KR20130028346A - 가속도 측정장치 및 가속도 측정방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가속도 측정장치 및 가속도 측정방법에 관한 것으로, 제1출력단자와 제2출력단자가 구비된 가속도센서; 상기 제1출력단자에 일단이 연결되는 제1스위치; 상기 제2출력단자에 일단이 연결되는 제2스위치; 상기 제1스위치의 타단에 일단이 연결되는 제1저항; 상기 제2스위치의 타단에 일단이 연결되는 제2저항; 상기 제1저항의 일단 및 제2저항의 일단에 연결되는 논리소자; 및 상기 논리소자에서 출력되는 신호를 디지털 값으로 변환하는 시간-디지털 변환수단;을 포함하며, 별도의 아날로그 증폭기나 필터 없이 가속도 정보를 디지털값으로 출력할 수 있으므로, 종래보다 소형화가 가능하고, 전력소모가 감소된다.

Description

가속도 측정장치 및 가속도 측정방법{DEVICE FOR MEASURING ACCELERATION AND METHOD FOR MEASURING ACCELEATION}
본 발명은 가속도 측정장치 및 가속도 측정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 센서에서 출력된 신호를 디지털 방식으로 처리하여 출력할 수 있는 가속도 측정장치 및 가속도 측정방법에 관련된다.
가속도센서 또는 자이로센서는 물체의 가속도, 중력 등을 감지하는 센서로서 순간적인 동작을 감지할 수 있다.
이러한 센서들은 이미 자동차 등의 대형 기기에 사용되고 있었는데, 최근에는 미세전자기계시스템(Micro Electro mechanical systems ; MEMS) 기술이 적용됨에 따라 센서의 크기 및 소모전력이 대폭 감소될 수 있게 되어, 디지털 카메라의 손 떨림 보정기능을 구현하거나, 스마트폰 등 각종 모바일 기기에서 가속도 등을 측정할 수 있도록 함으로써, 다양하게 응용되고 있다.
한편, 가속도센서에는 다양한 방식으로 구현될 수 있는데, 그 대표적인 방식으로 정전용량 방식과 압저항 방식이 널리 활용되고 있다.
정전용량 방식은 가속도가 발생되면 이동전극과 고정전극 사이의 거리가 변하게 되고, 그에 따라 캐패시턴스가 변하게 되는 원리를 이용하여 가속도를 감지하는 방식이다.
종래의 일반적인 가속도센서 관련기술에 따르면, 가속도센서에서 출력되는 신호를 아날로그적으로 처리한 후 디지털화 하는 방식을 사용하고 있었다.
예를 들면, 차지앰프(Charge Amp) 등을 통하여 전하 신호를 전압신호로 변경한 후 이를 증폭하고, 증폭된 신호를 필터링하여 아날로그-디지털 컨버터(Analog-Digital Converter ; ADC)로 처리하는 방식이 주로 사용되고 있었다.
그러나, 이러한 종래의 방식은 전력 소모가 크고, 노이즈를 제거하기 위한 별도의 구성이 필요했기 때문에 소형화 및 소비전력 감소에 한계가 있었다.
특허문헌1에는 대표적인 정전용량 방식의 가속도 감지장치가 개시되어 있다.
그러나, 특허문헌1에 개시된 기술에도 증폭기, 필터 등이 포함되어 있으며, 이러한 아날로그 방식은 전술한 바와 같은 크기 및 전력소모에 따른 문제를 해결할 수 없었다.
미국등록특허 제5,831,164호
상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 창안된 본 발명은, 가속도센서에서 발생되는 캐패시턴스의 변화를 이용하여, 캐패시턴스 변화에 대응되는 펄스폭을 갖는 펄스신호를 생성하고 이를 디지털값으로 변환하여 출력할 수 있는 가속도 측정장치 및 가속도 측정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 창안된 본 발명은, 제1출력단자와 제2출력단자가 구비된 가속도센서; 상기 제1출력단자에 일단이 연결되는 제1스위치; 상기 제2출력단자에 일단이 연결되는 제2스위치; 상기 제1스위치의 타단에 일단이 연결되는 제1저항; 상기 제2스위치의 타단에 일단이 연결되는 제2저항; 상기 제1저항의 일단 및 제2저항의 일단에 연결되는 논리소자; 및 상기 논리소자에서 출력되는 신호를 디지털 값으로 변환하는 시간-디지털 변환수단;을 포함할 수 있다.
