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KR102505956B1 - 가속도 센서 - Google Patents

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KR102505956B1
KR102505956B1 KR1020210136658A KR20210136658A KR102505956B1 KR 102505956 B1 KR102505956 B1 KR 102505956B1 KR 1020210136658 A KR1020210136658 A KR 1020210136658A KR 20210136658 A KR20210136658 A KR 20210136658A KR 102505956 B1 KR102505956 B1 KR 102505956B1
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KR
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acceleration
central portion
electrode
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엄원영
장준용
서강선
조한성
조영호
석민호
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국방과학연구소
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Abstract

일 실시예에 따른 가속도 센서는, 내측에 개구가 형성된 프레임부, 상기 개구 내에 배치된 중앙부, 상기 중앙부의 상면 및 하면에 배치되고, 상기 프레임부와 상기 중앙부를 연결시키는 연결부 및 센싱된 가속도를 전기적 신호로 변환하는 감지부를 포함하고, 상기 중앙부의 상면과 하면을 관통하는 Z축 방향에 대한 가속도를 센싱하고, 상기 Z축 방향과 교차하는 X축 방향 및 Y축방향의 가속도의 센싱은 저감시킬 수 있다.

Description

가속도 센서{Accelerometer}
본 발명은 가속도 센서에 관한 발명이다.
가속도센서는 감지한 가속도를 전기신호로 변환하여 측정할 수 있도록 하는 센서를 의미한다. 가속도 센서에 있어서, 가속도를 센싱하는 방식은 크게 압저항형(Piezoresistive), 압전형(Piezoelectric), 공진형, 정전용량형 (electrostatic capacity) 등으로 분류될 수 있다.
가속도센서는 대개 수십~수백 마이크로 단위의 초소형 크기가 요구되는 바, 초미세가공기술(Micro-Electro Mechanical Systems, MEMS)을 통해 실리콘 웨이퍼를 가공하여 제작하는 방식을 이용한다.
가속도센서의 성능을 판단하는 경우, 유효 축 방향의 가속도에 대해서만 기민하게 센싱하는 가속도 센서를 고성능의 가속도 센서라고 볼 수 있다. 여기서 유효 축 방향 이란, 센싱하고자 하는 가속도의 축 방향을 이르며, 유효 축 방향의 가속도를 정밀하게 측정함과 동시에 측정하고자 하는 축방향 이외의 방향, 즉 교차축 방향의 센싱은 지양 하여아 한다.
따라서, 가속도를 센싱하는데 있어서 교차축 방향의 감도를 낮출 수 있는 가속도 센서가 필요한 실정이다.
이외에도 가속도 센서는, 급격한 가속이나 충격으로 인하여 센서에 가해지는 외력에 충분히 견딜 수 있어야 한다. 따라서 내부의 구조가 파손되거나 손상된 경우 이에 대하여 빠르게 반응할 수 있도록 가속도 센서 내에서 파손이나 손상을 감지할 수 있도록 하는 구조가 필요하며, 이와 더불어 센서의 커버에 형성된 돌기나 홈 구조가 충격을 감쇠함과 동시에 스토퍼(Stopper)의 기능을 함께 수행하여, 감지 주파수의 선형 범위를 넓힐 수 있는 가속도 센서가 필요한 실정이다.
종래기술의 일 예로서 일본등록특허 제4838229(공개일 2009년 03월 12일) 에는 가속도 센서에 관하여 기재되어 있다.
전술한 배경기술은 발명자가 본원의 개시 내용을 도출하는 과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
일 실시예에 따른 목적은, 가속도 센서에 있어서 탄성보를 중앙체의 상측과 하측에 각각 교차로 형성하여, 감지하고자 하는 가속도 축 방향 이외의 교차 방향 가속도 대한 센싱 감도를 낮춰. 센싱의 정밀도가 높은 가속도 센서를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은, 가속도 센서에 있어서 탄성보 내에 파손 감지용 진단요소를 더 포함함으로써, 탄성보의 파손을 빠르게 파악하여 센서의 오작동을 감지할 수 있도록 하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은, 가속도 센서에 있어서 추가적인 기능 레이어를 설치함으로써, 외부의 물리적 충격, 열 또는 전자파 등의 전달을 완충, 조절 또는 차단할 수 있는 가속도 센서를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 가속도 센서는, 내측에 개구가 형성된 프레임부, 상기 개구 내에 배치된 중앙부, 상기 중앙부의 상면 및 하면에 배치되고, 상기 프레임부와 상기 중앙부를 연결시키는 연결부, 및 센싱된 가속도를 전기적 신호로 변환하는 감지부를 포함하고, 상기 중앙부의 상면과 하면을 관통하는 Z축 방향에 대한 가속도를 센싱하고, 상기 Z축 방향과 교차하는 X축 방향 및 Y축방향의 가속도의 센싱은 저감시킬 수 있다.
