KR101306877B1 - Tuning fork type gyroscope having internal sensing electrode - Google Patents

Tuning fork type gyroscope having internal sensing electrode Download PDF

Info

Publication number
KR101306877B1
KR101306877B1 KR1020110007841A KR20110007841A KR101306877B1 KR 101306877 B1 KR101306877 B1 KR 101306877B1 KR 1020110007841 A KR1020110007841 A KR 1020110007841A KR 20110007841 A KR20110007841 A KR 20110007841A KR 101306877 B1 KR101306877 B1 KR 101306877B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
vibration
mass
tuning fork
sensing
comb
Prior art date
Application number
KR1020110007841A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20120092211A (en
Inventor
박규연
Original Assignee
주식회사 유비트로닉스
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 주식회사 유비트로닉스 filed Critical 주식회사 유비트로닉스
Priority to KR1020110007841A priority Critical patent/KR101306877B1/en
Publication of KR20120092211A publication Critical patent/KR20120092211A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101306877B1 publication Critical patent/KR101306877B1/en

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • G01C19/02—Rotary gyroscopes
    • G01C19/04—Details
    • G01C19/06—Rotors
    • G01C19/065—Means for measuring or controlling of rotors' angular velocity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/14—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of gyroscopes
    • G01P9/04—

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

본 발명의 내부감지전극을 갖는 튜닝포크형 자이로스코프는 중앙에 고정 배치되는 앵커부; 인가되는 전압에 의해 정전력을 발생시키는 구동부; 상기 앵커부에 다수개의 탄성부재에 의해 연결되어 상기 구동부에서 발생된 정전력에 의해 서로 반대 방향으로 진동하는 제1 질량체와 제2 질량체를 포함하는 질량부; 상기 앵커부의 측면에 고정 배치되며 일측면에 다수개의 빗살 모양의 고정전극이 소정 간격으로 형성된 고정전극부; 및 상기 질량부와 상기 다수개의 탄성부재를 통해 연결되어 외부회전운동에 의한 코리올리 힘이 상기 진동하는 질량부에 인가되는 경우 상기 코리올리 힘에 의해 회전진동하여 회전진동에 의해 변화되는 정전용량을 상기 고정전극부의 다수개의 고정전극과 소정 간격을 두고 형성된 다수개의 빗살 모양의 감지전극에 의해 검지하는 회전진동부를 포함한다. 본 발명에 의하면, 감지구조물의 외부에 두 개의 대칭되는 질량체가 마주보는 방향의 진동모드 즉, 튜닝포크모드의 진동을 유발하여 외부의 진동에 의한 외란을 최소화함으로써 상대적으로 외부의 진동이 상쇄되어 정확한 각속도 출력을 얻을 수 있다.Tuning fork type gyroscope having an internal sensing electrode of the present invention is anchored to be fixed to the center; A driving unit generating a constant power by an applied voltage; A mass part connected to the anchor part by a plurality of elastic members, the mass part including a first mass body and a second mass body vibrating in opposite directions by an electrostatic force generated in the driving part; A fixed electrode part fixedly disposed at a side of the anchor part and having a plurality of comb-shaped fixed electrodes formed at predetermined intervals on one side thereof; And fixing the capacitance changed by rotational vibration by rotating by the Coriolis force when the Coriolis force due to external rotational movement is applied to the vibrating mass portion through the mass part and the plurality of elastic members. And a plurality of rotating vibration parts detected by the plurality of comb-shaped sensing electrodes formed at a predetermined distance from the plurality of fixed electrodes of the electrode part. According to the present invention, the vibration of the two symmetric masses facing the outside of the sensing structure, that is, the vibration of the tuning fork mode to minimize the disturbance caused by the external vibration to cancel the relatively external vibration to accurately The angular velocity output can be obtained.

Description

내부감지전극을 갖는 튜닝포크형 자이로스코프{TUNING FORK TYPE GYROSCOPE HAVING INTERNAL SENSING ELECTRODE}Tuning fork type gyroscope with internal sensing electrode {TUNING FORK TYPE GYROSCOPE HAVING INTERNAL SENSING ELECTRODE}

본 발명은 내부감지전극을 갖는 튜닝포크형 자이로스코프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 감지구조물의 외부에 두 개의 대칭되는 질량체가 마주보는 방향의 진동모드 즉, 튜닝포크모드의 진동을 유발하여 외부의 진동에 의한 외란을 최소화하는 내부감지전극을 갖는 튜닝포크형 진동 자이로스코프에 관한 것이다.The present invention relates to a tuning fork-type gyroscope having an internal sensing electrode, and more particularly, to the vibration mode of the direction in which two symmetrical masses face the exterior of the sensing structure, that is, the vibration of the tuning fork mode. A tuning fork type vibration gyroscope having an internal sensing electrode that minimizes disturbance caused by vibration.