이때, 상기 논리소자는 XOR 게이트, 플립플롭 및 래치 중 선택되는 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 제1출력단자와 제1스위치 사이에 일단이 연결되고, 타단이 접지되는 제1보정캐패시터; 및 상기 제2출력단자와 제2스위치 사이에 일단이 연결되고, 타단이 접지되는 제2보정캐패시터;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 가속도센서에 전원을 제공하는 구동전원; 및 상기 구동전원과 가속도센서 사이에 위치되는 전원스위치; 를 더 포함하며, 상기 제1스위치 및 제2스위치가 온 되면 상기 전원스위치가 오프되는 것일 수 있다.
또한, 상기 가속도센서는 두 개의 고정단자들 사이에 이동단자를 구비하여, 가속도센서의 위치이동에 따라 상기 이동단자가 상기 두 개의 고정단자들 사이에서 이동하는 것일 수 있다.
또한, 상기 제1저항의 일단에 연결되는 제1인버터; 상기 제2저항의 일단에 연결되는 제2인버터; 상기 제1인버터의 출력단 및 상기 논리소자의 출력단이 입력단에 연결되는 제1앤드게이트(And Gate); 및 상기 제2인버터의 출력단 및 상기 논리소자의 출력단이 입력단에 연결되는 제2앤드게이트;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 논리소자는, 제1스위치를 통하여 출력되는 신호가 제1저항에 인가됨에 따라 발생하는 제1신호와, 제2스위치를 통하여 출력되는 신호가 제2저항에 인가됨에 따라 발생하는 제2신호를 비교하여 그 결과를 출력하는 것일 수 있다.
이때, 논리소자에서 출력되는 신호는 펄스신호일 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 측정방법은, 제1출력단자와 제2출력단자가 구비된 가속도센서; 상기 제1출력단자에 일단이 연결되는 제1스위치; 상기 제2출력단자에 일단이 연결되는 제2스위치; 상기 제1스위치의 타단에 일단이 연결되는 제1저항; 상기 제2스위치의 타단에 일단이 연결되는 제2저항; 상기 제1저항의 일단 및 제2저항의 일단에 연결되는 논리소자; 및 상기 논리소자에서 출력되는 신호를 디지털 값으로 변환하는 시간-디지털 변환수단;을 포함하는 가속도 측정장치를 이용하여 가속도 정보를 디지털값으로 출력하는 가속도 측정방법에 있어서, (A) 상기 가속도센서에 구동전원을 인가하는 단계; (B) 상기 구동전원을 오프하고, 상기 제1스위치 및 제2스위치를 온 시키는 단계; (C) 상기 논리소자가 상기 제1스위치를 통하여 출력되는 신호가 상기 제1저항에 인가되어 발생하는 제1신호와 상기 제2스위치를 통하여 출력되는 신호가 제2저항에 인가됨에 따라 발생하는 제2신호를 비교하여 그 결과를 펄스신호로 출력하는 단계; 및 (D) 상기 (C) 단계에서 출력된 신호를 상기 시간-디지털 변환수단에서 카운팅하여 디지털값으로 출력하는 단계;를 포함할 수 있다.
이때, 상기 가속도 측정장치는, 상기 제1저항의 일단에 연결되는 제1인버터; 상기 제2저항의 일단에 연결되는 제2인버터; 상기 제1인버터의 출력단 및 상기 논리소자의 출력단이 입력단에 연결되는 제1앤드게이트(And Gate); 및 상기 제2인버터의 출력단 및 상기 논리소자의 출력단이 입력단에 연결되는 제2앤드게이트;를 더 포함하며, 상기 제1앤드게이트에서 출력된 신호 및 상기 제2앤드게이트에서 출력된 신호를 비교하여 가속도의 방향을 판단하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 측정방법은, (a) 가속도센서에서 감지되는 가속도에 따라 제1캐패시턴스와 제2캐패시턴스가 결정되는 단계; (b) 상기 제1캐패시턴스와 미리 설정된 저항값에 의하여 결정되는 제1시정수에 따라 감쇄하는 제1신호 및 상기 제2캐패시턴스와 미리 설정된 저항값에 의하여 결정되는 제2시정수에 따라 감쇄하는 제2신호를 출력하는 단계; (c) 상기 제1신호 및 제2신호를 비교하여 펄스폭을 결정하는 단계; 및 (d) 상기 (c) 단계에서 결정된 펄스폭을 카운팅하여 디지털값으로 출력하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 측정장치 및 가속도 측정방법은 별도의 아날로그 증폭기나 필터 없이 가속도 정보를 디지털값으로 출력할 수 있으므로, 종래보다 소형화가 가능하고, 전력소모가 감소된다는 유용한 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 측정장치를 개략적으로 예시한 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가속도센서의 구성예를 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 측정장치를 예시한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 펄스신호의 생성원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 측정장치를 예시한 회로도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 펄스신호의 생성원리 및 가속도 방향의 판단원리를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 기술 등은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 함과 더불어, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공될 수 있다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용효과를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 측정장치를 개략적으로 예시한 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 측정장치는 전원부(10), 센서부(20), 센서출력신호 처리부(30) 및 시간-디지털 변환부(40)를 포함할 수 있다.
