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KR101531093B1 - 가속도 센서 및 각속도 센서 - Google Patents

가속도 센서 및 각속도 센서 Download PDF

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KR101531093B1
KR101531093B1 KR1020130091029A KR20130091029A KR101531093B1 KR 101531093 B1 KR101531093 B1 KR 101531093B1 KR 1020130091029 A KR1020130091029 A KR 1020130091029A KR 20130091029 A KR20130091029 A KR 20130091029A KR 101531093 B1 KR101531093 B1 KR 101531093B1
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mass
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Abstract

본 발명에 따른 가속도 센서는 제1 질량체 및 제2 질량체를 포함하는 질량체부와, 상기 제1 질량체와 상기 제2 질량체를 지지하는 프레임과, 상기 제1 질량체 및 제2 질량체를 상기 프레임에 각각 연결하는 제1 가요부와, 상기 제1 질량체 및 제2 질량체를 상기 프레임에 각각 연결하는 제2 가요부와, 상기 제2 가요부는 상기 제1 질량체 및 제2 질량체의 무게중심에 대하여 각각 이격되도록 상기 제1 질량체 및 제2 질량체에 연결되고, 본 발명의 일실시예에 따른 각속도 센서는 제1 질량체 및 제2 질량체를 포함하는 질량체부와, 상기 제1 질량체와 상기 제2 질량체를 지지하는 내부 프레임과, 상기 제1 질량체 및 제2 질량체를 상기 프레임에 각각 연결하는 제1 가요부와, 상기 제1 질량체 및 제2 질량체를 상기 프레임에 각각 연결하는 제2 가요부와, 상기 내부 프레임을 지지하는 외부 프레임과, 상기 내부 프레임과 상기 외부 프레임을 연결하는 제3 가요부와, 상기 내부 프레임과 상기 외부 프레임을 연결하는 제4 가요부를 포함하고, 상기 제1 질량체 및 제2 질량체는 상기 제2 가요부에 의해 편심되도록 상기 내부 프레임에 각각 연결된다.

Description

가속도 센서 및 각속도 센서 {Acceleration Sensor and Angular Velocity Sensor}
본 발명은 가속도 센서 및 각속도 센서에 관한 것이다.
최근, 관성센서는 인공위성, 미사일, 무인 항공기 등의 군수용으로부터 에어백(Air Bag), ESC(Electronic Stability Control), 차량용 블랙박스(Black Box) 등 차량용, 캠코더의 손떨림 방지용, 핸드폰이나 게임기의 모션 센싱용, 네비게이션용 등 다양한 용도로 사용되고 있다.
그리고 관성센서 중에서 각속도 센서는 각속도를 측정하기 위해서, 일반적으로 멤브레인(Membrane) 등의 탄성 기판에 질량체를 접착시킨 구성을 채용하고 있다. 상기 구성을 통해서, 각속도 센서는 질량체에 인가되는 코리올리힘을 측정하여 각속도를 산출한다.
구체적으로, 각속도 센서를 이용하여 각속도를 측정하는 방식을 살펴보면 다음과 같다. 우선, 각속도는 코리올리힘(Coriolis Force) "F=2mΩv" 식에 의해 구할 수 있으며, 여기서 "F"는 질량체에 작용하는 코리올리힘, "m"은 질량체의 질량, "Ω"는 측정하고자 하는 각속도, "v"는 질량체의 운동속도이다. 이중, 질량체의 운동속도(v)와 질량체의 질량(m)은 이미 인지하고 있는 값이므로, 질량체에 작용하는 코리올리힘(F)을 감지하면 각속도(Ω)를 구할 수 있다.
한편, 종래기술에 따른 각속도 센서는 하기 선행기술문헌의 특허문헌에 개시된 바와 같이, 질량체를 구동시키거나 질량체의 변위를 감지하기 위해서 멤브레인(다이어프램)의 상부에 압전체가 구비된다. 이러한 각속도 센서로 각속도를 측정하기 위해서는 구동모드의 공진주파수와 감지모드의 공진주파수를 거의 일치시키는 것이 바람직하다. 하지만, 형상/응력/물성 등으로 인한 미세한 제작오차에 의해서 구동모드와 감지모드 사이에 간섭이 매우 크게 발생한다. 따라서, 각속도 신호보다 훨씬 큰 노이즈(Noise) 신호가 출력되므로, 각속도 신호의 회로증폭이 제한되어, 각속도 센서의 감도가 저하되는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 제1 측면은 무게중심에 대하여 이격되도록 연결된 2개의 질량체를 포함하여, 각기 다른 변위가 발생되어 다축에 대한 물리량의 동시검출이 가능한 가속도 센서를 제공하기 위한 것이고,
본 발명의 제2 측면은 하나의 구동부를 통해 프레임과 질량체를 구동시켜 질량체의 구동변위와 감지변위를 개별적으로 발생시키고, 특정 방향에 대해서만 질량체가 운동가능하도록 가요부를 형성함으로써, 구동모드와 감지모드 사이의 간섭을 제거하고, 제작오차에 따른 영향을 저감시킬 수 있는 각속도 센서를 제공하기 위한 것이고,
본 발명의 제3 측면은 무게중심에 대하여 이격되도록 연결된 2개의 질량체를 포함하고, 상기 프레임 구동에 따른 제1 질량체와 제2 질량체의 구동 및 변위의 상이함으로 인해 2축의 정확한 각속도 검출이 가능한 각속도 센서를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 가속도 센서는 제1 질량체 및 제2 질량체를 포함하는 질량체부와, 상기 제1 질량체와 상기 제2 질량체를 지지하는 프레임과, 상기 제1 질량체 및 제2 질량체를 상기 프레임에 각각 연결하는 제1 가요부와, 상기 제1 질량체 및 제2 질량체를 상기 프레임에 각각 연결하는 제2 가요부와, 상기 제1 질량체 및 제2 질량체는 상기 제2 가요부에 의해 편심되도록 프레임에 각각 연결된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 제1 가요부와 제2 가요부는 직교방향으로 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 제1 질량체 및 제2 질량체의 일단에는 각각 제1 가요부가 연결되고, 상기 제1 질량체 및 제2 질량체의의 타단부에는 각각 제2 가요부가 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 제1 질량체 및 제2 질량체는 X축 방향에 대하여 일단에 제1 가요부가 각각 연결되고, X축 방향에 대하여 타단부에는 제2 가요부가 Y축 방향으로 각각 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 제1 질량체 및 제2 질량체는 제1 가요부가 각각 연결된 결합부보다, 제2 가요부가 각각 결합되는 결합부가 서로 인접하도록 대향될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 제1 가요부는 일축 및 타축방향에 의해 형성된 면과, 상기 면의 직교방향으로 연장된 두께를 갖는 빔으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 제1 가요부는 Z축 방향으로 소정두께를 갖고, X축 및 Y축에 의해 형성된 면으로 이루어진 빔이고, Y축 방향의 폭(W1)이 Z축 방향의 두께(T1)보다 크게 형성된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 제1 가요부는 X축 방향으로 제1 질량체의 일단부와 프레임을, 제2 질량체의 일단부와 프레임을 각각 연결할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 제1 가요부 또는 제2 가요부의 일면에는 선택적으로 제1 질량체와 제2 질량체의 변위를 감지하는 감지수단이 구비된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 제2 가요부는 일축방향으로 두께를 갖고 타축방향으로 면이 형성된 힌지이다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 제2 가요부는 X축 방향으로 소정 두께를 갖고 Y축 및 Z축에 의해 면이 형성된 힌지이다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 제2 가요부는 Z축 방향의 폭(W2)이 X축 방향의 두께(T2)보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 제2 가요부는 Y축 방향으로 상기 제1 질량체와 상기 프레임을, 상기 제2 질량체와 프레임을 각각 연결할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 제2 가요부는 단면이 사각형인 힌지(Hinge) 형상 또는 단면상 원형인 토션바(Torsion Bar) 형상으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 각속도 센서는 제1 질량체 및 제2 질량체를 포함하는 질량체부와, 상기 제1 질량체와 상기 제2 질량체를 지지하는 내부 프레임과, 상기 제1 질량체 및 제2 질량체를 상기 프레임에 각각 연결하는 제1 가요부와, 상기 제1 질량체 및 제2 질량체를 상기 프레임에 각각 연결하는 제2 가요부와, 상기 내부 프레임을 지지하는 외부 프레임과, 상기 내부 프레임과 상기 외부 프레임을 연결하는 제3 가요부와, 상기 내부 프레임과 상기 외부 프레임을 연결하는 제4 가요부를 포함하고, 상기 제1 질량체 및 제2 질량체는 상기 제2 가요부에 의해 편심되도록 상기 내부 프레임에 각각 연결된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제1 가요부와 제2 가요부는 직교방향으로 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제3 가요부와 제4 가요부는 직교방향으로 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제3 가요부는 상기 제1 가요부와 직교방향으로 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제4 가요부는 상기 제2 가요부와 직교방향으로 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제1 가요부는 일축 및 타축방향에 의해 형성된 면과, 상기 면의 직교방향으로 연장된 두께를 갖는 빔으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제1 가요부는 Z축 방향으로 소정두께를 갖고, X축 및 