일반적으로, 자이로스코프(Gyroscope)는 이동체의 회전에 따른 각속도를 감지하기 위한 센서로 이용되고 있는데, 이러한 자이로스코프의 종류에는, 작용하는 힘의 종류에 따라 기계식 자이로(mechanical Gyro)와 진동식 자이로(vibrating Gyro)로 구분될 수 있고, 또한, 상기 진동식 자이로는 제조공정에 따라 세라믹 자이로(Ceramic Gyro)와, 반도체 제조공정기술을 이용하는 MEMS(Micro Electro-Mechanical System)형 자이로가 있다. 그리고, 진동식 자이로 중에서 작용하는 힘의 방향에 따라 수평 자이로(Lateral Gyro)와 수직 자이로(Vertical Gyro)로 구분되는데, 상기 수평 자이로는 속도의 수평면과 수평 방향으로 코리올리힘을 이용하고, 상기 수직 자이로는 속도의 수평면과 수직 방향으로 코리올리힘을 이용한다.In general, a gyroscope is used as a sensor for detecting an angular velocity according to the rotation of a moving object. The type of gyroscope includes a mechanical gyro and a vibrating gyro depending on the type of force applied. In addition, the vibrating gyro may include a ceramic gyro and a micro electro-mechanical system (MEMS) type gyro using a semiconductor manufacturing process technology according to a manufacturing process. The horizontal gyro is divided into a horizontal gyro and a vertical gyro according to the direction of the force acting in the vibrating gyro. The horizontal gyro uses coriolis force in a horizontal plane and a horizontal direction of speed, and the vertical gyro Use Coriolis force in the direction perpendicular to the horizontal plane of speed.

상기 진동식 자이로에 이용되는 코리올리힘(Koriolri-force)은 "Fc = 2mΩ·V "식에 의해 구해질 수 있으며, 여기서, "m"은 이동체의 무게이고, "Ω"는 각속도이며, "V"는 속도이다. 상기 코리올리힘(Fc)의 방향은 속도(V)축 및 각속도(Ω)의 회전축에 의해 결정된다.Koriolri-force used in the vibrating gyro can be obtained by the formula "Fc = 2mΩV", where "m" is the weight of the moving object, "Ω" is the angular velocity, "V" Is the speed. The direction of the Coriolis force Fc is determined by the speed V axis and the rotation axis of the angular speed Ω.

한편, 이러한 진동식 자이로는 고정 구조물과 진동 구조물로 크게 이루어지는데, 여기서 진동 구조물은 가진을 위한 구조 및 감지를 위한 구조를 포함하며, 상기 가진 구조는 가진모드에서 감지조건을 형성하기 위해 진동 구조물을 자력 발진으로 공진시키기 위한 구조이고, 상기 감지 구조는 이동체의 흔들림에 해당하는 각가속도에 수직하는 방향으로 작용하는 코리올리힘(F)에 의해 진동 구조물을 공진시키기 위한 구조이다. 여기서, 가진모드의 공진과 감지모드의 공진은 서로 수직방향으로 이루어지며, 상기 코리올리힘(Fc)의 크기에 따라 커패시터의 크기를 측정한다. 이러한 진동식 자이로에서 감지능력을 향상시키기 위해서, 가진모드에서의 움직임을 크도록 하고, 감지모드에서의 감도를 양호하게 하여야 한다.On the other hand, such a vibrating gyro is largely composed of a fixed structure and a vibration structure, wherein the vibration structure includes a structure for the excitation and the structure for sensing, the excitation structure is a magnetic force to vibrate the vibration structure to form a sensing condition in the excitation mode It is a structure for resonating by oscillation, and the sensing structure is a structure for resonating the vibration structure by the Coriolis force (F) acting in the direction perpendicular to the angular acceleration corresponding to the shaking of the moving object. Here, the resonance of the excitation mode and the resonance of the sensing mode are made in the vertical direction, and the size of the capacitor is measured according to the size of the Coriolis force (Fc). In order to improve the sensing capability in such a vibrating gyro, the motion in the excitation mode should be large and the sensitivity in the sensing mode should be good.

상기 감지모드에서, 자이로스코프의 전압 검출 방식으로는 코리올리힘에 해당하는 커패시턴스를 측정하여 전압으로 변화는 방식과, 코리올리힘에 의한 움직임을 억제하는데 필요한 전압을 측정하는 리밸런스(rebalance) 방식이 있다.In the sensing mode, a gyroscope voltage detection method includes a method of measuring a capacitance corresponding to a Coriolis force and changing it into a voltage, and a rebalance method of measuring a voltage required to suppress the motion caused by the Coriolis force. .

이러한 진동식 자이로는 디지털 영상기기의 화면 안정화, 자동차용 에어백(Roll-over airbag) 장치, 자동차 항법장치, 단거리 유도탄의 항법장치 등에 적용된다.The vibrating gyro is applied to screen stabilization of a digital imaging device, a roll-over airbag device for a vehicle, a vehicle navigation device, a navigation device for a short-range guided missile, and the like.

다른 한편, 진동형 자이로를 구성함에 있어서, 자이로는 일정방향의 각속도를 측정하는 센서이므로 측정하고자 하는 방향 이외의 각속도나 운동에 대하여 반응이 둔감하여야 하는데, 이러한 측정하고자 하는 방향 이외의 운동에 대한 민감도를 크로스 토크(Cross Talk) 혹은 크로스 센시티비티(Cross Sensitivity)라고 정의하며, 물리량을 측정하는 센서에서 그 값을 최소화하여 제품의 사양에서 어느 일정한 값 이하로 규제하고 있다.On the other hand, in constructing a vibrating gyro, the gyro is a sensor for measuring the angular velocity in a certain direction, so the response should be insensitive to the angular velocity or motion other than the direction to be measured. It is called Cross Talk or Cross Sensitivity, and the sensor that measures physical quantity minimizes the value and regulates it to below a certain value in the product specification.

