KR940008199B1 - 가속도 감지기 - Google Patents

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KR940008199B1 KR1019890012485A KR890012485A KR940008199B1 KR 940008199 B1 KR940008199 B1 KR 940008199B1 KR 1019890012485 A KR1019890012485 A KR 1019890012485A KR 890012485 A KR890012485 A KR 890012485A KR 940008199 B1 KR940008199 B1 KR 940008199B1
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더블유. 화이트 크레이그
더블유. 베르 레오나르드
이. 뮤저 케빈
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오토모티브 시스템스 라보라토리 인코포레이티드
진 에이 테난트
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Abstract

내용 없음.

Description

가속도 감지기
제1도는 본 발명 가속도 감지기의 제1실시형태를 보인 단면도.
제2도는 기부를 제거하여 본 발명 가속도 감지기의 제1실시형태의 저면을 보인 저면도.
제3도는 본 발명 가속도 감지기로부터 교정출력신호를 발생하기 위한 전기회로의 회로도.
제4도는 본 발명 감지기의 대향된 알루미늄층에 다른 전하를 대전시켜 감지기의 감지체가 프레임에 대하여 정전기적으로 이동되도록 하는 마이크로 프로세서 제어형 스위치의 회로도.
제5도는 본 발명 가속도 감지기의 제2실시형태를보인 단면도.
제6도는 기부를 제거하여 본 발명 가속도 감지기의 제2실시형태의 저면을 보인 저면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
12 : 프레임 14 : 기부
28 : 빔 30 : 감지체
40, 42 : 전도층 46 : 저항
52 : 휘트스톤 브릿지 60 : 차동증폭기
66 : 마이크로 프로세서
본 발명은 차량과 같은 물체의 속도에서 변화를 감지하기 위한 가속도 감지기와 제조허용공차와 작동환경의 변화에 따른 감지기 응답의 변화에 불구하고 교정 출력신호를 제공하기 위하여 마이크로 프로세서 제어형 회로를 이용한 가속도 감지기 출력신호의 교정방법 및 상기 출력신호를 교정하는데 이용되는 정전기장을 정량화 하는 방법에 관한 것이다.
지지빔에 외팔보형태로 연결된 감지체를 갖는 감지기가 알려진 바 있다. 이러한 감지기의 지지빔은 가속력에 의하여 이 지지빔의 연장방향에 대하여 거의 수직으로 움직인다. 이러한 지지빔에 결합되거나 그 표면에 확산된 다수의 스트레인 게이지(strain gage)가 공지의 방법으로 휘트스톤 브릿지에 연결되어 감지체의 변위량에 비례하는 출력을 얻는다. 그러나 스트레인 게이지로부터의 출력은 크리이프(creep)현상 및 히스테리시스 손실에 의하여 좋지 않은 영향을 받는다. 더욱이 스트레인 게이지의 저항과 아에 연결된 휘트스톤 브릿지의 출력이 온도에 크게 변화한다. 또한 온도에 의한 브릿지출력의 변화는 감지체와 그 지지빔이 실리콘으로부터 정밀가공되는 경우, 감지체의 편향과 온도사이의 관계가 알려져 있지 않으므로 매우 복잡하다. 더욱이 이러한 감지기는 전형적으로 고온에서 제작된 후에 냉각되므로 감지기의 작동온도가 변화함에 따라 나타나는 열응력이 발생된다. 따라서 감지기는 연속하여 재교정되어야 한다. 아울러, 제조과정에서의 변화는 감지기 저항의 미세조정과 같은 부가적인 제조단계를 필요로 하므로 단가가 상승하고 생산량이 감소되는 원인이 된다.
본 발명의 목적은 작동환경의 온도변화에 영향을 받지 않는 출력을 발생하는 가속도 감지기와 이를 위한 전기적인 제어회로를 제공하는데 있다.
본 발명의 목적은 작동환경의 온도변화에 영향을 받지 않는 출력을 발생하는 가속도 감지기와 이를 위한 전기적인 제어회로를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 제조과정시의 변화에 의한 감지기 출력의 변화를 자동적으로 보상하는 가속도 감지기용 제어회로를 제공하는데 있는 바, 이로써 감지기 제조과정에서 극단적인 허용오차 제어를 피할 수 있고 지금까지는 감지기를 제어회로에 적절히 매칭시키는데 필요하였던 각 감지기의 특정한 특성에 맞춘 감지기 제어회로의 주문제작의 필요성을 배제할 수 있다.
본 발명의 가속도 감지기는 견고한 절연 프레임으로 구성되고 이 프레임은 이로부터 동일 평면상으로 연장되어 감지체를 지지하는 다수의 지지빔을 갖는다. 감지체는 프레임의 가속도에 응답하여 이러한 가속도에 의하여 그 무게중심이 프레임에 대한 초기위치로부터 제2위치로 빔의 평면에 대하여 수직인 방향으로 움직인다. 각 지지빔은 이에 일체로 구성된 다수의 저항을 가지며 그 저항값은 빔의 편향과 감지체의 변위에 응답하여 변화한다. 필요한 경우 빔은 직경방향으로 대향된 위치에서 감지체를 지지할 수 있다.