상기 연결부는, 상기 중앙부의 상면으로부터 연장되어 상기 프레임부와 연결되는 제1 탄성보, 및 상기 중앙부의 하면으로부터 연장되어 상기 프레임부와 연결되는 제2 탄성보를 포함하고, 상기 제1 탄성보와 상기 제2 탄성보는 서로 교차되는 방향으로 배치될 수 있다.
상기 감지부는, 가속도를 센싱하는 감지요소, 센싱된 가속도의 전기적 신호를 전달하는 전극, 및 상기 감지요소와 상기 전극을 전기적으로 연결하는 배선을 포함하고, 상기 감지요소는 상기 제1 탄성보 또는 상기 제2 탄성보의 표면 또는 내측에 배치될 수 있다.
상기 감지요소는 복수 개로 구성될 수 있으며, 각각의 감지요소는 동일한 평면 또는 상이한 평면 상에 배치될 수 있다.
상기 제1 탄성보 또는 상기 제2 탄성보는, 상기 제1 탄성보 또는 상기 제2 탄성보 상에 형성된 적어도 하나 이상의 홈을 포함할 수 있다.
상기 제1 탄성보 및 상기 제2 탄성보의 너비는 상기 중앙부의 일측의 너비 보다 좁게 형성될 수 있다.
상기 전극은 상기 프레임부 또는 상기 중앙부의 표면 또는 내측에 배치될 수 있으며, 상기 전극이 프레임부에 배치된 경우, 상기 프레임부의 하면은 외부의 장비에 부착되어 고정되고, 상기 전극이 상기 중앙부에 배치된 경우, 상기 중앙부의 하면은 외부의 장비에 부착되어 고정될 수 있다.
상기 감지요소는, 압전체, 압저항체, 또는 공진구조물로 형성될 수 있다.
상기 제1 탄성보 또는 상기 제2 탄성보는, 상기 제1 탄성보 또는 상기 제2 탄성보의 표면에 배치되어 각각의 탄성보의 파손을 진단할 수 있도록 형성된 진단요소를 더 포함할 수 있다.
상기 배선은, 상기 배선의 일 부분에 배치되는 트리밍저항을 포함할 수 있다.
상기 감지부는, 상기 가속도 센서의 상측을 덮는 제1 커버, 상기 가속도 센서의 하측을 덮는 제2 커버, 상기 중앙부 또는 상기 프레임부의 상면에 설치된 제1 전극, 상기 중앙부 또는 상기 프레임부의 하면에 설치된 제2 전극, 상기 제1 전극과 마주보며 상기 제1 커버의 일면에 배치된 제3 전극, 및 상기 제2 전극과 마주보며 상기 제2 커버의 일면에 배치된 제4 전극을 포함하고, 상기 감지부의 가속도 측정 방식은 복수 개의 전극들 사이의 정전용량을 측정하는 방식인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 가속도 센서는, 상기 가속도 센서의 상측 또는 하측에 배치되는 커버부를 더 포함하고, 상기 프레임부의 일면, 상기 중앙부의 일면 및 상기 프레임부 및 상기 중앙부와 마주하는 상기 커버부의 일면은 평면으로 형성될 수 있다.
상기 가속도 센서는, 상기 가속도 센서의 상측 또는 하측에 배치되는 커버부를 더 포함하고, 상기 프레임부의 일면, 상기 중앙부의 일면 또는 상기 프레임부 및 상기 중앙부와 마주하는 상기 커버부의 일면 중 적어도 하나의 면에는 요철요소 또는 홀이 형성될 수 있다.
상기 가속도 센서는, 상기 가속도 센서의 상측 또는 하측에 배치되는 커버부를 더 포함하고, 상기 프레임부의 일면 또는 상기 중앙부의 일면 상에는 적어도 하나의 수용요소가 형성되며, 상기 수용요소의 내측에는 접합제 또는 전극이 수용될 수 있다.
