KR101454112B1 - 압저항체를 이용한 가속도계 - Google Patents
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Abstract
압저항체를 이용한 가속도계가 개시된다. 가속도계는, 내부가 수직으로 뚫린 개구부(開口部) 형태의 외곽 지지체; 상기 외곽 지지체의 내부에 위치하여 상기 외곽 지지체에 둘러싸인 질량체(mass); 상기 외곽 지지체와 상기 질량체를 연결하고 스프링(spring) 역할을 하는 4개의 힌지(hinge); 및 상기 외곽 지지체와 상기 질량체의 사이에 연결되는 4개의 압저항체(piezoresistor)를 포함하여 이루어지고, 외부로부터 충격을 받으면 상기 질량체의 움직임에 따른 상기 압저항체의 저항 변화를 통해 상기 충격의 크기를 측정할 수 있다.
Description
본 발명의 실시예들은 충격 감지를 위한 가속도계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실리콘 재질을 이용한 압저항형 감지방식의 충격 감지용 가속도계에 관한 것이다.
종래의 가속도 센서는 일반적으로 탄성계를 이용하여 만들어지고 있다.
일 예로, 압저항형 가속도계의 기본 구조는 도 1과 같다.
도 1에 도시한 바와 같이, 압저항형 가속도계는 일측이 고정단(101)에 고정된 외팔보 형태의 탄성체(spring)(102)와, 탄성체(102)에 연결된 질량체(mass)(103)로 구성될 수 있으며, 탄성체(102)의 일 표면 위에 압저항체(piezoresistor)(104)가 형성되어 있다.
외부에서 충격이 주어지면 질량체(103)에 힘(F)이 발생하여 외팔보의 탄성체(102)에 의해 질량체(103)가 상하로 휘어지게 된다. 이때, 압저항체(104)는 탄성체(102)의 표면에 형성되어 있기 때문에 질량체(103)가 아랫방향으로 휘어지면 압저항체(104)의 길이가 미세하게 늘어나게 되고 질량체(103)가 윗방향으로 휘어지면 압저항체(104)의 길이가 미세하게 줄어들게 된다. 압저항체(104)가 늘어나면 압저항체(104)의 저항값이 증가하는 반면, 압저항체(104)가 줄어들면 저항값이 감소한다.
상기한 원리를 통해 압저항형 가속도계에서는 압저항체(104)의 저항 증가와 감소로 가속도의 크기, 즉 충격 크기를 측정할 수 있다. 예를 들어, 압저항형 가속도계가 통상 군용에 사용될 경우에는 포탄이 충격을 받았을 때 가속도계가 그 충격의 크기를 측정하여 폭발 여부를 결정할 수 있다.
그러나, 일측이 고정단(101)에 고정된 외팔보 형태로 이루어진 종래 구조의 압저항형 가속도계는 수만 g(중력가속도, 1 g = 9.81 m/s2)급 이상의 높은 가속도를 측정하는 센서로는 적합하지 못하다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 고충격 감지에 적합한 가속도계를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 고충격에 대해 보다 안정적이고 선형성이 우수하며 전자파 간섭의 영향을 최소화할 수 있는 가속도계를 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 높은 신뢰성을 보장하고 유지 보수가 쉬운 가속도계를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 가속도계는, 내부가 수직으로 뚫린 개구부(開口部) 형태의 외곽 지지체; 상기 외곽 지지체의 내부에 위치하여 상기 외곽 지지체에 둘러싸인 질량체(mass); 상기 외곽 지지체와 상기 질량체를 연결하고 스프링(spring) 역할을 하는 4개의 힌지(hinge); 및 상기 외곽 지지체와 상기 질량체의 사이에 연결되는 4개의 압저항체(piezoresistor)를 포함하여 이루어지고, 외부로부터 충격을 받으면 상기 질량체의 움직임에 따른 상기 압저항체의 저항 변화를 통해 상기 충격의 크기를 측정할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 가속도계는 실리콘 재질로 이루어지며, 상기 실리콘 재질을 이용한 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 공정을 통해 제작될 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 외곽 지지체는 사각형의 구조로, 상기 외곽 지지체의 크기는 가로와 세로가 1~10 ㎜이며 두께는 0.1~1.0 ㎜일 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 질량체와 상기 힌지의 두께는 상기 외곽 지지체의 두께와 같다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 외곽 지지체는 사각형의 구조로 이루어지고, 상기 질량체는 상기 외곽 지지체보다 작은 사각형의 구조로 이루어질 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 힌지는 상기 질량체의 서로 대칭이 되는 양쪽에 각각 2개씩 형성될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 