상기 전원부(10)는 센서부(20)에 구동전원(VDD)을 인가하는 역할을 수행할 수 있다.
상기 센서부(20)는 일반적인 정전용량방식의 가속도센서로 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가속도센서의 구성예를 예시한 도면으로써, 도 2를 참조하면, 정전용량방식의 가속도센서는 고정단자인 제1단자(1)와 제2단자(2)를 포함될 수 있고, 상기 제1단자(1)와 제2단자(2) 사이에 구비되어 가속도 발생시 위치가 변경되는 이동단자(3)를 포함될 수 있다.
예를 들어, 가속도가 없는 경우 제1단자(1)와 이동단자(3) 사이의 거리 d1과, 제1단자(1)와 이동단자(3) 사이의 거리 d2가 같으며, 이에 따라 제1단자(1)와 이동단자(3) 사이에서 형성되는 제1캐패시터 C1의 캐패시턴스와, 제2단자(2)와 이동단자(3) 사이에서 형성되는 제2캐패시터 C2의 캐패시턴스가 같아지게 되므로 캐패시턴스의 변화가 발생하지 않는다.
그러나, 가속도가 발생한 경우, 예를 들어 가속도센서가 제2단자(2) 방향으로 이동되는 경우 이동단자(3)는 제1단자(1)와 가까운 위치로 이동하게 되는데, 이에 따라 d1 < d2 가 되므로 C1의 캐패시턴스 = Cs+ΔCa, C2의 캐패시턴스 = Cs-ΔCa (여기서, Cs는 가속도가 없을 때의 캐패시턴스, ΔCa는 가속도가 발생한 경우 이동단자(3)의 이동에 따라 발생되는 캐패시턴스의 변화량)가 된다. 즉, 캐패시턴스가 변화하게 되는 것이다.
본 발명은 이러한 캐패시턴스의 변화를 이용하고자 하는 것이다.
따라서, 상기 센서부(20)는 제1단자(1), 제2단자(2) 및 이동단자(3)를 포함하는 가속도센서일 수 있다.
센서출력신호 처리부(30)는 센서부(20)에서 출력되는 신호를 처리하여 펄스신호를 생성하는 역할을 수행하는데, 세부적인 구성은 도 3 등을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
한편, 시간-디지털 변환부(40)(Time to Digital Converter ; TDC)는 센서출력신호 처리부(30)에서 생성된 펄스신호를 일정 주기로 카운팅하여 디지털값으로 출력하는 기능을 수행한다. 즉, 상기 시간-디지털 변환부(40)에서 출력되는 디지털값은 가속도의 크기를 의미할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 측정장치를 예시한 회로도이다.
도 3을 참조하면, 전원부(10)는 구동전원(VDD)과, 이를 인가하는 전원스위치(SW)를 포함할 수 있다.
한편, 센서부(20)는 도 2에서 예시한 바와 같이 2개의 고정단자와 1개의 이동단자(3)를 포함하여 구현될 수 있으며, 이는 도 3에서 예시한 바와 같이, 일단은 접지되고 타단은 제1출력단자에 연결되는 제1캐패시터 C1와 일단은 접지되고 타단은 제2출력단자에 연결되는 제2캐패시터 C2로 이루어진 등가회로로 볼 수 있다.
다음으로, 센서출력신호 처리부(30)는, 제1스위치(SW1), 제2스위치(SW2), 제1저항(R1), 제2저항(R2) 및 논리소자를 포함할 수 있다.