상기 커버부는, 기능 레이어를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 가속도 센서는, 가속도 센서에 있어서 탄성보를 중앙체의 상측과 하측에 각각 교차로 형성하여, 감지하고자 하는 가속도 축 방향 이외의 교차 방향 가속도 대한 센싱 감도를 낮춰. 센싱의 정밀도를 높일 수 있다.
일 실시예에 따른 가속도 센서는, 가속도 센서에 있어서 탄성보 내에 파손 감지용 진단요소를 더 포함함으로써, 탄성보의 파손을 빠르게 파악하여 센서의 오작동을 감지할 수 있다.
일 실시예에 따른 가속도 센서는, 가속도 센서에 있어서 추가적인 기능 레이어를 설치함으로써, 외부의 물리적 충격, 열 또는 전자파 등의 전달을 완충, 조절 또는 차단할 수 있다.
도1a는 일 실시예에 따른 가속도 센서의 사시도를 나타낸다.
도1b는 일 실시예에 따른 가속도 센서의 전극이 중앙부 상면에 배치된 형상을 나타낸다.
도2는 일 실시예에 따른 가속도 센서를 상측에서 바라본 형상을 나타낸다.
도3a 및 도3b는 일 실시예에 따른 가속도 센서의 측단면도이다.
도4a 내지 도4c는 일 실시예에 따른 가속도 센서에서, 탄성보에 배치될 수 있는 감지요소(410)의 위치를 나타낸다.
도5a는 일 실시예에 따른 가속도 센서에서, 일부분에 홈이 형성된 탄성보의 형상을 나타낸다.
도5b는 홈이 형성되지 않은 탄성보를 포함하는 일 실시예에 따른 가속도 센서를 나타낸다.
도5c는 홈이 형성된 탄성보를 포함하는 일 실시예에 따른 가속도 센서를 나타낸다.
도5d 및 도5e는 일 실시예에 따른 가속도 센서에서, 감지요소가 공진구조물인 경우의 형상을 나타낸다.
도6은 일 실시예에 따른 가속도 센서에서, 제1 탄성보 및 제2 탄성보의 너비가 중앙부 일측의 너비보다 좁게 형성된 형상을 나타낸다.
도7a 및 도7b는 정전용량을 측정하는 방식으로 가속도를 센싱하는 일 실시예에 따른 가속도 센서를 나타낸다.
도8은 일 실시예에 따른 가속도 센서에서, 제1 탄성보의 표면에 진단요소가 배치된 형상을 나타낸다.
도9는 일 실시예에 따른 가속도 센서에서, 트리밍저항이 배선에 포함된 형상을 나타낸다.
도10은 커버부가 형성된 일 실시예에 따른 가속도 센서를 나타낸다.
도11a, 도11b 및 도11c는 일면이 평면이 아닌 형태로 형성된 커버부의 형상을 나타낸다.
도12a 및 도12b는, 일 실시예에 따른 가속도 센서에서, 일면에 수용요소가 형성된 커버부의 형상을 나타낸다.
도13은 일 실시예에 따른 가속도 센서에서, 커버에 기능 레이어가 더 포함된 형상을 나타낸다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하의 설명은 실시예들의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 실시예에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다.
다만, 일 실시예를 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 일 실시예에 따른 가속도 센서의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 일 실시예에 따른 가속도 센서의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 일 실시예에 따른 가속도 센서의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도1a는 일 실시예에 따른 가속도 센서의 사시도를 나타낸다.
도 1a를 참조하면, 일 실시예에 따른 가속도 센서는 중앙에 개구가 형성된 프레임부(100), 프레임부 내측의 개구에 배치되는 중앙부(200), 중앙부와 프레임부를 연결시키는 연결부(300), 및 가속도를 센싱하여 센싱한 가속도를 전기적 신호로 변환시키는 감지부(400)를 포함할 수 있다.
연결부(300)는, 중앙부(200)의 상면으로부터 연장되어 프레임부(100)와 연결되는 제1 탄성보(300a), 및 중앙부의 하면으로부터 연장되어 프레임부와 연결되는 제2 탄성보를(300b) 포함할 수 있다.
연결부(300)를 구성하는 제1 탄성보(300a)와 제2 탄성보(300b)는 보(Paper)의 형상으로 형성된 탄성 부재로, 중앙부(200)와 프레임부(100)의 상대적 움직임에 따라 신장 및 수축 등의 변형이 일어날 수 있다.
