KR960010421B1 - 압전회전각센서 - Google Patents

압전회전각센서 Download PDF

Info

Publication number
KR960010421B1
KR960010421B1 KR1019920026481A KR920026481A KR960010421B1 KR 960010421 B1 KR960010421 B1 KR 960010421B1 KR 1019920026481 A KR1019920026481 A KR 1019920026481A KR 920026481 A KR920026481 A KR 920026481A KR 960010421 B1 KR960010421 B1 KR 960010421B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
piezoelectric
piezoelectric element
polarization direction
piezoelectric elements
attached
Prior art date
Application number
KR1019920026481A
Other languages
English (en)
Other versions
KR940015479A (ko
Inventor
윤만순
김선욱
김남흥
Original Assignee
박득표
포항종합제철주식회사
백덕현
재단법인산업과학기술연구소
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 박득표, 포항종합제철주식회사, 백덕현, 재단법인산업과학기술연구소 filed Critical 박득표
Priority to KR1019920026481A priority Critical patent/KR960010421B1/ko
Publication of KR940015479A publication Critical patent/KR940015479A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR960010421B1 publication Critical patent/KR960010421B1/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C25/00—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass
    • G01C25/005—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass initial alignment, calibration or starting-up of inertial devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/16—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

내용없음

Description

압전회전각센서
제1도는 본 발명에 일실시예에 따른 3차원 압전회전각센서의 개략적인 구성도.
제2도는 제1도의 3차원 압전회전각센서의 구동부 압전소자를 부분 절단한 상세도.
제3도는 제1도의 3차원 압전회전각센서의 감지부를 A-A'선을 따라 절단한 단면도.
제4도는 제1도의 3차원 압전회전각센서의 감지부 압전센서의 분극방향을 나타내는 상태도.
제5도는 제1도의 3차원 압전회전각센서의 측정회로도.
제6도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 압전회전각센서의 개략적인 구성도.
제7도는 제6도의 3차원 압전회전각센서의 측정회로도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2,3,12,13 : 감지부 압전소자11 : 구동부 압전소자
14 : 금속체16 : 금속지지대
17 : 하부지지대26a,26b,26c,26d : 감지부 압전소자
31 : 질량체32 : 전도성 접착제
51,52 : 연산증폭기53 : 구동단자
54 : 검출단자
본 발명은 압전회전각센서에 관한 것으로, 특히 회전각을 1축 및 2축에 대하여 3차원적으로 측정하며, 회전각 이외의 잡음에 강한 3차원 압전회전각센서에 관한 것이다.
압전회전각센서는 압전형 진동 자이로스코프(Gyroscope)로 총칭되며, 그 원리는 코프진자의 원리와 동일하며 진동하는 물체에 회전각속도가 진동방향과 직각방향으로 코리올리힘이 발생하는 역학적인 현상을 이용하는 센서이다.
이 원리는 1953년경으로부터 음편과 같은 탄성진동체에 확장 적용되어 실용화가 시작되었으며 종래의 회전축을 갖는 회전각 센서와는 달리 압전회전각센서는 마찰부분이 없이 수명이 길며 기동시간이 짧으며 소비전력이 작고 가격이 저렴하다.
따라서, 로보트 및 무인운송차의 방위각계측, 항공기 및 선박의 자세제어, 비데오 카메라의 화면진동 방지를 위한 각도계측용 등에 사용되고 있다. 특히 최근 차량운전용으로 민수적으로 요구가 높고, 지구 자전의 영향도 계속 가능한 고도의 압전회전각센서가 개발되고 있다.