상기 제1스위치(SW1)는 센서부(20)의 제1출력단자에 일단이 연결되며, 타단은 제1저항(R1)과 연결된다.
상기 제2스위치(SW2)는 센서부(20)의 제2출력단자에 일단이 연결되며, 타단은 제2저항(R2)과 연결된다.
이때, 제1스위치(SW1)와 제2스위치(SW2)는 전술한 전원부(10)의 전원스위치(SW)와 상보적으로 온오프 되도록 제어될 수있다.
즉, 전원스위치(SW)가 온 된 상태에서는 제1스위치(SW1)와 제2스위치(SW2)가 오프되고, 전원스위치(SW)가 오프된 상태에서는 제1스위치(SW1)와 제2스위치(SW2)가 온 되도록 동작할 수 있다.
상기 논리소자는 제1저항(R1)의 일단 및 제2저항(R2)의 일단이 각각 입력단자에 연결되며, 이에 따라 A노드의 전압신호 및 B노드의 전압신호가 상기 논리소자로 입력된다.
한편, 도 3에서는 논리소자가 XOR게이트(31)로 구현된 경우를 예시하였는데, 이에 한정되는 것은 아니고, 플립플롭이나 래치 등으로 구현될 수도 있다.
논리소자는 A노드의 전압신호 및 B노드의 전압신호를 비교하여 그 결과를 출력하는데, 이때, 그 결과는 펄스신호로 출력될 수 있다.
다음으로, 상기 논리소자에서 출력된 신호는 시간-디지털 변환부(40)(Time to Digital Converter ; TDC)에 의하여 일정 주기로 카운팅되어 디지털값으로 될 수 있다.
한편, 일반적으로 센서부(10)의 캐패시터(C1, C2)는 제조과정에 따라 소정의 특성편차를 가질 수 있는데, 보다 정밀한 가속도 측정을 위하여, 이러한 특성편차를 보정할 필요가 있다.
이에 따라, 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 측정장치에는, 상기 제1출력단자와 제1스위치(SW1) 사이에 일단이 연결되고, 타단이 접지되는 제1보상캐패시터(Ccal); 및 상기 제2출력단자와 제2스위치(SW2) 사이에 일단이 연결되고, 타단이 접지되는 제2보상캐패시터(Ccal);를 더 포함할 수 있도록 하였다. 상기 제1보상캐패시터(Ccal)와 제2보상캐패시터(Ccal)는 실제 회로에 물리적으로 구현되거나, 연산 과정에서 반영되도록 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 펄스신호의 생성원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 가속도가 발생하게 되면 제1캐패시터(C1)와 제2캐패시터(C2)의 캐패시턴스는 변화된다.
예를 들어 가속도센서가 제2단자(2) 방향으로 이동되는 경우 이동단자(3)는 제1단자(1)와 가까운 위치로 이동하게 되는데, 이에 따라 d1 < d2 가 되므로 C1의 캐패시턴스 = Cs+ΔCa, C2의 캐패시턴스 = Cs-ΔCa (여기서, Cs는 가속도가 없을 때의 캐패시턴스, ΔCa는 가속도가 발생한 경우 이동단자(3)의 이동에 따라 발생되는 캐패시턴스의 변화량)가 된다.
한편, 상기 전원부(10)가 센서부(20)에 구동전원(VDD)을 인가하는 상태에서는 제1캐패시터(C1)와 제2캐패시터(C2)에 전하가 충전되는데, 구동전원(VDD)이 차단된 상태에서 제1스위치(SW1)와 제2스위치(SW2)가 온 상태가 되면 제1캐패시터(C1)에 충전되어 있던 전하는 제1저항(R1)을 통하여 접지단자로 흐르면서 A노드에 제1신호를 형성하게 되고, 제2캐패시터(C2)에 충전되어 있던 전하는 제2저항(R2)을 통하여 접지단자로 흐르면서 B노드에 제2신호를 형성하게 된다.
이때, 제1캐패시터(C1) 및 제2캐패시터(C2)에 충전되어 있던 전하가 빠져나가는데 소요되는 시간을 시정수로 표시할 수 있으며, 아래와 같이 시정수가 결정될 수 있다.
τ1 = R1*C1 = R1*(Cs+ΔCa)
τ2 = R2*C2 = R2*(Cs-ΔCa)
여기서, τ1은 제1캐패시터(C1)에 충전되어 있던 전하가 제1저항(R1)을 통하여 빠져나가는 경우에 대한 시정수이고, τ2는 제2캐패시터(C1)에 충전되어 있던 전하가 제2저항(R2)을 통하여 빠져나가는 경우에 대한 시정수이다.