감지부(400)는 프레임부(100), 중앙부(200), 또는 연결부(300)의 일부분에 배치될 수 있다. 감지부는 가속도를 센싱하는 감지요소(410), 센싱한 가속도의 전기적 신호를 전달하는 전극(430), 및 감지요소와 전극을 전기적으로 연결하는 배선(420)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 가속도 센서에서, 상기 중앙부(200)는 무게추(Mass)의 역할을 수행한다. 가속도 센서가 가속도를 가지고 움직이면, 중앙체의 관성으로 인하여 중앙체와 연결된 각각의 탄성보에 변형이 발생된다.
이에 따라, 각각의 탄성보 상에 배치된 감지요소(410)가 변형을 감지하고, 감지요소에 연결된 배선(420)과 배선에 연결된 전극(430)이 센싱한 가속도를 전기적 신호로 변환시킨다.
도1a를 참조하면, 전극(430)은 프레임부 상에 배치될 수 있다. 반면, 도1b를 참조하면, 일 실시예에 따른 가속도 센서의 전극(430)이 중앙부(200) 상면에 배치된 형상을 나타낸다.
이와 같이, 감지부의 전극(430)은 프레임부(100) 뿐만 아니라 중앙부(200)의 상면에도 배치될 수도 있다. 즉, 감지요소(410)는 탄성보의 변형을 감지하는 역할을 수행하므로 탄성보 상에 위치하여야 하지만, 감지요소가 센싱한 가속도를 전기적 신호로 변환하는 전극(430)의 위치는 이러한 제약을 가지지 않는다.
감지요소(410)는, 압저항체(Piezoresistive), 압전체(Piezoelectric), 또는 공진구조물 일수 있으며, 후술할 바와 같이 정전용량(electrostatic capacity)을 측정하는 방식을 이용하여 가속도를 센싱할 수도 있다. 압저항체와 압전체 감지요소의 경우 소재의 전기적 특성이 가속도 센싱에 이용되며, 공진구조물 감지요소의 경우 가속도 변화의 따른 공진구조물의 공진주파수가 변화가 가속도 센싱에 이용된다. 다만 감지요소의 종류는 반드시 상기에 한정되는 것은 아님을 밝혀둔다.
또한, 일 실시예에 따른 가속도 센서는, 특정 물체의 가속도를 센싱하기 위하여 일면이 물체에 부착된 상태일 수 있다. 가속도 센서의 하면이 물체에 부착되어 있는 경우, 물체가 움직임에 따라 물체에 부착된 가속도 센서도 함께 움직이게 되고, 따라서 물체의 가속도가 측정될 수 있다.
다만 일 실시예에 따른 가속도 센서는, 관성으로 인한 중앙부(200)와 프레임부(100)의 상대적 움직임을 통하여 가속도를 측정하므로, 중앙부와 프레임부가 모두 물체에 견고히 부착되어 있는 경우에는 가속도를 측정할 수 없다.
다시 말해, 중앙부와 프레임부가 모두 물체에 부착되어 있는 경우, 연결부를 구성하는 제1 탄성보(300a)와 제2 탄성보(300b)에 변형이 발생하지 않고, 따라서 감지요소가 가속도를 센싱할 수 없게 된다.
따라서, 프레임부(100)와 중앙부(200) 중 하나만이 상기 물체에 부착될 수 있다. 예를 들어, 프레임부(100)의 하면이 물체에 부착되어 고정되는 경우, 중앙부(200)는 제1 탄성보(300a) 및 제2 탄성보(300b)와 연결되어 움직일 수 있는 상태에 놓인다.
이 경우 도1a와 같이 상기 감지부를 구성하는 구성요소 중 전극(430)은, 프레임부(100)에 배치되어 프레임부와 함께 물체에 고정될 수 있다. 즉, 탄성보의 움직임으로 인한 변형을 감지해야 하는 감지요소(410)와는 달리, 전극의 경우는 움직일 필요가 없기 때문에, 프레임부와 함께 고정될 수 있다.
반대로, 중앙부(200)의 하면이 물체에 부착되어 고정되는 경우, 도1b와 같이 프레임부(100)는 중앙부에 대하여 상대적 이동을 할 수 있는 상태에 놓인다. 이 경우 전극은 중앙부에 배치되게 된다.
이하 가속도 센싱의 메커니즘에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, 일 실시예에 따른 가속도 센서가 센싱하고자 하는 가속도의 방향은 Z축 방향으로, Z축 방향은 상기 중앙부(200)의 상면과 하면을 수직으로 관통하는 축방향을 의미한다. 이를 제외한 축방향은 교차축 방향으로 정의한다(예를 들면, Z축 방향과 수직으로 교차되는 X축 방향 및 Y축 방향).