Y축에 의해 형성된 면으로 이루어진 빔이고, Y축 방향의 폭(W1)이 Z축 방향의 두께(T1)보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제1 가요부는 X축 방향으로 제1 질량체의 일단부와 프레임을, 제2 질량체의 일단부와 프레임을 각각 연결할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제1 가요부 또는 제2 가요부의 일면에는 선택적으로 제1 질량체와 제2 질량체의 변위를 감지하는 감지수단이 구비된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제2 가요부는 일축방향으로 두께를 갖고 타축방향으로 면이 형성된 힌지이다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제2 가요부는 X축 방향으로 소정 두께를 갖고 Y축 및 Z축에 의해 면이 형성된 힌지이다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제2 가요부는 Z축 방향의 폭(W2)이 X축 방향의 두께(T2)보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제2 가요부는 Y축 방향으로 상기 제1 질량체와 상기 프레임을, 상기 제2 질량체와 프레임을 각각 연결한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제2 가요부는 단면이 사각형인 힌지(Hinge) 형상 또는 단면상 원형인 토션바(Torsion Bar) 형상으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제3 가요부는 일축 및 타축방향에 의해 형성된 면과, 상기 면의 직교방향으로 연장된 두께를 갖는 빔으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제3 가요부는
Z축 방향으로 소정두께를 갖고, X축 및 Y축에 의해 형성된 면으로 이루어진 빔이고, X축 방향의 폭(W3)이 Z축 방향의 두께(T3)보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제4 가요부는 일축방향으로 두께를 갖고 타축방향으로 면이 형성된 힌지로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제4 가요부는 Y축 방향으로 소정 두께를 갖고 X축 및 Z축에 의해 면이 형성된 힌지로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제4 가요부는 Z축 방향의 폭(W4)이 Y축 방향의 두께(T4)보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제4 가요부는 상기 제1 질량체 및 제2 질량체의 무게중심에 대응되도록 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제3 가요부 또는 제4 가요부의 일면에는 선택적으로 내부 프레임을 구동시키는 구동수단이 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 구동수단에 의해 상기 내부프레임이 구동될 경우, 상기 내부 프레임은 상기 외부 프레임에 대해서 상기 제4 가요부가 결합된 축을 기준으로 회전된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 내부 프레임이 상기 제4 가요부가 결합된 축을 기준으로 회전될 경우, 상기 제3 가요부에는 굽힘응력이 발생되고, 상기 제4 가요부에는 비틀림응력이 발생된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 내부 프레임이 제4 가요부가 결합된 축을 기준으로 회전될 경우, 제1 질량체 및 제2 질량체는 상기 내부 프레임에 대해서 제2 가요부가 결합된 축을 기준으로 회전된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제1 질량체 및 제2 질량체가 회전될 경우, 제1 가요부에는 굽힘응력이 발생되고, 상기 제2 가요부에는 비틀림응력이 발생된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제1 질량체 및 제2 질량체의 일단에는 각각 상기 제1 가요부가 연결되고, 상기 제1 질량체 및 제2 질량체의의 타단부에는 각각 상기 제2 가요부가 연결된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 상기 제1 질량체 및 제2 질량체는 제1 가요부가 각각 연결된 결합부보다, 제2 가요부가 각각 결합되는 결합부가 서로 인접하도록 대향된다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따르면, 편심되도록 연결된 2개의 질량체를 포함하여, 각기 다른 변위가 발생되어 다축에 대한 물리량의 동시검출이 가능한 가속도 센서를 얻을 수 있고,
하나의 구동부를 통해 프레임과 질량체를 구동시켜 질량체의 구동변위와 감지변위를 개별적으로 발생시키고, 특정 방향에 대해서만 질량체가 운동가능하도록 가요부를 형성함으로써, 구동모드와 감지모드 사이의 간섭을 제거하고, 제작오차에 따른 영향을 저감시킬 수 있으며, 편심되도록 연결된 2개의 질량체를 포함하고, 상기 프레임 구동에 따른 제1 질량체와 제2 질량체의 구동 및 변위의 상이함으로 인해 2축의 정확한 각속도 검출이 가능한 각속도 센서를 얻을 수 있다
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 센서를 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는 도 1에 도시한 가속도 센서의 평면도.
도 3은 도 1에 도시한 가속도 센서의 개략적인 A-A 단면도.
도 4는 도 1에 도시한 가속도 센서의 개략적인 B-B 단면도.
도 5는 도 1에 도시한 가속도 센서에 있어서 제1 질량체 및 제2 질량체의 운동가능한 방향을 도시한 평면도.
도 6은 도 3에 도시한 가속도 센서에 있어서, 제1 질량체 및 제2 질량체의 운동가능한 방향을 도시한 단면도.
도 7a 및 도 7b는 도 3에 도시한 가속도 센서에 있어서, 제1 질량체 및 제2 질량체가 제2 가요부를 기준으로 회전하는 과정을 도시한 단면도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 각속도 센서를 개략적으로 도시한 사시도.
도 9는 도 8에 도시한 각속도 센서의 평면도.
도 10은 도 9에 도시한 각속도 센서의 개략적인 A-A 단면도.
도 11은 도 9에 도시한 각속도 센서의 개략적인 B-B 단면도.
도 12는 도 9에 도시한 각속도 센서에 있어서 제1 질량체 및 제2 질량체의 운동가능한 방향을 도시한 평면도.
도 13은 도 10에 도시한 각속도 센서에 있어서, 제1 질량체 및 제2 질량체의 운동가능한 방향을 도시한 단면도.
도 14a 및 도 14b는 도 10에 도시한 제1 질량체 및 제2 질량체가 내부 프레임에 대해서 제2 가요부를 기준으로 회전하는 과정을 도시한 단면도.
도 15는 도 9에 도시한 각속도 센서에 있어서, 내부 프레임의 운동가능한 방향을 도시한 평면도.
도 16은 도 11에 도시한 각속도 센서에 있어서, 내부 프레임의 운동가능한 방향을 도시한 단면도.
도 17a 및 도 17b는 도 16에 도시된 내부 프레임이 외부 프레임에 대하여 제4 가요부를 기준으로 회전하는 과정을 도시한 단면도.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 센서를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 가속도 센서의 평면도이고, 도 3은 도 1에 도시한 가속도 센서의 개략적인 A-A 단면도이고, 도 4는 도 1에 도시한 가속도 센서의 개략적인 B-B 단면도이다.
도시한 바와 같이, 상기 가속도 센서(10)는 제1 질량체(11a) 및 제2 질량체(11b)를 포함하는 질량체부(11), 프레임(12), 제1 가요부(13a, 13b) 및 제2 가요부(14a, 14b)를 포함하고, 상기 제1 질량체(11a) 및 제2 질량체(11b)는 무게중심에 대하여 이격되도록 상기 제2 가요부(14a, 14b)가 각각 연결된다.
즉, 상기 제1 질량체(11a) 및 제2 질량체(11b)는 제2 가요부(14a, 14b)에 의해 편심되도록 프레임에 각각 연결된다.
또한, 상기 제1 가요부(13a, 13b) 및 제2 가요부(14a, 14b)에는 선택적으로 감지수단(15a, 15b)이 구비되고, 도 1은 이에 대한 일실시예로 제1 가요부(13a, 13b)에 감지수단(15a, 15b)이 구비된 것을 도시한 것이다. 그리고 상기 감지수단은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 압전 방식, 압저항 방식, 정전용량 방식, 광학 방식 등을 이용하도록 형성할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제1 질량체(11a) 및 제2 질량체(11b)는 관성력, 코리올리힘, 외력 등에 의해서 변위가 발생하는 것으로, 동일한 크기 및 형상으로 이루어지고 서로 대향되도록 배치된다.
그리고 상기 제1 질량체(11a) 및 제2 질량체(11b)는 상기 제1 가요부(13a, 13b) 및 제2 가요부(14a, 14b)에 의해 프레임(12)에 연결되고, 상기 프레임(12)에 의해 변위가능하도록 부유상태로 지지된다.
또한, 상기 제1 질량체(11a) 및 제2 질량체(11b)는 전체적으로 사각기둥 형상으로 도시되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 당업계에 공지된 모든 형상으로 형성될 수 있다.
그리고 상기 제1 질량체(11a)에는 각각 제1 가요부(13a)와 제2 가요부(14a)가 연결됨에 있어, 상기 제1 질량체(11a)의 일단에는 제1 가요부(13a)가 연결되고, 제1 질량체(11a)의 타단부에는 제2 가요부(14a)가 연결된다. 즉, 상기 제1 질량체(11a)는 X축 방향에 대하여 일단에만 제1 가요부(13a)가 연결되고, X축 방향에 대하여 타단부에는 제2 가요부(14a)가 Y축 방향으로 연결된다.
이에 대응되도록, 상기 제2 질량체(11b)의 일단에는 제1 가요부(13b)가 연결되고, 제1 질량체(11b)의 타단부에는 제2 가요부(14b)가 연결된다. 즉, 상기 제2 질량체(11b)는 X축 방향에 대하여 일단에만 제1 가요부(13b)가 연결되고, X축 방향에 대하여 타단부에는 제2 가요부(14b)가 Y축 방향으로 연결된다.
