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KR20160068557A - 자이로스코프 센서 및 이를 포함하는 센서 모듈 - Google Patents

자이로스코프 센서 및 이를 포함하는 센서 모듈 Download PDF

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KR20160068557A
KR20160068557A KR1020140174440A KR20140174440A KR20160068557A KR 20160068557 A KR20160068557 A KR 20160068557A KR 1020140174440 A KR1020140174440 A KR 1020140174440A KR 20140174440 A KR20140174440 A KR 20140174440A KR 20160068557 A KR20160068557 A KR 20160068557A
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KR
South Korea
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substrate
sensor
gyroscope
gyroscope sensor
driving electrode
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Withdrawn
Application number
KR1020140174440A
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English (en)
Inventor
김대호
김종운
Original Assignee
삼성전기주식회사
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.)
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Publication date
Application filed by 삼성전기주식회사 filed Critical 삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 자이로스코프 센서는 일단이 고정되고 타단은 진동 가능하게 구비된 기판; 상기 기판의 타단측 저면에 결합되는 질량체; 상기 기판의 상부에 실장되어 상기 기판을 진동시키는 구동 전극부; 및 상기 기판의 상부에 상기 기판의 폭 방향으로 양측에 서로 평행하게 구비되며, 상기 구동 전극부와 이격되게 실장되어 상기 기판의 변형량을 측정하는 센서 전극부;를 포함할 수 있다.

Description

자이로스코프 센서 및 이를 포함하는 센서 모듈{GYROSCOPE SENSOR AND SENSOR MODULE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 자이로스코프 센서 및 이를 포함하는 센서 모듈에 관한 것이다.
자이로스코프 센서(GYROSCOPE SENSOR)는 회전하는 틀 내부의 물체가 운동할 때 그 운동 방향에 수직 방향으로 발생하는 코리올리 힘을 활용해 회전 운동의 각속도를 측정하는 센서로서, 최근 다양한 휴대용 기기 등에 폭넓게 적용되고 있다.
이러한 자이로스코프 센서가 장착되는 휴대용 기기 등의 제품군은 임의 방향으로 회전될 수 있기 때문에 자이로스코프 센서는 3축 방향의 회전 각속도를 감지할 수 있어야 한다.
또한, 휴대용 기기 등, 자이로스코프 센서가 장착되는 제품군의 소형화 추세에 따라 자이로스코프 센서 또한 소형화가 요구되고 있는 실정이다.
따라서, 3축 방향의 회전 각속도를 감지하면서, 크기가 최소화될 수 있는 자이로스코프 센서에 대한 연구가 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 3축 방향의 회전 각속도를 감지하면서, 크기가 최소화 될 수 있는 자이로스코프 센서 및 이를 포함하는 센서 모듈을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자이로스코프 센서는 일단은 고정되고 타단은 진동 가능하게 구비된 기판; 상기 기판의 타단측 저면에 결합되는 질량체; 상기 기판의 상부에 실장되어 상기 기판을 진동시키는 구동 전극부; 및 상기 기판의 상부에 상기 기판의 폭 방향으로 양측에 서로 평행하게 구비되며, 상기 구동 전극부와 이격되게 실장되어 상기 기판의 변형량을 측정하는 센서 전극부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 모듈에는 상기 자이로스코프 센서가 적어도 한 쌍으로 구비될 수 있으며, 쌍을 이루는 상기 자이로스코프 센서는 서로 평행하게 구비될 수 있다.
여기서, 상기 자이로스코프 센서는 X축 방향으로 상기 내부 공간의 양측에 평행하게 구비되는 한 쌍 및 Y축 방향으로 상기 내부 공간의 양측에 평행하게 배치되는 다른 한 쌍으로 구비될 수 있다.
