센서 8. 정전형 Motion Sensor(운동 센서) 안동대학교 물리학과 윤석수
1. 운동센서란? 운동센서 ? 대표적 운동센서 용도 어떤 물체의 시간에 따른 위치, 속도 , 가속도 등을 측정하는 센서 소리를 발생하고 수신하는 음파 트랜스듀서(transducer) 이용 음파 트랜스듀서 정전형, 압전형 등…. 용도 운동 계측 물리실험 측량 보안 물리량 전압신호 엑튜에이터 센서 트랜스듀서 Actuator Transducer 스피커 모터 음파
2. 정전형 트랜스듀서 구조 고정된 금속 전극과 쉽게 휘는 절연체 필름에 금속막이 입혀진 움직이는 전극으로 된 평행 판 캐페시터 구조 휘기 쉬운 금속/절연 박막 (Au coated kapton film) 움직이는 전극 (진동판 전극) spacer 고정전극
3. 정전형 트랜스듀서 원리 소리(진동) 발생 진동판 전극에 전압이 가해지면 진동판과 고정전극에 서로 반대 전하가 충전되며 이들 사이의 전기력에 의해 진동판이 수축 전압을 제거하면 방전되어 수축되었던 이동전극이 진동하며 되돌아 가는 현상 이용, 이때 진동에 의해 소리펄스 발생 +q -q Q=CV 소리펄스발생 +q -q +q -q +q -q +q -q 충전 방전 주기적 펄스파 소리펄스 연속발생
3. 정전형 트랜스듀서 원리 소리(진동) 측정 미리 충전되어 있는 진동판 전극이 진동할 때 정전용량(capacitance)이 변하는 성질이용 수축되면 정전용량 증가 ► 전극 양단간의 전압 감소 팽창되면 정전용량 감소 ► 전극 양단간의 전압 증가 진동전극 수축 d 감소 ► C 증가 C 증가 ► V 감소 +q -q +q -q +q -q 소리입력 +q -q +q -q 상수 V 전압펄스 출력
4. 정전형 트랜스듀서를 이용한 물체 위치 측정 위치 측정 원리 소리를 발생시켜 물체에서 반사되어 되돌아 오는 반사파의 시간을 측정하여 거리계산 한 개의 트랜스듀서로 발신, 수신 모드 동시 사용 발신 소리펄스 발신 부 트리거 부 수신 부 반사 소리펄스 시작신호 멈춤신호 정전형 트랜스듀서 카운터 부 Cp (클럭펄스) T T 수신 신호 발생 신호 전압 시간 트리거 신호
4. 정전형 트랜스듀서를 이용한 물체 위치 측정 위치측정 한계범위 측정불가능 경우: T 수신 신호 측정가능 범위 Tp 발생 신호 전압 시간 Tt 트리거 신호
4. 정전형 트랜스듀서를 이용한 물체 위치 측정 과제 8에서 사용하는 운동 센서 49 kHz 주파수(초음파)의 16개 펄스 발생 트리거 주기=1/샘플링 레이트 샘플링 레이트: 1 Hz ~ 50 Hz 초기 세팅 샘플링 레이트 : 10 Hz 측정범위 10 Hz 샘플링 레이트 경우 15 cm~ 8 m 50 Hz 샘플링 레이트 경우 15 cm~ 4 m
5. 시범실험 모션센서를 이용하여 걷는 사람의 위치, 속도, 가속도 측정