이에 더하여 상기 제1 질량체(11a) 및 제2 질량체(11b)는 제1 가요부(13a, 13b)가 각각 연결된 결합부보다, 제2 가요부(14a, 14b)가 각각 결합되는 결합부가 서로 인접하도록 위치된다.
이와 같이 이루어지고, 상기 제1 질량체(11a) 및 제2 질량체(11b)에 힘이 작용할 경우, 상기 제1 가요부(13a, 13b)는 변위가 발생하고, 제2 가요부(14a, 14b)의 비틀림에 의해 상기 제1 질량체(11a) 및 제2 질량체(11b)는 상기 프레임(12)에 결합된 제2 가요부(14a, 14b)를 기준으로 회전된다. 이를 위한 상기 제1 가요부(13a, 13b) 및 제2 가요부(14a, 14b)의 형상 및 제1 질량체(11a) 및 제2 질량체(11b)와의 보다 구체적인 유기적 결합은 후술하도록 한다.
다음으로, 상기 프레임(12)은 제1 질량체(11a) 및 제2 질량체(11b)를 변위가능하도록 부유상태로 지지하기 위한 것으로, 상기 제1 가요부(13a, 13b)와 제2 가요부(14a, 14b)에 의해 연결된 제1 질량체(11a)와 제2 질량체(11b)가 변위를 일으킬 수 있는 공간을 확보해준다.
이를 위해 상기 제1 질량체(11a)와 제2 질량체(11b)는 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 프레임(12)의 내부에 내재될 수 있고, 이를 위해 상기 프레임(12)은 중심에 사각기둥 형상의 공동(空洞)이 형성된 사각기둥 형상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 프레임(12)은 상기 제1 질량체(11a) 및 제2 질량체(11b)를 지지할 수 있는 다양한 형상 및 구조로 이루어질 수 있다.
또한, 제1 질량체(11a) 및 제2 질량체(11b)는 X축 방향으로 일단부가 제1 가요부(13a, 13b)에 의해 상기 내부 프레임(12)에 각각 연결된다. 이때, 상기 제1 질량체(11a) 및 제2 질량체(11b)는 X축 방향에 대하여 인접하지 않은 타단에 제1 가요부(13a, 13b)가 각각 연결되고, 인접한 일단부에는 제2 가요부(14a, 14b)가 각각 Y축 방향으로 연결된다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제2 가요부(14a, 14b)는 각각 제1 질량체(11a) 및 제2 질량체(11b)의 무게중심(C)에 대하여 일정간격 이격되도록 제1 질량체(11a) 및 제2 질량체(11b)에 연결된다. 즉, 제1 질량체(11a) 및 제2 질량체(11b)는 상기 제2 가요부(14a, 14b)에 의해 편심되도록 상기 프레임(12)에 각각 연결된다.
다음으로, 상기 제1 가요부(13a, 13b)는 Z축 방향으로 소정두께를 갖고, X축 및 Y축에 의해 형성된 면으로 이루어진 빔이다. 즉, 상기 제1 가요부는 Y축 방향의 폭(W1)이 Z축 방향의 두께(T1)보다 크게 형성된다.
또한, 상기 제1 가요부(13a, 13b)에는 감지수단(15a, 15b)이 형성될 수 있다. 즉, XY 평면을 기준으로 보았을 때, 제1 가요부(13a, 13b)는 제2 가요부(14a, 14b)에 비하여 상대적으로 넓으므로, 상기 제1 가요부(13a, 13b)에는 상기 제1 질량체(11a) 및 제2 질량체(11b)의 변위를 감지하는 감지수단(15a 15b)이 구비될 수 있다.
또한, 제1 질량체(11a) 및 제2 질량체(11b)의 변위를 각각 보다 정확하게 검출하기 위해, 감지수단(15a, 15b)은 제1 감지수단(15a'), 제2 감지수단(15a"), 제3 감지수단(15b') 및 제4 감지수단(15b")으로 이루어진다.
그리고, 상기 제1 감지수단(15a')과 제2 감지수단(15a")은 상기 제1 질량체(11a)에 연결된 제1 가요부(13a)에 형성되고, 상기 제3 감지수단(15b') 및 제4 감지수단(15b")은 상기 제2 질량체(11b)에 연결된 제1 가요부(13b)에 형성된다.
그리고 상기 제2 가요부(14a, 14b)는 X축 방향으로 소정 두께를 갖고 Y축 및 Z축에 의해 면이 형성된 힌지이다. 즉, 제2 가요부(14a, 14b)는 Z축 방향의 폭(W2)이 X축 방향의 두께(T2)보다 크게 형성된다.
또한, 상기 제1 가요부(13a, 13b)와 제2 가요부(14a, 14b)는 서로 직교방향으로 배치된다. 즉, 상기 제1 가요부(13a, 13b)는 상기 제1, 2 질량체(11a, 11b) 와 상기 프레임(12)을 각각 X축 방향으로 연결하고, 상기 제2 가요부(14a, 14b)는 상기 제1, 2 질량체(11a, 11b) 와 상기 프레임(12)을 각각 Y축 방향으로 연결한다.
이와 같이 이루어짐에 따라, 제2 가요부(14a, 14b)의 Z축 방향의 폭(W2)가 X축 방향의 두께(T2)보다 크므로, 상기 제1 질량체(11a) 및 제2 질량체(11b)는 Z축을 기준으로 회전하거나, X축 방향으로 병진하는 것이 제한되는 반면, Y축을 기준으로 상대적으로 자유롭게 회전할 수 있다. 즉, 상기 제1 질량체(11a) 및 제2 질량체(11b)는 상기 프레임(12)에 지지된 상태로, Y축 방향을 기준으로 회전운동되고, 상기 제2 가요부(14a, 14b)는 이를 위한 힌지 역할을 한다.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 센서에 있어서 질량체의 운동가능 방향에 대하여 도면을 참조하여 보다 자세히 기술한다.
도 5는 도 1에 도시한 가속도 센서에 있어서 제1 질량체 및 제2 질량체의 운동가능한 방향을 도시한 평면도이고, 도 6은 도 3에 도시한 가속도 센서에 있어서, 제1 질량체 및 제2 질량체의 운동가능한 방향을 도시한 단면도이다.
우선, 제2 가요부(14a, 14b)의 Z축 방향의 폭(W2)이 X축 방향의 두께(T2)보다 크므로, 상기 제1 질량체(11a) 및 제2 질량체(11b)는 프레임(12)에 대해서 X축을 기준으로 회전하거나 Z축 방향으로 병진하는 것이 제한되는 반면, Y축을 기준으로 상대적으로 자유롭게 회전된다.
구체적으로, 제2 가요부(14a, 14b)가 Y축을 기준으로 회전할 때의 강성에 비해서 X축을 기준으로 회전할 때의 강성이 클수록, 제1 질량체(11a) 및 제2 질량체(11b)은 Y축을 기준으로 자유롭게 회전할 수 있는 반면, X축을 기준으로 회전하는 것이 제한된다. 이와 유사하게, 제2 가요부(14a, 14b)가 Y축을 기준으로 회전할 때의 강성에 비해서 Z축 방향으로 병진할 때의 강성이 클수록, 제2 가요부(14a, 14b)은 Y축을 기준으로 자유롭게 회전할 수 있는 반면, Z축 방향으로 병진하는 것이 제한된다.
따라서, 제2 가요부(14a, 14b)의 (X축을 기준으로 회전할 때의 강성 또는 Z축 방향으로 병진할 때의 강성)/(Y축을 기준으로 회전할 때의 강성) 값이 증가할수록, 상기 제1 질량체(11a) 및 제2 질량체(11b)는 프레임(12)에 대해서 Y축을 기준으로 자유롭게 회전하는 반면, X축을 기준으로 회전하거나 Z축 방향으로 병진하는 것이 제한된다.
즉, 도 2 및 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 제2 가요부(14a, 14b)의 Z축 방향의 폭(W2), Y축 방향의 길이(L2) 및 X축 방향의 두께(T2)와 방향별 강성 사이의 관계를 정리하면 다음과 같다.
(1) 제2 가요부(14a, 14b)의 X축을 기준으로 회전할 때의 강성 또는 Z축 방향으로 병진할 때의 강성 ∝ T2×W2 3/L2 3이고,
(2) 제2 가요부(14a, 14b)의 Y축을 기준으로 회전할 때의 강성 ∝ T2 3×W2/L2이다. 상기 두 식에 따르면, 제2 가요부(14a, 14b)의 (X축을 기준으로 회전할 때의 강성 또는 Z축 방향으로 병진할 때의 강성)/(Y축을 기준으로 회전할 때의 강성) 값은 (W2/(T2L2))2 에 비례한다.
그런데, 상기 제2 가요부(14a, 14b)는 Z축 방향의 폭(W2)이 X축 방향의 두께(T2)보다 크므로 (W2/(T2L2))2이 크고, 그에 따라 제2 가요부(14a, 14b)의 (X축을 기준으로 회전할 때의 강성 또는 Z축 방향으로 병진할 때의 강성)/(Y축을 기준으로 회전할 때의 강성) 값은 증가하게 된다. 이러한 제2 가요부(14a, 14b)의 특성으로 인하여, 상기 제1 질량체(11a) 및 제2 질량체(11b)는 상기 프레임(12)에 대해서 Y축을 기준으로 회전하는 반면, X축을 기준으로 회전하거나 Z축 방향으로 병진하는 것이 제한되고, 단지 Y축을 기준으로 회전된다.