따라서, 상기 X축 방향으로 구비된 자이로스코프 센서와, Y축 방향으로 구비된 자이로스코프 센서에서 수신된 신호를 가감함으로써 3축 방향의 회전 각속도를 측정할 수 있으며, 전체 크기가 최소화될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자이로스코프 및 이를 포함하는 센서 모듈은 3축 방향의 회전 각속도를 감지할 수 있으며, 전체 크기가 최소화될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 모듈의 개략 평면도이다.
도 2의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 자이로스코프 센서의 개략 사시도이고, 도 2의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 자이로스코프 센서의 개략 저면 사시도이다.
도 3의 (a) 내지 도 3의 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 자이로스코프 센서의 다양한 변형예를 도시한 개략 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서모듈이 구동되는 경우 도 1의 A-A'에 따른 개략 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자이로스코프 센서에 작용하는 회전 각속도, 코리올리 힘, 속도 성분을 개략적으로 도시한 참고도이다.
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 상측, 하측, 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 센서 모듈(500)의 개략 평면도이고, 도 2의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 자이로스코프 센서의 개략 사시도이고, 도 2의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 자이로스코프 센서의 개략 저면 사시도이고, 도 3의 (a) 내지 도 3의 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 자이로스코프 센서의 다양한 변형예를 도시한 개략 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 모듈(500)은 고정부(100) 및 자이로스코프 센서부(200)를 포함한다.
고정부(100)는 센서 모듈(500)의 외형을 형성하는 부재로서, 자이로스코프 센서부(200)가 배치되는 내부 공간(S)을 구비한다.
상기 내부 공간(S)에는 자이로스코프 센서부(200)가 진동 가능하게 구비되며, 이때 자이로스코프 센서부(200)는 고정부(100)에 고정될 수 있다.
즉, 자이로스코프 센서부(200)는 캔틸레버(cantilever)형상으로 구비된 적어도 한 쌍의 자이로스코프 센서(210, 220, 230, 240)를 포함할 수 있으며, 상기 복수개의 자이로스코프 센서(210, 220, 230, 240)의 일측이 고정부(100)에 결합될 수 있다. 자이로스코프 센서(210, 220. 230, 240)의 상세 구성은 후술한다.
고정부(100)에는 상기 자이로스코프 센서(210, 220. 230, 240)가 배치되는 영역을 구획하는 측벽부(110)가 구비될 수 있다.
측벽부(110)는 내부 공간(S)을 형성하는 고정부(100)의 내면에서 돌출 형성되어 상기 내부 공간(S)을 복수개의 영역으로 구획할 수 있다.
또한, 구획된 각각의 영역에는 자이로스코프 센서(210, 220. 230, 240)가 배치될 수 있으며, 측벽부(110)에 의해 각각의 자이로스코프 센서(210, 220. 230, 240)는 독립된 영역에 배치될 수 있다.
자이로스코프 센서부(200)는 센서 모듈(500)이 구비된 회전체의 회전 각속도를 측정할 수 있으며, 고정부(100)의 내부공간에 배치되고, 일측이 고정부(100)에 진동 가능하게 결합된다.
상기한 바와 같이, 자이로스코프 센서부(200)는 적어도 한 쌍의 자이로스코프 센서(210, 220. 230, 240)를 포함할 수 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위해 상기 자이로스코프 센서(210, 220. 230, 240)를 고정부(100)의 제1 면(101)에 결합하는 제1 자이로스코프 센서(210), 고정부(100)의 제2 면(102)에 결합되는 제2 자이로스코프 센서(220), 고정부(100)의 제3 면(103)에 결합되는 제3 자이로스코프 센서(230) 및 고정부(100)의 제4 면(104)에 결합되는 제4 자이로스코프 센서(240)로 구분한다.
제1 자이로스코프 센서(210)와 제2 자이로스코프 센서(220)는 한 쌍을 이루며, X축 방향으로 내부 공간(S)의 양측에 구비될 수 있다.
또한, 제3 자이로스코프 센서(230)와 제4 자이로스코프 센서(240)는 한 쌍을 이루며 Y축 방향으로 내부 공간 (S)의 양측에 구비될 수 있다.
