• 대한전자공학회논문지SD
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• 제48권9호
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• pp.13-21
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• 2011

본 논문에서는 MEMS 용량형 각속도 센서용 프로그래머블 CMOS 인터페이스 회로를 제작하고, 이를 MEMS 센싱 엘리먼트와 결합하여 평가하였다. 본 회로는 10 bit 프로그래머블 캐패시터 어레이 를 이용한 전하 증폭기, 오프셋 미세 조정을 위한 9 비트 DAC, 출력 민감도의 미세 조정을 위한 10 비트 PGA를 내장하여, 오프셋 및 민감도 오차를 정밀 조정할 수 있다. 제작 결과 자동 이득 제어 회로를 포함한 자가 발진 루프의 정상 동작을 확인하였다. 오프셋 오차와 민감도 오차는 각각 0.36%FSO 와 0.19%FSO 로 측정되었으며, 잡음 등가 해상도와 바이어스 불안정도는 각각 0.016 deg/sec 와 0.012 deg/sec 으로 평가되었다. 본 회로의 조정 기능을 이용하여 MEMS 용량형 각속도 센서의 기생 용량으로 인하여 발생되는 출력 오프셋 및 출력 민감도의 산포를 감소시킬 수 있으며, 이는 센서의 양산성 및 수율 향상에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

• 반도체디스플레이기술학회지
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• 제21권4호
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• pp.132-137
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• 2022

In this paper, we have studied the quadrature error reduction for the single drive 3-axis MEMS Gyroscope. There was a limitation of the previous study which is the z-axis quadrature error was large. To reduce this value, design methodologies were presented. And the methodologies included a different mesh application, z-rate spring structure change, and mass compensation for balancing of the structure. We conducted the modal analysis, drive mode analysis and sense mode analysis using COMSOL Multiphysics. As a result, a drive resonant frequency was 26003 Hz, with the x-sense, y-sense, z-sense being 26749 Hz, 26858 Hz, 26920 Hz, respectively. And the Mechanical sensitivity was computed at 2000 degrees per second(dps) input angular rate while the sensitivity for roll, pitch, and yaw was computed 0.011, 0.012, and 0.011 nm/dps respectively. And z-axis quadrature error was successfully improved, 2.78 nm to 0.95 nm, which the improvement rate was about 66 %.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2009년도 제40회 하계학술대회
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• pp.1503_1504
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• 2009

MEMS 구조물은 ${\mu}m$단위의 크기로 만들어지므로 각속도계와 같이 정밀한 센서를 만들 때에는 노이즈 문제를 해결하지 않으면 신호를 측정할 수가 없다. MEMS 구조물의 미세한 진동에 의해 발생되는 수 pico-coulomb의 전하를 측정해야하므로 구동 신호가 검출 전극에서 Feed-through되어 나타나는 경우 그 크기가 구동에 의한 신호보다 100배 이상 크기 때문에 원하는 신호를 검출할 수 없다. 본 논문에서는 이러한 Feed-through 현상에 의한 노이즈를 줄이기 위하여 Guard-ring을 이용한 blocking 방법과 dummy port를 이용한 canceling 방법을 고안하고 Feed-through reduction 회로를 설계, 제작, 실험하여 그 효과를 확인하였다. 그 결과 구동신호가 6Vpp, 30kHz일 때, -53.186dBm이었던 Feed-through 신호가 -77.107dBm으로 줄어드는 것을 확인하였다. 또한 노이즈를 제거하지 않은 경우 측정할 수 없었던 Q-factor를 Feed-through reduction 회로를 사용하여 측정한 결과 진공 패키징된 Si 기반 자이로스코프가 공진주파수 약 7.018kHz에서 Q-factor가 약 2500임을 확인하였다.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제13권2호
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• pp.92-98
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• 2003

A rate gyroscope has been used popularly to measure the angular motion of a given vehicle using a symmetric rotor spinning rapidly about its symmetry axis. Since the rapid rotation is required in this type of gyroscope, the motor has been used to make the rotor spin, so that it results in a heavy configuration. The toning-fork gyroscope has been developed to avoid this problem, which utilizes a Coriolis coupling term and vibration about one axis. Due to the Coriolis effect, the vibration of one axis is transferred to other axis when the angular motion along the vibrating axis is given to the system. The concept of a tuning-fork gyroscope was recently realized using MEMS techniques. However, the dynamic characteristics of the tuning-fork gyroscope has not been discussed in detail. In this study. we derived the equations of motion for the tuning-fork type gyroscope using the energy approach and investigated the dynamic characteristics by means of numerical analysis.