압저항체는 상기 질량체의 서로 대칭이 되는 양쪽에 각각 2개씩 위치할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 압저항체는, 상기 질량체의 서로 대칭이 되는 양쪽에 각각 2개씩 위치하되, 상기 2개의 압저항체가 상기 외곽 지지체와 상기 질량체의 일 표면에 모두 형성될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 압저항체는, 상기 질량체의 서로 대칭이 되는 양쪽에 각각 2개씩 위치하되, 상기 2개의 압저항체가 상기 외곽 지지체와 상기 질량체의 일 표면과 다른 표면에 하나씩 형성될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 압저항체는 휘스톤브릿지(Wheatstone Bridge) 회로로 등가되는 형태의 구조로 형성될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 압저항체는 상기 외곽 지지체와 상기 질량체의 사이에 박막 형태로 형성될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 압저항체는 상기 외곽 지지체와 상기 질량체의 사이에 0.1~ 10.0 ㎛의 박막 형태로 형성될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 압저항체는 CMOS(상보성금속산화물반도체) 공정을 통해 박막 형태로 제작될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 일 실시예에 따른 가속도계를 포함하고, 상기 가속도계를 통해 측정된 충격 크기를 기준으로 기 정의된 동작을 수행하는 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 수만 g급 이상의 높은 가속도를 측정할 수 있는 고충격 감지에 적합한 가속도계를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 반도체 집적회로 기술에 근간한 실리콘 재질의 가속도계를 제공함으로써 가속도계의 소형화, 저가화, 정밀화가 가능하며, 상대적으로 높은 신뢰성을 보장할 수 있으며 유지보수 또한 상대적으로 쉬운 장점이 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 고충격에 대해 안정한 장점을 가진 압저항형 감지 방식의 가속도계를 제공함으로써 고충격에 대해 안정적인 것은 물론, 선형성이 우수하고 전자파 간섭의 영향을 최소화 하여 신뢰성이 뛰어난 가속도계를 제공할 수 있다.
도 1은 종래 기술의 일 예에 따른 압저항형 가속도계의 기본 구조를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 실리콘 재질을 이용한 압저항형 가속도계의 구조를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 실리콘 재질을 이용한 압저항형 가속도계의 다른 구조를 설명하기 위한 사시도이다.
도 4와 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도계의 작동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 실리콘 재질을 이용한 압저항형 가속도계의 구조를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 실리콘 재질을 이용한 압저항형 가속도계의 다른 구조를 설명하기 위한 사시도이다.
도 4와 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도계의 작동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 실시예는 물체에 고정되어 물체가 받는 충격의 크기를 측정할 수 있는 가속도계에 관한 것이다.
본 실시예에 따른 가속도계는 자동차, 유전 탐사를 포함한 각종 산업용 장치와 설비, 군수용, 항공우주산업 등 충격, 진동으로 인한 가속도 측정이 필요한 다양한 분야에서 사용될 수 있다.
일 예로, 본 실시예에 따른 가속도계는 자동차 에어백 장치, 공장 자동화 및 로봇 등의 제어 시스템에 적용하는 것은 물론, 지하 시설물을 공격할 수 있는 관통 폭탄인 벙커버스터의 신관, 지하 시설물이 다층 구조로 이루어져 있을 경우에 다층 구조를 감지하여 관통한 후에 폭발시킬 수 있는 견고표적 침투용 지능신관(hard target smart fuze, HTSF) 시스템 등에 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가속도계는 실리콘 재질로 이루어질 수 있으며, 반도체 가공 기술인 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 공정을 이용하여 제작할 수 있다.
실리콘을 이용하여 MEMS 기술로 제작된 가속도계는 재료로 사용되는 실리콘의 기계적 성질이 기본적으로 우수하기 때문에 히스테리시스(hysteresis) 현상이 거의 없으며, 반도체 집적회로 공정을 이용하기 때문에 신뢰성이 높고 대량생산이 가능하다.