다시 말해, 두 쌍의 자이로스코프 각각의 쌍과 평행한 축은 서로 수직으로 구비될 수 있다.
여기서, 제1 및 제2 자이로스코프 센서(210, 220) 한 쌍과, 제3 및 제4 자이로스코프 센서(230, 240) 한 쌍은 고정부(100)에 구비되는 방향만 X축 방향과 Y축 방향으로 상이할 뿐 그 구성 및 동작 원리는 동일하다.
따라서, 이하에서는 제1 및 제2 자이로스코프 센서(210, 220) 한 쌍을 기준으로 설명하고 제3 및 제4 자이로스코프 센서(230, 240)에 관한 설명은 이에 갈음한다.
제1 자이로스코프 센서(210)는 일측이 고정부(100)의 제1 면(101)에 고정된 상태로 내부 공간(S)을 향해 돌출 구비될 수 있으며, 제2 자이로스코프 센서(220)는 고정부(100)의 제2 면(102)에 일측이 고정된 상태로 내부 공간(S)을 향해 돌출 구비될 수 있다.
다시 말해, 제1 및 제2 자이로스코프 센서(210, 220)는 X축을 기준으로 고정부(100)의 양측 내면에 구비될 수 있으며, 서로 평행하게 구비될 수 있다.
한편, 상기 제1 내지 제4 자이로스코프 센서(210, 220, 230, 240)는 결합되는 고정부(100)의 위치만 상이할 뿐 그 형상은 실질적으로 동일할 수 있다.
따라서, 이하에서는 제1 자이로스코프 센서(210)의 구조에 대해 설명하고 제2 내지 제4 자이로스코프 센서(220, 230, 240)의 구조는 제1 자이로스코프 센서(210)의 설명에 갈음한다.
제1 자이로스코프 센서(210)는 기판(211), 구동 전극부(212) 및 센서 전극부(213) 및 질량체(214)를 포함한다.
기판(211)은 고정부(100)에 일단이 고정되고 타단이 진동 가능하게 구비되며, 기판(211)의 상부에는 구동 전극부(212) 및 센서 전극부(213)가 실장될 수 있다.
기판(211)은 탄성 변형 가능한 소재로 구비될 수 있으며, 일 예로써 실리콘(Si) 이나 폴리 에틸렌테레프탈레이트(PET), 유리, 폴리 카보네이트(PC) 또는 실리콘(Si) 등으로 이루어지는 PCB(Printed Circuit Board)기판 또는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board) 기판 일수 있으며, 필름 형태로 형성될 수도 있다.
다만, 상기 기판(211)의 종류는 제안된 실시예에 한정되지 않으며, 당업계에서 통용되는 다양한 종류의 기판으로 대체될 수도 있다.
기판(211)의 상부에는 기판(211)을 진동시키는 구동 전극부(212)가 구비되며, 구동 전극부(212)는 외부 제어부(미도시)와 전기적으로 연결되어, 제어부의 신호를 수신하여 기판(211)을 가진 시킨다.
또한, 구동 전극부(212)는 효율적으로 기판(211)을 가진 시키기 위해 기판(211)의 고정된 일단측에 치우치게 구비될 수 있다.
한편, 상기 구동 전극부(212)는 기판(211)을 진동시키는 압전소자(212a) 및 상기 기판(211)의 진동 상태를 감지하는 피드백 센서(212b)를 포함할 수 있다.
압전소자(212a)는 외부 제어부에 연결되어 전기적 신호에 의해 기판(211)을 가진 시킬 수 있으며, 폴리머 재질 또는 티탄산 지르콘산연(타이타늄산 지르콘산 연) [PZT, lead zirconate titanate] 재질일 수 있다.
다만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 기판(211)을 가진시킬 수 있는 다양한 재질의 압전소자(212a)가 사용될 수 있다.