또한 본 발명 감지기는 각각 감지체와 프레임의 대향면에 형성된 비자기성의 전기적 전도체 물질의 층과 같이 그 초기위치로부터 제2위치에 근접한 제3위치로 감지체를 정전기적으로 이동시키기 위한 수단으로 구성된다. 이들 층에 다른 전하가 공급될 때에 감지체는 어느 알려진 가속장에 의하여 이동되는 것과 유사한 방법으로 정전기장에 의하여 제3위치로 이동된다.
본 발명 감지기로부터 고정출력신호를 발생하기 위한 전기회로는 4개의 지선을 형성하는 한쌍의 입력 및 출력단자를 갖는 휘트스톤 브릿지와, 이 브릿지의 입력단에 전위가 나타나도록 하는 전압원으로 구성된다. 브릿지의 적어도 한 지선은 다수의 빔저항으로 구성된다. 아울러, 브릿지의 적어도 한 지선은 가변저항으로 구성되고 그 저항값은 마이크로 프로세서와 같은 적당한 제어수단에 의하여 조절되므로서, 브릿지의 출력단자를 가로질러 나타난 전압범위는 감지기 작동온도의 변화를 보상하고 제조허용공차에 적응토록 조절된다.
또한 본 발명 전기회로는 차동증폭기에 의하여 브릿지출력단자에 연결된 마이크로 프로세서의 아날로그-디지탈 변환기 포트와 같이 브릿지의 출력단자에 나타나는 전압을 측정하기 위한 수단, 전도체층에 전원전압을 공급하기 위하여 마이크로 프로세서에 의하여 작동가능한 스위치와 같이 본 발명 감지기의 정전기변위수단을 작동시키기 위한 수단과, 프레임 가속도에 의한 브릿지출력의 순간변화를 프레임에 대한 감지체의 정전기변위에 의한 브릿지출력의 순간변화를 비교하여 순간 브릿지출력으로부터 유도되고 작동온도변화에 의한 감지기 응답의 변화를 반영토록 조절된 교정출력신호를 발생하기 위한 수단으로 구성된다.
본 발명의 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도와 제2도에서, 본 발명 가속도 감지기(10) 제1실시형태는 파이렉스와 같은 절연물질로 구성된 하측부, 즉 기부(14)와 이 기부(14)의 상측면(18)에 접착방법으로 고정된 실리콘과 같은 절연물질로 구성된 상측부(16)를 갖는 프레임(12)으로 구성된다. 개방부(20)가 기부(14)의 상측면(24)을 노출시키기 위하여 그 상측면(22)으로부터 프레임(12)의 상측부(16)를 통하여 연장되어 있다. 실리콘과 같은 반도체 물질의 얇은 평면부(26)가 기부(14)의 상측면(24)에 평행하게 개방부(20)를 가로질러 연장된 한쌍의 지지빔(28)을 제공하기 위하여 상측프레임(16)의 상측면(22)에 접착되어 있다. 또한 실리콘과 같은 절연물질로 정밀가공된 감지체(30)가 접착방법으로 빔(28)의 말단부(32)에 고정되어 감지체(30)가 빔(28)에 의하여 프레임(12)에 대해 외발보형태로 지지되어 있다. 또한, 평면부(26)과 감지체(30)가 실리콘과 같은 반도체 물질의 단괴로부터 정밀가공될 수도 있다.
따라서, 감지체(30)는 프레임(12)의 양방향 가속도에 응답하여 상측프레임(16)에 대한 초기위치로부터 빔(28)의 평면에 수직인 방향으로 상측프레임에 대한 제2위치를 향하여 자유롭게 이동될 수 있다. 다수의 돌출부(34)(35)가 프레임(12)에 대한 감지체(30)의 변위량을 제한하기 위하여 각각 기부(14)와 상측프레임(16)에 돌출되어 있다. 따라서 기본적인 돌출부(34)는 감지체(30)가 프레임(12)의 어느 주어진 가속도에 의하여 이동될 수 있는 프레임(12)에 대한 제2위치를 한정한다. 감지체(30)와 프레임(12) 사이의 간극(36)은 감지체(30)를 위한 요구된 레벨의 가스댐핑효과를 위하여 적당히 형성되어 있다.