따라서, 반도체 집적회로기술을 근간으로 한 실리콘 MEMS 기술로 제작된 가속도계는 소형화, 저가화, 정밀화가 가능할 뿐만 아니라, 미세 질량체로 인하여 본질적으로 충격에 매우 강인하기 때문에 낮은 가속도에서부터 수만 g(중력가속도)급 이상이 주어지는 고충격에 대해 매우 이상적인 특징을 가질 수 있으며, 상대적으로 높은 신뢰성을 보장하며 유지 보수 또한 상대적으로 쉬운 이점이 있다.
MEMS 기반의 가속도계 감지방식은 주로 압저항형(Piezoresistive), 압전형(Piezoelectric)과 정전용량형(Capacitive)이 이용되고 있다.
표 1은 가속도계의 감지방식에 있어 압저항형, 압전형, 정전용량형의 특성을 비교한 것이다.
| Piezoresistive (PR) | Piezoelectric (PE) | Capacitive | |
| 정지상태 응답특성 | 좋 음 | 나 쁨 | 좋 음 |
| 제작공정 | 간 단 | 간 단 | 복 잡 |
| 충격에 대한 안정성 | 좋 음 | 나 쁨 | 좋 음 |
| 자가진단 능력 | 가 능 | 가 능 | 가 능 |
| 완충성 가능성 | 가 능 | 불가능 | 가 능 |
압전형은 동작온도범위가 넓은 장점이 있으나, 정지상태의 출력신호가 불안정하고 선형성이 낮으며, 제한된 감지주파수범위로 인해 충격에 의해 출력신호가 시프트(shift)되는 단점을 지니고 있다.
정전용량형은 감도는 뛰어나지만 전극을 형성하는 제작기술과 외부회로와 연결구조가 복잡하고, 큰 가속도 입력이 가해질 경우에 비선형 오차가 크게 나타나는 문제가 있다.
표 1에서 알 수 있듯이, 압저항형 감지방식은 상기한 압전형과 정전용량형에 비해 정지상태와 충격에 대해 안정적이고 제작 공정 또한 상대적으로 간단하다는 장점을 가지고 있다.
본 실시예에서는 고충격에 대해 보다 안정적이고 적합한 가속도계를 위하여 압저항형의 감지 방식을 이용한다.
따라서, 본 실시예에서는 낮은 가속도에서부터 수만 g급 이상의 고충격에 대해서도 적합한 특징을 가지는 가속도계로서, 실리콘 재질을 이용한 압저항형 감지방식의 충격 감지용 가속도계를 제공할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 실리콘 재질을 이용한 압저항형 가속도계의 구조를 설명하기 위한 사시도이다.
이하의 설명에서 상, 하, 좌, 우, 앞, 뒤의 방향 표현은 설명의 편의를 위해 도 2에 도시한 도면을 기준으로 한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 소정 규격의 실리콘 재질에서 질량체(130)와 힌지(140a~140d)가 되는 부분을 제외한 나머지 부분(120a~120d)(이하, '슬릿(slit)'이라 칭함)은 수직으로 뚫려 있다.
다시 말해, 일 실시예에 따른 가속도계(100)는 내부가 수직으로 뚫린 개구부 형태의 외곽 지지체(110)와, 외곽 지지체(110)의 내부에 위치하여 외곽 지지체(110)에 둘러싸인 질량체(130)와, 외곽 지지체(110)와 질량체(130)를 연결하는 4개의 힌지(140a~140d)로 이루어질 수 있다.
상기한 가속도계(100)의 구조는 MEMS 공정을 통해 실리콘 재질의 상/하/좌/우에 도 2와 같이 슬릿(120a~120d)을 형성함으로써 외곽 지지체(110)와, 질량체(130), 그리고 4개의 힌지(140a~140d)가 구분될 수 있다.
일 예로, 외곽 지지체(110)는 소정 규격의 사각형 구조로 이루어질 수 있다.