이하, 종래의 마이크로 자이로스코프에 대해서 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a conventional micro gyroscope will be described.

도 1은 종래의 수평형 마이크로 자이로스코프의 평면도로서, 도 1을 참조하면, 종래의 수평형 마이크로 자이로스코프(10)는 기판과, 서로 병렬로 배치되는 제1 및 제2 스트라이프 포션(stripe portion)(15,15')을 포함하고 이들 스트라이프 포션(15,15')의 일측에 각각 형성된 제1 및 제2 코움(combs)(20,22)을 포함하며 상기 제1 및 제2 스트라이프 포션(15,15')을 연결하기 위한 연결 포션(16)을 포함하는 진동구조(30)와, 상기 기판으로부터 설정 갭만큼 이격되도록 상기 진동구조(30)를 탄성적으로 지지하는 탄성수단(11,12,12')과, 탄성력에 기인하는 일 방향으로 상기 진동구조(30)를 적용하기 위해 상기 제1 스트라이프 포션(15)의 제1 코움(20) 사이에 삽입된 제3 코움(19)을 포함하는 구동수단(13)과, 커패시턴스의 변화를 통해 상기 구동수단(13)에 의해 구동되는 상기 진동구조(30)의 움직임을 감지하기 위해, 상기 제2 스트라이프(15')의 제2 코움(22) 사이에 삽입된 제4 코움(21)을 포함하는 감지수단(14)과, 커패시턴스의 변화를 통해 코리올리힘에 기인하는 상기 진동구조(30)의 위치변경을 감지하기 위해, 설정된 갭만큼 상기 진동구조(30)로부터 이격되도록 된 상기 진동구조(30)와 동일한 면상에 상기 진동구조(30)의 연결 포션(16) 사이에 배치된 복수의 감지전극(18)으로 이루어져 있다. 이에 대한 상세한 설명은 US특허 제5747690A호에 기재되어 있다.1 is a plan view of a conventional horizontal micro gyroscope. Referring to FIG. 1, a conventional horizontal micro gyroscope 10 includes a substrate and first and second stripe portions disposed in parallel with each other. And first and second combs 20 and 22 formed on one side of the stripe portions 15 and 15 ', respectively, and including the first and second stripe portions 15 and 15'. And a vibration structure 30 including a connection portion 16 for connecting 15 'and elastic means 11 and 12 to elastically support the vibration structure 30 so as to be spaced apart from the substrate by a predetermined gap. 12 ') and a third comb 19 inserted between the first comb 20 of the first stripe portion 15 to apply the vibration structure 30 in one direction due to the elastic force. Drive means 13 and the vibration structure 30 driven by the drive means 13 through a change in capacitance In order to detect the movement of the sensing means 14 including the fourth comb 21 inserted between the second comb 22 of the second stripe 15 'and the change in capacitance to the Coriolis force. In order to detect a change in position of the vibration structure 30 due to the connection portion 16 of the vibration structure 30 on the same plane as the vibration structure 30 spaced apart from the vibration structure 30 by a set gap. And a plurality of sensing electrodes 18 disposed between them. A detailed description thereof is given in US Pat. No. 5,783,907.

이와 같은 기술과 관련된 종래의 마이크로 자이로스코프는 도 1에 나타낸 바와 같이, 수평방향(X)으로 제4 코움(21)을 이용하여 가진하게 되고, 이와 마찬가지로 수직방향(Y)으로 유발되는 진동구조(30)의 코리올리의 진동을 감지전극(18)을 통하여 감지할 수 있도록 하는데, 즉, 부유질량의 양면에 위치한 코움(19)(20)(21)(22)에 교류의 전압을 인가하여 부유질량이 X축 방향으로 진동하고 있을 경우, Z축 방향의 각속도가 인가되면, 코리올리의 힘에 의하여 질량은 진동하는 주파수로 Y축 방향으로 진동하게 되며, 이때 상기 진동범위는 인가된 각속도에 비례하여 질량의 Y축 방향 진동을 감지전극(18)을 이용하여 진동 주파수로 검출함으로써 각속도 신호를 얻을 수 있는 것이다.As shown in FIG. 1, the conventional micro gyroscope associated with this technique is excited using the fourth comb 21 in the horizontal direction X, and similarly, the vibration structure induced in the vertical direction Y ( It is possible to detect the vibration of the Coriolis of 30 through the sensing electrode 18, that is, the floating mass by applying an alternating voltage to the combs 19, 20, 21, 22 located on both sides of the floating mass. In the case of vibrating in the X-axis direction, when the angular velocity in the Z-axis direction is applied, the mass vibrates in the Y-axis direction at the frequency of vibration by the force of Coriolis, wherein the vibration range is proportional to the applied angular velocity. The angular velocity signal can be obtained by detecting the vibration in the Y-axis direction at the vibration frequency using the sensing electrode 18.