또한 본 발명 감지기(10)는 기부(14)의 노출된 상측면(24)에 CVD방법과 같이 증착된 알루미늄과 같은 비자기성이고 전기적 전도성 물체인 전도체층(40)으로 구성된다. 따라서 기부(14)의 전도체층(40)은 감지체(30)가 프레임(12)에 대하여 그 초기위치에 있을때에 지지빔(28)의 평면에 대하여 평행하게 연장된다. 또한 감지체(30)의 하측부(44)에는 기부(14)의 전도체층(40)과 대향되게 배치되도록 CVD방법으로 알루미늄과 같은 비자기성의 전기적 전도체 물질의 전도체층(42)이 형성되어 있다. 이들 전도체층(40)(42)은 이후, 상세히 설명되는 바와 같이 이들 전도체층(40)(42)에 대한 다른 전하의 다른 전하의 대전시에 가속도장이 없는 경우 프레임(12)에 대해 감지체(30)의 정진기변위를 허용한다.
한쌍의 저항(46)이 각 빔(28)의 상측변(48)에서 선택된 부분을 도핑하여 각 빔(28)에 일체로 형성되어 있다. 예를들어 빔은 CVD방법이나 이온주입방법을 이용하여 보론 또는 비소이온으로 도핑될 수 있다. 빔저항(46)의 저항값은 프레임(12)에 대한 감지체(30)의 변위에 위한 빔편향에 응답하여 변화한다.
본 발명 감지기(10)의 빔저항(46)의 순간저항치로부터 유도되어 온도효과를 위하여 조절된 교정출력신호 OUTPUT을 발생하기 위한 전기회로가 제3도에 도시되어 있다. 이 전기회로(50)는 휘트스톤 브릿지(52), 이 브릿지(52)의 입력단자(56)(58)에 전압 Vs이 나타나도록 하는 밧데리(54)와 같은 전압원, 상기 전압 VOUT을 증폭시키기 위하여 브릿지(52)의 출력단자(62)(64)에 연결된 차동증폭기(60)와, 차동증폭기(60)의 출력과 전원전압 Vs의 순간진폭을 판독하기 위한 한쌍의 아날로그-디지탈 변환기 포트(68)와 브릿지(52)의 출력단자(62)(64)를 가로질러 나타난 전압의 범위를 제어하기 위한 다수의 출력포트(70)를 갖는 마이크로 프로세서(66)로 구성된다.
특히, 감지기(10)의 빔(28)과 일체로 된 빔저항(46)은 4개의 지선(74)(76)(78)(80)을 구성토록 휘트스톤 브릿지(52)의 4개 단자 (56)(58)(62)(64) 사이에 연결된다. 브릿지(52)에 대한 각 빔저항(28)의 위치는 프레임(12)에 대한 감지체(30)의 변위시에 브릿지출력전압 VOUT의 변화를 최대화하기 위하여 공지의 방법으로 측정될 수 있다.
아울러, 가변저항(82)이 브릿지(52)의 두 하측 지선(78)(80)에서 각 빔저항(28)과 직렬로 연결된다. 본 발명의 우선 실시형태에서, 가변저항(82)은 각각 지선(78)(80)의 빔저항(46)과 직렬로 연결된 고정저항값의 저항(84)과, 마이크로 프로세서의 제어하에 각각 병렬관계로 전환되는 고정저항값을 갖는 다수의 부가적인 저항(86)으로 구성된다. 각 부가적인 저항(86)은 직렬저항(84)의 하나와 병렬을 이루도록 전환시키기 위한 마이크로 프로세서(86)에 의해 작동가능한 스위치는 트랜지스터(88)로 구성되고 그 에미터가 브릿지(52)의 단자(58)에 연결되며 콜렉터는 저항(86)에 연결된다. 마이크로 프로세서(66)는 출력포트(70)로부터 트랜지스터(88)의 베이스에 전류를 공급토록 저항(86)을 직렬저항(84)의 하나에 병렬을 이루도록 연결한다.
따라서, 마이크로 프로세서(66)는 감지기(10)의 작동중에 출력단자(62)(64)에 나타나는 전압범위를 제어하도록 브릿지(52)의 지선(78)(80)의 저항값에 단계적인 변화를 줄 수 있도록 되어 있다. 이와 같은 방법으로 전기적인 제어회로(50)는 감지기 작동온도의 변화에 의한 브릿지출력 VOUT의 변활르 보상하고 또한 빔저항(46)의 공칭저항값에 있어서 제조허용공차가 적응토록 한다.
또한, 전기적인 제어회로(50)는 감지체(30)가 프레임에 대한 제2위치로, 즉 기본적인 돌출부(34)와 접하는 위치로 프레임의 가속도에 의한 최대이동이 이루어지는 경우라 할지라도 자동증폭기(60)의 포화현상을 피하는 전압범위로 브릿지(52)의 출력 VOUT을 제한할 수 있다. 예를들어 마이크로 프로세서(66)는 브릿지 출력 VOUT이 자동증폭기(60)의 포화현상을 피하는데 필요한 값의 허용범위를 벗어나는 것을 간파할때에, 이 마이크로 프로세서(66)가 다시 평균브릿지출력 VOUT이 허용범위내에 떨어질 때까지 저항(86)을 지선(78)(80)의 직렬저항(84)과 병렬을 이루도록 연결한다. 제3도에서는 각 지선(78)(80)에 전환 가능한 부가적인 저항(86)을 단 두개만을 표시하였으나 사용된 부가저항(86)의 수효와 그 저항값은 최적한 범위내에서 선택될 수 있다.
