과제명 : 자이로센서 기술 동향

분석구분

기술동향분석

과제수행자

이*학

분석일

2003-06-30 12:00:00.0

기술산업분류

전기·전자,일반기계

작성기관

한국과학기술정보연구원

키워드

sensor  gyro  optical gyro

과학기술표준분류

기계

내용

서로 직교하는 xyz 좌표계에서 진동형 각속도계는 x축으로 진동하고 있는 질량부에 z축으로 외부 각속도가 인가되면 코리올리힘이 발생하여 질량부를 y축으로 진동시키게 되는데 이 y축 움직임을 측정함으로써 외부에서 인가된 각속도를 측정하게 된다. 진동형 각속도계의 민감도를 증진시키기 위해서는 구동부와 검지부의 공진주파수를 일치시키는 것이 중요하다. 이를 위하여 제작오차에 의해 일치되지 않는 구동부와 검지부의 공진 주파수를 전기적 강성변화 특성을 이용하여 인위적으로 조절하여 주기도 한다. 각속도계를 분류하는 일반적인 방법으로서 모양과 구동 및 검지모드에 의한 분류법이 있다. 즉 짐벌형, 튜닝포크형, 선형구동형, 회전구동형, 링형 등으로 분류할 수 있다. 혹은 구동방식에 의한 분류로는 정전용량검지, 압전검지, 압저항검지, 터널링검지등으로 분류가능하다. 이러한 형태들 중에서 정전구동 방식과 정전용량검지 방식을 이용한 방식이 많이 연구되고 있다. 지금까지 기계진동이나 공진을 이용한 많은 센서가 개발되어 왔다. 그것들은 공진에 있어서의 에너지보존법칙이나 각 운동량 변화에 의한 코리올리힘 발생 등의 운동역학에 근거한 측정원리를 이용하고 있다. 공진주파수가 피측정물리량에 의해서 변화한 것을 이용한 센서(sensor)에는 스트레인 센서(strain sensor), 밀도 센서, 온도 센서, 적외선 센서, 가스 센서 등이 있다. 각 운동량의 변화에 의해서 발생한 코리올리힘을 이용한 센서에는 자이로센서, mass flow sensor 등이 있다. 이들 센서의 공통점은 센서를 진동시켜 그 주파수나 진폭, 위상을 측정하는 것이다. 그 때문에 센서를 구동한 수단, 운동을 검출하는 수단, 센서를 가공하는 수단 및 재료 등이 예부터 연구되고 실용화되어 왔다. 종래는 이러한 센서는 대체로 복잡한 구조이기 때문에 코스트(cost)가 높고 특수한 용도에 한정되어 있었다. 그러나 최근 IC 가공기술을 응용한 미세가공기술의 발전에 의해 고정밀도로 복잡한 3차원 가공을 저코스트로 실현한 것이 가능하게 되어 넓은 분야에 응용되고 있다.
사냑효과를 이용한 광자이로는 크게 나눠 둘로 분류된다. 하나는 닫힌 광로 내에 레이저 광원을 갖는 RLG이다. 그밖에는 반도체 레이저 등을 광원으로 하여 광파이버를 사용해서 닫힌 광로를 구성한 IFOG이다. RLG는 1970년대에 항공기의 관성항법 장치에 사용되는 고정밀도 자이로로서 실용화된 것으로, 종래의 코마(coma)식 자이로스코프(Gyroscope)에는 없는 장수명, 순간기동 등의 특징을 갖는다. 한편 IFOG은 RLG에 계속되는 제2세대의 광 자이로로, 1976년의 원리발표 후 1990년쯤부터 항공기, 산업기기 등에서 실용화되고 있다. IFOG는 RLG에 비교하여 성능은 뒤떨어지지만 장수명, 순간 작동등 RLG의 특징은 모두 구비하고 있고 소형, 저가격의 특징을 갖는다.
상기와 같이 자이로는 분류방법이 다양하고 종류도 많다. 따라서 본 보고서에서는 기계적 진동자이로와 광자이로 중 몇 가지만을 간략하게 소개하고자 한다.

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