그런데, 종래의 압전회전각센서는 단지 하나의 축에 대응하여 1,2차원적으로만 회전각을 측정할 수 있었기 때문에, 3차원적으로 회전각을 측정하기 위해서는 2개 이상의 압전회전각센서를 사용하여야 하는 문제점이 있었으며, 또한 노이즈가 포함되어 정확한 회전각을 검출할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 3차원적으로 회전각을 측정할 수 있으며, 검출값에서 노이즈를제거하고, 순수회전각만을 출력할 수 있도록 3차원 압전회전각센서를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로써, 본 발명은 분극방향이 반대가 되도록 적층된 다수의 박막압전소자로 이루어지고, 고정지지대위에 부착되는 구동부 압전소자와, 상기 구동부 압전소자의 상부에 부착되는 정육면체의 항탄성 금속체와, 상기 금속체의 네 측면에 부착되어, 상기 구동부 압전소자의 분극방향과 직교하는 분극방향을 가지면서, 마주보는 한쌍의 압전소자는 같은분극방향을 가지는 네개의 감지부 압전소자를 구비함을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여 기술적인 수단으로서, 분극방향이 반대가 되도록 적층된 다수의 박막압전소자로 이루어지고, 고정지지대위에 부착되는 구동부 압전소자와, 상기 구동부 압전소자의 상부에 부착되는 정육면체의 항탄성 금속체와, 상기 금속체의 상부에 형성되는 +자형의 지지대와, 상기 +자형의 금속지지대의 네개의 돌출부 표면에, 마주보는 두 압전소자의 분극방향은 같고, 그 분극방향이 상기 구동부 압전소자의 분극방향과는 직각을 이루도록 각각 부착되며, 또한 마주보지 않는 압전소자의 분극방향은 서로 직각을 이루도록 부착된 네개의 감지부 압전소자를 구비함을 특징으로 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
제1도는 본 발명의 일실시예에 의한 압전회전각센서의 구성도로써, 전기신호를 인가받아 Z축방향으로 진동하는 정사각형 압전소자(11)가 정육면체의 금속체(14)하면에 부착되고, 마주보는 압전소자(2와 12, 3과 13)는 같은 분극방향(X축방향과 Y축방향)으로된 4개의 직사각형으로된 전단형 압전소자(2),(12),(3),(13)가 상기 정육면체의 금속체(14)의 상면에 형성된 +자형지지대(16)의 네 돌출부의 표면에 각각 부착되고, 고정지지대(17)가 상기 정사각형의 구동부 압전소자(11)의 하부에 부착되어 형성된다.
제2도는 제1도의 구동부 압전소자(11)의 구성도로써, 그 두께가 소자 한변길이의 최대 1/100 이하가 되도록 다수의 박막압전소자를 적층하고, 상기 인접한 박막압전소자의 분극방향은 서로 반대가 되도록 형성되고, 그 분극방향은 각각의 외부전극(E1)에 연결되는 내부전극(E2)과 수직을 이루도록 형성한다.
제3도는 네개의 압전소자(2),(12),(13),(14)와 _자형지지대(16)으로된 감지부 A-A'로 자른 단면도로써, 그 하부가 정육면체의 금속체(14)에 부착되는 +자형지지대(16)의 상부의 양 가장자리 표면에 전도성 접착체(32)를 이용하여 압전소자(2),(12)를 형성하고, 상기 압전소자(2),(12)의 상부에 전도성 접착제(32)를 이용하여 질량제(31)를 부착하여 형성한다.
제4도는 제1도 및 제3도에 보인 감지부 압전소자(2),(3),(12),(13)의 구성도로서, 길이(ℓ)폭(w)두께(t)인 직사각형이며, 그 분극(polling)방향이 전극면과 평행하게 배열되도록 형성된다.
제6도는 본 발명의 또다른 실시예에 의한 압전회전각센서의 구성도로써, 고정지지대(17)의 상부에 제2도와 같이 형성되는 정사각형의 구동부 압전소자(11)가 부착되고, 상기 구동부 압전소자(11)의 상부에 정육면체의 항탄성 금속체(14)가 부착되고, 상기 항탄성 금속제(14)의 네 측면에 각각 상기 구동부 압전소자(11)의 분극방향(Z축방향)에 직교하는 감지부 압전소자(26a),(26b),(26c),(26d)가 부착되는데, 마주보는 두쌍의 구동부 압전소자(26a와 26b, 26c와 26d)는 같은 분극방향(X축방향과 Y축방향)을 가지고, 또한 마주보지 않는 구동부 압전소자의 분극방향은 서로 직교하도록 형성된다.
상기 구성에 의한 본 고안의 작용 및 효과를 상세하게 설명한다.
먼저, 정사각형의 압전소자(11)는 여러장의 압전소자를 적층시키므로써 선속도를 크게할 수 있으며, 그리하여 선속도에 비례하는 코리올리힘 또한 크게할 수 있게 되어, 적층된 압전소자들의 갯수에 비례하여 감도가 증가한다.
제1도에서,구동부 압전소자(11)가 고정지지대(15)에 고정된 상태에서 압전소자의 1차공전주파수와 일치된 외부신호가 인가되면, 이 압전소자(11)는 Z축방향으로 진동하고, 이때, 외부에서 회전속도가 주어지면 압전소자(2)(12)(3)(13)는 각각 Z방향으로 선운동(Vz)를 하게 된다.
그리고, 상기 상태에서 회전속도(ΩY)와 (ΩX)가 가해질 때 발생하는 코리올리힘(Fc)는 각각의 회전속도에 대해 다음과 같이 나타난다. 즉,
FcX=-2mVzΩY………………(1)
FcY=-2mVzΩX………………(2)
그러므로, 이미 알고 있는 상수(m), 선운동속도(Vz)와 측정된 코리올리힘 FcX와 FCY를 대입하여 회전각 속도 ΩX와 ΩY를 구할 수 있다. 즉, 본 발명에 의한 압전회전각센서에서는 압전소자(2),(12)에 FcX가 나타나고, 압전소자(3),(13)에는 FcY가 나타난다. 따라서, X축에 대한 회전각속도는 압전소자(2),(12)로부터 검출되고, Y축에 대한 회전각속도는 압전소자(3),(13)로부터 검출되며, 그 외의 방향에 대한 회전각도는 상기 압전소자(2),(12)에 의한 X축 회전각도와 압전소자(3),(13)에 의한 Y축 회전각도의 벡터합으로 검출된다.