한편, 제1 가요부(13a, 13b)는 길이방향(X축 방향)의 강성이 상대적으로 매우 높으므로, 상기 제1,2 질량체(11a, 11b)가 상기 프레임(12)에 대해서 Z축을 기준으로 회전하거나 Z축 방향으로 병진하는 것을 제한할 수 있다. 또한, 상기 제2 가요부(14a, 14b)는 길이방향(Y축 방향)의 강성이 상대적으로 매우 높으므로, 제1,2 질량체(11a, 11b)가 상기 프레임(12)에 대해서 Y축 방향으로 병진하는 것이 제한된다.
결국, 상술한 제1 가요부(13a, 13b)와 제2 가요부(14a, 14b)의 특성으로 인하여, 상기 제1,2 질량체(11a, 11b)는 상기 프레임(12)에 대해서 Y축을 기준으로 회전할 수 있지만, X축 또는 Z축을 기준으로 회전하거나 Z축, Y축 또는 X축 방향으로 병진하는 것이 제한된다. 즉, 상기 제1,2 질량체(11a, 11b)의 운동가능한 방향을 정리하면 하기 표 1과 같다.
제1 질량체 및 제2 질량체의 운동 방향
(프레임 기준) 		가능 여부
X축을 기준으로 회전 제한
Y축을 기준으로 회전 가능
Z축을 기준으로 회전 제한
X축 방향의 병진 제한
Y축 방향의 병진 제한
Z축 방향의 병진 제한
이와 같이, 상기 제1 질량체(11a) 및 제2 질량체(11b)는 상기 프레임(12)에 대해서 Y축 즉, 제2 가요부(14a, 14b)를 기준으로 회전되는 것이 가능한 반면, 나머지 방향으로 운동하는 것이 제한되므로, 상기 제1 질량체(11a) 및 제2 질량체(11b)의 변위를 원하는 방향(Y축을 기준으로 회전)의 힘에 대해서만 발생하게 할 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 도 3에 도시한 가속도 센서에 있어서, 제1 질량체 및 제2 질량체가 제2 가요부를 기준으로 회전하는 과정을 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 제1 질량체(11a) 및 제2 질량체(11b)는 제2 가요부에 각각 연결되어 Y축을 기준으로 회전축(R)에 대하여 비대칭변위가 발생되도록 회전된다. 이때, 상기 제1 가요부(13a, 13b)에는 압축응력과 굽힘응력이 발생되고, 제2 가요부(14a, 14b)는 Y축을 기준으로 비틀림응력이 발생된다. 이때, 상기 제1 질량체(11a) 및 제2 질량체(11b)는 토크(torque)를 발생시키기 위해서, 제2 가요부(14a, 14b)는 Z축 방향을 기준으로 제1 질량체(11a) 및 제2 질량체(11b)의 무게중심(C) 보다 상측으로 제1 질량체(11a) 및 제2 질량체(11b)와 연결된다.
그리고, 2축 즉, X축 가속도와 Z축 가속도를 동시에 검출하기 위해 상기 제1 질량체(11a) 및 제2 질량체(11b)의 무게중심(C)와 소정간격 이격되도록 상기 제2 가요부(14a, 14b)가 결합된다.
그리고, 상기 제1 질량체(11a) 및 제2 질량체(11b)의 변위에 대하여 합과 차를 통해 X축 가속도와 Z축 가속도의 성분을 분리하고 X축 가속도와 Z축 가속도를 검출한다.
보다 구체적으로, 제1 감지수단(15a')의 검출값을 S1, 제2 감지수단(15a")의 검출값을 S2, 제3 감지수단(15b')의 검출값을 S3, 제4 감지수단(15b")의 검출값을 S4로 정의할 경우,
X축 방향 가속도 AX는 (S1+S3)-(S2+S4),
Z축 방향 가속도 AZ는 (S1+S4)-(S2-S3)으로 연산된다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 센서는 제2 가요부에 의해 변위 방향이 단속되어 크로스토크(Crosstalk)가 발생하는 것을 방지할 수 있고, 공진모드의 간섭을 제거하여 2축방향 가속도를 검출할 수 있게 된다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 각속도 센서를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 9는 도 8에 도시한 각속도 센서의 평면도이고, 도 10은 도 9에 도시한 각속도 센서의 개략적인 A-A 단면도이고, 도 11은 도 9에 도시한 각속도 센서의 개략적인 B-B 단면도이다.
도시한 바와 같이, 상기 각속도 센서(100)는 도 1에 도시한 가속도 센서를 검출모듈로 구비한다. 그리고 이에 더하여 상기 검출모듈을 지지하는 외부 프레임과, 상기 검출모듈을 외부프레임에 연결하는 가요부와, 검출모듈을 구동시키는 구동수단을 포함하여 이루어진다.
보다 구체적으로, 각속도 센서(100)는 질량체부(110), 내부 프레임(120), 외부 프레임(130), 제1 가요부(140a, 140b), 제2 가요부(150a, 150b), 제3 가요부(160) 및 제4 가요부(170)를 포함한다.
그리고 상기 제1 가요부(140) 및 제2 가요부(150)에는 선택적으로 감지수단(180a,180b,180c,180d)이 구비되고, 상기 제3 가요부(160) 및 제4 가요부(170)에는 선택적으로 구동수단(190)이 구비된다.
도 8은 이에 대한 일실시예로 상기 제1 가요부(140a, 140b)에 감지수단(180a, 180b, 180c, 180d)이 구비되고, 상기 제3 가요부(160)에 구동수단(190)이 구비된 것을 도시한 것이다.
그리고 상기 질량체부(110)는 관성력, 코리올리힘, 외력 등에 의해서 변위가 발생하는 것으로, 제1 질량체(110a)와 제2 질량체(110b)로 이루어지고, 상기 제1 질량체(110a)와 제2 질량체(110b)는 동일한 크기 및 형상으로 이루어지고 서로 대향되도록 배치된다.
그리고 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)는 상기 제1 가요부(140a, 140b) 및 제2 가요부(150a, 150b)에 의해 프레임(120)에 연결되고, 상기 프레임(120)에 의해 변위가능하도록 부유상태로 지지된다.
또한, 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)는 전체적으로 사각기둥 형상으로 도시되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 당업계에 공지된 모든 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)에는 전술한 바와 같이 제1 가요부(140a, 140b) 및 제2 가요부(150a, 150b)가 각각 연결된다. 이때 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)의 무게중심에 대하여 이격되도록 상기 제2 가요부(150a, 150b)가 각각 연결된다.
즉, 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)는 상기 제2 가요부(150a, 150b)에 의해 편심되도록 각각 프레임에 연결된다.
보다 구체적으로, 상기 제1 질량체(110a)에는 각각 제1 가요부(140a)와 제2 가요부(150a)가 연결된다. 그리고 상기 제1 질량체(110a)의 일단에는 제1 가요부(140a)가 연결되고, 제1 질량체(110a)의 타단부에는 제2 가요부(150a)가 연결된다. 즉, 상기 제1 질량체(110a)는 X축 방향에 대하여 일단에만 제1 가요부(140a)가 연결되고, X축 방향에 대하여 타단부에는 제2 가요부(150a)가 Y축 방향으로 연결된다.
이에 대응되도록, 상기 제2 질량체(110b)의 일단에는 제1 가요부(140b)가 연결되고, 제1 질량체(110b)의 타단부에는 제2 가요부(150b)가 연결된다. 즉, 상기 제2 질량체(110b)는 X축 방향에 대하여 일단에만 제1 가요부(140b)가 연결되고, X축 방향에 대하여 타단부에는 제2 가요부(150b)가 Y축 방향으로 연결된다.
이와 같이 이루어지고, 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)에 힘이 작용할 경우, 상기 제1 가요부(140a, 140b)는 변위가 발생하고, 제2 가요부(150a, 150b)의 비틀림에 의해 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)는 상기 프레임(120)에 결합된 제2 가요부(150a, 150b)를 기준으로 회전된다.
이를 위한 상기 제1 가요부(140a, 140b) 및 제2 가요부(150a, 150b)의 형상 및 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)와의 보다 구체적인 유기적 결합은 후술하도록 한다.
다음으로, 상기 내부 프레임(120)은 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)를 변위가능하도록 부유상태로 지지한다. 또한, 상기 내부 프레임(120)은 상기 제1 가요부(140a, 140b)와 제2 가요부(150a, 150b)에 의해 연결된 제1 질량체(110a)와 제2 질량체(110b)가 변위를 일으킬 수 있는 공간을 확보해준다.
이를 위해 상기 제1 질량체(110a)와 제2 질량체(110b)는 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 상기 프레임(120)의 내부에 내재될 수 있고, 이를 위해 상기 프레임(120)은 중심에 사각기둥 형상의 공동(空洞)이 형성된 사각기둥 형상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 프레임(120)은 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)를 지지할 수 있는 다양한 형상 및 구조로 이루어질 수 있다.
또한, 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)는 X축 방향으로 일단부가 제1 가요부(140a, 140b)에 의해 상기 내부 프레임(120)에 각각 연결된다. 이때, 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)는 X축 방향에 대하여 인접하지 않은 타단에 제1 가요부(140a, 140b)가 각각 연결되고, 인접한 일단부에는 제2 가요부(150a, 150b)가 각각 Y축 방향으로 연결된다.