그러나, 종래의 멤스(MEMS) 기술로 제작되는 진동형 마이크로 자이로스코프는 실사용에 있어서 외부의 진동이나 소음에 민감하다. 특히, 외부의 진동에 의하여 자이로스코프가 간섭을 받을 경우 정확한 각속도의 측정이 난이해진다. 전술한 종래의 수평형 마이크로 자이로스코프에서, X방향 혹은 Y방향의 진동이 외부에서 인가될 경우 자이로스코프의 작동에 영향을 끼치게 되므로 자이로스코프의 출력에 감지하고자 하는 신호 이외에 외부의 진동의 해당되는 오차가 발생한다는 문제점이 있었다.However, vibration type micro gyroscopes manufactured by conventional MEMS technology are sensitive to external vibrations and noises in practical use. In particular, when the gyroscope is interfered by external vibration, accurate angular velocity is difficult to measure. In the above-described conventional horizontal micro gyroscope, when the vibration in the X direction or the Y direction is applied from the outside, the operation of the gyroscope affects the error of the external vibration in addition to the signal to be detected at the output of the gyroscope. There was a problem that occurred.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 서로 마주보는 동일한 질량체가 반대 방향의 튜닝포크모드로 진동함으로써 상대적으로 외부의 진동이 상쇄되어 정확한 각속도 출력을 얻을 수 있도록 한 내부감지전극을 갖는 튜닝포크형 자이로스코프를 제공함을 목적으로 한다.The present invention was devised to solve such a problem, and the same mass facing each other vibrates in the tuning fork mode in the opposite direction, so that the external vibration is relatively canceled to obtain an accurate angular velocity output. Its purpose is to provide a tuning fork-type gyroscope.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 내부감지전극을 갖는 튜닝포크형 자이로스코프의 일 측면에 따르면, 중앙에 고정 배치되는 앵커부; 인가되는 전압에 의해 정전력을 발생시키는 구동부; 상기 앵커부에 다수개의 탄성부재에 의해 연결되어 상기 구동부에서 발생된 정전력에 의해 서로 반대 방향으로 진동하는 제1 질량체와 제2 질량체를 포함하는 질량부; 상기 앵커부의 측면에 고정 배치되며 일측면에 다수개의 빗살 모양의 고정전극이 소정 간격으로 형성된 고정전극부; 및 상기 질량부와 상기 다수개의 탄성부재를 통해 연결되어 외부회전운동에 의한 코리올리 힘이 상기 진동하는 질량부에 인가되는 경우 상기 코리올리 힘에 의해 회전진동하여 회전진동에 의해 변화되는 정전용량을 상기 고정전극부의 다수개의 고정전극과 소정 간격을 두고 형성된 다수개의 빗살 모양의 감지전극에 의해 검지하는 회전진동부를 포함한다.According to one aspect of the tuning fork-type gyroscope having an internal sensing electrode according to the present invention for achieving the above object, the anchor portion fixedly disposed in the center; A driving unit generating a constant power by an applied voltage; A mass part connected to the anchor part by a plurality of elastic members, the mass part including a first mass body and a second mass body vibrating in opposite directions by an electrostatic force generated in the driving part; A fixed electrode part fixedly disposed at a side of the anchor part and having a plurality of comb-shaped fixed electrodes formed at predetermined intervals on one side thereof; And fixing the capacitance changed by rotational vibration by rotating by the Coriolis force when the Coriolis force due to external rotational movement is applied to the vibrating mass portion through the mass part and the plurality of elastic members. And a plurality of rotating vibration parts detected by the plurality of comb-shaped sensing electrodes formed at a predetermined distance from the plurality of fixed electrodes of the electrode part.

본 발명에 의하면, 감지구조물의 외부에 두 개의 대칭되는 질량체가 마주보는 방향의 진동모드 즉, 튜닝포크모드의 진동을 유발하여 외부의 진동에 의한 외란을 최소화함으로써 상대적으로 외부의 진동이 상쇄되어 정확한 각속도 출력을 얻을 수 있다.According to the present invention, the vibration of the two symmetric masses facing the outside of the sensing structure, that is, the vibration of the tuning fork mode to minimize the disturbance caused by the external vibration to cancel the relatively external vibration to accurately The angular velocity output can be obtained.

또한, 감지방향의 진동모드도 회전모드를 사용하므로 감지방향으로는 직선적인 진동의 영향을 최소화할 수 있다.In addition, since the vibration mode in the sensing direction also uses the rotation mode, the influence of linear vibration in the sensing direction can be minimized.

도 1은 종래의 수평형 마이크로 자이로스코프의 평면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 내부감지전극을 갖는 튜닝포크형 자이로스코프를 나타내는 도면.1 is a plan view of a conventional horizontal micro gyroscope.
2 illustrates a tuning fork type gyroscope having an internal sensing electrode according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 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 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 내부감지전극을 갖는 튜닝포크형 자이로스코프를 나타내는 도면이다.2 is a view showing a tuning fork type gyroscope having an internal sensing electrode according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 중앙에 앵커(50)가 배치되고, 앵커(50)의 주변에는 일측면에 소정 간격으로 다수개의 빗살 모양의 감지전극(90)이 형성된 원형의 내부 프레임(70)이 배치된다.As shown in FIG. 2, an anchor 50 is disposed at the center, and a circular inner frame 70 in which a plurality of comb-shaped sensing electrodes 90 are formed at predetermined intervals on one side of the anchor 50. Is placed.