한편, 피드백 센서(212b)는 기판(211)의 진동 상태를 감지하여 제어부에 신호를 송신함으로써, 기판(211)의 진동량을 제어할 수 있다.
여기서, 피드백 센서(212b)는 필요에 따라 제거될 수 있으며, 피드백 센서(212b)가 구비되지 않는 경우, 압전소자(212a)의 크기를 증가시켜 진동력을 향상시킬 수 있다.
기판(211)의 상부에는 상기 기판(211)의 폭 방향(제1 자이로스코프 센서를 기준으로 Y축 방향을 의미함)으로 양측에 서로 평행하게 구비되는 센서 전극부(213)가 구비될 수 있다.
즉, 상기 센서 전극부(213)는 두 개로 구비될 수 있으며, 상기 두 개의 센서 전극부(213)는 X축을 중심으로 서로 마주하는 위치에 평행하게 구비될 수 있다.
이러한 센서 전극부(213)는 기판(211)의 뒤틀림 변형량을 측정하기 위해 구비된다. 즉, 기판(211)이 구동 전극부(212)에 의해 Z축을 따라 상하로 진동할 때, 질량체(214)에 X축 또는 Z축을 중심으로한 회전력이 작용하는 경우, 질량체(214)에는 Y축 방향으로 코리올리 힘(Coriolis Force)이 작용하여 결과적으로 기판(211)에 뒤틀림 변형이 발생하게 되는데, 상기 센서 전극부(213)는 이러한 뒤틀림 변형량을 측정한다.
결과적으로 상기 센서 전극부(213)에서는 기판(211)의 뒤틀림 변형량을 통해 질량체(214)에 작용한 코리올리 힘을 계산할 수 있으며, 최종적으로 회전 각속도를 측정할 수 있다. 회전 각속도 측정에 관한 상세한 설명은 후술한다.
또한, 센서 전극부(213)는 구동 전극부(212)의 기판(211)의 타단과 대응하는 외측과 이격되게 구비될 수 있다. 다만, 센서 전극부(213)와 구동 전극부(212)가 구비되는 위치는 다양하게 변경될 수 있다.
예를 들어, 도 3의 (a)를 참조하면 기판(211)의 일단측을 기준으로 센서 전극부(213), 구동 전극부(213)가 순서대로 구비될 수도 있다.
더하여, 피드백 센서(212b)는 생략될 수도 있다. 즉, 도 3의 (b) 및 (c)를 참조하면, 기판(211)의 상부에는 압전소자(213a)와 센서 전극부(213)만이 구비될 수 있으며, 피드백 센서(212b)가 생략되는 경우 압전소자(212a)의 크기를 피드백 센서(212b)의 크기에 대응하게 확장함으로써 기판(211)에 전달되는 진동력을 증가시킬 수 있다.
또한, 피드백 센서(212b)가 생략된 경우에도, 구동 전극부(212)와 센서 전극부(213)의 배치순서는 변경 가능하다.
기판(211)의 타단측 저면에는 질량체(214)가 결합될 수 있다. 질량체(214)는 기판(211)의 진동량을 증가시키기 위해 구비되며 질량체(214)의 무게 중심(G)는 기판(211) 보다 하측에 위치할 수 있다.
따라서, 기판(211)이 진동하는 경우 질량체(214)의 무게 중심은 기판(211)의 길이방향(제1 자이로스코프 센서를 기준으로 X축 방향을 의미함) 및 기판(211)과 수직한 방향(제1 자이로스코프 센서를 기준으로 Z축 방향을 의미함)으로 변위가 발생한다.
또한, 기판(211)의 저면에는 진동수 조절부(215)가 결합될 수 있다. 진동수 조절부(215)는 기판의 저면에 돌출되게 결합될 수 있으며, 주파수 조절부(215)의 질량 조절을 통해 센서 모듈(500)의 고유 진동수를 변경할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서모듈이 구동되는 경우 도 1의 A-A'에 따른 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자이로스코프 센서에 작용하는 회전 각속도, 코리올리 힘, 속도 성분을 개략적으로 도시한 참고도이다.
