KR101462781B1 - 압저항체를 이용한 충격 측정용 가속도계 - Google Patents

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고종수
이재민
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부산대학교 산학협력단
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Abstract

압저항체를 이용한 충격 측정용 가속도계가 개시된다. 압저항형의 가속도계는, 내부가 수직으로 뚫린 개구부(開口部) 형태의 외곽 지지체; 상기 외곽 지지체의 내부에 고정되는 강성체; 상기 외곽 지지체에 둘러싸인 상태에서 상기 강성체에 연결되는 질량체(mass); 및 상기 외곽 지지체와 상기 질량체의 사이에 연결되는 4개의 압저항체(piezoresistor)를 포함하여 이루어질 수 있으며, 이때 외부로부터 충격을 받으면 상기 질량체의 움직임에 따른 상기 압저항체의 저항 변화를 통해 상기 충격의 크기를 측정할 수 있다.

Description

압저항체를 이용한 충격 측정용 가속도계{ACCELEROMETER FOR MEASUREMENT OF IMPACT USING PIEZORESISTOR}
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 상하방향으로 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 충격 감지에 적합한 가속도계를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 외부 충격에 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, 압저항형의 가속도계는, 내부가 수직으로 뚫린 개구부(開口部) 형태의 외곽 지지체; 상기 외곽 지지체의 내부에 고정되는 강성체; 상기 외곽 지지체에 둘러싸인 상태에서 상기 강성체에 연결되는 질량체(mass); 및 상기 외곽 지지체와 상기 질량체의 사이에 연결되는 4개의 압저항체(piezoresistor)를 포함하여 이루어질 수 있으며, 이때 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 가로와 세로가 0.5~10.0㎜이며 상기 수직 방향의 길이인 두께는 0.1~1.0 ㎜로 이루어질 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 강성체는, 상기 질량체의 움직임에 대하여 스프링(spring) 역할을 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 강성체와 상기 질량체는 상기 외곽 지지체의 내부에 상기 수직 방향으로 형성되고, 상기 강성체는 양쪽 측면이 상기 외곽 지지체의 내부의 저부에 각각 고정되며, 상기 질량체는 하부 면이 상기 강성체의 상단에 연결되어 상기 외곽 지지체의 내부의 상부에 위치할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 강성체는, 각 측면의 일부 또는 전체가 상기 외곽 지지체의 내부에 고정될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 강성체는, 상기 충격을 받는 방향과 수직을 이루는 위치에 해당되는 상기 외곽 지지체의 내부에 고정될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 압저항체는, 상기 질량체의 상부 표면에서 상기 충격을 받는 방향에 위치할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 압저항체는, 상기 질량체의 상부 표면에서 상기 충격을 받는 방향에 위치하되, 서로 대칭이 되는 양쪽에 각각 2개씩 위치할 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 질량체의 상부 표면과 상기 외곽 지지체의 사이에 박막 형태로 형성될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 압저항체는, 상기 질량체의 상부 표면과 상기 외곽 지지체의 사이에 0.1~50.0 ㎛의 박막 형태로 형성될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 압저항체는, CMOS(상보성 금속 산화물 반도체) 공정을 통해 박막 형태로 제작될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기한 압저항형의 가속도계를 포함하고, 상기 가속도계를 통해 측정된 충격 크기를 기준으로 기 정의된 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 낮은 가속도에서부터 수 십만 g급의 높은 가속도를 측정할 수 있는 충격 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, 외부 충격에 대해 안정한 장점을 가진 압저항형 감지 방식의 가속도계를 제공함으로써 외부 충격에 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, 충격 측정용 압저항형 가속도계의 구조를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 압저항형 가속도계의 구조를 설명하기 위하여 도 2에서 A-A
