KR20160071844A - 회전 감지 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 회전 감지 센서는 질량체와 이격되게 구비된 고정부; 일 방향으로 상기 질량체와 상기 고정부를 연결하는 제1 가요부; 상기 일 방향에 수직인 타 방향으로 상기 질량체와 상기 고정부를 연결하는 제2 가요부; 및 상기 질량체와 상기 고정부를 연결하고, 상기 제2 가요부가 사이에 구비되도록 이격되게 구비되는 멤브레인;을 포함할 수 있다.

Description

회전 감지 센서{ROTATION DETECTING SENSOR}
본 발명은 회전 감지센서에 관한 것이다.
최근 회전 감지 센서는 인공위성, 미사일, 전자 디바이스의 모션 센싱 등의 다양한 용도로 사용되고 있다.
이러한 각속도 센서는 각속도를 측정하기 위해서, 멤브레인(Membrane) 등의 탄성 기판에 질량체를 접착시킨 후 질량체에 인가되는 코리올리 힘을 측정하여 각속도를 산출한다.
이때, 질량체는 멤브레인과 가요부에 의해 고정부에 연결되는데, 제한된 공간에서 가요부를 배치시켜야 하기 때문에 가요부의 길이 확장에 제한이 있었으며, 가요부와 연결된 멤브레인에 응력이 집중되어 질량체의 회전 강성 저하 및 노이즈 신호가 발생하는 문제점이 있었다.
따라서, 가요부의 길이를 확장할 수 있고, 멤브레인에 가해지는 응력을 완화할 수 있는 회전 감지 센서에 대한 연구가 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 신호 잡음을 감소시키고 감도가 향상된 회전 감지 센서를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회전 감지 센서는 질량체; 상기 질량체와 이격되게 구비된 고정부; 일 방향으로 상기 질량체와 상기 고정부를 연결하는 제1 가요부와 상기 일 방향에 수직인 타 방향으로 상기 질량체와 상기 고정부를 연결하는 제2 가요부를 포함하는 가요부: 및 상기 질량체와 상기 고정부를 연결하고, 상기 제2 가요부가 사이에 구비되도록 이격되게 구비되는 멤브레인;을 포함할 수 있다.
따라서, 질량체 회전시 멤브레인에 작용하는 응력을 감소시켜 신호 잡음을 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 질량체에는 타 방향 양측에서 내측으로 인입된 슬릿부가 구비될 수 있다.
따라서, 상기 슬릿부에 대응하여 상기 제2 가요부의 길이를 확장할 있으며, 결과적으로 제2 가요부의 회전 강성의 선형성을 개선하고 회전 감지 센서의 감도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회전 감지 센서는 신호 잡음이 감소 되고 감도가 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 감지 센서의 개략 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 감지 센서의 개략 평면도이다.
도 3은 도 1의 A-A'에 따른 개략 단면도이다
도 4는 도 2에 도시된 질량체의 운동 가능한 방향을 도시한 개략 평면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 질량체의 운동 가능한 방향을 도시한 개략 단면도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 감지 센서의 질량체가 X축을 기준으로 회전하는 과정을 도시한 개략 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전 감지 센서의 개략 사시도이다.
도 9은 본 발명의 다른 실시에에 따른 회전 감지 센서의 개략 평면도이다.
도 10는 도 6의 B-B'에 따른 개략 단면도이다.
도 11은 도 9에 도시된 질량체의 운동 가능한 방향을 도시한 개략 평면도이다.
도 12는 도 10에 도시된 질량체의 운동 가능한 방향을 도시한 개략 단면도이다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전 감지 센서의 질량체가 X축을 기준으로 회전하는 과정을 도시한 개략 단면도이다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
또한, 본 명세서에서 상부, 하부, 측면 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며, 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 감지 센서의 개략 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 감지 센서의 개략 평면도이고, 도 3은 도 1의 A-A'에 따른 개략 단면도이고, 도 4는 도 2에 도시된 질량체의 운동 가능한 방향을 도시한 개략 평면도이고, 도 5는 도 3에 도시된 질량체의 운동 가능한 방향을 도시한 개략 단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 감지 센서(100)는 질량체(110), 질량체(110)와 이격되게 구비된 고정부(120), 일 방향으로 질량체(110)와 고정부(120)를 연결하는 제1 가요부(130)와 상기 일 방향에 수직인 타 방향으로 질량체(110)와 고정부(120)를 연결하는 제2 가요부(140)를 포함하는 가요부(130, 140) 및 질량체(110)와 고정부(120)를 연결하고, 제2 가요부(140)가 사이에 구비되도록 이격되게 구비되는 멤브레인(160)을 포함한다.