앵커(50)와 내부 프레임(70)의 사이에는 부채꼴 형상으로 된 다수개의 내부감지 고정부(60)와 다수개의 내부감지 고정부(60)에 형성된 다수개의 빗살 모양의 내부고정전극(80)이 배치된다.Between the anchor 50 and the inner frame 70, a plurality of internal sensing fixing portions 60 and a plurality of comb-shaped internal fixed electrodes 80 formed in the plurality of internal sensing fixing portions 60 are formed in a fan shape. Is placed.

내부 프레임(70)에 형성된 다수개의 빗살 모양의 감지전극(90)은 내부감지 고정부(60)에 형성된 다수개의 빗살 모양의 내부감지 고정전극(80)과 소정 간격을 두고 배치된다.The plurality of comb-shaped sensing electrodes 90 formed on the inner frame 70 are disposed at a predetermined distance from the plurality of comb-shaped inner sensing fixed electrodes 80 formed on the inner sensing fixing part 60.

내부 프레임(70)의 외부에는 상,하 방향에 각각 두 개의 대칭되는 제1 질량체(110)와 제2 질량체(130)가 내부 프레임(70)과 소정 간격을 두고 서로 마주보는 상태로 배치된다.Outside the inner frame 70, two symmetric first mass bodies 110 and second mass bodies 130 are disposed to face the inner frame 70 at predetermined intervals.

제1 질량체(110)와 제2 질량체(130)는 각각 X축 방향으로 제1 스프링(150)과 제2 스프링(170)에 의해 내부 프레임(70)을 통해서 앵커(50)에 고정된다. 또한, 제1 질량체(110)와 제2 질량체(130) 상호간은 제3 스프링(190)과 제4 스프링(210)에 의해 연결되고, 제3 스프링(190)과 제4 스프링(210)은 각각 Y축 방향으로 내부 프레임(70)을 통해서 앵커(50)에 고정된다.The first mass body 110 and the second mass body 130 are respectively fixed to the anchor 50 through the inner frame 70 by the first spring 150 and the second spring 170 in the X-axis direction. In addition, the first mass body 110 and the second mass body 130 are connected to each other by the third spring 190 and the fourth spring 210, and the third spring 190 and the fourth spring 210 are respectively. It is fixed to the anchor 50 through the inner frame 70 in the Y-axis direction.

제1 질량체(110)의 상부에는 빗살 구조의 구동부(230)가 형성되고, 제2 질량체(130)의 하부에는 빗살 구조의 구동 감지부(250)가 형성된다.The drive unit 230 having a comb structure is formed on the upper portion of the first mass body 110, and the drive detection unit 250 having a comb structure is formed on the lower portion of the second mass body 130.

구동부(230)는 본 발명의 진동형 자이로스코프를 구동시키기 위한 전원을 인가한다. 구동부(230)에 전압이 인가되면 인가된 전압에 의해 정전력(Electrostatic Force)이 발생된다.The driver 230 applies a power for driving the vibration type gyroscope of the present invention. When a voltage is applied to the driver 230, an electrostatic force is generated by the applied voltage.

제1 질량체(110)와 제2 질량체(130)는 구동부(230)에 전압이 인가되어 발생된 정전력에 의해 상하방향(X방향)으로 서로 반대방향으로 진동한다. 이러한 진동모드는 음쌍자(Tuning Fork)의 진동모드와 흡사하기 때문에 튜닝포크모드라고 한다. 여기서, 제1 질량체(110)와 제2 질량체(130)의 진동을 극대화하여 자이로스코프의 민감도를 확보하기 위하여 진동구조물의 공진주파수로 진동을 유발하며, 마찬가지로 감지 민감도를 극대화하기 위하여 회전 z방향의 공진주파수도 진동방향의 공진주파수와 비슷하거나 동일하게 조정한다.The first mass body 110 and the second mass body 130 vibrate in opposite directions in the vertical direction (X direction) by the electrostatic force generated by the voltage applied to the driving unit 230. This vibration mode is called a tuning fork mode because it is similar to the vibration mode of a tuning fork. Here, in order to maximize the vibration of the first mass body 110 and the second mass body 130 to induce the vibration at the resonance frequency of the vibration structure in order to secure the sensitivity of the gyroscope, to maximize the sensitivity of the rotation z direction The resonance frequency is also adjusted to be similar to or the same as the resonance frequency in the vibration direction.

내부 프레임(70)은 외부에 발생되는 회전운동(Ω)에 의하여 제1 질량체(110)와 제2 질량체(130)의 진동속도와 외부의 회전속도에 비례하는 Z회전방향의 코리올리(Coriolis) 힘이 튜닝포크모드로 진동하는 제1 질량체(110)와 제2 질량체(130)에 인가되어 전달되면 회전 모멘트가 발생되어 회전방향운동이 유발된다.The inner frame 70 has a Coriolis force in the Z rotational direction proportional to the vibration speeds of the first mass body 110 and the second mass body 130 and the external rotational speed due to an external rotational motion Ω. When applied to and transmitted to the first mass body 110 and the second mass body 130 vibrating in the tuning fork mode, a rotation moment is generated to cause rotational direction movement.