한편, R1과 R2가 동일하다고 가정하면, τ1 > τ2의 관계가 성립될 것이며, 그 결과 제1신호 및 제2신호는 도 4에 예시한 바와 같이 서로 다른 기울기로 감쇄하게 된다.
즉, 제1신호에 해당하는 A노드의 전압신호가 제2신호에 해당하는 B노드의 전압신호 보다 더 완만한 경사를 이루며 감쇄되는 것이다.
이때, 논리소자에 제1신호와 제2신호를 입력하여, 제1신호와 제2신호 중 하나만 미리 설정된 기준값(Vth) 보다 작은 경우 하이신호(H)을 출력하고, 제1신호와 제2신호 모두가 기준값(Vth)보다 크거나, 모두 작은 경우에는 로우신호(L)를 출력하게 함으로써, 도 4에 예시한 바와 같은 펄스신호를 논리소자의 출력단자인 C노드로 출력할 수 있게 되는 것이다.
여기서, τ1과 τ2의 차이가 클수록, 다시말해서, 가속도의 크기가 클수록 상기 C노드로 출력되는 펄스신호의 H구간의 길이가 길어지게 되는 것임을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 상기 펄스신호의 H구간을 시간-디지털 변환부(40)를 이용하여 카운팅함으로써 가속도의 크기를 디지털값으로 출력할 수 있게 되는 것이다.
한편, 상기 미리 설정된 기준값은 논리소자의 특성에 따라 차이가 있을 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 측정장치를 예시한 회로도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 펄스신호의 생성원리 및 가속도 방향의 판단원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 측정장치는 도 3에 예시한 가속도 측정장치에 2개의 인버터(INV1, INV2)와 2개의 앤드게이트(AND1, AND2)가 추가로 포함될 수 있다.
상기 제1인버터(INV1)는 제1저항(R1)의 일단에 연결되어 제1신호를 인가받아 인버팅하며, 상기 제2인버터(INV2)는 제2저항(R2)의 일단에 연결되어 제2신호를 인가받아 인버팅할 수 있다.
상기 제1인버터(INV1)에서 출력된 값은 제1앤드게이트(AND1)에 입력되며, 제2인버터(INV2)에서 출력된 값은 제2앤드게이트(AND2)에 입력된다.
또한, 상기 제1앤드게이트(AND1)와 제2앤드게이트(AND2)에는 상기 XOR게이트(31)에서 출력된 신호도 입력된다.
따라서, 제1앤드게이트(AND1)에서는 제1인버터(INV1)에서 출력된 값과 XOR게이트(31)에서 출력된 값을 앤드 연산하여 그 결과를 출력하고, 제2앤드게이트(AND2)에서는 제2인버터(INV2)에서 출력된 값과 XOR게이트(31)에서 출력된 값을 앤드 연산하여 그 결과를 출력한다.
도 6을 참조하면, 센서부(20)가 제2단자(2) 방향으로 이동한 경우 C노드에서 출력되는 펄스신호와 제1인버터(INV1)의 출력단인 D노드에서 출력되는 신호를 제1앤드게이트(AND1)에서 앤드 연산하여 F노드로 그 결과를 출력하는 것을 이해할 수 있을 것이다.
또한, 센서부(20)가 제2단자(2) 방향으로 이동한 경우 C노드에서 출력되는 펄스신호와 제2인버터(INV2)의 출력단인 E노드에서 출력되는 신호를 제2앤드게이트(AND2)에서 앤드 연산하여 G노드로 그 결과를 출력하는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 6의 F노드 파형과 G노드 파형을 비교하면 G노드 파형에 H신호가 존재함을 확인할 수 있다.
이에 따라, 상기 센서부(20)가 제2단자(2) 방향으로 이동하는 동작에 따라 가속도가 발생한 것임을 판단할 수 있게 되는 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 가속도 측정방법은, 전술한 가속도 측정장치를 이용하여 가속도를 측정하는 방법으로써, 상기 가속도센서에 구동전원을 인가하여 제1캐패시터와 제2캐패시터에 전하를 충전함으로써 시작된다.