브릿지(52)의 출력전압 VOUT을 정확히 제어하기 위한 목적은 제어회로(50)로부터의 출력 OUTPUT이 승객보호장치의 에러백(도시하지 않았음)과 같은 수단을 작동시킬 때에 프레임(12)에 대한 가속도 입력이 한계치를 능가하는 경우 제어회로(50)가 정확히 측정토록 하는데 있는 것이다.
따라서, 브릿지출력값의 범위가 한계치에 가까운 브릿지출력 VOUT과 같이 특정된 경우 제1차동증폭기(60)와 같이 상이한 이득을 갖는 제2자동증폭기(도시하지않았음)가 브릿지(52)의 출력단자(62)(64)를 가로질러 연장되어 상기 출력범위에 대한 증가된 해상도를 제공한다. 이점에 관하여, 또한 두 차동증폭기에 의하여 제공된 용장도가 고이득에 의한 한 차동증폭기의 조기 포화현상에도 불구하고 요구된 해상도를 제공하므로 각 지선(78)(80)에는 전환용의 부가저항(86)의 수효가 적게 요구된다.
따라서 마이크로 프로세서 조절 및 증폭형 브릿지출력(이후 설명을 간편히 하기 위하여 VOUT라 한다)의 작동평균값은 브릿지(52)의 순간출력 VOUT.1과 비교하기 위한 기준으로 사용된다. 본 발명 감지기(10)가 승객보호 장치에서 가속도 감지기로서 사용되는 경우 브릿지출력 VOUT의 순간변화는 차량가속에 의한 감지체(30)의 변위에 일치한다. 순간브릿지출력 VOUT.1이 한계치 이상으로 평균브릿지출력 VOUT을 능가할때에 마이크로 프로세서(66)가 충돌상황을 예상하고 평균브릿지출력 VOUT이 더 이상 계산되지 않게 되는 차량의 잠정충돌상황을 나타낸다. 따라서 잠재충돌상황을 나타내기 직전의 평균브릿지출력 VOUT은 차량의 가속상태를 추가로 평가하기 위하여 순간출력 VOUT.1과의 비교를 위한 기준으로 사용된다. 만약 순간출력 VOUT.1이 한계치를 능가하지 않는 경우 마이크로 프로세서내의 카운터가 감분된다. 만약 출력이 많은 연속판독을 위한 한계치를 능가하지 않는 경우 마이크로 프로세서는 모든 누산카운터를 제로로 하여 충돌상황을 소거하고 브릿지출력 VOUT의 정상적인 평균화가 회복된다.
또한 마이크로 프로세서(66)에는 감지기(10)의 전도체층(40)(42)에 대한 다른 전하의 대전을 제어하고 교정출력신호 OUTPUT을 제공하기 위한 다수의 출력포트(70)가 구비되어 있다.
마이크로 프로세서(66)는 기준의 전도체층(40)을 전원전압 Vs에 연결하는 스위치(72)를 작동시키므로서 (감지체 30의 전도체층 42는 이미 영구적으로 접지연결되었다) 감지기(10)의 전도체층(40)(42)에 대한 다른 전하의 공급을 제어한다. 기준의 전도체층(40)을 전원전압 Vs에 연결하고 두 상이한 전압을 인가하도록 마이크로 프로세서(66)의 출력포트(68)에 의하여 조작가능한 예시적인 스위치(72)의 구성이 제4도에 도시되어 있다.
감지기(10)로부터 교정출력신호 OUTPUT의 발생에 대하여, 본 발명의 전기적인 제어회로(50)는 차량의 정확한 가속상태를 정확히 반영하도록 출력신호 OUTPUT을 주기적으로 재교정하기 위해 감지기 프레임(12)에 대한 감지체(30)의 제어된 정전기변위를 이용한다. 특히 감지기(10)와 이에 결합된 제어회로(50)의 초기교정중에 감지기(10)의 빔이 지구의 중력장에 대하여 수직으로 연장되게 감지기(10)를 잠정 배향하는 것과 같이 알려진 가속장으로부터의 브릿지출력 VOUT의 순간변화가 일정한 고정온도 Tc에서 어느 알려진 교정변위전압 VD.C에 의하여 감지체(30)의 정전기변위시 브릿지출력 VOUT의 순간변화와 비교된다. 따라서 감지체(30)를 이동시키는 정전기장은 알려진 가속장, 즉 단일중력장에 의하여 효과적으로 교정된다. 따라서, 브릿지(52)의 순간출력 VOUT.1은 감지체(30)가 알려진 가속장에 의하여 효과적으로 이동되므로 감지기(10)의 전도체층(40)(42)에 동일 정전기편향전압 VD.C을 인가하고 브릿지출력 VOUT의 변화를 이전에 값과 비교하므로서 어떤 T1에서 주기적으로 교정될 수 있다.