그리고, 질량체(130)는 외곽 지지체(110)와의 간극이 일정하도록 외곽 지지체(110)와 형태가 동일하되 외곽 지지체(110)보다 작은 크기의 사각형 구조로 이루어질 수 있다. 다른 예로, 질량체(130)는 외곽 지지체(110)와의 간극이 존재하되, 힌지(140a~140d) 또는 압저항체(150a~150d)의 형성 조건에 따라 외곽 지지체(110)의 형태와 무관한 구조로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 외곽 지지체(110)는 가로(W)와 세로(H)가 1~10 ㎜ 정도로 제작될 수 있으며, 가속도계(100)의 강도를 보장하기 위하여 두께가 0.1~1.0 ㎜ 정도로 이루어질 수 있다. 이때, 질량체(130)와 힌지(140a~140d)의 두께는 외곽 지지체(110)와 같은 두께로 이루어지게 된다.
이때, 4개의 힌지(140a~140d)는 스프링 역할을 담당하는 것으로, 질량체(130)의 서로 대칭이 되는 양쪽에 각각 2개씩 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 2와 같이 힌지(140a~140d)는 질량체(130)의 좌측과 우측에 각각 2개씩 형성되어 외곽 지지체(110)와 질량체(130)를 연결할 수 있다.
특히, 4개의 힌지(140a~140d)는 가속도계(100)가 충격을 받는 방향 이외의 방향에 대하여 질량체(130)의 움직임을 최소화 할 수 있는 위치에 형성되는 것이 바람직하다. 예컨대, 도 2에서 가속도계(100)의 상/하측이 받는 충격을 감지하고자 하는 경우에는 힌지(140a~140d)를 질량체(130)의 좌측과 우측에 각각 2개씩 형성할 수 있다.
이러한 구조에 의해, 4개의 힌지(140a~140d)는 가속도계(100)가 받는 충격 방향에 대해 질량체(130)의 움직임을 원활하게 할 수 있으며, 더욱이 가속도계(100)의 상측으로 전달되는 충격에 대하여 질량체(130)의 좌/우 변이를 최소화 함으로써 충격 감지 오류를 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예에서 힌지(140a~140d)의 두께를 외곽 지지체(110)와 같은 두께로 형성하여 힌지(140a~140d)에 대해 상당한 두께를 줌으로써 외부 충격에 대한 질량체(130)의 뒤틀림을 최대한 방지할 수 있으며 가속도계(100)의 강도를 보장할 수 있다.
더욱이, 일 실시예에 따른 가속도계(100)는 외곽 지지체(110)와 질량체(130) 사이에 4개의 압저항체(150a~150d)가 연결될 수 있다.
이때, 4개의 압저항체(150a~150d)는 질량체(130)의 서로 대칭이 되는 양쪽에 각각 2개씩 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 2와 같이 압저항체(150a~150d)는 질량체(130)의 상측과 하측에 각각 2개씩 형성되어 외곽 지지체(110)와 질량체(130) 사이에 연결될 수 있다. 본 실시예에서, 4개의 압저항체(150a~150d)는 휘스톤브릿지 회로로 등가되는 형태로 구성될 수 있다.
특히, 4개의 압저항체(150a~150d)는 외부 충격에 의한 질량체(130)의 움직임을 효과적으로 감지하기 위하여 가속도계(100)의 충격 방향에 직접 배치될 수 있다. 예컨대, 도 2에서 가속도계(100)의 상/하측이 받는 충격을 감지하고자 하는 경우에는 압저항체(150a~150d)를 질량체(130)의 상측과 하측에 각각 2개씩 형성할 수 있다.
일 예로, 4개의 압저항체(150a~150d)는 질량체(130)의 서로 대칭이 되는 양쪽에 각각 2개씩 형성되되, 2개의 압저항체가 외곽 지지체(110)와 질량체(130) 사이의 일 표면에 모두 형성될 수 있다. 예컨대, 도 2와 같이 질량체(130)의 상측에 위치하는 두 개의 압저항체(150a, 150d)와 질량체(130)의 하측에 위치하는 두 개의 압저항체(150b, 150c)가 모두 외곽 지지체(110)와 질량체(130) 사이의 앞쪽 표면에 형성될 수 있다.