또한, 도 10에 도시된 바와 같이 상기 제2 가요부(150a, 150b)는 각각 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)의 무게중심(C)에 대하여 일정간격 이격되도록 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)에 연결된다. 즉, 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)는 편심되도록 상기 제2 가요부(150a, 150b)에 의해 상기 내부 프레임(120)에 연결된다.
이에 더하여 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)는 제1 가요부(140a, 140b)가 각각 연결된 결합부보다, 제2 가요부(150a, 150b)가 각각 결합되는 결합부가 서로 인접하도록 위치된다.
다음으로 상기 외부 프레임(130)은 상기 내부 프레임(120)을 지지한다. 보다 구체적으로, 상기 외부 프레임(130)은 상기 내부 프레임(120)이 이격되도록 상기 내부 프레임(120)의 외측에 구비되고, 상기 제3 가요부(160) 및 제4 가요부(170)에 의해 상기 내부 프레임(120)과 연결된다. 이에 따라 상기 내부 프레임(120)과 이에 연결된 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)는 변위가능하도록 부유상태로 상기 외부 프레임(130)에 의해 지지된다.
그리고 상기 구동수단(190)은 제3 가요부(160) 및 제4 가요부에 선택적으로 형성될 수 있고, 전술된 바와 같이, 일 실시예로서 제3 가요부(160)의 일면에 형성된다. 즉, 또한, XY 평면을 기준으로 보았을 때, 제3 가요부(160)는 제4 가요부(170)에 비하여 상대적으로 넓으므로, 제3 가요부(160)에는 내부 프레임(120)을 구동시키는 구동수단(190)이 구비될 수 있다.
여기서, 상기 구동수단(190)은 상기 내부 프레임(120)을 X축을 기준으로 회전하도록 구동시키기 위한 것으로, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 압전 방식, 정전용량 방식 등을 이용하도록 형성할 수 있다.
또한, 상기 외부 프레임(130)은 제3 가요부(160)와 제4 가요부(170)를 지지하여 내부 프레임(120)이 변위를 일으킬 수 있는 공간을 확보해주고, 내부 프레임(120)이 변위를 일으킬 때 기준이 된다. 또한, 외부 프레임(130)은 중심에 사각기둥 형상의 공동(空洞)이 형성된 사각기둥 형상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 외부 프레임(130)은 상기 내부 프레임(120)의 일부만을 커버하도록 형성될 수도 있다.
다음으로, 상기 제1 가요부(140a, 140b)는 Z축 방향으로 소정두께를 갖고, X축 및 Y축에 의해 형성된 면으로 이루어진 빔이다. 즉, 상기 제1 가요부는 Y축 방향의 폭(W1)이 Z축 방향의 두께(T1)보다 크게 형성된다.
또한, 상기 제1 가요부(140a, 140b)에는 감지수단(180a, 180b, 180c, 180d)이 형성될 수 있다. 즉, XY 평면을 기준으로 보았을 때, 제1 가요부(140a, 140b)는 제2 가요부(150a, 150b)에 비하여 상대적으로 넓으므로, 상기 제1 가요부(140a, 140b)에는 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)의 변위를 감지하는 감지수단(180a 180b)이 구비될 수 있다. 그리고 상기 감지수단은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 압전 방식, 압저항 방식, 정전용량 방식, 광학 방식 등을 이용하도록 형성할 수 있다.
그리고 상기 제2 가요부(150a, 150b)는 X축 방향으로 소정 두께를 갖고 Y축 및 Z축에 의해 면이 형성된 힌지이다. 즉, 제2 가요부(150a, 150b)는 Z축 방향의 폭(W2)이 X축 방향의 두께(T2)보다 크게 형성된다.
또한, 상기 제1 가요부(140a, 140b)와 제2 가요부(150a, 150b)는 서로 직교방향으로 배치된다. 즉, 상기 제1 가요부(140a, 140b)는 상기 제1, 2 질량체(110a, 110b) 와 상기 내부 프레임(120)을 각각 X축 방향으로 연결하고, 상기 제2 가요부(150a, 150b)는 상기 제1, 2 질량체(110a, 110b) 와 상기 내부 프레임(120)을 각각 Y축 방향으로 연결한다.
이와 같이 이루어짐에 따라, 제2 가요부(150a, 150b)의 Z축 방향의 폭(W2)가 X축 방향의 두께(T2)보다 크므로, 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)는 Z축을 기준으로 회전하거나, X축 방향으로 병진하는 것이 제한되는 반면, Y축을 기준으로 상대적으로 자유롭게 회전할 수 있다. 즉, 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)는 상기 내부 프레임(120)에 지지된 상태로, Y축 방향을 기준으로 회전운동되고, 상기 제2 가요부(150a, 150b)는 이를 위한 힌지 역할을 한다.
다음으로, 상기 제3 가요부(160)는 Z축 방향으로 소정두께를 갖고, X축 및 Y축에 의해 형성된 면으로 이루어진 빔이다. 즉, 상기 제3 가요부(160)는 X축 방향의 폭(W3)이 Z축 방향의 두께(T3)보다 크게 형성된다. 한편, 상기 제3 가요부(160)는 제1 가요부(110)에 대하여 직교방향으로 배치될 수 있다.
또한, 상기 제3 가요부(160)에는 구동수단(190)이 형성되고, 상기 구동수단(190)은 상기 내부 프레임(120) 및 질량체(110)를 구동시키기 위한 것으로 압전방식, 정전용량 방식 등을 이용하도록 형성될 수 있다.
그리고 상기 제4 가요부(170)는 Y축 방향으로 소정 두께를 갖고 X축 및 Z축에 의해 면이 형성된 힌지이다. 즉, 제4 가요부(170)는 Z축 방향의 폭(W4)이 Y축 방향의 두께(T4)보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제3 가요부(160)와 제4 가요부(170)는 서로 직교방향으로 배치될 수 있다. 즉, 상기 제3 가요부(160)는 상기 내부 프레임(120) 및 상기 외부 프레임(130)에 Y축 방향으로 결합되고, 상기 제4 가요부(170)는 상기 내부 프레임(120) 및 상기 외부 프레임(130)에 X축 방향으로 결합된다.
또한, 상기 제4 가요부는 상기 질량체부의 무게중심에 대응되도록 배치될 수 있다. 이는 상기 내부 프레임의 구동 회전축인 제4 가요부가 상기 질량체부의 무게중심에 대해 이격될 경우에는　각속도 입력이 없는 상황에서도 상기 질량체부에 Z축 방향으로 작용하는 관성력이 질량체부의 변위를 발생시키고, 이로 인해 잡음이 발생되기 때문이다.
또한, 본 발명에 따른 각속도 센서의 제2 가요부(150) 및 제4 가요부(170)는 단면상 사각형인 힌지(Hinge) 형상 또는 단면상 원형인 토션바(Torsion Bar) 형상 등 가능한 모든 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제4 가요부(170)의 Z축 방향의 폭(W4)이 Y축 방향의 두께(T4)보다 크므로, 상기 내부 프레임(120)은 X축을 기준으로 상대적으로 자유롭게 회전할 수 있다. 즉, 상기 내부 프레임(120)은 외부 프레임(130)에 고정되어 X축 방향을 기준으로 회전운동되고, 상기 제4 가요부(170)는 이를 위한 힌지 역할을 한다.
또한 전술한 바와 같이 제1 가요부(140), 제2 가요부(150), 제3 가요부(160) 및 제4 가요부(170)가 배치됨에 따라, 제1 가요부(140)와 제3 가요부(160)는 서로 직교방향으로 배치될 수 있다. 또한, 상기 제2 가요부(150)와 제4 가요부(170)는 서로 직교방향으로 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 각속도 센서에 있어서, 제3 가요부를 포함하지 않고, 제4 가요부에 구동수단을 형성시키는 기술구성으로 이루어질 수도 있다.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 센서에 있어서 질량체의 운동가능 방향에 대하여 도면을 참조하여 보다 자세히 기술한다.
도 12는 도 9에 도시한 각속도 센서에 있어서 제1 질량체 및 제2 질량체의 운동가능한 방향을 도시한 평면도이고, 도 13은 도 10에 도시한 각속도 센서에 있어서, 제1 질량체 및 제2 질량체의 운동가능한 방향을 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 상기 제2 가요부(150a, 150b)의 Z축 방향의 폭(W2)이 X축 방향의 두께(T2)보다 크므로, 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)는 상기 내부 프레임(120)에 대해서 Z축을 기준으로 회전하거나 X축 방향으로 병진하는 것이 제한되는 반면, Y축을 기준으로 상대적으로 자유롭게 회전된다.
구체적으로, 제2 가요부(150a, 150b)가 Y축을 기준으로 회전할 때의 강성에 비해서 X축을 기준으로 회전할 때의 강성이 클수록, 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)은 Y축을 기준으로 자유롭게 회전할 수 있는 반면, X축을 기준으로 회전하는 것이 제한된다.