이하에서는, 도 4 및 도 5를 참조하여, 제1 자이로스코프 센서(210) 및 제2 자이로스코프 센서(220)를 통해 X축 및 Z축 방향의 회전각속도를 측정하는 방법에 대해 설명한다. 여기서 제1 자이로스코프 센서(210) 및 제2 자이로스코프 센서(220)는 Z축 방향으로 서로 엇갈리게 구동되도록 제어된다.
즉, 제1 자이로스코프 센서(210)가 +Z축 방향으로 이동하는 경우 제2 자이로스코프 센서(220)는 -Z축 방향으로 이동하게 되며, 제1 자이로스코프 센서(210)가 -Z축 방향으로 이동하는 경우 제2 자이로스코프 센서(220)는 +Z축 방향으로 이동한다.
다시 말해, 제1 자이로스코프 센서(210)와 제2 자이로스코프 센서(220)의 Z축 속도성분의 부호는 서로 반대될 수 있다.
제1 자이로스코프 센서(210)에 작용하는 코리올리 힘(F 1 )
기판(211)이 구동 전극부(212)에 의해 일단이 고정된 상태로 상하 회전 진동하는 경우 질량체(214)의 무게 중심(G)은 X축 및 Z축으로 변위가 발생하게 되고, VX 속도성분 및 VZ 속도성분을 갖게 된다. 따라서, 기판(211) 및 질량체(214)에 X축 및 Z축을 중심으로한 회전력이 작용하면, VX 속도성분 및 VZ 속도성분에 의해 Y축 방향으로 코리올리 힘이 작용하게 된다.
즉, 제1 자이로스코프 센서(210)에 Y축 방향으로 작용하는 코리올리 힘을 수식으로 표현하면, 아래의 식(1)과 같이 나타낼 수 있다.
F1 = 2m(VZ Ｘ ΩX - VX Ｘ ΩZ)......식(1)
(여기서, F1은 Y축 방향 코리올리 힘의 합력이고, m은 질량체의 질량이며, VZ는 질량체의 Z축 방향 속도벡터이며, VX는 질량체의 X축 방향 속도벡터이며, ΩX는 X축을 중심으로한 회전 각속도이며, ΩZ는 Z축을 중심으로한 회전 각속도에 해당한다).
또한, 식(1)에서 우변의 왼쪽 성분은 VZ 및 X축을 중심으로한 회전력에 의한 코리올리 힘(도 5의 (b)참조)이며, 우변의 우측 성분은 VX 및 Z축을 중심으로한 회전력에 의한 코리올리 힘(도 5의 (a) 참조)에 해당한다.
제2 자이로스코프 센서(220)에 작용하는 코리올리 힘(F 2 )
제2 자이로스코프 센서(220)가 구동 전극부(222)에 의해 일단이 고정된 상태로 상하로 회전 진동하는 경우 질량체(224)의 무게 중심(G)는 X축 및 Z축으로 변위가 발생하게 되고, VX 속도성분 및 VZ 속도성분을 갖게 된다. 따라서, 기판(221) 및 질량체(224)에 X축 및 Z축을 중심으로한 회전력이 작용하면, VX 속도성분 및 VZ 속도성분에 의해 Y축 방향으로 코리올리 힘이 작용하게 된다.
즉, 제2 자이로스코프 센서(220)에 Y축 방향으로 작용하는 코리올리 힘을 수식으로 표현하면, 아래의 식(2)과 같이 나타낼 수 있다.
이때, 제2 자이로스코프 센서(220)는 제1 자이로스코프 센서(210)와 Z축으로 엇갈리게 진동하기 때문에, 식(2)는 식(1)과 비교하여 VZ 의 부호만이 반대로 된다.
