Development of a Dual Axial Gyroscope with Piezoelectric Ceramics

압전세라믹을 이용한 2축형 회전센서 개발

Piezoelectric gyroscopes are the devices to measure angular rotational velocity of a system with respect to an inertial frame of reference means of the Coriolis principle. Most of current piezoelectric gyroscopes detect rotational velocity about a single axis of rotation. This paper describes development of a new dual axial gyroscope made out of the piezoelectric ceramic, PZT, which can overcome the limitation of the current single axial type. The validity of the new structure is checked through finite element analysis. Based on the design, an experimental sample of the sensor is fabricated and its performance is discussed in comparison with the theoretical expectation. The resutls show that the present gyroscope is capable of measuring the rotational velocity over two orthogonal axes simultaneously with good enough sensitivity and distinction between the two axial components of the rotation.

압전 회전센서(Piezoelectric Gyroscope)는 물체의 회전속도를 감지하기 위한 센서로서 압전효과를 이용해 코리올리스힘(Coriolis Force)을 측정하는 센서이다. 기존에 사용되고 있는 압전 회전센서는 1축형이 주종을 이루고 있는데 비하여 본 연구에서는 한 차원 발전된 2축형의 회전센서를 고안, 제작하였다. 이러한 새로운 구조에 대한 검토 및 고찰을 위해 유한요소법 (Finite Element Method) 을 통한 동적 해석을 실시하여 구조의 타당성을 검증하고 각 설계인자 변화에 따른 센서의 특성변화를 조사하였다. 또한 그 결과를 토대로 직접 회전센서를 제작하여 그 성능을 평가, 비교하였다. 나아가 센서의 특성평가를 위한 회전 시뮬레이터를 구성한 후 정량적인 실험을 통해 제작된 센서의 반응을 조사하였으며, 그 결과 본 논문에서 개발된 2축형 센서는 두 방향의 회전력에 대한 우수한변별도 및 감도를 나타내어 새로운 형태의 회전 센서로서의 사용가능성을 확인할 수 있었다.