이와 유사하게, 제2 가요부(150a, 150b)가 Y축을 기준으로 회전할 때의 강성에 비해서 Z축 방향으로 병진할 때의 강성이 클수록, 제2 가요부(150a, 150b)는 Y축을 기준으로 자유롭게 회전할 수 있는 반면, Z축 방향으로 병진하는 것이 제한된다.
따라서, 제2 가요부(150a, 150b)의 (X축을 기준으로 회전할 때의 강성 또는 Z축 방향으로 병진할 때의 강성)/(Y축을 기준으로 회전할 때의 강성) 값이 증가할수록, 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)은 상기 내부 프레임(120)에 대해서 Y축을 기준으로 자유롭게 회전하는 반면, X축을 기준으로 회전하거나 Z축 방향으로 병진하는 것이 제한된다.
즉, 도 9 및 도 11에 도시한 바와 같이, 상기 제2 가요부(150a, 150b)의 Z축 방향의 폭(W2), Y축 방향의 길이(L2) 및 X축 방향의 두께(T2)와 방향별 강성 사이의 관계를 정리하면 다음과 같다.
(1) 제2 가요부(150a, 150b)의 X축을 기준으로 회전할 때의 강성 또는 Z축 방향으로 병진할 때의 강성 ∝ T2×W2 3/L2 3이고,
(2) 제2 가요부(150a, 150b)의 Y축을 기준으로 회전할 때의 강성 ∝ T2 3×W2/L2이다. 상기 두 식에 따르면, 제2 가요부(150a, 150b)의 (X축을 기준으로 회전할 때의 강성 또는 Z축 방향으로 병진할 때의 강성)/(Y축을 기준으로 회전할 때의 강성) 값은 (W2/(T2L2))2 에 비례한다.
그런데, 상기 제2 가요부(150a, 150b)는 Z축 방향의 폭(W2)이 X축 방향의 두께(T2)보다 크므로 (W2/(T2L2))2이 크고, 그에 따라 제2 가요부(150a, 150b)의 (X축을 기준으로 회전할 때의 강성 또는 Z축 방향으로 병진할 때의 강성)/(Y축을 기준으로 회전할 때의 강성) 값은 증가하게 된다.
상기한 바와 같은 제2 가요부(150a, 150b)의 특성으로 인하여, 상기 내부 프레임(120)은 상기 외부 프레임(130)에 대해서 Y축을 기준으로 회전하는 반면, X축을 기준으로 회전하거나 Z축 방향으로 병진하는 것이 제한되고, 단지 Y축을 기준으로 회전된다.
한편, 제1 가요부(140a, 140b)는 길이방향(X축 방향)의 강성이 상대적으로 매우 높으므로, 상기 제1,2 질량체(110a, 110b)가 상기 내부 프레임(120)에 대해서 Z축을 기준으로 회전하거나 Z축 방향으로 병진하는 것을 제한할 수 있다.
또한, 상기 제2 가요부(150a, 150b)는 길이방향(Y축 방향)의 강성이 상대적으로 매우 높으므로, 제1,2 질량체(110a, 110b)가 상기 내부 프레임(120)에 대해서 Y축 방향으로 병진하는 것이 제한된다.
결국, 상술한 제1 가요부(140a, 140b)와 제2 가요부(150a, 150b)의 특성으로 인하여, 상기 제1,2 질량체(110a, 110b)는 상기 내부 프레임(120)에 대해서 Y축을 기준으로 회전할 수 있지만, X축 또는 Z축을 기준으로 회전하거나 Z축, Y축 또는 X축 방향으로 병진하는 것이 제한된다. 즉, 상기 제1,2 질량체(110a, 110b)의 운동가능한 방향을 정리하면 하기 표 2와 같다.
제1 질량체 및 제2 질량체의 운동 방향
(내부 프레임 기준) 		가능 여부
X축을 기준으로 회전 제한
Y축을 기준으로 회전 가능
Z축을 기준으로 회전 제한
X축 방향의 병진 제한
Y축 방향의 병진 제한
Z축 방향의 병진 제한
이와 같이, 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)는 상기 내부 프레임(120)에 대해서 X축 즉, 제2 가요부(150)를 기준으로 회전하는 것이 가능한 반면, 나머지 방향으로 운동하는 것이 제한되므로, 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)의 변위를 원하는 방향(Y축을 기준으로 회전)의 힘에 대해서만 발생하게 할 수 있다.
또한, 도 10에 도시한 바와 같이, 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)는 무게중심(C)이 제2 가요부(150)가 결합된 회전중심(R)과 X축에 대하여 이격되도록 위치된다. 즉, 상기 제1 질량체(110a) 및 상기 제2 질량체(110b)는 제2 가요부(150a, 150b)가 각각 제1 질량체(110a) 및 상기 제2 질량체(110b)의 중심부로부터 이격되어 위치되어 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)는 회전축을 중심으로 양측이 상이한 변위를 갖는다.
도 14a 및 도 14b는 도 10에 도시한 제1 질량체 및 제2 질량체가 내부 프레임에 대해서 제2 가요부를 기준으로 회전하는 과정을 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)는 Y축을 기준으로 회전축(R)에 대하여 회전된다. 이때, 상기 제1 가요부(140a, 140b)에는 압축응력과 굽힘응력이 발생되고, 상기 제2 가요부(150a, 150b)는 Y축을 기준으로 비틀림응력이 발생된다. 이때, 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)는 토크(torque)를 발생시키기 위해서, 제2 가요부(150a, 150b)는 Z축 방향을 기준으로 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)의 무게중심(C) 보다 상측으로 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)와 연결된다.
그리고, 2축 즉, X축 각속도와 Z축 각속도를 동시에 검출하기 위해 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)의 무게중심(C)와 소정간격 이격되도록 상기 제2 가요부(150a, 150b)가 결합된다.
또한, 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)의 변위를 검출하기 위해, 상기 감지수단은 제1 감지수단(180a) 제2 감지수단(180b) 제3 감지수단(180c) 및 제4 감지수단(180d)으로 이루어지고, 상기 제1 감지수단(180a) 및 제2 감지수단(180b)은 상기 제1 질량체(110a)에 연결된 제1 가요부(140a)에 형성되고, 상기 제3 감지수단(180c) 및 제4 감지수단(180d)은 상기 제2 질량체(110b)에 연결된 제1 가요부(140b)에 형성된다.
도시한 바와 같이, 상기 제1 질량체(110a)는 상기 내부 프레임(120)에 대해서 Y축을 회전축(R)으로 회전하므로, 즉, 제1 질량체(110a)는 상기 내부 프레임(120)에 대해서 제2 가요부(150a)가 결합된 축을 기준으로 회전됨에 따라, 제1 가요부(140a)에는 압축응력과 인장응력이 조합된 굽힘응력이 발생하고, 제2 가요부(150a)에는 X축을 기준으로 비틀림응력이 발생한다.
이때, 상기 제1 질량체(110a)에 토크(torque)를 발생시키기 위해서, 제2 가요부(150a)는 Z축 방향을 기준으로 상기 제1 질량체(110a)의 무게중심(C)보다 상측에 구비될 수 있다.
그리고, 상기 제1 가요부(140a)의 굽힘응력은 감지수단(180a, 180b)이 검출한다. 또한, 상기 감지수단(180a, 180b)은 감도향상 및 노이즈 상쇄를 위해 하나의 제1 가요부(140a)에 2개가 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2 질량체(110b)도 제1 질량체(110a)와 마찬가지로 상기 내부 프레임(120)에 대해서 Y축을 회전축(R)으로 회전하므로, 즉, 제2 질량체(110b)는 상기 내부 프레임(120)에 대해서 제2 가요부(150b)가 결합된 축을 기준으로 회전됨에 따라, 제1 가요부(140b)에는 압축응력과 인장응력이 조합된 굽힘응력이 발생하고, 제2 가요부(150b)에는 X축을 기준으로 비틀림응력이 발생한다.
이때, 상기 제2 질량체(110b)에 토크(torque)를 발생시키기 위해서, 제2 가요부(150b)는 Z축 방향을 기준으로 상기 제1 질량체(110b)의 무게중심(C)보다 상측에 구비될 수 있다.
그리고, 상기 제1 가요부(140b)의 굽힘응력은 감지수단(180c, 180d)이 검출한다. 또한, 상기 감지수단(180c, 180d)은 감도향상 및 노이즈 상쇄를 위해 하나의 제1 가요부(140b)에 2개가 형성될 수 있다.
다음으로, 도 15 및 도 16을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 각속도 센서에 있어서 내부 프레임의 운동가능 방향에 대하여 자세히 살펴본다.
도 15는 도 9에 도시한 각속도 센서에 있어서, 내부 프레임의 운동가능한 방향을 도시한 평면도이고, 도 16은 도 11에 도시한 각속도 센서에 있어서, 내부 프레임의 운동가능한 방향을 도시한 단면도이다.
우선, 도 9 및 도 10 에 도시한 바와 같이, 상기 제4 가요부(170)의 Z축 방향의 폭(W4)이 Y축 방향의 두께(T4)보다 크므로, 상기 내부 프레임(120)은 외부 프레임(130)에 대해서 Y축을 기준으로 회전하거나 Z축 방향으로 병진하는 것이 제한되는 반면, X축을 기준으로 상대적으로 자유롭게 회전할 수 있다.