다른 예로, 4개의 압저항체(150a~150d)는 질량체(130)의 서로 대칭이 되는 양쪽에 각각 2개씩 형성되되, 2개의 압저항체가 외곽 지지체(110)와 질량체(130) 사이의 일 표면과 다른 표면에 하나씩 형성될 수 있다. 예컨대, 도 3((a)는 가속도계(100)의 전면 측 사시도, (b)는 가속도계(100)의 배면 측 사시도)과 같이 질량체(130)의 상측에 위치하는 두 개의 압저항체(150a, 150d) 중 하나(150a)는 외곽 지지체(110)와 질량체(130) 사이의 앞쪽 표면에, 다른 하나(150d)는 뒤쪽 표면에 형성될 수 있고, 아울러 질량체(130)의 하측에 위치하는 두 개의 압저항체(150b, 150c) 중 하나(150b)는 외곽 지지체(110)와 질량체(130) 사이의 앞쪽 표면에, 다른 하나(150c)는 뒤쪽 표면에 형성될 수 있다. 다시 말해, 도 3의 (a)와 같이 외곽 지지체(110)와 질량체(130) 사이의 앞쪽 표면에 두 개의 압저항체(150a, 150b)가 위치하고 도 3의 (b)와 같이 외곽 지지체(110)와 질량체(130) 사이의 뒤쪽 표면에 두 개의 압저항체(150c, 150d)가 위치할 수 있다. 이때, 외곽 지지체(110)와 질량체(130) 사이의 앞쪽 표면과 뒤쪽 표면에 위치하는 두 개의 압저항체(150a, 150d)(150b, 150c)는 서로 대향되는 위치에 형성될 수 있다.
그리고, 4개의 압저항체(150a~150d)는 외곽 지지체(110)와 질량체(130) 사이에 연결되되, 외곽 지지체(110)와 질량체(130)의 사이에 아주 얇은 박막 형태로 형성될 수 있다. 이때, 압저항체(150a~150d)의 두께는 0.1~10.0 ㎛ 정도의 극도로 얇은 상태로, 압저항체(150a~150d)는 질량체(130)와 외곽 지지체(110) 사이에 얇은 브릿지 형태로 연결될 수 있다.
일 예로, 가속도계(100)의 압저항체(150a~150d)를 극도로 얇은 박막 형태로 제작하기 위해서는 그에 적합하도록 CMOS(상보성 금속 산화물 반도체) 공정을 이용할 수 있다.
본 실시예에서, 4개의 압저항체(150a~150d)는 질량체(130)에 대하여 서로 대칭되도록 형성되고 길이, 폭 등이 동일한 조건으로 형성되므로 외부 온도 영향에 따른 저항 변화가 동일하며 이에 따라 신호 드리프트(drift) 현상을 방지하여 안정적인 신호를 얻을 수 있다.
상기한 구조에 의하면, 일 실시예에 따른 가속도계(100)는 물체가 충격을 받으면 질량체(130)의 움직임에 따른 압저항체(150a~150d)의 저항 변화로부터 물체가 받은 충격 크기를 측정할 수 있다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 가속도계(100)는 외부에서 충격이 올 경우 질량체(130)가 상하로 움직이게 된다. 이때, 질량체(130)가 윗방향으로 움직이면 질량체(130)의 상측에 연결된 두 개의 압저항체(150a, 150d)는 수축력(compression)으로 인해 그 길이가 줄어 해당 저항(R1, R4)이 증가하는 반면에, 질량체(130)의 하측에 연결된 두 개의 압저항체(150b, 150c)는 인장력(tension)으로 인해 그 길이가 늘어나서 해당 저항(R2, R3)이 감소한다.
본 실시예에서 4개의 압저항체(150a~150d)에 대한 등가 회로는 도 5와 같이 4개의 저항(R1~R4)로 이루어진 휘스톤브릿지 회로로 나타낼 수 있다. 이에, 4개의 압저항체(150a~150d)에 대한 신호선(미도시)를 도 5와 같이 배치하여 상기한 동작 원리로 충격의 크기에 따라서 그에 상응하는 전압 값을 얻을 수 있다. 다시 말해, 질량체(130)의 양쪽에 위치하고 있는 압저항체(150a~150d)가 인장과 압축을 받게 되고 그로 인해 발생하는 압저항체(150a~150d)의 저항 변화를 휘스톤브릿지로 측정하여 충격의 크기, 즉 가속도를 감지하게 된다.