다음으로, 구동전원을 오프하고, 제1스위치(SW1) 및 제2스위치(SW2)를 온 시키면 제1캐패시터의 크기 및 제2캐패시터의 크기의 차이에 따라 서로 다른 속도로 전하가 방출된다.
다음으로, 전하의 방출에 따른 A노드 및 B노드의 전압신호인 제1신호와 제2신호를 논리소자에서 비교하여 펄스신호를 C노드로 출력한다.
다음으로, C노드로 출력된 펄스신호를 시간-디지털 변환수단에서 카운팅하여 디지털값으로 출력함으로써 가속도의 크기를 디지털값으로 출력할 수 있게 되는 것이다.
이때, 상기 가속도 측정장치가 전술한 방향 판단을 위한 구성요소들을 갖추고 있을 경우 제1앤드게이트(AND1)의 출력노드인 F노드와 제2앤드게이트(AND2)의 출력노드인 G노드의 출력신호 파형을 비교하여 센서의 이동방향을 판정할 수 있게 되는 것이다.
다른 한편으로, 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 측정방법은, 가속도센서에서 감지되는 가속도에 따라 제1캐패시턴스와 제2캐패시턴스가 결정되는 단계; 상기 제1캐패시턴스와 미리 설정된 저항값에 의하여 결정되는 제1시정수에 따라 감쇄하는 제1신호 및 상기 제2캐패시턴스와 미리 설정된 저항값에 의하여 결정되는 제2시정수에 따라 감쇄하는 제2신호를 출력하는 단계; 상기 제1신호 및 제2신호를 비교하여 펄스폭을 결정하는 단계; 및 결정된 펄스폭을 카운팅하여 디지털값으로 출력하는 단계;를 포함하는 것일 수도 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
1 : 제1단자
2 : 제2단자
3 : 이동단자
10 : 전원부
20 : 센서부
30 : 센서출력신호 처리부
31 : XOR게이트
40 : 시간-디지털 변환부
SW : 전원스위치
SW1 : 제1스위치
SW2 : 제2스위치
Ccal : 보상캐패시터
R1 : 제1저항
R2 : 제2저항
INV1 : 제1인버터
INV1 : 제2인버터
ADN1 : 제1앤드게이트
ADN2 : 제2앤드게이트

Claims (11)

  1. 제1출력단자와 제2출력단자가 구비된 가속도센서;
    상기 제1출력단자에 일단이 연결되는 제1스위치;
    상기 제2출력단자에 일단이 연결되는 제2스위치;
    상기 제1스위치의 타단에 일단이 연결되는 제1저항;
    상기 제2스위치의 타단에 일단이 연결되는 제2저항;
    상기 제1저항의 일단 및 제2저항의 일단에 연결되는 논리소자; 및
    상기 논리소자에서 출력되는 신호를 디지털 값으로 변환하는 시간-디지털 변환수단;
    을 포함하는
    가속도 측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 논리소자는 XOR 게이트, 플립플롭 및 래치 중 선택되는 어느 하나인
    가속도 측정장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1출력단자와 제1스위치 사이에 일단이 연결되고, 타단이 접지되는 제1보정캐패시터; 및
    상기 제2출력단자와 제2스위치 사이에 일단이 연결되고, 타단이 접지되는 제2보정캐패시터;
    를 더 포함하는
    가속도 측정장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가속도센서에 전원을 제공하는 구동전원; 및
    상기 구동전원과 가속도센서 사이에 위치되는 전원스위치;
    를 더 포함하며,
    상기 제1스위치 및 제2스위치가 온 되면 상기 전원스위치가 오프되는 것인
    가속도 측정장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가속도센서는
    두 개의 고정단자들 사이에 이동단자를 구비하여, 가속도센서의 위치이동에 따라 상기 이동단자가 상기 두 개의 고정단자들 사이에서 이동하는 것인
    가속도 측정장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1저항의 일단에 연결되는 제1인버터;
    상기 제2저항의 일단에 연결되는 제2인버터;
    상기 제1인버터의 출력단 및 상기 논리소자의 출력단이 입력단에 연결되는 제1앤드게이트(And Gate); 및
    상기 제2인버터의 출력단 및 상기 논리소자의 출력단이 입력단에 연결되는 제2앤드게이트;
    를 더 포함하는
    가속도 측정장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 논리소자는,
    제1스위치를 통하여 출력되는 신호가 제1저항에 인가됨에 따라 발생하는 제1신호와,
    제2스위치를 통하여 출력되는 신호가 제2저항에 인가됨에 따라 발생하는 제2신호를 비교하여 그 결과를 출력하는 것인
    가속도 측정장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 논리소자는,
    상기 제1신호와 제2신호를 비교하여 펄스신호를 출력하는 것인
    가속도 측정장치.