제5도를 참조하여 검출동작을 설명하면 다음과 같다. 구동부 압전소자(11)는 구동단자(53)를 연결하여, 외부교류신호에 의하여 진동하도록 구동시키고, 감지부를 이루는 압전소자(2),(12),(13),(14)에는 상기 구동용 압전소자(11)의 두께진동에 의한 선속도(Vz)와 외부에서 인가되는 회전속도에 의하여 코리올리힘(Coriilis Force)에 의하여 전하가 발생한다. 상기 전하는 차동증폭기(51),(52)에 의하여 코리올리힘에 대응하는 그 전하차가 검출되어 검출단자(54)를 통해 출력된다.
즉, 상기 감지부의 압전소자(2),(12),(3),(13)들은 완전히 동일한 것으로써, 그 분극방향이 제1도 및 제5도에 표시된 화살표방향으로 되어 있기 때문에, 정육면체 금속체(14)의 중심점을 중심으로 회전속도가 가해지면, 각 수직평면상의 두 압전소자들, 즉, 즉, X축상의 압전소자 쌍(2)와, (12), Y축상의 압전소자 쌍(3)과 (13)은 각각 서로 반대부호의 전하가 발생한다.
만일, 주위음압, 온도, 습도변화에 의하여 잡음(X)가 발생하면, 상기 잡음(X)은 모든 압전소자에 동일한 부호로 나타나므로, 두수직평면상의 압전소자 쌍(2)(12)와 (3)(13)에서의 전하발생치는 각각, FcX+X=-2mVzΩY, -FcX+X=+2mVzΩY와, FcY+X=-2mVzΩX, -FcY+X=+2mVzΩX로 나타나며, 차동증폭기(51),(52)가 각각의 차이를 구하면, 잡음(X)는 제거되고 2배로 증폭된 코리올리힘만이 검출된다.
제6도에 본 발명의 또 다른 실시예를 보이고, 제7도에 제6도의 압전회전각센서에 의한 회전각 검출예를 보였으며, 그 동작은 제1도 및 제5도와 같은데, 정육면체의 항탄성 금속체(14)의 표면에 부착된 압전소자들은 부착시, 그 음의 분극방향이 항탄성 금속체(14)표면에 부착되도록 하여, 구동부 압전소자(11)가 고정지지대(17)에 고정된 상태에서 그 압전소자(11)의 1차 공진주파수와 일치하는 외부인가 교류신호에 의하여 두께방향으로 지동할때, 회전속도가 가해지면 압전소자(26a,26b,26c,26d)는 각각 Z축방향으로 선운동(Vz)한다. 그러므로, 상기 (1)식과 (2)식에 의하여 회전각속도를 구할 수 있으며, 압전소자(26A),(26B)에는 코리올리힘(FcX)가, 압전소자(26c),(26d)에는 코리올리힘(FcY)가 나타난다.
제7도에서, 본 발명의 또다른 실시예에 의한 압전회전각센서는 제5도에서와 같이, 압전소자(11)에 구동단자를 연결하여 압전소자(11)의 1차 공진주파수와 일치하는 신호를 인가하고, 회전에 의하여 감지부 압전소자(26a,26b)에서 발생된 전하를 차동연산증폭기(52)에서 입력받아 그 차를 검출함으로써 잡음의 영향에 의한 전하를 제거한 순수 회전에 의한 전하만을 출력하고, 또한 감지부 압전소자(26c,26d)에 발생하는 전하를 차동증폭기(51)에서 입력받아 그 차를 출력함으로써 잡음의 영향이 배재된 순수 회전각에 대응하는 전하가 출력된다.
상기에서, 감지부 센서로 사용된 전단형 압전소자는 근본적으로 주위온도변화에 의한 감도변화가 방지되도록 되어 있으며, 통상 전단응력에 의해 발생되는 전하량은 압축응력에 의하여 발생되는 전하량의 2배정도이므로, 통상의 압축응력에 의한 전하발생을 취하는 회전각센서에 비하여 고감도의 측정이 가능하며, 소형화에 유리하다.
그러므로, 본 발명은 상기와 같이 센서신호를 감지함으로써 주변의 음압, 온도, 습도변화에 의하여 발생하는 노이즈전하를 회전각속도에 비례하는 나타나는 전하로부터 분리함으로 노이즈의 영향을 줄여 감도를 향상시키는 우수한 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 분극방향이 반대가 되도록 적층된 다수의 박막압전소자로 이루어지고, 고정지지대위에 부착되는 구동부 압전소자와, 상기 구동부 압전소자의 상부에 부착되는 정육면체의 항탄성 금속체와, 상기 금속체의 네측면에 부착되어, 상기 구동부 압전소자의 분극방향과 직교하는 분극방향을 가지면서, 마주보는 한쌍의 압전소자는 같은 분극방향을 가지는 네개의 감지부 압전소자를 구비함을 특징으로 하는 압전회전각센서.
  2. 분극방향이 반대가 되도록 적층된 다수의 박막압전소자로 이루어지고, 고정지지대위에 부착되는 구동부 압전소자와, 상기 구동부 압전소자의 상부에 부착되는 정육면체의 항탄성 금속체와 상기 금속체의 상부에 형성되는 +자형의 지지대와, 상기 +자형의 금속지지대의 네개의 돌출부 표면에, 마주보는 두 압전소자는 같은 분극방향은 같고, 그 분극방향이 상기 구동부 압전소자의 분극방향과는 직각을 이루도록 각각 부착되며, 또한 마주보지 않는 압전소자의 분극방향은 서로 직각을 이루도록 부착된 네개의 감지부 압전소자로 이루어짐을 특징으로 하는 압전회전각센서.
KR1019920026481A 1992-12-30 1992-12-30 압전회전각센서 KR960010421B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019920026481A KR960010421B1 (ko) 1992-12-30 1992-12-30 압전회전각센서