Figure 112013041823983-pat00001
부분의 단면을 도시한 것이다.
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 외부 충격에 대해 보다 안정적이고 적합한 가속도계를 위하여 압저항형의 감지 방식을 이용한다.
따라서, 본 실시예에서는 낮은 가속도에서부터 수 십만 g급의 고충격에 대해서도 적합한 특징을 가지는 가속도계로서, 실리콘 재질을 이용한 압저항형 감지방식의 충격 감지용 가속도계를 제공할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 충격 측정용 압저항형 가속도계의 구조를 설명하기 위한 사시도이고, 도 3 및 도 4는 압저항형 가속도계의 구조를 설명하기 위하여 도 2에서 A-A
Figure 112013041823983-pat00002
부분의 단면을 도시한 것이다.
이하의 설명에서는 설명의 편의를 위해 가속도계가 받는 충격 방향을 x축을 기준으로 한 좌/우 방향으로 표현하고 높이에 따른 수직 방향을 z축을 기준으로 한 상/하 방향으로 표현하기로 한다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 가속도계(100)는 소정 규격의 실리콘 재질로 이루어질 수 있으며, 실리콘 재질에서 외곽 지지체(110)와, 강성체(120), 그리고 질량체(130)가 되는 부분을 제외한 나머지 부분은 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 고정된 강성체(120)와, 외곽 지지체(110)에 둘러싸인 상태에서 강성체(120)에 연결되는 질량체(130)로 이루어질 수 있다.
상기한 가속도계(100)의 구조는 MEMS 공정을 통해 실리콘 재질에 도 2 내지 도 4와 같은 형태로 각각 슬릿을 형성함으로써 외곽 지지체(110)와, 강성체(120), 그리고 질량체(130)가 구분될 수 있다.
본 실시예에서, 강성체(120)와 질량체(130)는 외곽 지지체(110)의 내부에 개구부가 형성된 수직 방향으로 적층되어 형성될 수 있다. 이때, 강성체(120)는 양쪽 측면이 외곽 지지체(110)의 내부에 형성된 개구부의 저부에 각각 고정될 수 있다.
일 예로, 강성체(120)는 도 3에 도시한 바와 같이 각 측면의 하단 일부, 즉 밑단(120a)이 외곽 지지체(110)의 내부에 고정될 수 있으며, 밑단(120a)과 함께 ??와 같은 형태로 형성될 수 있다. 다른 예로, 강성체(120)는 도 4에 도시한 바와 같이 각 측면 전체가 외곽 지지체(110)의 내부에 형성된 개구부의 저부에 고정될 수 있다. 도 4와 같이, 강성체(120)의 측면 전체가 외곽 지지체(110)의 내부에 고정될 경우 가속도계(100)의 강도를 보다 높일 수 있고 아주 높은 충격을 감지하는 모델에 더욱 적합할 수 있다.
또한, 질량체(130)는 외곽 지지체(110)의 내부에 형성된 개구부의 상부에 위치할 수 있도록 하부 면이 강성체(120)의 상단에 연결될 수 있다. 다시 말해, 질량체(130)가 외곽 지지체(110)에 고정되어 있는 강성체(120)와 연결됨에 따라 강성체(120)는 질량체(130)가 움직일 때 스프링(spring) 역할을 할 수 있다.
특히, 강성체(120)는 외곽 지지체(110)의 내부에서 충격을 받는 방향과 수직을 이루는 위치에 고정되는 것이 바람직하다. 예컨대, 도 3과 도 4에 도시한 바와 같이 가속도계(100)가 받는 충격 방향(x축)과 수직인 y축 상의 위치에 해당되는 외곽 지지체(110)의 내부에 강성체(120)의 양 측면이 고정될 수 있다.
그리고, x축과 y축 중 길이가 긴 방향을 길이 방향으로 정의할 때 강성체(120)와 질량체(130)의 길이 방향은 서로 수직으로 형성되거나 같은 일 방향으로 형성될 수 있다. 예컨대, 도 3에서 가속도계(100)의 좌/우측이 받는 충격을 감지하고자 하는 경우에는 질량체(130)의 길이 방향을 충격 방향인 x축 방향으로 형성하고 강성체(120)의 길이 방향을 충격 방향과 수직인 y축 방향으로 형성할 수 있다. 이때, 질량체(130)는 강성체(120)에 대하여 특정 형상을 가지기 보다는 x축, y축, z축 중 적어도 하나 이상의 사이즈가 강성체(120)보다 크게 제작되는 것이 바람직하다.