프레임(12)에 대한 감지체(30)의 정전기변위에 의한 브릿지출력전압 VOUT.1에서의 순간변화는 정전기변위전압 VD와 그밖에 일정한 감지기 파라메타에 따라 좌우되어 나타난다. 따라서 브릿지(52)의 순간출력 VOUT.1의 교정을 위하여 순간정전기변위전압 VD.1는 본래의 정전기변위전압 VD.C와 동일할 필요는 없다. 따라서 본 발명은 정전기변위전압 VD를 정밀하게 제어하는데 소요되는 추가비용을 줄일 수 있다. 아울러, 본 발명은 전원전압 VS나 그 비율에 동일한 변위전압 VD을 인가하기 위하여 제4도에서 보인 트랜지스터/저항과 같은 간단한 스위칭 수단을 사용한다. 특히 전원전압 VS에 동일한 변위전압 VD은 감지체(30)와 기부(14)의 상측면(24) 사이의 간극(36)에서 먼지와 같은 이물질이 있는가하는 것을 시험하기 위하여 감지체(30)를 기본적인 돌출부(34)에 대하여 제2위치로 충분히 편향시키는데 사용된다 전원전압 VS의 비율과 동일한 변위전압 VD은 출력신호 OUTPUT의 교정을 위하여 감지체(30)를 프레임(12)에 대한 그 초기위치로부터 제2위치로 부분이동시키는데 사용된다. 순간정전기변위전압 VD.1이 본래의 교정변위전압 VD.C와 상이한 경우, 마이크로 프로세서(66)는 이러한 정전기변위중에 감지체(30)가 작용하는 등가속장을 계산하는데 사용하기 위하여 순간정전기변위전압 VD.1을 판독한다.
본 발명 감지기(10)의 교정과 교정출력신호 OUTPUT의 발생은 다음과 같다.
감지기 생산중에 감지기(10)와 이를 제어하기 위한 전기적인 제어회로(50)로 구성된 회로기판(도시하지 않았음)은 일반적으로 "네일베드(bed of nails)"시험으로 불리는 시험용으로 다수의 수직연장된 프로우브(probe)상에 수평으로 놓이고 회로의 완벽성을 위하여 회로에 대한 여러전압이 측정된다. 감지체(30)는 1G의 중력장을 받도록배향되고 이로써 감지기 프레임(12)에 대한 그 초기위치로부터 제2위치로 이동된다. 회로기판에 전력이 공급될 때에 마이크로 프로세서(66)는 이에 연결된 EEPROM(도시하지 않았음)과 같은 영구기억장치의 여러장소를 판독한다. 만약 이들값이 제로이면, 감지기는 교정된 바 없으며, 마이크로 프로세서(66)는 교정온도 TC에서 1G의 가속장에 해당하는 브릿지(52)의 제1교정출력 VOUT,C1을 판독하고, 이후에 마이크로 프로세서(66)는 EEPROM에 VOUT,C1의 값을 기억시킨다.
이후에 회로기판은 하우징(도시하지 않았음)내에 조립되고 이 회로기판이 감지기와 회로의 완벽성을 위하여 온도 TC에서 다시 시험된다. 하우징은 이 하우징이 차량에 착설될때에 감지체(30)를 지지하는 빔(28)의 평면이 중력장과 평행하게 연장되는 위치에 배향되므로서 감지체(30)가 감지기 프레임(12)에 대하여 초기위치로 복귀된다. 마이크로 프로세서(66)는 EEPROM에 기억된 제1교정값 VOUT,C1의 유무를 확인하기 위하여 이를 체크하고 모든 교정상수가 계산된 바 없음을 결정한다. 그리고 마이크로 프로세서(66)는 가속장 없이 교정온도 TC에서 브릿지(52)의 제2교정출력 VOUT,C2를 판독한다. VOUT,C1과 VOUT,C2사이의 차이는 감지기(10)의 교정된 "감도" SC이다. 즉, 온도 TC에서 1G의 가속도에 의한 브릿지출력 VOUT의 변화이다.
감지기(10)가 아직은 교정온도 TC에 있으므로 마이크로 프로세서(66)는 스위치(72)를 전환시켜 감지기(10)의 전도체층(40)(42)에 제1교정변위전압 VD,C을 인가하므로서 감지체(30)가 정전기적으로 이동된다. 마이크로 프로세서(66)는 제1교정변위전압 VD,C의 크기를 판독하여 기억하고 그 결과의 브릿지출력 VOUT,D,C를 판독하여 이로부터 브릿지(52)의 평균출력 VOUT을 감하여 브릿지출력 VOUT의 변화를 결정하며, 이후에 결과치가 EEPROM에 기억된다.