질량체(110)는 관성력, 코리올리 힘, 외력 등에 의해서 변위가 발생하는 것으로, 제1 가요부(130)와 제2 가요부(140)를 통해서 고정부(120)에 연결된다. 여기서, 질량체(110)는 외력 등의 힘이 작용할 때 제1 가요부(130)의 굽힘과 제2 가요부(140)의 비틀림에 의해서 고정부(120)를 기준으로 변위가 발생한다.
이때, 질량체(110)는 X축을 기준으로 회전하게 되는데, 이에 관련한 구체적인 내용은 후술한다.
여기서, 방향에 대한 용어를 정의하면 도 1을 기준으로 X축은 회로 감지 센서의 폭 방향을 의미하며, Y축은 회로 감지 센서의 길이 방향을 의미하며, Z축은 회로 감지 센서의 두께 방향을 의미한다.
한편, 도면에는 질량체(110)가 사각 기둥 형상으로 구비된 구성이 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 원 기둥 형상 이나 팬(Fan) 형상 등 당업계에서 공지된 모든 형상으로 구비될 수 있음을 밝혀둔다.
고정부(120)는 제1 가요부(130)와 제2 가요부(140)를 지지하여 질량체(110)가 변위를 일으킬 수 있는 공간을 제공하며, 질량체(110)가 변위를 일으킬 때 기준이 되는 역할을 한다.
여기서, 고정부(120)는 질량체(110)를 둘러싸도록 구비되며, 중심부에 질량체(110)가 배치된다.
가요부(130, 140)는 일 방향으로 질량체(110)와 고정부(120)를 연결하는 제1 가요부(130)와 상기 일방향에 수직인 타 방향으로 질량체(110)와 고정부(120)를 연결하는 제2 가요부(140)를 포함한다.
구체적으로 상기 제1 가요부(130)는 Y축 방향으로 질량체(110)와 고정부(120)를 연결하고, 상기 제2 가요부(140)는 X축 방향으로 질량체(110)와 고정부(120)를 연결한다. 따라서, 제1 가요부(130)와 제2 가요부(140)는 서로 수직으로 구비될 수 있다.
이때, 제1 가요부(130)와 제2 가요부(140)는 각각 질량체(110)와 고정부(120)를 양쪽에서 연결할 수 있다.
또한, 제1 가요부(130)는 X축 방향의 폭이 Z축 방향의 두께보다 크고, 제2 가요부(140)는 Z축 방향의 두께가 Y축 방향의 폭보다 크다.
제2 가요부(140)의 Z축 방향의 두께가 Y축 방향의 폭보다 크므로, 질량체(110)는 Y축을 기준으로 회전하거나 Z축 방향으로 병진하는 것이 제한되는 반면, X축을 기준으로 상대적으로 자유롭게 회전할 수 있다.
구체적으로, 제2 가요부(140)가 X축을 기준으로 회전할 때의 강성에 비해서 Y축을 기준으로 회전할 때의 강성이 크므로 질량체(110)는 X축을 기준으로 자유롭게 회전할 수 있으나, Y축을 기준으로 회전하는 것이 제한된다.
마찬가지로, 제2 가요부(140)가 X축을 기준으로 회전할 때의 강성에 비해서 Z축 방향으로 병진할 때의 강성이 크므로, 질량체(110)는 X축을 기준으로 자유롭게 회전할 수 있는 반면, Z축 방향으로 병진하는 것이 제한된다.
한편, 제1 가요부(130)는 Y축 방향의 강성이 상대적으로 크므로, 질량체(110)가 Z축을 기준으로 회전하거나 Y축 방향으로 병진하는 것을 제한할 수 있다. 더하여, 제2 가요부(140)는 X축 방향의 강성이 상대적으로 크므로, 질량체(110)가 X축 방향으로 병진하는 것을 제한할 수 있다.
