는 청구항에서 정의된 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 변형을 만들 수 있다.

상기 언급된 치수들은 예를 들어 주어진 것으로서, 예를 들어 공진기의 치수들, 및/또는 공진기 및/또는 도전층의 재료들, 및/또는 공진기의 전기적인 파라미터들에 적합화되도록 변형될 수 있다.

1. 보호 전극 2. 주 전극
3. 베이스 4. 종형부
5. 줄기부 7. 공진기

Claims (6)

1. 종형부(bell)의 고리형 가장자리(6.2)를 향하면서 연장된 주 전극(2) 및, 주 전극(2)에 가까운 적어도 하나의 보호 전극(1)을 유지하는 베이스(3)에 고정된 종형부(4)를 구비하는 반구형 공진기(7)로서, 도전층(6)은 종형부의 상기 고리형 가장자리(6.2)의 내측 표면(6.1)의 적어도 일부를 덮고,
   전기적으로 도전성인 도전층(6)은 종형부의 고리형 가장자리(6.2)에 가까운 종형부의 외측 표면(6.3)의 일부를 덮는, 반구형 공진기.
2. 제 1 항에 있어서,
   종형부(4)는 실리콘 베이스의 재료(silicon-based material)로 만들어지는, 반구형 공진기.
3. 제 1 항에 있어서,
   종형부의 고리형 가장자리(6.2)에 가까운 종형부의 외측 표면(6.3)의 상기 부분은 1 밀리미터보다 작은 높이를 가지는, 반구형 공진기.
4. 제 1 항에 있어서,
   보호 전극(1)은, 주 전극의 내측에서 연장되는 중앙 부분(1.1), 주 전극(2)의 외측에서 연장되는 적어도 하나의 주위 부분(1.2) 및, 중앙 부분을 주위 부분에 연결하도록 주 전극(2)들 사이에서 연장되는 연결 부분(1.3)을 포함하는, 반구형 공진기.
5. 제 4 항에 있어서,
   각각의 주 전극(2)은 규칙적으로 번갈아가면서 보호 전극의 주위 부분(1.2)의 요소들 사이에서 베이스(3)의 마진(margin)을 향하여 연장된 부분(2.1)을 가지는, 반구형 공진기.
6. 제 5 항에 있어서,
   종형부(4)의 고리형 가장자리(6.3)와 주 전극(2) 사이의 높이는 80 마이크로미터(㎛)이고;
   실질적으로 일정한 간격이 주 전극들과 보호 전극 사이에 연장되고 그 간격은 50㎛ 의 넓이이고;
   도전층(6)의 두께는 1 나노미터 내지 10 나노미터의 범위에 있고;
   종형부의 고리형 가장자리(6.2)에 가까운 종형부(4)의 외측 표면(6.3) 부분의 높이는 1 밀리미터(mm)보다 작고;
   종형부의 중심축을 따르는 종형부의 고리형 가장자리(6.2)에 대한 주 전극(2)의 돌출부(10)는 주 전극의 양측에서 1 mm 보다 작은, 반구형 공진기.

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