내부 프레임(70)에 형성된 다수개의 감지전극(90)은 내부감지 고정부(60)에 형성된 다수개의 내부고정전극(80)과 소정의 간격을 두고 설치된 다수의 캐패시턴스 측정용 감지전극으로서, 내부 프레임(70)의 회전진동에 의한 코리올리 운동을 감지한다. 여기서, 코리올리 운동은 외부에서 가해지는 각속도와 비례하므로 캐패시턴스의 변화를 전기적으로 측정하여 각속도를 측정한다. 즉, 코리올리 힘에 의해 발생된 내부 프레임(70)의 회전진동이 감지전극(90)의 정전용량(Capacitance)의 변화를 유발시키고, 감지전극(90)에 유발된 정전용량의 변화를 검지함으로써 외부회전운동의 회전속도를 감지한다.The plurality of sensing electrodes 90 formed on the inner frame 70 are a plurality of capacitance measuring sensing electrodes provided at predetermined intervals from the plurality of inner fixed electrodes 80 formed on the inner sensing fixing unit 60. Detects Coriolis movement due to rotational vibration of 70. Here, the Coriolis motion is proportional to the angular velocity applied from the outside so that the angular velocity is measured by measuring the change in capacitance electrically. That is, the rotational vibration of the inner frame 70 generated by the Coriolis force causes a change in the capacitance of the sensing electrode 90, and detects the change in the capacitance caused by the sensing electrode 90 to externally. Detect the speed of rotation

구동 감지부(250)는 제1 질량체(110)와 제2 질량체(130)의 튜닝포크모드의 진동을 감지하여 감지된 진동에 의한 공진 주파수로 공진시켜 제1 질량체(110)와 제2 질량체(130)의 튜닝포크모드의 진동을 안정된 상태로 지속시킨다.The driving detector 250 senses vibrations of the tuning fork mode of the first mass body 110 and the second mass body 130, and resonates at a resonance frequency due to the sensed vibrations so that the first mass body 110 and the second mass body ( 130, the vibration of the tuning fork mode is maintained in a stable state.

전술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 자이로스코프는 종래의 멤스(MEMS) 기술로 제작되는 진동형 마이크로 자이로스코프의 실사용에 있어서 외부의 진동이나 소음에 민감한 현상을 방지하며 성능을 향상시키기 위하여 외부의 진동을 상쇄시키는 진동모드를 적용하여 질량체와 스프링을 형성하고 진동을 유발하는 전극과 운동을 감지하는 전극을 배치하여 외부의 진동이나 음향의 간섭을 받는 환경에서 정확한 각속도를 측정한다.
The gyroscope of the present invention configured as described above is designed to prevent external vibrations or noise-sensitive phenomena and improve performance in actual use of a vibration type micro gyroscope manufactured by the MEMS technology. By applying the vibration mode to cancel the to form a mass and a spring, and the electrode to detect the vibration and the movement that causes the vibration to measure the accurate angular velocity in the environment subjected to external vibration or sound interference.

하기에서는 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 진동형 자이로스코프의 동작에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation of the vibration type gyroscope of the present invention having the configuration as described above will be described.

구동부(230)에 전압이 인가되면 인가된 전압에 의해 정전력(Electrostatic Force)이 발생된다. 이에 따라, 서로 마주보며 위치한 제1 질량체(110)와 제2 질량체(130)는 발생된 정전력에 의해 상하방향(X방향)으로 서로 반대방향으로 진동한다. 이러한 진동모드는 음쌍자(Tuning Fork)의 진동모드와 흡사하기 때문에 튜닝포크모드라고 한다.When a voltage is applied to the driver 230, an electrostatic force is generated by the applied voltage. Accordingly, the first mass body 110 and the second mass body 130 facing each other vibrate in opposite directions in the vertical direction (X direction) by the generated electrostatic force. This vibration mode is called a tuning fork mode because it is similar to the vibration mode of a tuning fork.

외부에 발생되는 회전운동(Ω)에 의하여 제1 질량체(110)와 제2 질량체(130)의 진동속도와 외부의 회전속도에 비례하는 Z회전방향의 코리올리(Coriolis) 힘이 튜닝포크모드로 진동하는 제1 질량체(110)와 제2 질량체(130)에 인가된다.The Coriolis force in the Z-rotation direction proportional to the vibration speed of the first mass body 110 and the second mass body 130 and the external rotation speed is vibrated in the tuning fork mode by an externally generated rotational motion Ω. Is applied to the first mass body 110 and the second mass body 130.

튜닝포크모드로 진동하는 제1 질량체(110)와 제2 질량체(130)에 인가된 코리올리 힘은 내부 프레임(70)으로 전달되어 회전 모멘트를 발생시켜 내부 프레임(70)의 회전방향운동을 유발시킨다.Coriolis forces applied to the first mass body 110 and the second mass body 130 vibrating in the tuning fork mode are transmitted to the inner frame 70 to generate a rotation moment, thereby causing rotational movement of the inner frame 70. .