도2는 일 실시예에 따른 가속도 센서를 상측에서 바라본 형상을 나타낸다.
제1 탄성보(300a)와 제2 탄성보(300b)는 가속도 센서의 상측에서 바라보았을 때, 서로 교차되는 방향으로 배치될 수 있다. 도2를 참조하면, 중앙부(200)의 상면 및 하면과 각각 맞닿은 제1 탄성보(300a) 및 제2 탄성보(300b)는 서로 수직으로 교차되는 형태로 형성되어 있다.
도3a 및 도3b는 일 실시예에 따른 가속도 센서의 측단면도이다.
도3a 및 도3b를 참조하면, 각각 X축 또는 Y축 방향에서 바라보았을 때, 제1 탄성보(300a)는 중앙부(200)의 상면으로부터 연장되어 프레임부(100)와 연결될 수 있으며, 제2 탄성보(300b)는 중앙부(200)의 하면으로부터 연장되어 프레임부(100)와 연결될 수 있다.
이와 같이 교차로 배치된 각각의 탄성보의 복원력으로 인하여, 교차축 방향으로의 중앙체의 거동을 저감시킬 수 있다. 따라서 측정하고자 하는 Z축 가속도 방향만을 효과적으로 센싱할 수 있다.
도4a 내지 도4c는 일 실시예에 따른 가속도 센서에서, 탄성보에 배치될 수 있는 감지요소(410)의 위치를 나타낸다.
감지요소는 복수 개로 형성될 수 있으며, 복수개의 감지요소는 각각 동일한 평면 또는 상이한 평면 상에 배치될 수 있다.
도4a를 참조하면, 복수 개의 감지요소(410)가 제1 탄성보(300a)의 상측 표면에 배치된 형상을 나타낸다. 도 4b를 참조하면, 감지요소는 반드시 탄성보의 상측 표면에 배치되어야 하는 것은 아니며, 탄성보의 하측 표면과 상측 표면에 동시에 배치될 수 있다. 또한 도4c를 참조하면, 감지요소는 탄성보의 표면뿐만 아니라 탄성보의 내측에 형성될 수도 있다.
복수 개로 형성된 감지요소는, 이와 같이 탄성보 상에서 동일한 평면 또는 상이한 평면 상에 배치될 수 있으며, 다만 감지요소의 배치 구조는 도4a내지 도4c에서 개시하고 있는 형태로 한정되지는 않고, 제1 탄성보 뿐만 아니라 제2 탄성보의 표면 또는 내측에도 배치될 수 있다.
도5a는 일 실시예에 따른 가속도 센서에서, 일부분에 홈이 형성된 탄성보의 형상을 나타낸다.
도5a를 참조하면, 제1 탄성보(300a) 및 제2 탄성보(300b)는 양단의 일부분에 형성된 홈(310)을 포함할 수 있다. 홈이 형성된 탄성보는 탄성계수가 감소한다. 따라서 더 작은 가속도에도 기민하게 반응하며, 이에 따라 가속도 센싱의 감도가 높아질 수 있다.
도5b는 홈이 형성되지 않은 탄성보를 포함하는 일 실시예에 따른 가속도 센서를 나타낸다. 반면, 도5c는 홈이 형성된 탄성보를 포함하는 일 실시예에 따른 가속도 센서를 나타낸다.
도5c를 참조하면, 양단에 형성된 홈(310)을 포함하는 탄성보가 장착된 가속도 센서의 경우, 감지요소(410)는 양 홈 사이의 잔여 면적에 배치될 수 있다.
이 경우, 가속도 센서에 동일한 가속도가 가해지더라도, 일반적인 탄성보가 장착된 가속도센서(도5b 참조)에 비하여, 센서 부착 부분의 탄성보의 변형 폭이 커지게 된다. 다시 말해, 동일한 센서를 사용하더라도 출력값이 증폭되는 효과를 얻을 수 있다.
도5d 및 도5e는 일 실시예에 따른 가속도 센서에서, 상기 감지요소(410)가 공진구조물인 경우의 형상을 나타낸다. 도 5e와 같이 탄성보 상에 홈(310)이 형성되어 있는 경우, 개구가 형성되어 있지 않은 경우(도5d)에 비하여 높은 센싱 감도를 얻을 수 있다.