이러한 구조에 의해, 강성체(120)는 가속도계(100)가 받는 충격 방향에 따른 질량체(130)의 움직임에 대해 스프링 역할을 할 수 있으며, 이와 아울러 강성체(120)가 외곽 지지체(110)에 고정됨에 따라 가속도계(100)가 받는 충격 방향 이외에 다른 방향으로는 질량체(130)가 거의 움직이지 않기 때문에 원하지 않는 방향으로 충격이 가해졌을 때 충격에 대한 감지 신호가 발생하지 않아 충격 감지 오류를 방지할 수 있다.
그리고, 외곽 지지체(110)는 소정 규격의 사각형 구조로 이루어질 수 있다. 이때, 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, 외곽 지지체(110)의 형태와 무관한 구조로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 외곽 지지체(110)는 도 2에 도시한 바와 같이 가로(W)와 세로(L)가 0.5~10.0㎜ 정도로 제작될 수 있으며, 가속도계(100)의 강도를 보장하기 위하여 개구부가 형성된 수직 방향의 길이인 두께(H)가 0.1~1.0 ㎜ 정도로 이루어질 수 있다. 이때, 외곽 지지체(110)의 내부에 적층된 강성체(120)와 질량체(130)의 전체 두께는 외곽 지지체(110)와 같은 두께로 이루어지게 된다. 결과적으로, 가속도계(100)의 전체 두께에 대해 상당한 수치를 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.
일 예로, 4개의 압저항체(150a~150d)는 질량체(130)의 상부 표면에서 충격을 받는 방향에 형성할 수 있다. 이때, 4개의 압저항체(150a~150d)는 질량체(130)의 상부 표면에서 서로 대칭이 되는 양쪽에 각각 2개씩 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 3과 같이 압저항체(150a~150d)는 질량체(130)의 상부 표면 중 좌측 끝전과 우측 끝전에 각각 2개씩 형성되어 질량체(130)의 상부 표면과 외곽 지지체(110)의 사이에 연결될 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. 다시 말해, 가속도계(100)의 충격 방향에 대하여 질량체(130)의 이동 변이가 가장 큰 끝전, 즉 상부 표면의 끝전에 압저항체(150a~150d)가 연결될 수 있다. 예컨대, 도 3에서 가속도계(100)의 좌/우측으로 받는 충격을 감지하고자 하는 경우에는 압저항체(150a~150d)를 질량체(130)의 상부 표면에서 좌측과 우측에 각각 2개씩 형성할 수 있다.
그리고, 4개의 압저항체(150a~150d)는 외곽 지지체(110)와 질량체(130) 사이에 연결되되, 질량체(130)의 상부 표면과 외곽 지지체(110)의 사이에 아주 얇은 박막 형태로 형성될 수 있다. 이때, 압저항체(150a~150d)의 두께는 0.1~50.0 ㎛ 정도의 극도로 얇은 상태로, 압저항체(150a~150d)는 질량체(130)의 상부 표면과 외곽 지지체(110)의 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.
더욱이, 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.
본 실시예에서, 4개의 압저항체(150a~150d)는 휘스톤브릿지 회로로 등가되는 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 4개의 압저항체(150a~150d)에 대하여 신호선(140)을 배치하여 가속도계(100)의 충격 크기에 따른 압저항체(150a~150d)의 저항 변화에 상응하는 전압 값을 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 3 또는 도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 가속도계(100)는 외부에서 충격이 올 경우 질량체(130)가 좌/우로 움직이게 된다. 이때, 질량체(130)가 좌측 방향으로 움직이면 질량체(130)의 상부면 좌측에 연결된 두 개의 압저항체(150a, 150d)는 수축력(compression)으로 인해 그 길이가 줄어 해당 저항(R1, R4)이 증가하는 반면에, 질량체(130)의 상부면 우측에 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(140)이 배치되어 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 수 십만 g급의 높은 가속도를 측정할 수 있는 충격 감지에 적합한 가속도계를 제공할 수 있다. 또한, 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, 외부 충격에 대해 안정한 장점을 가진 압저항형 감지 방식의 가속도계를 제공함으로써 외부 충격에 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
120: 강성체
130: 질량체
140: 신호선
150a~150d: 압저항체