F2 = -2m(VZ Ｘ ΩX - VX Ｘ ΩZ)......식(2)
(여기서, F2는 Y축 방향 코리올리 힘의 합력이고, m은 질량체의 질량이며, VZ는 질량체의 Z축 방향 속도벡터이며, VX는 질량체의 X축 방향 속도벡터이며, ΩX는 X축을 중심으로한 회전 각속도이며, ΩZ는 Z축을 중심으로한 회전 각속도에 해당한다).
또한, 식(2)에서 우변의 왼쪽 성분은 VZ 및 X축을 중심으로한 회전력에 의한 코리올리 힘이며, 우변의 우측 성분은 VX 및 Z축을 중심으로한 회전력에 의한 코리올리 힘에 해당한다.
한편, F1과 F2의 값은 센서 전극부(213, 214)에서 기판(211)의 뒤틀림 변형량을 측정하여 각각 측정가능하며, 제1및 제2 자이로스코프 센서(210, 220)의 질량(m)은 소정의 값으로 설정되어 있으며, 구동 속도(VX, VZ)도 소정의 값으로 설정되어 있다.
따라서 식(1)과 식(2)를 더하는 경우, Z축을 중심으로하는 회전 각속도(ΩZ)를 측정할 수 있고, 식(1)과 식(2)를 빼는 경우 X축을 중심으로하는 회전 각속도(ΩX)를 측정할 수 있다.
결과적으로, 제1 자이로스코프 센서(210)와 제2 자이로스코프 센서(220)는 X축 및 Z축을 중심으로한 회전 각속도를 측정할 수 있다.
한편, 제3 자이로스코프 센서(230)와 제4 자이로스코프 센서(240)는 한 쌍을 이루며 Y축 방향으로 내부 공간 (S)의 양측에 구비될 수 있다.
여기서, 제1 및 제2 자이로스코프 센서(210, 220) 한 쌍과, 제3 및 제4 자이로 스코프 센서(230, 240) 한 쌍은 고정부(100)에 구비되는 방향만 X축 방향과 Y축 방향으로 상이할 뿐 그 구성 및 동작 원리는 동일하다.
따라서, 상기 제1 및 제2 자이로스코프 센서(210, 220)를 통해 X축 및 Z축을 중심으로한 회전 각속도를 측정하는 원리로, 제3 및 제 자이로스포크 센서(230, 240)는 Y축 및 Z축을 중심으로한 회전 각속도를 측정할 수 있다.
즉, 제3 자이로스코프(230)에 작용하는 코리올리 힘(F3)은 아래의 식(3)과 같이 나타낼 수 있다.
F3 = 2m(VZ Ｘ ΩY - VY Ｘ ΩZ)......식(3)
(여기서, F3는 X축 방향 코리올리 힘의 합력이고, m은 질량체의 질량이며, VZ는 질량체의 Z축 방향 속도벡터이며, VY는 질량체의 Y축 방향 속도벡터이며, ΩY는 Y축을 중심으로한 회전 각속도이며, ΩZ는 Z축을 중심으로한 회전 각속도에 해당한다 즉, 식(2)에서 우변의 왼쪽 성분은 VZ 및 Y축을 중심으로한 회전력에 의한 코리올리 힘이며, 우변의 우측 성분은 VY 및 Z축을 중심으로한 회전력에 의한 코리올리 힘에 해당한다).
또한, 제4 자이로스코프(240)에 작용하는 코리올리 힘(F4)는 아래의 식(4)와 같이 나타낼 수 있으며, 식(4)는 식(3)과 비교했을 때 VZ 성분의 부호만이 반대될 수 있다.