도6은 일 실시예에 따른 가속도 센서에서, 제1 탄성보 및 제2 탄성보의 너비가 중앙부 일측의 너비보다 좁게 형성된 형상을 나타낸다.
도6을 참조하면, 중앙부(200)의 상면 및 하면에 배치되는 제1 탄성보(300a) 및 제2 탄성보(300b)의 너비는 중앙부 일측의 너비보다 좁게 형성될 수 있다.
이 경우, 각각의 탄성보의 너비가 중앙부 일측의 너비와 동일하게 형성된 경우에 비하여, 각각의 탄성보의 탄성계수가 작아지게 된다. 따라서, 동일한 가속도가 가해지더라도 중앙부 움직임의 폭이 보다 커지게 되고, 따라서 센싱의 감도를 높이는 효과를 얻을 수 있다.
도7a 및 도7b는 정전용량을 측정하는 방식으로 가속도를 센싱하는 일 실시예에 따른 가속도 센서를 나타낸다.
구체적으로, 도7a는 제1 전극(431) 및 제2 전극(432)이 중앙부 상면과 하면에 각각 설치되고, 제1 전극과 상응되는 제3 전극(433) 및 제2전극과 상응하는 제4 전극(434)이 제1 커버(550a) 및 제2 커버(550b)에 각각 설치된 형상을 나타낸다. 도7b는 제1 전극(431) 및 제2 전극(432)이 프레임부에 설치되고, 제1 전극과 상응되는 제3 전극(433) 및 제2 전극과 상응되는 제4 전극(434)이 제1 커버(550a) 및 제2 커버(550b)에 각각 설치된 형상을 나타낸다.
도7a 및 도7b를 참조하면, 일 실시예에 따른 가속도 센서는 프레임부(100), 중앙부(200), 및 연결부(300)의 상면을 덮는 제1 커버(550a) 및 하면을 덮는 제2 커버(550b)를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 커버(550a) 및 제2 커버(550b)는 전극의 부착부로 사용됨으로써, 정전용량을 측정하는 방식의 가속도 센서를 제공할 수 있다.
즉, 정전용량을 측정하는 방식의 가속도 센서는, 중앙부 또는 프레임부의 일면에 설치된 제1 전극(431) 및 제2 전극(432), 그리고 이와 대응되어 제1 전극 및 제2 전극과 각각 마주보며 상기 제1 커버(550a) 및 제2 커버(550b)의 일면에 각각 배치된 제3 전극(433) 및 제4 전극(434)을 이용한 축전기(Capacitor)를 구성하여 가속도를 센싱한다.
가속도 센서에 가속이 가해지면, 중앙부(200) 및 프레임부(100)가 상대적으로 움직임에 따라 제1 전극(431)과 마주보는 제3 전극(433)에 움직임이 발생하게 된다. 이에 따라 양 전극 사이의 거리가 변화되고, 전극 사이의 거리가 변화됨에 따라 축전기의 정전 용량은 증감하게 된다. 정전 용량의 증감은, 제2 전극(432)과 제4 전극(434) 사이에서도 마찬가지로 발생한다. 이와 같이 정전용량의 증감을 측정하는 방식으로 가속도가 센싱된다.
도8은 일 실시예에 따른 가속도 센서에서, 제1 탄성보(300a)의 표면에 진단요소(450)가 배치된 형상을 나타낸다.
일 실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 각각의 탄성보는 가속도에 반응하여 변형이 이루어지는 핵심적인 구성요소에 해당한다. 탄성보의 파손이나 손상이 발생하는 경우, 가속도를 센싱하는데 있어서 오차가 발생하거나 정밀도가 크게 감소할 수 있다. 따라서, 상기 진단요소(450)를 통하여 탄성보의 파손을 조기에 파악하고 대응할 수 있다.
도8을 참조하면, 파손을 진단할 수 있도록 형성된 진단요소(450)를 제1 탄성보(300a) 표면에 배치할 수 있는데, 다만 진단요소의 배치는 반드시 제1 탄성보 상으로 한정되지는 않으며 제2 탄성보(300b) 상에도 배치될 수 있다.
도9는 일 실시예에 따른 가속도 센서에서, 트리밍저항(421)이 배선(420)에 포함된 형상을 나타낸다. 배선 상의 트리밍저항(421) 및 전극의 출력값을 보정하는 보정회로(422)를 통하여, 전체적인 저항의 크기를 필요에 따라 변화시킴으로써 센싱 감도를 상황에 맞게 제어할 수 있다.
