Inertial sensors - Xsens


Inertial sensors는 관성을 바탕으로하는 센서입니다. 이러한 범주에는 몇 제곱 밀리미터만 측정할수있는 MEMS inertial sensors부터, 아주 정밀하고 50센치미터 지름까지 측정할 수 있는 Ring 레이저 자이로스코프까지 있습니다. 아래에 가속도계 및 자이로스코프 섹션에 inertial sensors의 원리가 좀 더 상세히 소개되어 있습니다.

Accelerometer(가속도계)

Accelerometer(가속도계) MEMS 관성 가속도계는 진공 상태에 있는 탄력 질량계 으로 구성되어 있습니다. 가속도계상에 부가된 가속도는 스프링 시스템 상의 질량 변위를 초래합니다. 질량 변위는 질량 탄력 시스템 달려있어 보정(Calibration)이 필요합니다. 판독은 용량 시스템을 통해 할 수 있습니다. MEMS 가속도계는 1D, 2D, 3D 버전이 가능합니다. 질량 탄력 시스템의 사이즈는 가속도계의 해상도(정밀도)와 직접 관련되므로, 3D 가속도계 칩은 MTi나 MTi-G 같은 고정밀 MEMS AHRS에서 사용되기에 충분히 정확하지 않습니다. MEMS 가속도계의 주요 제조사로는 Analog Devices, Kionix 및 Colibrys가 있습니다.

Gyroscope(자이로스코프)

Gyroscope(자이로스코프) 관성 자이로스코프에는 여러 가지 등급이 있습니다. Ring Laser Gyroscopes(RLG) 및 Fiber Optic Gyros(FOG)는 매우 신뢰할 수 있지만 가격이 아주 높습니다. 그들은 한 세트의 거울(Mirror) 또는 유리섬유 케이블(Fiber Optic Cable)을 통하여 두개의 다른 광선을 다른 방향으로 전달합니다. 자이로스코프의 회전은 한 방향상의 광선을 한세트의 거울/유리섬유 케이블의 맞은편에 도달하게 하는 시간이, 반대방향으로 전달하는 빛보다 빠릅니다. RLG 및 FOG 같은 광학 자이로스코프는 아주 정확하며, 보조 센서가 없는 상황에서도 사용할 수 있습니다. (AHRS를 참조). 이러한 고유의 정밀도는 자이로스코프의 가격이 아주 비싸, 저 비용의 응용분야에서는 사용할 수 없습니다.

반면에, MEMS 자이로스코프는 상대적으로 비싸지 않으며, 보조 센서들를 사용하여 줄어든 정밀도를 보상해 줍니다. Analog Devices는 MEMS 자이로스코프의 주요한 제조사 입니다.

MEMS 자이로스코프

MEMS 자이로스코프는 예를 들어 수십 kHz 에서 공진하는 작은 진동 물체를 갖습니다. 그 물체는 스프링 시스템에 달려있으며, 가속도계 안에 있기 때문에 capacitive system을 통해 값을 측정할 수 있습니다. 자이로스코프가 회전시에는, 질량이 회전의 중심에서 멀리 이탈하는 경우, 더 큰 수직 코리올리 힘을 가집니다. 그러므로 흔들리는 질량은 진동 양측에서 서로 다른 값을 얻을 수 있으며, 이것이 각속도를 측정하는 것입니다. 자이로스코프의 전형적인 오차는 g-민감도이며 이것은 자이로스코프 내부의 탄력 시스템의 변형에서 야기된 것입니다. Xsens도 이러한 오차원인을 보상 합니다. 관련 MEMS 자이로스코프 및 가속도계의 정밀 작업에 대한 상세한 정보는 Sensors Magazine 사이트에서 확인할 수 있습니다.

대표적인 응용

센서시스템의 대표적인 응용은 타입별로 다양합니다. 아래의 그래프는 다양한 등급의 자이로스코프를 보여줍니다.

Grades of gyroscopes. inertial sensors

전략 및 전술급 센서는 군사용 응용 분야인 항법 센서로서 고 위험군의 응용 분야에 사용됩니다. 일반적인 바이어스 안정도가 30 deg/h 이상인 상용급 자이로스코프는 정보통신 분야에 적용되며, Nintendo Wii 제어기에서도 찾아볼 수 있습니다. 관성 측정 장치면에서, 이러한 자이로스코프는 추측항법인 dead-reckoning 에서 오차가 너무 커서 전문적인 응용분야에 사용할 수 없습니다. inertial sensors의 정밀도가 높아지면서 새로운 자이로스코프 그룹(산업용)이 등장했습니다. 이것들은 작고 무인 차량의 안정화 및 기타 센서 시스템의 측정 및 보정에 사용될 수 있습니다. 무인체는 수중체(Saab Seaeye Jaguar), 항공기(Norut) 또는 지상 차량 (Wambot)이 입니다. 위성 통신 및 센서 보정의 실례로는 EM Solutions' Ka-band Satcom system 및 Sonardyne’s USBL systems이 있습니다.

더 종합적인 가능한 응용분야의 리스트는 이곳에서 찾을 수 있습니다: Xsens 고객 케이스

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> Commercial: Vestel
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> Movie: ‘Paul’
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