보고서 정보
주관연구기관 |
아주대학교 Ajou University |
연구책임자 |
이기근
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2016-10 |
과제시작연도 |
2015 |
주관부처 |
미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning |
과제관리전문기관 |
한국연구재단 National Research Foundation of Korea |
등록번호 |
TRKO201700011149 |
과제고유번호 |
1711031426 |
사업명 |
중견연구자지원 |
DB 구축일자 |
2017-10-12
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키워드 |
표면탄성파.자이로센서.3축감지.코리올리힘.리더기.VCO.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201700011149 |
초록
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연구의 목적 및 내용
움직이는 물체의 위치제어, 자세제어, 고도제어 등에 응용할 목적으로, 표면탄성파 기반 고감도 3축 자이로센서 및 리더기 개발이며, 중심축에서 벗어난 초미세한 변화(0.01deg/s)를 감지하고 기울임을 교정해주는 저전력 자이로스코프 토털시스템 개발이다. 3축 감지가 가능하고 진공패키징에 의한 외부 간섭노이즈가 제거된다. 센서뿐만 아니라 주변 구동회로인 VCO, 유무선 전자회로의 개발이다.
연구결과
얇은 압전막위에 표면탄성파(SAW) 기반 자이로센서 및 측정시스템이 개발되었다
연구의 목적 및 내용
움직이는 물체의 위치제어, 자세제어, 고도제어 등에 응용할 목적으로, 표면탄성파 기반 고감도 3축 자이로센서 및 리더기 개발이며, 중심축에서 벗어난 초미세한 변화(0.01deg/s)를 감지하고 기울임을 교정해주는 저전력 자이로스코프 토털시스템 개발이다. 3축 감지가 가능하고 진공패키징에 의한 외부 간섭노이즈가 제거된다. 센서뿐만 아니라 주변 구동회로인 VCO, 유무선 전자회로의 개발이다.
연구결과
얇은 압전막위에 표면탄성파(SAW) 기반 자이로센서 및 측정시스템이 개발되었다. 센서는 two port SAW 공진기, metal dots, SAW delay line으로 구성된다. VCO를 통해 two port SAW 공진기가 구동되며 외부 회전력 인가 시 코리올리힘에의해 새로운 제2의 표면탄성파가 sensing electrode에서 감지된다. 압전막 두께, 중심주파수, 압전막 밑의 실리콘에칭영역에 따른 특성이 달랐으며 1λ 압전막 두께에서, 160MHz 중심주파수에서, cavity 만 에칭된 영역에서 가장 좋은 자이로특성이 관찰되었다. 센서 표면에서의 공기저항 등에 의한 노이즈 영향을 최소화하기 위해 진공 패키징 기술이 집적되었으며 3개의 센서가 PCB위에 직각으로 배열되어 3축을 동시 측정 가능한 시스템으로 개발하였다. 개발된 센서는 떠있는 proof mass가 없기 때문에 진동 및 충격에 매우 안정하였으며 고감도이며 초소형 저전력의 특성을 지닌다. 온도보상이 자체내에서 포함하고 있으므로 외부 환경요소에 매우 안정하다. 개발된 센서는 실제 응용분야에서 요구하는 스펙이 갖추어져 있으며 기술이전 및 상품화 노력 중에 있다.
연구결과의 활용계획
본 자이로센서시스템은 기존의 기술들과는 전혀 다른 미래 신기술 센서기술로써 원천기술을 가지고 있으며, 다양한 분야로의 응용은 막대한 파급효과 및 고부가가치 산업의 성장에 따른 국민의 삶과 질에 있어서 비약적 발전이 기대된다. 본 센서의 성공적 개발은 국내 센서산업의 기술 경쟁력 강화, 수입대체효과, 원천기술에 대한 기술료 수입 및 미래 센서시장에 수출 확대가 예상된다. 또한 다른 SAW 센서와의 집적화가 매우 용이하므로 하나의 센서로 다목적의 센서 개발이 용이해지며 많은 후속 연구들을 파생한다.
(출처:한글요약문 p.4)
Abstract
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Purpose & contents
For purpose of position and altitude controls of a moving object, the surface acoustic wave-based 3 axis gyroscope with high sensitivity and peripheral measurement systems was developed. The developed sensor system detects even very minute deviations upto 0.01deg/s from the
Purpose & contents
For purpose of position and altitude controls of a moving object, the surface acoustic wave-based 3 axis gyroscope with high sensitivity and peripheral measurement systems was developed. The developed sensor system detects even very minute deviations upto 0.01deg/s from the fixed position, and restore the deviation of the position and altitude of the object. The proposed gyroscope system is capable of 3-axis detection and eliminate environmental noises due to vacuum sealing via MEMS package. The peripheral circuits composed of VCO and electronic circuits were also implemented.
Result
Highly sensitive SAW gyroscope was developed on a thin piezo-membrane. The sensor constitutes two port SAW resonator, metallic dots and delay line. VCO was employed to activate the two port SAW resonator. When the sensor platform is subject to angular velocity, a secondary SAW is generated and then propagates toward sensing electrode, which was detected by voltage variations at the output sensing electrode. Depending on piezo-membrane thicknesses, center frequencies, and the silicon-etched regions underneath piezo-membrane, sensor properties were evaluated, in which the highest sensor performance was observed at the conditions of 1λ piezo-membrane thickness, 160MHz center frequency, and silicon-etched region only underneath the cavity. To avoid any environmental noises caused by SAW interference with air, vacuum package technique was employed and then integrated on the top of the device. Additionally three sensors were arranged on the PCB at right angles to develop a system capable of simultaneously measuring three axes. The developed sensor is very stable to vibration and shock because it does not have a floating proof mass, and it also has high sensitivity and has very small and low power consumption. The system includes built-in temperature compensation technique, so that it is stable to temperature variations and environmental factors. The developed sensor is equipped with specifications required in actual application field and is in the process of technology transfer and commercialization.
Expected Contribution
This gyro-sensor system is completely different future technology over existing angular rate sensors, and has novelty and originality. Application of our developed devices to various fields is expected to dramatically improve the lives and quality of the people due to the enormous ripple effects and the growth of high value-added industries. The successful development of this sensor is expected to strengthen the technical competitiveness of the domestic sensor industry, import substitution effect, import of technology fee for source technology, and export to future sensor market. Additionary, since it is very easy to integrate with other SAW sensors, developing a multi-purpose sensor with a single sensor is possible, and many subsequent studies are derived. Application to various fields is expected to dramatically improve the lives and quality of the people due to the enormous ripple effects and the growth of high value-added industries
(출처:SUMMARY p.5)
목차 Contents
- 표지 ... 1목차 ... 2연구계획 요약문 ... 3연구결과 요약문 ... 4 한글요약문 ... 4 SUMMARY ... 5연구내용 및 결과 ... 6 1. 연구개발과제의 개요 ... 6 2. 국내외 기술개발 현황 ... 9 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 16 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 25 5. 연구결과의 활용계획 ... 27 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 28 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 29 8. 참고문헌 ... 31 9. 연구성과 ... 31 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 35 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 35 12. 기타사항 ... 37별첨1 ... 38끝페이지 ... 38
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