상기에서 설명한 본 발명에 따른 가속도계(100)는 자동차, 유전 탐사, 군수용, 항공우주산업 등 다양한 분야에서 사용될 수 있다.
본 발명의 가속도계(100)를 포함하는 장치는 적어도 하나의 처리 장치와, 메모리와, 적어도 하나의 프로그램을 포함하고, 상기 프로그램은 상기 메모리에 저장되어 상기 프로세서에 의해 실행되도록 구성되는 것으로, 가속도계(100)를 통해 측정된 충격 크기를 기준으로 임계치 이상의 충격에 대하여 기 정의된 동작(예컨대, 에어백 작동, 폭발 점화 등)을 실행하기 위한 코드를 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 가속도계(100)는 자동차 에어백 장치나 공장 자동화 및 로봇 등의 제어 시스템, 벙커버스터의 신관 시스템, 견고표적 침투용 지능신관 시스템 등에 적용될 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 낮은 가속도에서부터 수만 g급 이상의 높은 가속도를 측정할 수 있는 고충격 감지에 적합한 가속도계를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명의 실시예에 따르면, 반도체 집적회로 기술에 근간한 실리콘 재질의 가속도계를 제공함으로써 가속도계의 소형화, 저가화, 정밀화가 가능하며, 상대적으로 높은 신뢰성을 보장할 수 있으며 유지보수 또한 상대적으로 쉬운 장점이 있다. 그리고, 본 발명의 실시예에 따르면, 고충격에 대해 안정한 장점을 가진 압저항형 감지 방식의 가속도계를 제공함으로써 고충격에 대해 안정적인 것은 물론, 선형성이 우수하고 전자파 간섭의 영향을 최소화 하여 신뢰성이 뛰어난 가속도계를 제공할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
110: 외곽 지지체
120a~120d: 슬릿
130: 질량체
140a~140d: 힌지
150a~150d: 압저항체
120a~120d: 슬릿
130: 질량체
140a~140d: 힌지
150a~150d: 압저항체
Claims (14)
- 내부가 수직으로 뚫린 개구부(開口部) 형태의 외곽 지지체;
상기 외곽 지지체의 내부에 위치하여 상기 외곽 지지체에 둘러싸인 질량체(mass);
상기 질량체의 제1 측면과 상기 외곽 지지체를 연결하여 스프링 역할을 하는 2개의 제1 힌지 쌍;
상기 질량체의 상기 제1 측면의 반대 쪽의 제2 측면과 상기 외곽 지지체를 연결하여 스프링 역할을 하는 2개의 제2 힌지 쌍;
상기 질량체의 상기 제1 측면 및 상기 제2 측면의 사이에 위치하는 제3 측면과 상기 외곽 지지체 사이에 연결되는 2개의 제1 압저항체 쌍; 및
상기 질량체의 상기 제3 측면의 반대 쪽의 제4 측면과 상기 외곽 지지체 사이에 연결되는 2개의 제2 압저항체 쌍
을 포함하여 이루어지고,
상기 압저항체는,
상기 외곽 지지체와 상기 질량체의 사이에 박막 형태로 형성되고,
외부로부터 충격을 받으면 상기 질량체의 움직임에 따른 상기 압저항체의 저항 변화를 통해 상기 충격의 크기를 측정하는 것
을 특징으로 하는 압저항형의 가속도계. - 제1항에 있어서,
상기 가속도계는,
실리콘 재질로 이루어지며, 상기 실리콘 재질을 이용한 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 공정을 통해 제작되는 것
을 특징으로 하는 압저항형의 가속도계. - 제1항에 있어서,
상기 외곽 지지체는,
사각형의 구조로, 상기 외곽 지지체의 크기는 가로와 세로가 1~10 ㎜이며 두께는 0.1~1.0 ㎜인 것
을 특징으로 하는 압저항형의 가속도계. - 제1항에 있어서,
상기 질량체와 상기 힌지의 두께는 상기 외곽 지지체의 두께와 같은 것
을 특징으로 하는 압저항형의 가속도계. - 제1항에 있어서,
상기 외곽 지지체는 사각형의 구조로 이루어지고,
상기 질량체는 상기 외곽 지지체보다 작은 사각형의 구조로 이루어지는 것
을 특징으로 하는 압저항형의 가속도계. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 압저항체는,
상기 질량체의 서로 대칭이 되는 양쪽에 각각 2개씩 위치하되, 상기 2개의 압저항체가 상기 외곽 지지체와 상기 질량체의 일 표면에 모두 형성되는 것
을 특징으로 하는 압저항형의 가속도계. - 제1항에 있어서,
상기 압저항체는,
상기 질량체의 서로 대칭이 되는 양쪽에 각각 2개씩 위치하되, 상기 2개의 압저항체가 상기 외곽 지지체와 상기 질량체의 일 표면과 다른 표면에 하나씩 형성되는 것
을 특징으로 하는 압저항형의 가속도계. - 제1항에 있어서,
상기 압저항체는,
휘스톤브릿지(Wheatstone Bridge) 회로로 등가되는 형태의 구조로 형성되는 것