이에 따라, 내부감지 고정부(60)에 형성된 다수개의 내부고정전극(80)과 소정의 간격을 두고 설치된 다수개의 캐패시턴스 측정용 감지전극(90)에 의해 코리올리 운동이 감지된다. 코리올리 운동은 외부에서 가해지는 각속도와 비례하므로 캐패시턴스의 변화를 전기적으로 측정하여 각속도를 측정한다. 즉, 코리올리 힘에 의해 발생된 내부 프레임(70)의 회전진동이 감지전극(90)의 정전용량(Capacitance)의 변화를 유발시키고, 감지전극(90)에 유발된 정전용량의 변화를 검지함으로써 외부회전운동의 회전속도를 감지한다.
Accordingly, the Coriolis motion is detected by the plurality of capacitance measurement sensing electrodes 90 provided at a predetermined interval from the plurality of internal fixed electrodes 80 formed in the internal sensing fixing part 60. Since Coriolis motion is proportional to the angular velocity applied from the outside, the angular velocity is measured by measuring the change of capacitance electrically. That is, the rotational vibration of the inner frame 70 generated by the Coriolis force causes a change in the capacitance of the sensing electrode 90, and detects the change in the capacitance caused by the sensing electrode 90 to externally. Detect the speed of rotation

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be understood that various modifications and changes may be made without departing from the scope of the appended claims.

50 : 앵커 60 : 내부감지 고정부
70 : 내부 프레임 80 : 내부고정전극
90 : 감지전극 110,130 : 질량체
150 ~ 210 : 스프링 230 : 구동부
250 : 구동 감지부50: anchor 60: internal sensing fixing part
70: internal frame 80: internal fixed electrode
90: sensing electrode 110,130: mass
150 ~ 210: Spring 230: Drive part
250: drive detection unit

Claims (7)

내부감지전극을 갖는 튜닝포크형 자이로스코프로서,
중앙에 고정 배치되는 앵커부;
인가되는 전압에 의해 정전력을 발생시키는 구동부;
X축 방향으로 제1 스프링과 제2 스프링에 의해 상기 앵커부에 각각 고정되고, Y축 방향으로 제3 스프링과 제4 스프링에 의해 상호간에 연결되어 상기 앵커부에 각각 고정된 상태에서 상기 구동부에서 발생된 정전력에 의해 서로 마주보며 반대 방향의 튜닝포크모드로 진동하는 제1 질량체와 제2 질량체를 포함하는 질량부;
상기 질량부의 진동을 감지하여 감지된 진동에 의한 공진주파수로 공진시켜 상기 질량부의 진동을 안정된 상태로 지속시키는 구동 감지부;
상기 앵커부의 측면에 고정 배치되며 일측면에 다수개의 빗살 모양의 고정전극이 소정 간격으로 형성된 고정전극부; 및
상기 질량부와 상기 X축 방향의 제1 스프링과 제2 스프링 및 상기 Y축 방향의 제3 스프링과 제4 스프링을 통해 연결되어 외부회전운동에 의해 상기 제1 질량체와 제2 질량체의 진동속도와 외부의 회전속도에 비례하는 Z회전방향의 코리올리 힘이 상기 튜닝포크모드로 진동하는 제1 질량체와 제2 질량체에 인가되는 경우 상기 Z회전방향의 코리올리 힘에 의해 회전진동하여 회전진동에 의해 변화되는 정전용량을 상기 고정전극부의 다수개의 고정전극과 소정 간격을 두고 형성된 다수개의 빗살 모양의 감지전극에 의해 검지하는 회전진동부를 포함하고,
상기 회전진동부는 내측면에 소정 간격으로 다수개의 빗살 모양의 감지전극이 형성된 원형의 프레임으로 상기 고정전극부와 상기 질량부의 사이에 배치되며, 상기 Z회전방향의 코리올리 힘에 의한 상기 회전진동부의 회전진동이 상기 다수개의 감지전극의 정전용량의 변화를 유발시키고, 상기 회전진동부의 다수개의 감지전극은 상기 고정전극부의 다수개의 고정전극과의 사이에서 변화되는 정전용량을 검지하여 상기 외부회전운동의 각속도를 감지하는 내부감지전극을 갖는 튜닝포크형 자이로스코프.
A tuning fork type gyroscope having an internal sensing electrode,
An anchor part fixedly disposed at the center;
A driving unit generating a constant power by an applied voltage;
In the driving unit in the state fixed to the anchor portion by the first spring and the second spring in the X-axis direction, respectively connected to each other by the third spring and the fourth spring in the Y-axis direction A mass part including a first mass and a second mass that face each other by the generated electrostatic force and oscillate in a tuning fork mode in an opposite direction;
A driving detector for sensing the vibration of the mass part and resonating at the resonance frequency by the sensed vibration to maintain the vibration of the mass part in a stable state;
A fixed electrode part fixedly disposed at a side of the anchor part and having a plurality of comb-shaped fixed electrodes formed at predetermined intervals on one side thereof; And
The mass portion, the first spring and the second spring in the X-axis direction and the third spring and the fourth spring in the Y-axis direction are connected to the vibration speed of the first mass and the second mass by an external rotation When the Coriolis force in the Z rotational direction proportional to the external rotational speed is applied to the first mass and the second mass vibrating in the tuning fork mode, the oscillation is changed by the rotational vibration by the Coriolis force in the Z rotational direction. A rotation vibration unit for detecting capacitance by a plurality of comb-shaped sensing electrodes formed at a predetermined distance from the plurality of fixed electrodes of the fixed electrode unit;
The rotary vibration unit is a circular frame having a plurality of comb-shaped sensing electrodes formed at predetermined intervals on an inner side thereof, and is disposed between the fixed electrode unit and the mass unit and is rotated by the Coriolis force in the Z rotation direction. Rotational vibration causes a change in capacitance of the plurality of sensing electrodes, and the plurality of sensing electrodes of the rotational vibration unit detect the capacitance that is changed between the plurality of fixed electrodes of the fixed electrode unit and the external rotational movement. Tuning fork type gyroscope with internal sensing electrode for sensing the angular velocity of
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 구동 감지부는 빗살 형상 구조인
것을 특징으로 하는 내부감지전극을 갖는 튜닝포크형 자이로스코프.
The method according to claim 1,
The drive detection unit is a comb-shaped structure
Tuning fork type gyroscope having an internal sensing electrode, characterized in that.
청구항 1에 있어서,
상기 구동부는 빗살 형상 구조인
것을 특징으로 하는 내부감지전극을 갖는 튜닝포크형 자이로스코프.
The method according to claim 1,
The drive unit is a comb-shaped structure
Tuning fork type gyroscope having an internal sensing electrode, characterized in that.
삭제delete 삭제delete 삭제delete
KR1020110007841A 2011-01-26 2011-01-26 Tuning fork type gyroscope having internal sensing electrode KR101306877B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110007841A KR101306877B1 (en) 2011-01-26 2011-01-26 Tuning fork type gyroscope having internal sensing electrode