그리고, 제1교정정전기장과 같은 가속장이 브릿지출력 VOUT의 순간변화를 해석하는데 사용하기 위하여 계산된다. 특히 등가속장 FC(GS에서)이 다음식을 이용하여 마이크로 프로세서(66)에 의해 계산된다.
Figure kpo00001
여기에서, 순간교정 정전기편향전압 VD,i은 제 1 교정 정전기편향전압 VD,C와 같으며, 감지기(10)의 순간 감도 S1, 즉, 1G의 가속도에 해당하는 브릿지출력 VOUT의 순간변화가 다음과 같이 계산될 수 있다.
Figure kpo00002
여기에서, 순간교정 정전기변위전압 VD,i는 제 1 교정 정전기변위전압 VD,C와 같지 않으며, 그럼에도 불구하고 순간감도 S1은 브릿지출력 VOUT,D.i의 정전기유도 순간변화와 감지기교정 상수에 따라 변화하며 이들사이의 관계는 적당한 수단에 의하여 정밀하게 유지된다.
제1교정 정전기전압 VD,C와 순간교정 정전기전압 VD.i(여기에서 후자는 전자와 상이하다)는 프레임(12)에 대하여 제2위치를 향하여, 즉 기부(14)의 상측면(24)으로부터 돌출된 돌출부(34)에 접속할 정도로 감지체(30)를 완전히 이동시키지 않도록 선택되는 것이 좋다.
아울러 본 발명하에서, 기부(14)의 전도체층(40)과 감지체(30)의 대향된 전도체층(42)은 통상 동일전압, 예를들어 +5볼트의 공칭전압으로 바이어스된다. 이후에 감지체(30)는 전도체층(40)(42)의 전압을 증가 또는 감소시켜 정전기적으로 이동된다.
제5도와 제6도는 본 발명의 가속도 감지기(90)의 제2실시형태를 보인 것이다. 이 제2실시형태에서, 두 지지빔(28)이 감지체(30)를 직경방향으로 대향된 위치에서 지지한다. 각 빔(28)에는 적어도 하나의 저항(46)이 일체로 형성되어 있다. 제6도와 감지체(30)를 지지하기 위하여 총 4개의 빔(48)을 보이고 있으나 본 발명에 있어서는 감지체(30)를 직경방향으로 지지하는 단 두개의 빔(28)이 사용될 수 있다. 마찬가지로, 본 발명에 있어서는 감지체(30)를 지지하기 위하여 선택된 일부를 도핑하여 다수의 저항(46)을 형성한 반도체 "박막"의 사용이 가능하다. 제2실시형태의 빔저항(46)은 프레임(12)에 대하여 감지체(30)의 이동시에 출력변화를 최대화하도록 공지된 방법으로 휘트스톤 브릿지(52)의 단자(56)(58)(62)(64) 사이에 연결된다.
본 발명의 우선 실시형태를 이상과 같이 설명하였으나 본 발명은 본 발명의 기술사상이나 범위를 벗어남이 없이 수정이 가능하다.

Claims (23)

  1. 자기교정형의 가속도 감지기(10)에 있어서, 견고한 프레임(12), 상기 프레임(12)으로부터 연장된 탄성의 지지빔(28), 상기 빔(28)에 의하여 지지되어 상기 프레임(12)에 대한 초기위치로부터 상기 프레임(12)에 대한 최대변위의 제2위치로 이동되도록 상기 프레임(12)의 가속에 응답하므로서 상기 빔(28)이 편향되게 하는 감지체(30), 상기 빔(28)의 편향에 응답하여 저항값이 변화하는 상기 빔(28)의 저항(46), 가속도에 관계없이 상기 제2위치에 가까운 제3위치로 상기 감지체(30)를 정전기적으로 이동시키기 위한 정전기변위수단(40,42)과, 상기 정전기변위수단(40,42)에 의하여 상기 감지체(30)를 상기 제3위치로 이동시켜 교정되는 출력신호를 발생하기 위하여 상기 빔저항(46)의 저항값에 응답하는 전기회로(50)로 구성됨을 특징으로 하는 가속도 감지기.
  2. 청구범위 1항에 있어서, 상기 빔(28)이 반도체 물질로 구성되고 상기 빔의 저항(46)이 상기 반도체 물질의 도핑부분으로 구성됨을 특징으로 하는 가속도 감지기.
  3. 청구범위 1항에 있어서, 상기 정전위변위수단(40,42)이 상기 프레임(12)상의 비자기성 전기적 전도성 물질의 제1전도체층(40), 상기 프레임(12)의 상기 제1전도체층(40)에 대향된 상기 감지체(30)상의 비자기성 전기적 전도성 물질의 제2전도체층(42)과, 상기 제1 및 제2전도체층(40,42)에 다른 전하를 대전시키기 위한 대전수단(72)으로 구성됨을 특징으로 하는 가속도 감지기.