구체적으로, 제4 가요부(170)가 X축을 기준으로 회전할 때의 강성에 비해서 Y축을 기준으로 회전할 때의 강성이 클수록, 상기 내부 프레임(120)는 X축을 기준으로 자유롭게 회전할 수 있는 반면, Y축을 기준으로 회전하는 것이 제한된다.
이와 유사하게, 제4 가요부(170)가 X축을 기준으로 회전할 때의 강성에 비해서 Z축 방향으로 병진할 때의 강성이 클수록, 상기 내부 프레임(120)은 X축을 기준으로 자유롭게 회전할 수 있는 반면, Z축 방향으로 병진하는 것이 제한된다.
따라서, 제4 가요부(170)의 (Y축을 기준으로 회전할 때의 강성 또는 Z축 방향으로 병진할 때의 강성)/(X축을 기준으로 회전할 때의 강성) 값이 증가할수록, 상기 내부 프레임(120)은 상기 외부 프레임(130)에 대해서 X축을 기준으로 자유롭게 회전하는 반면, Y축을 기준으로 회전하거나 Z축 방향으로 병진하는 것이 제한된다.
즉, 제4 가요부(170)의 Z축 방향의 폭(W4), X축 방향의 길이(L4) 및 Y축 방향의 두께(T4)와 방향별 강성 사이의 관계를 정리하면 다음과 같다.
(1) 제4 가요부(170)의 Y축을 기준으로 회전할 때의 강성 또는 Z축 방향으로 병진할 때의 강성∝ W4 3×T4/L4 3
(2) 제4 가요부(170)의 X축을 기준으로 회전할 때의 강성∝T4 3×W4/L4
상기 두 식에 따르면, 제4 가요부(170)의 (Y축을 기준으로 회전할 때의 강성 또는 Z축 방향으로 병진할 때의 강성)/(X축을 기준으로 회전할 때의 강성)값은 (W4/(T4L4))2 에 비례한다. 그런데, 본 실시예에 따른 제4 가요부(170)는 Z축 방향의 폭(W4)가 Y축 방향의 두께(T4)보다 크므로 (W4/(T4L4))2 이 크고, 그에 따라 제4 가요부(170)의(Y축을 기준으로 회전할 때의 강성 또는 Z축 방향으로 병진할 때의 강성)/(X축을 기준으로 회전할 때의 강성) 값은 증가하게 된다. 이러한 제4 가요부(170)의 특성으로 인하여, 상기 내부 프레임(120)는 상기 외부 프레임(130)에 대하여 X축을 기준으로 자유롭게 회전하는 반면, Y축을 기준으로 회전하거나 Z축 방향으로 병진하는 것이 제한된다.
한편, 제3 가요부(160)는 길이방향(Y축 방향)의 강성이 상대적으로 매우 높으므로, 상기 내부 프레임(120)이 외부 프레임(130)에 대해서 Z축을 기준으로 회전하거나 Y축 방향으로 병진하는 것을 제한할 수 있다.
또한, 제4 가요부(170)는 길이방향(X축 방향)의 강성이 상대적으로 매우 높으므로, 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)가 내부 프레임(120)에 대해서 X축 방향으로 병진하는 것을 제한할 수 있다.
결국, 상술한 제3 가요부(160)와 제4 가요부(170)의 특성으로 인하여, 상기 내부 프레임(120)은 외부 프레임(130)에 대해서 X축을 기준으로 회전할 수 있지만, Y축 또는 Z축을 기준으로 회전하거나 Z축, Y축 또는 X축 방향으로 병진하는 것이 제한된다.
즉, 상기 내부 프레임(120)의 운동가능한 방향을 정리하면 하기 표 3과 같다.
(외부 프레임 기준) 가능 여부
X축을 기준으로 회전 가능
Y축을 기준으로 회전 제한
Z축을 기준으로 회전 제한
X축 방향의 병진 제한
Y축 방향의 병진 제한
Z축 방향의 병진 제한
이와 같이, 상기 내부 프레임(120)은 상기 외부 프레임(130)에 대해서 X축을 기준으로 회전하는 것이 가능한 반면, 나머지 방향으로 운동하는 것이 제한되므로, 상기 내부 프레임(120)의 변위를 원하는 방향(X축을 기준으로 회전)의 힘에 대해서만 발생하게 할 수 있다.
도 17a 및 도 17b는 도 16에 도시한 각속도 센서에 있어서, 내부 프레임이 외부 프레임에 대하여 제4 가요부를 기준으로 회전하는 과정을 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 상기 내부 프레임(120)은 외부 프레임(130)에 대해서 X축을 기준으로 회전 즉, 상기 내부 프레임(120)을 외부 프레임(130)에 힌지결합시킨 제4 가요부(170)를 기준으로 회전함으로, 상기 제3 가요부(160)에는 압축응력과 인장응력이 조합된 굽힘응력이 발생하고, 제4 가요부(170)에는 X축을 기준으로 비틀림응력이 발생한다.
본 발명의 일실시예에 따른 각속도 센서는 상기한 바와 같이 이루어지고, 이하, 상기 각속도 센서(100)에 의한 각속도 측정 방법에 대하여 자세히 기술한다.
우선, 구동수단(190)을 이용하여 내부 프레임(120)을 외부 프레임(130)에 대해서 X축을 기준으로 회전시킨다. 이때, 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)는 상기 내부 프레임(120)과 함께 X축을 기준으로 회전되면서 진동하고, 진동에 따라 상술한 제1 가요부(140a, 140b)와 제2 가요부(150a, 150b)의 특성으로 인하여, 상기 내부 프레임(120)에 대해서 Y축을 기준으로만 회전할 수 있다.
즉, 상기 구동수단(190)을 이용하여 상기 내부 프레임(120)을 상기 외부 프레임(130)에 대해서 X축을 기준으로 회전시키더라도, 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)는 내부 프레임(120)에 대해서 X축을 기준으로 회전되지 않는다.
이때, 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)는 도 14a 및 도 14b에 화살표로 도시한 바와 같이 서로 대칭되도록 회전된다. 또한, 상술한 제3 가요부(160)와 제4 가요부(170)의 특성으로 인하여, 상기 내부 프레임(120)은 외부 프레임(130)에 대해서 X축을 기준으로만 회전할 수 있고, 상기 감지수단(180a, 180b, 180c, 180d)을 이용하여 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)의 변위를 감지할 때, X축 방향의 코리올리힘이 작용하더라도, 내부 프레임(120)은 외부 프레임(130)에 대해서 Y축을 기준으로 회전하지 않고, 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)만이 상기 내부 프레임(120)에 대해서 Y축을 기준으로 서로 대칭되도록 회전된다.
즉, 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)는 상기 내부 프레임(120)에 대해서 Y축을 기준으로 회전하고, 제1 가요부(140a)에 형성된 상기 감지수단(180a, 180b)은 제1 질량체(110a)의 변위를 검출하여 코리올리힘을 산출하고, 제1 가요부(140b)에 형성된 상기 감지수단(180c, 180d)은 제2 질량체(110b)의 변위를 검출하여 코리올리힘을 산출한다.
또한, 상기 구동수단(190)에 의해 외부 프레임(130)에 대하여 내부 프레임(120)을 X축을 기준으로 회전시키면, 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)는 상기 내부 프레임(120)과 함께 X축을 기준으로 회전하면서 진동하고, 진동에 따라 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)는 Y축 방향으로 속도(Vy)가 발생한다.
이때 X축 또는 Z축을 기준으로 하는 각속도(Ωx, Ωz)가 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)에 인가되면, Z축 또는 X축 방향으로 코리올리힘(Fz, Fx)이 발생하고, 상기 코리올리힘은 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)가 상기 내부 프레임(120)에 대해서 Y축을 기준으로 회전하는 변위를 발생시킨다.
이때 Z축 방향의 코리올리힘은 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)에 서로 반대 방향의 변위를 발생시키고, X축 방향의 코리올리힘은 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)에 서로 같은 방향의 변위를 발생시킨다.
또한, 상기 감지수단(180a, 180b, 180c, 180d)은 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)의 변위를 검출하여 코리올리힘을 산출하고, 이러한 코리올리힘을 통해서 X축 방향의 각속도(Ωx) 및 Z축 방향의 각속도(Ωz)가 검출된다.