  9. 제1출력단자와 제2출력단자가 구비된 가속도센서; 상기 제1출력단자에 일단이 연결되는 제1스위치; 상기 제2출력단자에 일단이 연결되는 제2스위치; 상기 제1스위치의 타단에 일단이 연결되는 제1저항; 상기 제2스위치의 타단에 일단이 연결되는 제2저항; 상기 제1저항의 일단 및 제2저항의 일단에 연결되는 논리소자; 및 상기 논리소자에서 출력되는 신호를 디지털 값으로 변환하는 시간-디지털 변환수단;을 포함하는 가속도 측정장치를 이용하여 가속도 정보를 디지털값으로 출력하는 가속도 측정방법에 있어서,
    (A) 상기 가속도센서에 구동전원을 인가하는 단계;
    (B) 상기 구동전원을 오프하고, 상기 제1스위치 및 제2스위치를 온 시키는 단계;
    (C) 상기 논리소자가 상기 제1스위치를 통하여 출력되는 신호가 제1저항에 인가됨에 따라 발생하는 제1신호와, 상기 제2스위치를 통하여 출력되는 신호가 제2저항에 인가됨에 따라 발생하는 제2신호를 비교하여 그 결과를 펄스신호로 출력하는 단계; 및
    (D) 상기 (C) 단계에서 출력된 신호를 상기 시간-디지털 변환수단에서 카운팅하여 디지털값으로 출력하는 단계;
    를 포함하는
    가속도 측정방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가속도 측정장치는, 상기 제1저항의 일단에 연결되는 제1인버터; 상기 제2저항의 일단에 연결되는 제2인버터; 상기 제1인버터의 출력단 및 상기 논리소자의 출력단이 입력단에 연결되는 제1앤드게이트(And Gate); 및 상기 제2인버터의 출력단 및 상기 논리소자의 출력단이 입력단에 연결되는 제2앤드게이트;를 더 포함하며,
    상기 제1앤드게이트에서 출력된 신호 및 상기 제2앤드게이트에서 출력된 신호를 비교하여 가속도의 방향을 판단하는 단계;
    를 더 포함하는
    가속도 측정방법.
  11. (a) 가속도센서에서 감지되는 가속도에 따라 제1캐패시턴스와 제2캐패시턴스가 결정되는 단계;
    (b) 상기 제1캐패시턴스와 미리 설정된 저항값에 의하여 결정되는 제1시정수에 따라 감쇄하는 제1신호 및 상기 제2캐패시턴스와 미리 설정된 저항값에 의하여 결정되는 제2시정수에 따라 감쇄하는 제2신호를 출력하는 단계;
    (c) 상기 제1신호 및 제2신호를 비교하여 펄스폭을 결정하는 단계; 및
    (d) 상기 (c) 단계에서 결정된 펄스폭을 카운팅하여 디지털값으로 출력하는 단계;
    를 포함하는
    가속도 측정방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103869095B (zh) * 2014-02-25 2016-02-24 国家电网公司 用于风电场超声波风速监测的tdc-gp1芯片设置方法
US9910061B2 (en) * 2014-06-26 2018-03-06 Lumedyne Technologies Incorporated Systems and methods for extracting system parameters from nonlinear periodic signals from sensors
TWI676029B (zh) 2015-05-20 2019-11-01 美商路梅戴尼科技公司 用於決定慣性參數之方法及系統
US10234477B2 (en) 2016-07-27 2019-03-19 Google Llc Composite vibratory in-plane accelerometer

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5831164A (en) * 1997-01-21 1998-11-03 Conrad Technologies, Inc. Linear and rotational accelerometer
US20040246007A1 (en) * 2003-06-03 2004-12-09 Wolfgang Fallot-Burghardt Fast, high precision, interference tolerant impedance measurement apparatus
JP4455201B2 (ja) * 2004-07-20 2010-04-21 富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 検出回路
WO2009010064A2 (en) * 2007-07-17 2009-01-22 Shelltec A/S Methods and systems for detecting the presence, or determining the location or the size, or detecting changes of material properties, of an object within a predefined space

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