  4. 청구범위 3항에 있어서, 상기 제1 및 제2전도체층(40,42)에 다른 전하를 대전시키기 위한 상기 대전수단(72)이 상기 전도체층을 가로질러 전환 가능하게 연결된 전압원(VS)으로 구성됨을 특징으로 하는 가속도 감지기.
  5. 청구범위 1항에 있어서, 상기 프레임(12)에 대하여 감기 감지체(30)의 변위량을 제한하기 위한 정지수단을 포함함을 특징으로 하는 가속도 감지기.
  6. 청구범위 5항에 있어서, 상기 정지수단이 상기 감지체(30)와 결합 가능하게 상기 프레임(12)으로부터 돌출된 다수의 돌출부(34)로 구성됨을 특징으로 하는 가속도 감지기.
  7. 청구범위 1항에 있어서, 상기 감지체(30)를 지지하기 위하여 상기 프레임(12)으로부터 연장된 제2지지빔(28)을 포함하고, 상기 빔(28)이 상기 감지체(30)를 직경방향으로 대향된 위치에서 지지함을 특징으로 하는 가속도 감지기.
  8. 청구범위 1항에 있어서, 상기 감지체(30)의 변위를 완충시키기 위한 가스댐핑수단을 포함함을 특징으로 하는 가속도 감지기.
  9. 청구범위 1항에 있어서, 상기 전기회로가 한쌍의 입력단자(56,58)와 적어도 하나가 빔저항(46)으로 구성되는 4개의 지선을 형성하는 한쌍의 출력단자(62,64)를 갖는 휘트스톤 브릿지(52), 상기 브릿지(52)의 입력단자(56,58)에 전압을 인가하는 밧데리(54)와, 상기 브릿지(52)의 출력단자(62,64)에 나타난 전압을 측정하기 위한 전압측정수단으로 구성됨을 특징으로 하는 가속도 감지기.
  10. 청구범위 9항에 있어서, 상기 상기 브릿지(52)의 출력단자에 나타난 전압을 측정하기 위한 전압측정수단이 전압을 판독하기 위하여 각 출력단자(62,64)을 연결된 판독수단을 갖는 마이크로 프로세서(66)로 구성됨을 특징으로 하는 가속도 감지기.
  11. 청구범위 10항에 있어서, 상기 브릿지(52)의 출력단자(62,64)에 나타난 전압을 판독하기 위한 상기 마이크로 프로세서(66)의 상기 판독수단이 차동증폭기(60)에 의하여 출력단자(62,64)에 연결된 상기 마이크로 프로세서(66)의 아날로그-디지탈 변환기 포트로 구성됨을 특징으로 하는 가속도 감지기.
  12. 청구범위 10항에 있어서, 상기 브릿지(52)의 상기 지선중 적어도 하나가 가변저항값을 갖는 제1저항(82)으로 구성되고, 상기 제1저항(82)의 저항값이 상기 마이크로 프로세서(66)에 의하여 제어됨을 특징으로 하는 가속도 감지기.
  13. 청구범위 10항에 있어서, 상기 제1저항(82)이 상기 브릿지(52)의 상기 지선을 형성하는 단자 사이에서 빔저항(46)과 직렬로 배치됨을 특징으로 하는 가속도 감지기.
  14. 청구범위 12항에 있어서, 가변저항값을 갖는 상기 제1저항(82)이 고정저항값의 제2저항(84)과 역시 고정저항값을 갖는 적어도 하나의 부가적인 저항(86)으로 구성되고, 상기 각 부가적인 저항(86)이 상기 마이크로 프로세서(66)에 의하여 작동가능한 동수의 스위치 수단에 의하여 상기 제2저항(84)과 병렬이 되게 전환됨을 특징으로 하는 가속도 감지기.
  15. 청구범위 14항에 있어서, 상기 제2저항(84)에 병렬이 되고 상기 부가저항(86)의 하나를 전환시키기 위하여 상기 마이크로 프로세서(86)에 의해 작동가능한 상기 각 스위치 수단이 트랜지스터(88)로 구성되고, 상기 트랜지스터(88)의 에미터가 상기 브릿지(52)의 단자에 연결되며, 상기 트랜지스터(88)의 콜렉터는 상기 부가적인 저항(86)에 연결되고, 상기 트렌지스터(88)의 베이스는 상기 마이크로 프로세서(66)에 연결되며, 이로써 상기 부가적인 저항(86)이 상기 마이크로 프로세서(66)에 의하여 상기 트랜지스터(88)의 베이스에 전류를 인가할때에 상기 제2저항(84)과 병렬로 전환 가능하게 연결됨을 특징으로 하는 가속도 감지기.
  16. 청구범위 9항에 있어서, 상기 전기회로가 상기 정전기변위수단(40,42)을 작동시키기 위한 작동수단, 상기 브릿지(52)의 출력단자(62.64)에 나타난 전압의 변화를 측정하기 위한 전압측정수단과, 상기 브릿지(52)의 출력단자(62,64)에 나타난 순간전압으로부터 유도된 고정출력신호를 발생하기 위한 교정출력신호 발생수단으로 구성됨을 특징으로 하는 가속도 감지기.