도10은 커버부(500)가 형성된 일 실시예에 따른 가속도 센서를 나타낸다.
일 실시예에 따른 가속도 센서는 커버부(500)를 더 포함하여 형성될 수 있는데, 커버부(500)는 가속도 센서를 외부의 이물질 및 충격으로부터 보호할 뿐만 아니라, 전극 및 접합제의 부착 부위로 활용될 수도 있다.
도10을 참조하면, 커버부(500)는 가속도 센서의 상면 및 하면을 모두 덮을 수 있다. 다만 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 커버부는 가속도 센서의 일면(예를 들어, 상면) 만을 덮을 수도 있다. 또한 커버부의 일면은 도10에서와 같이 평면으로 형성될 수도 있지만, 반드시 평면에 한정되는 것은 아니고 요철요소 또는 홀이 형성된 상태일 수 있다.
도11a, 도11b 및 도11c는 일면이 평면이 아닌 형태로 형성된 커버부(500)의 형상을 나타낸다.
먼저, 커버부(500)의 일면에는 요철요소가 형성되어 있을 수 있다. 도11a를 참조하면, 상기 요철요소는 단차(501a)일 수 있다. 이와 달리 도11b를 참조하면, 상기 요철요소는 적어도 하나 이상의 돌기(501b)일 수 있다. 도11c를 참조하면, 커버부(500)에는 적어도 하나 이상의 홀(501c)이 형성되어 있을 수도 있다.
다만 상기 요철요소 또는 홀은 반드시 커버부(500)에만 형성될 수 있는 것은 아니고, 커버부와 상응하여 프레임부 또는 중앙부의 일면에 형성될 수도 있다.
도12a 및 도12b는, 일 실시예에 따른 가속도 센서에서, 일면에 수용요소(502a, 502b)가 형성된 커버부의 형상을 나타낸다.
상기 수용요소에는 감지부의 전극을 배치하거나, 또는 커버부를 부착시키는 접합제를 내부에 채워 넣을 수도 있다. 다만, 수용요소는 도12a 및 도12b에서와 같이 커버부(500)에 형성될 수 있을 뿐만 아니라, 커버부와 맞닿는 프레임부 또는 중앙부의 일면에 형성될 수도 있으며, 도12a 및 도12b는 수용요소가 형성된 구성의 일 예시로 커버부(500)를 들고 있을 뿐임을 밝혀둔다.
도12a를 참조하면, 수용요소(502a)는 커버부의 양단에 형성될 수 있다. 도12b를 참조하면, 수숑요소(502b)는 커버부의 중앙 부분에 형성될 수 있다.
도13은 일 실시예에 따른 가속도 센서에서, 커버부(500)에 기능 레이어(510)가 더 포함된 형상을 나타낸다.
기능 레이어(510)는, 외부의 물리적 충격, 열, 또는 전자파 등의 전달을 완충, 조절 또는 차단하기 위하여 형성되어, 상기 커버부(500)에 추가로 배치될 수 있다.
이상과 같이 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 실시예가 설명되었으나 이는 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것이다. 또한, 본 발명이 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위 뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 프레임부
200: 중앙부
300: 연결부
300a: 제1 탄성보
300b: 제2 탄성보
310: 홈
400: 감지부
410: 감지요소
410a: 공진 구조물
420: 배선
421: 트리밍저항
422: 보정회로
430: 전극
431: 제1 전극
432: 제2 전극
433: 제3 전극
434: 제4 전극
450: 진단요소
500: 커버부
501a: 단차
501b: 돌기
501c: 홀
502a: 수용요소
502b: 수용요소
510: 기능 레이어
550a: 제1 커버
550b: 제2 커버

Claims (15)

  1. 내측에 개구가 형성된 프레임부;
    상기 개구 내에 배치된 중앙부;
    상기 중앙부의 상면 및 하면에 배치되고, 상기 프레임부와 상기 중앙부를 연결시키는 연결부; 및
    센싱된 가속도를 전기적 신호로 변환하는 감지부;
    를 포함하고,
    상기 중앙부의 상면과 하면을 관통하는 Z축 방향에 대한 가속도를 센싱하고, 상기 Z축 방향과 교차하는 X축 방향 및 Y축 방향의 가속도의 센싱은 저감시키고,
    상기 연결부는,
    상기 중앙부의 상면에 배치되고, 상기 중앙부로부터 상기 X축 방향으로 연장되어 상기 프레임부에 연결되는 제1 탄성보; 및
    상기 중앙부의 하면에 배치되고, 상기 중앙부로부터 상기 Y축 방향으로 연장되어 상기 프레임부에 연결되는 제2 탄성보를 포함하고,
    상기 제1 탄성보는, 상기 Y축 방향을 기준으로, 상기 중앙부의 폭과 동일한 폭을 갖고,
    상기 제2 탄성보는, 상기 X축 방향을 기준으로, 상기 중앙부의 폭과 동일한 폭을 갖는 가속도 센서.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 감지부는,