• 한국항공우주학회지
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• 제33권3호
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• pp.47-56
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• 2005

본 논문에서는 마이크로 자이로스코프를 위한 폐루프 제어기를 설계하여 그 성능이 개선됨을 보였다. 마이크로 자이로스코프는 높은 Q값을 가지는 시스템으로 그 특성상 공진 영역에서 동작하게 되는데, 개루프로 동작할 경우 선형성, 대역폭 등의 성능에 제약이 있게 된다. 폐루프 제어기는 개루프 동작시의 이러한 제약을 극복하고 성능을 개선할 수 있도록 한다. 본 연구에서는 PD 제어기를 적용하였으며 실험 대상이 된 마이크로 자이로스코프는 서울대에서 설계하고 Bosch foundry에서 제작한 SNU-Bosch MEMS 자이로스코프를 사용하였다. 실험을 통해 폐루프 제어기의 성능을 검증한 결과 대역폭은 35Hz에서 78Hz로, 선형성은 2.07%에서 0.504%로, 바이어스 안정도는 0.066deg/sec에서 0.043deg/sec로 개선되는 것을 확인할 수 있었다.

• 제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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• 제어로봇시스템학회 2003년도 ICCAS
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• pp.1537-1541
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• 2003

In this paper, presented is a feedback control performance of vibratory gyroscope at various vacuum levels. Micro gyroscope, whose operation is based on the vibrating motion at the vacuum conditions, is highly influenced by the vacuum level of the operating circumstances. In general, we apply the feedback control scheme to the gyroscope in order to improve the performances of the sensor. And control performances of the gyroscope are related to those vacuum levels. So we need investigate the performances of the closed loop control at various vacuum conditions comparing with those of the open loop. The experimental results show that the sensitivity of the closed loop is less than that of the open loop especially in low vacuum conditions. Therefore, there should be trade-off between sensitivity and other sensor performances such as linearity, bandwidth when we apply feedback control to the gyroscope.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2002년도 춘계학술대회논문집
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• pp.247-252
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• 2002

A rate gyroscope has been used popularly to measure the angular motion of a given vehicle using a symmetric rotor spinning rapidly about its symmetry axis. Since the rapid rotation is required in this type of gyroscope, the motor has been used to make the rotor spin, so that it results in a heavy configuration. The tuning-fork gyroscope has been developed to avoid this problem, which utilizes a coriolis coupling term and vibration about one axis. Because of the coriolis effect, the vibration of one axis is transferred to other axis when the angular motion along the vibrating axis is given to the system. The concept of a tuning-fork gyroscope was recently realized using MEMS techniques. However, the dynamic characteristics of the tuning-fork gyroscope has not been discussed in detail. In this study, we derived the equations of motion for the tuning-fork type gyroscope using the energy approach and investigated the dynamic characteristics by means of numerical analysis.

• 로봇학회논문지
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• 제6권4호
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• pp.334-343
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• 2011

This paper presents a new approach for mobile robot heading detection using MEMS Gyro north finding method in the indoor environment. Based on this, the robot heading angle measurement scheme is proposed; improved north finding theory and algorithm are also explained. Several approaches are applied to confirm system's precision and effectiveness. In order to find out the heading angle, a single axis MEMS gyroscope to sense the angle between the robot heading direction and the north is used. To reach enough estimation accuracy and reduce detection time, the least square method (LSM) for the signal fitting and parameter estimation is applied. Through a turn-table, we setup a carouseling system to decrease the substantial bias effect on gyroscope's heading angle. For the evaluation of the proposed method, this system is implemented to the Pioneer robot platform. The performance and heading error are analyzed after the test. From the simulation and experimental results, system's accuracy, usefulness and adaptability are shown.

• 한국항공우주학회지
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• 제40권1호
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• pp.86-92
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• 2012

인공위성 자세제어에 널리 사용되는 구동기는 추력기, 반작용휠, 제어 모멘트 자이로(CMG), 그리고 자장토커 등이 있다. 그 중에서 CMG는 물리학의 자이로스코프 원리에 의한 토크를 발생시키는 구동기로서 적은 소모 전력으로 큰 토크를 출력하는 장점을 가지고 있다. 본 논문에서는 CMG 하드웨어 기술의 개요와 위성분야 적용 사례 및 관련된 하드웨어의 특성을 소개하며 더불어 선박, 로봇, MEMS 등 타 분야의 활용사례와 연구동향을 제공한다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2004년도 추계학술대회 논문집 전기물성,응용부문
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• pp.43-45
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• 2004

In this paper, new design concept of MEMS gyroscope using multi mass system is proposed. The gyroscope having wide bandwidth was designed utilizing the multi mass system in order to reduce the degradation of the performance by resonance variation. The multi mass system has more than two masses and separates the resonant peak of each mass. Using MATLAB, the variation of bandwidth and driving displacement according to mass ratio of the multi mass system was analyzed. This result was compared with that of current single mass system gyroscope. In the 7 kHz resonant frequency design, the multi mass system has 395.3Hz bandwidth, which is six times larger than single mass system bandwidth, 58.5 Hz.