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자이로센서(Gyro Sensor) 간략 정리 (광학식, MEMS)
자이로가 탑재된 물체가 회전운동을 하여 세차운동이 나타나면 그 자이로에는 회전반발력이 생기고, 그 힘을 측정하여 그 값에 비례하는 전기신호를 발생시키는 장치를 추가하여 자이로센서로 사용한다.
가속도센서와 자이로센서를 활용하여 자세나 위치추정을 위해 만든 장치를 관성항법장치(Inertial Navigation System, INS)라고 부른다.
관성계(Inertial System)에서의 운동(병진운동, 회전운동)을 감지, 측정하여 이동거리와 방향 정보를 산출해내는 것이다.
스마트폰을 통한 가속도센서와 자이로센서의 조함은 모바일 관성항법장치의 구현으로 볼 수 있으며, 최종적으로 3차원 공간에서의 움직임을 완전히 추적할 수 있는 기술적 기반이 마련되었다고 해석할 수 있다.
광학식 자이로센서
광학식 자이로센서는 기계적 자이로센서에 이어 군사적 필요에 의해 개발된 센서로 김벌식과 함께 선박·항공기 및 미사일의 관성항법장치에 들어가는 핵심부품이다.
코리올리의 힘을 이용한 진동식 자이로센서와는 다르다.
사냑효과(Sagnac Effect)에 이론적 기반을 둔 광학식 자이로센서는 링레이저(Ring Laser, RLG) 자이로센서와 광섬유(FiberOptics, FOG)자이로센서로 나뉘어진다.
광학시 자이로센서는 김벌식과 비교해 모터와 로터 등이 없어 기계적 구조가 간단하지만 스마트폰에 사용하기에는 가격과 크기가 적합하지 않다.
MEMS 자이로센서
김벌식 자이로센서는 복잡하고 높은 비용으로 인해 주로 군사용으로 사용되어 왔다.
반면 스마트폰에 사용되는 자이로센서는 대다수가 코리올리의 힘을 이용한 튜닝포크(Turning Fork) 방식의 MEMS 센서로 소형 모바일 기기에 채용된 자이로센서는 100% MEMS 방식의 자이로 센서다. MEMS 자이로센서에는 거의 대부분이 튜닝포크 방식이 사용되고 Vibration Wheel Gyro, Resonator Gyro등의 자이로센서도 존재한다.
초기의 MEMS 센서는 김벌방식에 비해 제조가 쉽고 저가, 소형이란 장점이 있었으나 측정범위와 감도가 그에 미치지 못한다는 단점이 있었다.
그러한 단점에도 불구하고 사용성이라는 크나큰 이점으로 인해 차량용 소자와 캠코더 등의 광학장비 안정화 모바일기기에서의 응용으로 사용이 확대되고 있는 추세다.
특히 근래에 들어서는 제조공정의 세밀화와 기술적 보완, 대량생산과 초소형화라는 장점에 힘입어 자주포나 함포에서 발사되는 지능탄(Smart Munition)에 사용될 만큼 성능 측면에서 큰 발전이 이루어지고 있다.
항상 일정한 자세를 갖는 김벌식과는 달리 MEMS 방식의 센서들은 대상체에 안정된 플랫폼을 고정(strap)하여 자세를 추정한다. 센서와 센서가 장착된 물체의 자세가 동일하여 그 자세의 변하를 통해 발생하는 출력으로 직접 자세를 산출한다.
이런 방식을 스트랩다운(Strapdown) 방식이라고 말한다.
자이로센서(Gyro Sensor) 간략 정리 (광학식, MEMS)