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110007841A KR101306877B1 (en) 2011-01-26 2011-01-26 Tuning fork type gyroscope having internal sensing electrode

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120092211A KR20120092211A (en) 2012-08-21
KR101306877B1 true KR101306877B1 (en) 2013-09-10

Family

ID=46884283

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110007841A KR101306877B1 (en) 2011-01-26 2011-01-26 Tuning fork type gyroscope having internal sensing electrode

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101306877B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116086420B (en) * 2023-02-20 2024-03-12 北京中科海芯科技有限公司 Vibrating ring MEMS gyroscope and manufacturing method thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1164002A (en) * 1997-08-27 1999-03-05 Aisin Seiki Co Ltd Angular velocity sensor
KR100408507B1 (en) * 1996-10-31 2004-01-24 삼성전자주식회사 An electrostatically tuning fork microgygroscope
KR20090074788A (en) * 2006-09-29 2009-07-07 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하 Arrangement for measuring a rate of rotation using a vibration sensor
KR20100080555A (en) * 2007-11-08 2010-07-08 로베르트 보쉬 게엠베하 Yaw rate sensor having two sensitive axes

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100408507B1 (en) * 1996-10-31 2004-01-24 삼성전자주식회사 An electrostatically tuning fork microgygroscope
JPH1164002A (en) * 1997-08-27 1999-03-05 Aisin Seiki Co Ltd Angular velocity sensor
KR20090074788A (en) * 2006-09-29 2009-07-07 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하 Arrangement for measuring a rate of rotation using a vibration sensor
KR20100080555A (en) * 2007-11-08 2010-07-08 로베르트 보쉬 게엠베하 Yaw rate sensor having two sensitive axes

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120092211A (en) 2012-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105531564B (en) Improved gyroscope arrangement and gyroscope
KR101673887B1 (en) Vibrating micro-mechanical sensor of angular velocity
KR100616641B1 (en) Horizontal, vertical, and tuning fork vibratory mems gyroscope
US8176779B2 (en) Vibrating micro-mechanical sensor of angular velocity
US9759563B2 (en) Vibration robust x-axis ring gyro transducer
US7004024B1 (en) Horizontal and tuning fork vibratory microgyroscope
KR101812971B1 (en) Micro-gyroscope for detecting motions
US9651375B2 (en) Yaw-rate sensor with a compensating mass
TWI647425B (en) Improved gyroscope structure and gyroscope
KR101699573B1 (en) Double-axial, impact-resistant yaw rate sensor comprising nested, linearly oscillating seismic elements
US8347716B2 (en) Microelectromechanical gyroscope with enhanced rejection of acceleration noises
JP3307906B2 (en) Micro gyroscope
JP2008514968A (en) Rotational speed sensor
EP1811661A1 (en) Frequency Shifting of Rotational Harmonics in MEMS Devices
US20130239679A1 (en) Three-axis gyroscope
JP2009529697A (en) Micro mechanical rotation speed sensor
KR101306877B1 (en) Tuning fork type gyroscope having internal sensing electrode
US11099013B2 (en) One-axis and two-axis rotation rate sensor
EP2775258B1 (en) Microelectromechanical gyroscope
KR20120062390A (en) Inertial sensor

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160905

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170904

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180903

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190627

Year of fee payment: 7