이와 같이 이루어짐에 따라, 본 발명의 일실시예에 따른 각속도 센서(100)는 상기 제1 질량체(110a) 및 제2 질량체(110b)에 의해 X축 방향 각속도 및 Z축 방향 각속도를 정확히 검출할 수 있는 각속도 센서로 구현된다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다. 특히, 본 발명은 "X축", "Y축" 및 "Z축"을 기준으로 설명하였지만, 이는 설명의 편의를 위하여 정의한 것에 불과하므로, 본 발명의 권리범위에 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10 : 가속도 센서 11 : 질량체부
11a: 제1 질량체 11b : 제2 질량체
12 : 프레임
13a, 13b : 제1 가요부 14a, 14b : 제2 가요부
15a, 15b : 감지수단
15a': 제1 감지수단 15a": 제2 감지수단
15b': 제3 감지수단 15b": 제4 감지수단
100 : 각속도 센서 110 : 질량체부
110a: 제1 질량체 110b : 제2 질량체
120 : 내부 프레임 130 : 외부 프레임
140a, 140b : 제1 가요부 150a, 150b : 제2 가요부
160 : 제3 가요부 170 : 제4 가요부
180a, 180b, 180c, 180d : 감지수단
190 : 구동수단

Claims (42)

  1. 제1 질량체 및 제2 질량체를 포함하는 질량체부;
    상기 제1 질량체와 상기 제2 질량체를 지지하는 프레임;
    상기 제1 질량체 및 제2 질량체를 상기 프레임에 각각 연결하는 제1 가요부;
    상기 제1 질량체 및 제2 질량체를 상기 프레임에 각각 연결하는 제2 가요부;
    상기 제2 가요부는 상기 제1 질량체 및 제2 질량체의 무게중심을 포함하는 면에 대하여 각각 이격되도록 상기 제1 질량체 및 제2 질량체에 각각 연결되어, 상기 제1 질량체 및 제2 질량체는 제2 가요부에 각각 편심되도록 연결되고 상기 제1 질량체 및 제2 질량체는 각각 제2 가요부를 중심으로 비대칭변위가 발생되는 가속도 센서.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 가요부와 제2 가요부는 직교방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 질량체 및 제2 질량체의 일단에는 각각 제1 가요부가 연결되고, 상기 제1 질량체 및 제2 질량체의의 타단부에는 각각 제2 가요부가 연결된 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 질량체 및 제2 질량체는 X축 방향에 대하여 일단에 제1 가요부가 각각 연결되고, X축 방향에 대하여 타단부에는 제2 가요부가 Y축 방향으로 각각 연결된 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 질량체 및 제2 질량체는 제1 가요부가 각각 연결된 결합부보다, 제2 가요부가 각각 결합되는 결합부가 서로 인접하도록 대향된 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 가요부는
    일축 및 타축방향에 의해 형성된 면과, 상기 면의 직교방향으로 연장된 두께를 갖는 빔인 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 가요부는 Z축 방향으로 소정두께를 갖고, X축 및 Y축에 의해 형성된 면으로 이루어진 빔이고, Y축 방향의 폭(W1)이 Z축 방향의 두께(T1)보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 가요부는 X축 방향으로 제1 질량체의 일단부와 프레임을, 제2 질량체의 일단부와 프레임을 각각 연결한 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 가요부 또는 제2 가요부의 일면에는 선택적으로 제1 질량체와 제2 질량체의 변위를 감지하는 감지수단이 구비된 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 가요부는 일축방향으로 두께를 갖고 타축방향으로 면이 형성된 힌지인 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제2 가요부는 X축 방향으로 소정 두께를 갖고 Y축 및 Z축에 의해 면이 형성된 힌지인 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제2 가요부는 Z축 방향의 폭(W2)이 X축 방향의 두께(T2)보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 가요부는 Y축 방향으로 상기 제1 질량체와 상기 프레임을, 상기 제2 질량체와 프레임을 각각 연결한 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 가요부는 단면이 사각형인 힌지(Hinge) 형상 또는 단면상 원형인 토션바(Torsion Bar) 형상인 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  15. 제1 질량체 및 제2 질량체를 포함하는 질량체부;
    상기 제1 질량체와 상기 제2 질량체를 지지하는 내부 프레임;
    상기 제1 질량체 및 제2 질량체를 상기 프레임에 각각 연결하는 제1 가요부;
    상기 제1 질량체 및 제2 질량체를 상기 프레임에 각각 연결하는 제2 가요부;
    상기 내부 프레임을 지지하는 외부 프레임;
    상기 내부 프레임과 상기 외부 프레임을 연결하는 제3 가요부; 및
    상기 내부 프레임과 상기 외부 프레임을 연결하는 제4 가요부를 포함하고,
    상기 제2 가요부는 상기 제1 질량체의 무게중심을 포함하는 면과 제2 질량체의 무게중심을 포함하는 면에 대하여 각각 이격되도록 상기 제1 질량체 및 제2 질량체에 각각 연결되어, 상기 제1 질량체 및 제2 질량체는 각각 제2 가요부에 편심되도록 연결되고 상기 제1 질량체 및 제2 질량체는 각각 제2 가요부를 중심으로 비대칭변위가 발생되는 각속도 센서.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제1 가요부와 제2 가요부는 직교방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 제3 가요부와 제4 가요부는 직교방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 제3 가요부는 상기 제1 가요부와 직교방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  19. 청구항 15에 있어서,
    상기 제4 가요부는 상기 제2 가요부와 직교방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  20. 청구항 15에 있어서,
    상기 제1 가요부는
    일축 및 타축방향에 의해 형성된 면과, 상기 면의 직교방향으로 연장된 두께를 갖는 빔인 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 제1 가요부는 Z축 방향으로 소정두께를 갖고, X축 및 Y축에 의해 형성된 면으로 이루어진 빔이고, Y축 방향의 폭(W1)이 Z축 방향의 두께(T1)보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 제1 가요부는 X축 방향으로 제1 질량체의 일단부와 프레임을, 제2 질량체의 일단부와 프레임을 각각 연결한 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  23. 청구항 15에 있어서,
    상기 제1 가요부 또는 제2 가요부의 일면에는 선택적으로 제1 질량체와 제2 질량체의 변위를 감지하는 감지수단이 구비된 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  24. 청구항 15에 있어서,
    상기 제2 가요부는 일축방향으로 두께를 갖고 타축방향으로 면이 형성된 힌지인 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  25. 청구항 24에 있어서,
    상기 제2 가요부는 X축 방향으로 소정 두께를 갖고 Y축 및 Z축에 의해 면이 형성된 힌지인 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  26. 청구항 25에 있어서,
    상기 제2 가요부는 Z축 방향의 폭(W2)이 X축 방향의 두께(T2)보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  27. 청구항 15에 있어서,
    상기 제2 가요부는 Y축 방향으로 상기 제1 질량체와 상기 프레임을, 상기 제2 질량체와 프레임을 각각 연결한 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  28. 청구항 15에 있어서,
    상기 제2 가요부는 단면이 사각형인 힌지(Hinge) 형상 또는 단면상 원형인 토션바(Torsion Bar) 형상인 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  29. 청구항 15에 있어서,
    상기 제3 가요부는
    일축 및 타축방향에 의해 형성된 면과, 상기 면의 직교방향으로 연장된 두께를 갖는 빔인 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  30. 청구항 29에 있어서,
    상기 제3 가요부는
    Z축 방향으로 소정두께를 갖고, X축 및 Y축에 의해 형성된 면으로 이루어진 빔이고, X축 방향의 폭(W3)이 Z축 방향의 두께(T3)보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  31. 청구항 15에 있어서,
    상기 제4 가요부는
    일축방향으로 두께를 갖고 타축방향으로 면이 형성된 힌지인 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  32. 청구항 31에 있어서,
    상기 제4 가요부는
    Y축 방향으로 소정 두께를 갖고 X축 및 Z축에 의해 면이 형성된 힌지인 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  33. 청구항 31에 있어서,
    상기 제4 가요부는 Z축 방향의 폭(W4)이 Y축 방향의 두께(T4)보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  34. 청구항 15에 있어서,
    상기 제4 가요부는 상기 제1 질량체 및 제2 질량체의 무게중심에 대응되도록 배치된 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  35. 청구항 15에 있어서,
    상기 제3 가요부 또는 제4 가요부의 일면에는 선택적으로 내부 프레임을 구동시키는 구동수단이 구비된 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  36. 청구항 35에 있어서,
    상기 구동수단에 의해 상기 내부프레임이 구동될 경우, 상기 내부 프레임은 상기 외부 프레임에 대해서 상기 제4 가요부가 결합된 축을 기준으로 회전되는 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  37. 청구항 36에 있어서,
    상기 내부 프레임이 상기 제4 가요부가 결합된 축을 기준으로 회전될 경우, 상기 제3 가요부에는 굽힘응력이 발생되고, 상기 제4 가요부에는 비틀림응력이 발생되는 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  38. 청구항 36에 있어서,
    상기 내부 프레임이 제4 가요부가 결합된 축을 기준으로 회전될 경우, 제1 질량체 및 제2 질량체는 상기 내부 프레임에 대해서 제2 가요부가 결합된 축을 기준으로 회전되는 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  39. 청구항 38에 있어서,
    상기 제1 질량체 및 제2 질량체가 회전될 경우, 제1 가요부에는 굽힘응력이 발생되고, 상기 제2 가요부에는 비틀림응력이 발생되는 것을 특징으로 하는 각속도 센서.
  40. 청구항 15에 있어서,
    상기 제1 질량체 및 제2 질량체의 일단에는 각각 상기 제1 가요부가 연결되고, 상기 제1 질량체 및 제2 질량체의의 타단부에는 각각 상기 제2 가요부가 연결된 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  41. 청구항 40에 있어서,
    상기 제1 질량체 및 제2 질량체는 X축 방향에 대하여 일단에 제1 가요부가 각각 연결되고, X축 방향에 대하여 타단부에는 제2 가요부가 Y축 방향으로 각각 연결된 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  42. 청구항 40에 있어서,
    상기 제1 질량체 및 제2 질량체는 제1 가요부가 각각 연결된 결합부보다, 제2 가요부가 각각 결합되는 결합부가 서로 인접하도록 대향된 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
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