을 특징으로 하는 압저항형의 가속도계. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 압저항체는,
상기 외곽 지지체와 상기 질량체의 사이에 0.1~10.0 ㎛의 박막 형태로 형성되는 것
을 특징으로 하는 압저항형의 가속도계. - 제1항에 있어서,
상기 압저항체는,
CMOS(상보성 금속 산화물 반도체) 공정을 통해 박막 형태로 제작되는 것
을 특징으로 하는 압저항형의 가속도계. - 제1항 내지 제5항, 제8항 내지 제10항, 제12항 또는 제13항 중 어느 한 항의 가속도계를 포함하고,
상기 가속도계를 통해 측정된 충격 크기를 기준으로 기 정의된 동작을 수행하는 것
을 특징으로 하는 장치.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130045322A KR101454112B1 (ko) | 2013-04-24 | 2013-04-24 | 압저항체를 이용한 가속도계 |
| PCT/KR2013/009675 WO2014175521A1 (ko) | 2013-04-24 | 2013-10-29 | 압저항체를 이용한 가속도계 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130045322A KR101454112B1 (ko) | 2013-04-24 | 2013-04-24 | 압저항체를 이용한 가속도계 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101454112B1 true KR101454112B1 (ko) | 2014-11-03 |
Family
ID=52288313
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020130045322A KR101454112B1 (ko) | 2013-04-24 | 2013-04-24 | 압저항체를 이용한 가속도계 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101454112B1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102237679B1 (ko) * | 2019-10-01 | 2021-04-07 | 주식회사 한화 | 브릿지형 구조물의 제조 방법 및 이를 이용한 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도 센서의 제조 방법 |
| KR102237680B1 (ko) * | 2019-10-01 | 2021-04-07 | 주식회사 한화 | 브릿지형 구조물의 제조 방법 및 이를 이용한 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도 센서의 제조 방법 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05164778A (ja) * | 1991-06-21 | 1993-06-29 | Texas Instr Inc <Ti> | 加速度計 |
-
2013
- 2013-04-24 KR KR1020130045322A patent/KR101454112B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05164778A (ja) * | 1991-06-21 | 1993-06-29 | Texas Instr Inc <Ti> | 加速度計 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102237679B1 (ko) * | 2019-10-01 | 2021-04-07 | 주식회사 한화 | 브릿지형 구조물의 제조 방법 및 이를 이용한 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도 센서의 제조 방법 |
| KR102237680B1 (ko) * | 2019-10-01 | 2021-04-07 | 주식회사 한화 | 브릿지형 구조물의 제조 방법 및 이를 이용한 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도 센서의 제조 방법 |
| WO2021066243A1 (ko) * | 2019-10-01 | 2021-04-08 | 주식회사 한화 | 브릿지형 구조물의 제조 방법 및 이를 이용한 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도 센서의 제조 방법 |
| WO2021066244A1 (ko) * | 2019-10-01 | 2021-04-08 | 주식회사 한화 | 브릿지형 구조물의 제조 방법 및 이를 이용한 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도 센서의 제조 방법 |
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