결과적으로, 상술한 제1 가요부(130)와 제2 가요부(140)의 특성으로 인하여 질량체(110)는 X축을 기준으로 회전할 수 있지만, Y축 또는 Z축을 기준으로 회전하거나 Z축, Y축 또는 X축 방향으로 병진하는 것이 제한된다.
이와 같이, 질량체(110)는 X축을 기준으로 회전하는 것이 가능하지만, 그 외의 방향으로 운동하는 것이 제한된다. 따라서, 질량체(110)의 변위를 원하는 방향(X축을 기준으로 회전)의 힘에 대해서만 발생하게 할 수 있다.
결국, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 감지 센서(100)는 가속도 또는 힘 측정 시 크로스토크(Crosstalk)가 발생하는 것을 방지할 수 있고, 각속도 측정시 공진모드의 간섭을 제거할 수 있는 효과가 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 감지 센서의 질량체가 X축을 기준으로 회전하는 과정을 도시한 개략 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 질량체(110)가 X축을 회전축(R)으로 회전하므로, 제1 가요부(130)에는 압축응력과 인장응력이 조합된 굽힘응력이 발생하고, 제2 가요부(140)에는 X축을 기준으로 비틀림 응력이 발생한다.
이때 후술할 감지 수단은 가요부(130, 140)의 변형량을 측정하여 질량체(110)의 회전 각속도를 측정할 수 있다.
멤브레인(160)은 질량체(110)와 고정부(120)를 연결하고, 제2 가요부(140)가 사이에 구비되도록 이격되게 구비된다.
다시 말해, 멤브레인(160)은 제2 가요부(140)를 중심으로 일 방향 - 보다 구체적으로는 Y축 방향 -으로 이격되게 구비될 수 있다.
또한, 멤브레인(160)은 Z축 방향의 폭이 제2 가요부(140)의 Z축 방향의 폭 보다 작게 구비될 수 있다.
멤브레인(160)은 질량체(110)가 X축을 기준으로 회전하는데 영향을 최소화할 수 있도록 제2 가요부(140)의 상측에 이격되게 구비될 수 있으며, 제1 및 제2 가요부(130, 140)와 Z축을 기준으로 동일한 높이에 구비될 수 있다.
따라서, YZ평면을 기준으로 멤브레인(160)과 가요부(130, 140)는 전체적으로 'T'자 형상으로 구비될 수 있다.
이때, 제2 가요부(140) 상측의 적어도 일부는 상기 멤브레인(160) 사이에 구비될 수 있다. 즉, 제2 가요부(140)의 상면(140a)은 멤브레인(160)의 상면(L2)과 하면(L1) 사이에 구비될 수 있다.
또한, 제2 가요부(140)의 Y축 방향으로의 폭(T1)은 멤브레인(160)의 Y축 방향 간격(T2)보다 작게 구비될 수 있다. 따라서, 제2 가요부(140)와 멤브레인(160)은 Y축 방향으로 소정간격 이격되게 구비되며 질량체(110)가 X축을 기준으로 회전하여도 서로 접촉되지 않을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 감지 센서(100)는 제2 가요부(140)와 멤브레인을(160)을 이격되게 구비함으로써, 질량체(110)가 회전하는 경우 멤브레인(160)에 걸리는 불균일 응력을 감소시키고, 신호 잡음 발생을 저감시키는 효과가 있다.
다시 말해, 멤브레인(160)과 제2 가요부(140)가 접촉되어 있으면, 질량체(110)의 회전에 의하여 제2 가요부(140)가 비틀어 지는 경우, 멤브레인(160)에는 불균일한 응력이 작용하고, 이에 의해 멤브레인(160) 상부에 구비되는 전극 배선(170)이 영향을 받아 신호 잡음이 발생하게 된다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 감지 센서(100)는 멤브레인(160)을 제2 가요부(140) 상측에 이격되게 배치함으로써 멤브레인(160)과 제2 가요부(140)의 접촉을 방지하여, 멤브레인(160)이 질량체(110)의 회전특성에 미치는 영향을 최소화하고 멤브레인(160)에 작용하는 불균일한 응력에 의한 신호 잡음을 최소화할 수 있다.