    가속도를 센싱하는 감지요소;
    센싱된 가속도의 전기적 신호를 전달하는 전극; 및
    상기 감지요소와 상기 전극을 전기적으로 연결하는 배선;
    을 포함하고,
    상기 감지요소는 상기 제1 탄성보 또는 상기 제2 탄성보의 표면 또는 내측에 배치되는,
    가속도 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 감지요소는 복수 개로 구성될 수 있으며, 각각의 감지요소는 동일한 평면 또는 상이한 평면 상에 배치될 수 있는,
    가속도 센서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 탄성보 또는 상기 제2 탄성보는,
    상기 제1 탄성보 또는 상기 제2 탄성보 상에 형성된 적어도 하나 이상의 홈;
    을 포함하는,
    가속도 센서.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 탄성보 및 상기 제2 탄성보의 너비는 상기 중앙부의 일측의 너비 보다 좁게 형성될 수 있는,
    가속도 센서.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 전극은 상기 프레임부 또는 상기 중앙부의 표면 또는 내측에 배치될 수 있으며,
    상기 전극이 프레임부에 배치된 경우, 상기 프레임부의 하면은 외부의 장비에 부착되어 고정되고,
    상기 전극이 상기 중앙부에 배치된 경우, 상기 중앙부의 하면은 외부의 장비에 부착되어 고정되는,
    가속도 센서.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 감지요소는,
    압전체, 압저항체, 또는 공진구조물로 형성될 수 있는,
    가속도 센서.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 탄성보 또는 상기 제2 탄성보는,
    상기 제1 탄성보 또는 상기 제2 탄성보의 표면에 배치되어 각각의 탄성보의 파손을 진단할 수 있도록 형성된 진단요소;
    를 더 포함하는,
    가속도 센서.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 배선은,
    상기 배선의 일 부분에 배치되는 트리밍저항;
    을 포함하는,
    가속도 센서.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 감지부는,
    상기 가속도 센서의 상측을 덮는 제1 커버;
    상기 가속도 센서의 하측을 덮는 제2 커버;
    상기 중앙부 또는 상기 프레임부의 상면에 설치된 제1 전극;
    상기 중앙부 또는 상기 프레임부의 하면에 설치된 제2 전극;
    상기 제1 전극과 마주보며 상기 제1 커버의 일면에 배치된 제3 전극; 및
    상기 제2 전극과 마주보며 상기 제2 커버의 일면에 배치된 제4 전극;
    을 포함하고,
    상기 감지부의 가속도 측정 방식은 복수 개의 전극들 사이의 정전용량을 측정하는 방식인 것을 특징으로 하는,
    가속도 센서.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 가속도 센서는,
    상기 가속도 센서의 상측 또는 하측에 배치되는 커버부;
    를 더 포함하고,
    상기 프레임부의 일면, 상기 중앙부의 일면 및 상기 프레임부 및 상기 중앙부와 마주하는 상기 커버부의 일면은 평면으로 형성될 수 있는,
    가속도 센서.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 가속도 센서는,
    상기 가속도 센서의 상측 또는 하측에 배치되는 커버부;
    를 더 포함하고,
    상기 프레임부의 일면, 상기 중앙부의 일면 또는 상기 프레임부 및 상기 중앙부와 마주하는 상기 커버부의 일면 중 적어도 하나의 면에는 요철요소 또는 홀이 형성될 수 있는,
    가속도 센서.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 가속도 센서는,
    상기 가속도 센서의 상측 또는 하측에 배치되는 커버부;
    를 더 포함하고,
    상기 프레임부의 일면 또는 상기 중앙부의 일면 상에는 적어도 하나의 수용요소가 형성되며, 상기 수용요소의 내측에는 접합제 또는 전극이 수용될 수 있는,
    가속도 센서.
  15. 제12항, 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 커버부는,
    기능 레이어;
    를 포함하는,
    가속도 센서.

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