  17. 청구범위 16항에 있어서, 상기 교정출력신호 발생수단이 상기 프레임(12)에 대한 상기 감지체(30)의 가속도에 의한 상기 브릿지(52)의 출력단자(62,64)에 나타난 전압의 변화를 상기 프레임(12)에 대한 상기 감지체(30)의 정전기변위에 의한 상기 브릿지(52)의 출력단자(62,64)에 가로질러 나타난 전압의 변화와 비교하기 위한 비교수단으로 구성됨을 특징으로 하는 가속도 감지기.
  18. 청구범위 16항에 있어서, 상기 교정출력신호 발생수단이 상기 프레임(12)에 대한 상기 감지체(30)의 가속도에 의한 상기 브릿지(52)의 출력단자(62,64)에 나타난 전압의 순간변화를 상기 프레임(12)에 대한 상기 감지체(30)의 정전기변위에 의한 상기 브릿지(52)의 출력단자(62,64)에 나타난 전압의 변화와 비교하여 상기 감지기(10)의 순간감도를 측정하기 위한 순간감도 측정수단과, 상기 순간감도에 의하여 상기 브릿지(52)의 출력단자(62,64)에 나타난 순간전압을 교정하기 위한 교정수단으로 구성됨을 특징으로 하는 가속도계.
  19. 견교한 프레임(12)에 지지되고 감지축선을 따라 상기 프레임(12)에 가하여지는 가속도 입력에 응답하여 상기 프레임(12)에 대하여 이동가능하게 된 관성의 감지체(30)를 갖는 가속도 감지기(10)에 의하여 발생된 출력신호를 교정하는 가속도 감지기 출력신호의 교정방법에 있어서, 상기 방법이 상기 축선을 따라 상기 프레임(12)에 대하여 알려진 크기의 제1가속도 입력을 모사하여 가하고 상기 프레임(12)에 대하여 상기 감지체(30)를 이동시키는 정전기장에 대하여 상기 감지체(30)가 놓이도록 하는 단계, 상기 가속도 입력이 가하여지는 것에 응답하여 발생된 상기 출력신호의 제1변화를 검출하는 단계와, 상기 출력신호의 신호 제1변화와 상기 모사된 가속도 입력의 크기를 이용하여 상기 출력신호를 교정하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 가속도 감지기 출력신호의 교정방법.
  20. 견교한 프레임(12), 상기 프레임(12)에 의하여 지지되고 감지축선을 따라 상기 프레임(12)에 가하여지는 가속도 입력에 응답하여 상기 프레임(12)에 대한 제1위치로부터 상기 프레임(12)에 대한 최대변위의 제2위치로 이동할 수 있게 된 관성의 감지체(30), 출력신호를 발생토록 감지체 변위에 응답하는 수단과, 상기 프레임(12)에 대한 가속도 입력에 관계없이 상기 감지체(30)를 상기 제2위치로 이동시키는 정전기장을 발생하기 위한 수단(40,42)을 갖는 가속도 감지기(10)에 의하여 발생되는 상기 출력신호를 교정하는데 이용되는 정전기장을 정량화하는 정전기장 정량화방법에 있어서, 상기 방법이 상기 감지축선을 따라 상기 프레임(12)에 알려진 크기의 가속도 입력을 모사하여 가하는 상기 감지체(30)에 기준력을 가하는 단계, 상기 기준력이 가하여질때에 상기 출력신호의 제1값을 수신하는 단계, 상기 기준력이 가하여지지 않고, 상기 정전기장이 없을때 상기 출력신호의 제2값을 수신하는 단계, 상기 제1및 제2위치의 중간에서 상기 프레임에 대한 제3위치로 상기 감지체를 이동시키기 위한 상기 정전기장을 발생하는 단계, 상기 기준력이 가하여지지 않는 반면에 상기 정전기장이 발생될 때 상기 출력신호의 제3값을 수신하는 단계와, 상기 출력신호의 제1,제2 및 제3값을 이용하여 상기 정전기장을 정량화하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 정전기장 정량화방법.
  21. 청구범위 20항에 있어서, 상기 기준력이 상기 감지체(30)를 기준장에 놓으므로서 상기 감지체(30)에 가하여짐을 특징으로 하는 방법.
  22. 청구범위 21항에 있어서, 상기 기준장이 지구증력장이고, 상기 감기축선이 상기 중력장에 평행하게 상기 중력장에 대하여 상기 프레임(12)을 배향하므로서 상기 기준력이 상기 감지체(30)에 가하여짐을 특징으로하는 방법.
  23. 청구범위 20항에 있어서, 상기 출력신호의 상기 제1, 제2 및 제3값이 각각 동일온도에서 검출됨을 특징으로 하는 방법.
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