한편, 멤브레인(160)의 상부에는 전극 배선(170)이 구비될 수 있다. 전극 배선(170)은 후술할 감지 수단(150)과 외부 제어부(미도시)를 전기적으로 연결하여, 감지 수단(150)에서 측정된 질량체(110)의 변위 정보가 외부 제어부(미도시)로 전달되게 한다.
감지 수단(150)은 제1 가요부(130)의 굽힘과 제2 가요부(140)의 비틀림을 측정하여, X축을 기준으로 회전하는 질량체(110)의 변위를 감지할 수 있으며, 제1 가요부(130)의 상부에 구비될 수 있다.
이때, 감지 수단(150)은 압전체(153) 및 압전체(153)에 형성된 전극(155)을 포함할 수 있다. 여기서 전극(155)은 압전체(153)에서 발생하는 전하를 측정하는 것으로, 고정부(120)로 연장된 전극 배선(170)을 통해서 최종적으로 외부 제어부(미도시)와 전기적으로 연결된다.
전극 배선(170)은 전극(155)으로부터 멤브레인(160)을 통과하여 고정부(120)로 연장된다. 한편, 전극(155)과 전극 배선(170)은 다양한 형태로 형성될 수 있다.
예를 들어, 전극(155)은 제1 가요부(130) 중 고정부(120)에 가깝게 형성된 제1 전극(155a) 및 제1 전극(155a)에 비해서 질량체(110)에 가깝게 형성된 제2 전극(155b)를 포함할 수 있다.
또한, 이에 대응하여, 전극 배선(170)은 제1 전극(155a)으로부터 고정부(120)로 바로 연장되는 제1 배선(170a) 및 제2 전극(155b)로부터 멤브레인(160)을 통과하여 고정부(120)로 연장되는 제2 배선(170b)을 포함할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 전극 배선(170) 중 상기 제2 배선(170b)은 멤브레인(160) 상부를 거쳐 고정부(120)로 연장되는데, 멤브레인(160)에 불균일한 응력이 작용하는 경우, 영향을 받아 신호 잡음을 유발할 수 있다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 감지 센서(100)는 멤브레인(160)과 제2 가요부(140)를 이격되게 구비함으로써 멤브레인(160)에 걸리는 응력을 최소화하고 최종적으로 제2 배선(170b)에 응력이 작용하여 발생하는 신호 잡음을 저감시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전 감시센서의 개략 사시도이고, 도 9은 본 발명의 다른 실시에에 따른 회전 감지 센서의 개략 평면도이고, 도 10는 도 6의 B-B'에 따른 개략 단면도이고, 도 11은 도 9에 도시된 질량체의 운동 가능한 방향을 도시한 개략 평면도이고, 도 12는 도 10에 도시된 질량체의 운동 가능한 방향을 도시한 개략 단면도이고, 도 13 및 도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전 감지 센서의 질량체가 X축을 기준으로 회전하는 과정을 도시한 개략 단면도이다.
도 8 내지 도 14를 참조하면 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전 감지 센서(100)는 내측으로 인입된 슬릿부(110a)가 구비된 질량체(110), 질량체(110)와 이격되게 구비된 고정부(120), 일 방향으로 질량체(110)와 고정부(120)를 연결하는 제1 가요부(130)와 상기 일 방향에 수직인 타 방향으로 질량체(110)와 고정부(120)를 연결하고, 적어도 일부가 상기 슬릿부(110a) 내측에 구비되는 제2 가요부(140)를 포함하는 가요부(130, 140) 및 질량체(110)와 고정부(120)를 연결하고, 제2 가요부(140)가 사이에 구비되도록 이격되게 구비되는 멤브레인(160)을 포함한다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전 감지 센서(100)는 도 1 내지 도 7에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 감지 센서와 다른 구성은 모두 동일하고, 질량체(110)와 제2 가요부(140)의 구성만이 차별될 수 있다.
따라서, 동일한 구성에 대한 상세한 설명은 생략하고 상기한 설명에 갈음한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 회전 감지 센서(100)의 질량체(110)에는 내측으로 인입된 슬릿부(110a)가 구비된다.
슬릿부(110a)는 상기 제2 가요부(140)가 구비된 타 방향 양측에서 내측으로 인입되어 구비될 수 있다. 구체적으로 슬릿부(110a)는 제2 가요부(140)가 구비된 X축 방향의 양측이 내측으로 인입되어 구비될 수 있으며, 따라서, 질량체(110)의 XY평면을 기준으로 한 단면은 전체적으로 'H'형상으로 구비될 수 있다.