Claims (14)

  1. 내부가 수직으로 뚫린 개구부(開口部) 형태로 외곽을 둘러싸는 외곽 지지체;
    상기 외곽 지지체의 내부에서 상기 외곽 지지체와 연결되는 강성체;
    상기 외곽 지지체에 둘러싸인 상태에서 상기 강성체의 상부에 연결되는 질량체(mass); 및
    상기 외곽 지지체와 상기 질량체의 사이에 연결되는 복수 개의 압저항체(piezoresistor)
    를 포함하여 이루어지고,
    상기 강성체는 양쪽 측면이 상기 외곽 지지체의 내부의 저부에 각각 고정되며,
    상기 질량체는 하부 면이 상기 강성체의 상단에 연결되어 상기 외곽 지지체의 내부의 상부에 위치하고,
    외부로부터 충격을 받으면 상기 질량체의 움직임에 따른 상기 압저항체의 저항 변화를 통해 상기 충격의 크기를 측정하는 것
    을 특징으로 하는 압저항형의 가속도계.
  2. 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.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 외곽 지지체는,
    사각형의 구조로 가로와 세로가 0.5~10.0 ㎜이며 상기 수직 방향의 길이인 두께는 0.1~1.0 ㎜인 것
    을 특징으로 하는 압저항형의 가속도계.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 강성체는,
    상기 질량체의 움직임에 대하여 스프링(spring) 역할을 하는 것
    을 특징으로 하는 압저항형의 가속도계.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 질량체는 상기 강성체보다 x축, y축 및 z축 중 적어도 하나 이상의 방향으로 더 크게 제작되는 것
    을 특징으로 하는 압저항형의 가속도계.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 강성체는,
    각 측면의 일부 또는 전체가 상기 외곽 지지체의 내부에 고정되는 것
    을 특징으로 하는 압저항형의 가속도계.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 강성체의 양쪽 측면은 제1 방향으로 상기 외곽 지지체의 내부의 저부에 각각 고정되고,
    상기 외곽 지지체와 상기 질량체는 상기 복수 개의 압저항체를 통하여 제2 방향으로 연결되고,
    상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 수직인 것
    을 특징으로 하는 압저항형의 가속도계.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 질량체는 상기 외곽 지지체와의 간극이 일정하도록 상기 질량체의 상부 평면은 상기 외곽 지지체와 상부 내면과 동일한 형태를 가지는
    압저항형의 가속도계.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 압저항체는,
    상기 질량체의 상부 표면에서 상기 충격을 받는 방향에 위치하되, 서로 대칭이 되는 양쪽에 각각 2개씩 위치하는 것
    을 특징으로 하는 압저항형의 가속도계.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 압저항체는,
    휘스톤브릿지(Wheatstone Bridge) 회로로 등가되는 형태의 구조로 형성되는 것
    을 특징으로 하는 압저항형의 가속도계.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 압저항체는,
    상기 질량체의 상부 표면과 상기 외곽 지지체의 사이에 박막 형태로 형성되는 것
    을 특징으로 하는 압저항형의 가속도계.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 압저항체는,
    상기 질량체의 상부 표면과 상기 외곽 지지체의 사이에 0.1~50.0 ㎛의 박막 형태로 형성되는 것
    을 특징으로 하는 압저항형의 가속도계.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 압저항체는,
    CMOS(상보성 금속 산화물 반도체) 공정을 통해 박막 형태로 제작되는 것
    을 특징으로 하는 압저항형의 가속도계.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 가속도계를 포함하고,
    상기 가속도계를 통해 측정된 충격 크기를 기준으로 기 정의된 동작을 수행하는 것
    을 특징으로 하는 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH05164778A (ja) * 1991-06-21 1993-06-29 Texas Instr Inc <Ti> 加速度計
JP2002243450A (ja) * 2001-02-16 2002-08-28 Victor Co Of Japan Ltd 角速度センサ、加速度センサ及び角速度／加速度兼用センサ

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