F4 = -2m(VZ Ｘ ΩY - VY Ｘ ΩZ)......식(4)
(여기서, F4는 X축 방향 코리올리 힘의 합력이고, m은 질량체의 질량이며, VZ는 질량체의 Z축 방향 속도벡터이며, VY는 질량체의 Y축 방향 속도벡터이며, ΩY는 Y축을 중심으로한 회전 각속도이며, ΩZ는 Z축을 중심으로한 회전 각속도에 해당한다 즉, 식(4)에서 우변의 왼쪽 성분은 VZ 및 Y축을 중심으로한 회전력에 의한 코리올리 힘이며, 우변의 우측 성분은 VY 및 Z축을 중심으로한 회전력에 의한 코리올리 힘에 해당한다).
따라서 식(3)과 식(4)를 더하는 경우, Z축을 중심으로하는 회전 각속도(ΩZ)를 측정할 수 있고, 식(3)과 식(4)를 빼는 경우 Y축을 중심으로하는 회전 각속도(ΩY)를 측정할 수 있다.
즉, 제3 자이로스코프 센서(230)와 제4 자이로스코프 센서(240)는 X축 및 Z축을 중심으로한 회전 각속도를 측정할 수 있다.
결과적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 모듈(500)은 두 축의 회전 각속도를 측정할 수 있는 두 쌍의 자이로스코프센서(210, 220, 230, 240)를 구비함으로써, X축, Y축 및 Z축을 중심으로한 회전 각속도 측정이 가능하며, 센서 모듈(500) 전체의 크기를 최소화할 수 있는 장점이 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: 고정부 110: 측벽부
200: 자이로스코프 센서부 210: 제1 자이로스코프 센서
211: 기판 212: 구동 전극부
213: 센서 전극부 214: 질량체
220: 제2 자이로스코프 센서 230: 제3 자이로스코프 센서
240: 제 4 자이로스코프 센서

Claims (10)

  1. 일단이 고정되고 타단은 진동 가능하게 구비된 기판;
    상기 기판의 타단측 저면에 결합되는 질량체;
    상기 기판의 상부에 실장되어 상기 기판을 진동시키는 구동 전극부; 및
    상기 기판의 상부에 상기 기판의 폭 방향으로 양측에 서로 평행하게 구비되며, 상기 구동 전극부와 이격되게 실장되어 상기 기판의 변형량을 측정하는 센서 전극부;를 포함하는 자이로스코프 센서.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 질량체의 무게 중심은 상기 기판이 진동함에 따라 상기 기판의 길이 방향 및 상기 기판과 수직한 방향으로 변위가 발생하는 자이로스코프 센서.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 구동 전극부는 상기 기판의 일단측에 치우치게 구비되는 자이로스코프 센서.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 센서 전극부는 상기 구동 전극부의 상기 기판의 타단과 대응하는 외측과 이격되게 구비되는 자이로스코프 센서.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 구동 전극부는 받아 상기 기판을 진동시키는 압전 소자를 포함하는 자이로스코프 센서.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 구동 전극부는 상기 기판의 진동 상태를 감지하여 피드백 정보를 송신하는 피드백 센서를 더 포함하는 자이로스코프 센서.
  7. 내부 공간이 구비된 고정부; 및
    상기 내부 공간에 배치되고 상기 고정부에 진동 가능하게 결합되는 자이로스코프 센서부;를 포함하되,
    상기 자이로스코프 센서부는 적어도 한 쌍의 자이로스코프 센서로 구비되며, 쌍을 이루는 상기 자이로스코프 센서는 서로 평행하게 구비되는 센서 모듈.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 자이로스코프 센서는 두 쌍으로 구비되고, 각각의 쌍과 평행한 축은 서로 수직으로 구비되는 센서모듈.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 자이로스코프 센서는 X축 방향으로 상기 내부 공간의 양측에 평행하게 구비되는 한 쌍 및 Y축 방향으로 상기 내부 공간의 양측에 평행하게 배치되는 다른 한 쌍으로 구비되는 센서 모듈.
  10. 제7 항에 있어서,
    상기 고정부에의 내면에는 돌출 형성되어 상기 내부 공간을 복수개의 영역으로 구획하는 측벽부가 구비되는 센서 모듈.
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