또한 슬릿부(110a)를 형성하는 질량체(110)의 외측면에는 슬릿부(110a)가 사이에 구비되게 멤브레인(160)이 이격되게 구비될 수 있다. 즉, 멤브레인(160)은 슬릿부(110a)가 구비된 질량체(110)의 외측면과 고정부(120)를 연결할 수 있다.
제2 가요부(140)는 질량체(110)와 고정부(120)를 연결하며 일단은 슬릿부(110a)를 형성하는 질량체(110)의 내면에 결합되고, 타단은 고정부(120)에 결합될 수 있다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전 감지 센서(100)에 구비되는 제2 가요부(140)는 슬릿부(110a)가 형성된 공간에 대응하여 X축 방향의 길이를 증가시킬 수 있다.
결과적으로, 질량체(110)의 회전 시 질량체(110)의 회전 강성의 선형성을 개선하여 회전 감지 센서(100)의 감도가 개선되는 효과가 있다.
상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명의 속하는 기술분야의 통상의 기술자들에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.
100: 회전 감지 센서 110: 질량체
120: 고정부 130: 제1 가요부
140: 제2 가요부 150: 감지 수단
160: 멤브레인 170: 멤브레인
100: 회전 감지 센서 110: 질량체

Claims (14)

  1. 질량체와 이격되게 구비된 고정부;
    일 방향으로 상기 질량체와 상기 고정부를 연결하는 제1 가요부;
    상기 일 방향에 수직인 타 방향으로 상기 질량체와 상기 고정부를 연결하는 제2 가요부: 및
    상기 질량체와 상기 고정부를 연결하고, 상기 제2 가요부가 사이에 구비되도록 이격되게 구비되는 멤브레인;을 포함하는 회전 감지 센서.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 가요부의 폭은 상기 멤브레인의 사이 간격보다 작게 구비되는 회전 감지 센서.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 가요부의 상면은 상기 멤브레인의 상면과 상기 멤브레인의 하면 사이에 구비되는 회전 감지 센서.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 가요부의 상부에는 상기 질량체의 변위를 감지하는 감지 수단;이 구비되는 회전 감지 센서.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 감지 수단은 압전체와 상기 압전체에 형성된 전극을 포함하는 회전 감지 센서.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 전극은 제1 전극 및 상기 제1 전극에 비해서 상기 질량체에 가깝게 형성된 제2 전극을 포함하는 회전 감지 센서.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 멤브레인의 상부에는 전극 배선이 구비되는 회전 감지 센서.
  8. 내측으로 인입된 슬릿부가 구비된 질량체;
    상기 질량체와 이격되게 구비된 고정부;
    일 방향으로 상기 질량체와 상기 고정부를 연결하는 제1 가요부와 상기 일 방향에 수직인 타 방향으로 상기 질량체와 상기 고정부를 연결하고, 적어도 일부가 상기 슬릿부 내측에 구비되는 제2 가요부를 포함하는 가요부: 및
    상기 질량체와 상기 고정부를 연결하고, 상기 제2 가요부를 중심으로 일 방향으로 이격되게 구비되는 멤브레인;을 포함하는 회전 감지 센서.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 슬릿부는 상기 질량체의 타 방향 양측에서 내측으로 인입되어 구비되는 회전 감지 센서.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 가요부의 일단은 상기 슬릿부를 형성하는 상기 질량체의 내면에 결합되고, 타단은 상기 고정부에 결합되어 상기 질량체와 상기 고정부를 타 방향 양측에서 연결하는 회전 감지 센서.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 멤브레인은 상기 슬릿부가 구비된 질량체의 외측면과 상기 고정부를 연결하는 회전 감지 센서.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 가요부의 폭은 상기 멤브레인 사이 간격보다 작게 구비되는 회전 감지 센서.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 가요부의 상면은 상기 멤브레인의 상면과 상기 멤브레인의 하면 사이에 구비되는 회전 감지 센서.
  14. 제9 항에 있어서,
    상기 멤브레인의 상부에는 전극 배선이 구비되는 회전 감지 센서.



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