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019920026481A KR960010421B1 (ko) 1992-12-30 1992-12-30 압전회전각센서

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR940015479A KR940015479A (ko) 1994-07-21
KR960010421B1 true KR960010421B1 (ko) 1996-07-31

Family

ID=19347605

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019920026481A KR960010421B1 (ko) 1992-12-30 1992-12-30 압전회전각센서

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR960010421B1 (ko)

Also Published As

Publication number Publication date
KR940015479A (ko) 1994-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5691471A (en) Acceleration and angular velocity detector
US4996877A (en) Three axis inertial measurement unit with counterbalanced mechanical oscillator
US4654663A (en) Angular rate sensor system
EP0565065B1 (en) Acceleration sensor
GB2158579A (en) Angular rate sensor system
US9315376B2 (en) Planar structure for a triaxial gyrometer
JP2006525514A (ja) １軸の加速度検知及び２軸の角速度検知を与える微細加工マルチセンサ
KR100373484B1 (ko) 진동형 마이크로자이로스코프
US5007289A (en) Three axis inertial measurement unit with counterbalanced, low inertia mechanical oscillator
US5065627A (en) Three axis inertial measurement unit with counterbalanced, low inertia mechanical oscillator
JP4911690B2 (ja) 振動ジャイロ用振動子
US6170330B1 (en) Angular velocity sensor and angular velocity sensing system
KR960010421B1 (ko) 압전회전각센서
JPS61294311A (ja) 振動ジヤイロ
JP3218702B2 (ja) 振動ジャイロ
JPS61191917A (ja) 音叉型振動ジヤイロ
RU2064682C1 (ru) Микромеханический вибрационный гироскоп-акселерометр
JPH11230760A (ja) 半導体振動ジャイロセンサ
KR100442823B1 (ko) 마이크로자이로스코프
JP3136544B2 (ja) ジャイロ装置
KR960010420B1 (ko) 전단형 정육면체 3차원 압전회전각 센서
JP3310029B2 (ja) 振動子
JPS6246266A (ja) 振動センサ
JP2583117B2 (ja) ジャイロ装置
JP3371608B2 (ja) 振動ジャイロ

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
G160 Decision to publish patent application
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20010703

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee