본 연구에서는 실리콘 가속도계의 플랙셔 강성 추정을 위한 새로운 방식을 제안한다. 실리콘 가속도계는 고성능 관성항법장치에 주로 사용되며, 가속도계의 바어어스 오차는 관성항법장치의 주요 오 차 요소이다. 가속도계의 전기적 영점과 기구적 영점이 일치하지 않아 플랙셔 강성에 의해 바이어스 오차가 발생한다. 플랙셔 강성은 진동, 충격 환경에서 가속도계를 보호하기 위해 필수적이고, 플랙 셔 강성을 측정하기 위해서는 롯트의 샘플을 파괴하여야 하는데, 롯트의 플랙셔 강성이 서로 일치하지는 않는다. 가속도계 펜듈럼 영점을 폐루프 제어하기 위해 펜듈럼 영점 이격에 비례하는 정전기 력 차이를 이용한다. 이를 위해 실리콘 펜듈럼에 여기신호를 인가하고, 두개의 마그넷 조립체에서 검출 및 복조한다. 여기서 여기되는 전압에 의한 정전기력은 플랙셔 강성에 의해 발생하는 힘과 반대 방향이다. 실리콘 가속도계의 주파수 입력 특성 단자에 DC 전압을 인가하는 시험 방법이 고안되고, 시험결과가 도시되었으며, 플랙셔의 강성 추정이 가능함을 제시하였다.

A Study on Estimation of Flexure Stiffness Using Electrostatic Force of Silicon Accelerometer

Youn-Seon Lee*, Doo-Young Kang, Min-Sik Kang

We present a new method of estimation of flexure stiffness (spring constant) of silicon accelerometer. Silicon accelerometer is used in higher grade Inertial Navigation System (INS). Accelerometer bias error is important at higher grade INS. Accelerometer’s electrical null is not coincided with Accelerometer’s mechanical null. This discordance and flexure stiffness make Accelerometer bias error. Flexure stiffness is essential to protect an accelerometer from environmental vibration and shock. Flexure stiffness is important parameter of accelerometer. Unfortunately, we have to broke a sample flexure of a lot to measure flexure stiffness. But sample flexure stiffness is not coincided with an another. Silicon accelerometer has closed loop to maintain pendulum null using electrostatic charge difference with proportion to pendulum null shift. Modulation voltage is applied at silicon pendulum, and pick-off signals of magnet assembly are subtracted, then electrostatic charge difference is detected by demodulation of subtracted signal. We pay attention that modulation voltage has electrostatic force. Direction of electrostatic force by modulation voltage is different from direction of force inducing by flexure stiffness. Test procedure is advised that test DC voltage is applied at frequency scan input (or built in test) pin of silicon accelerometer. Sample silicon accelerometer’s test result is presented, we can estimate flexure stiffness of silicon accelerometer.

Keywords: accelerometer, bias, flexure stiffness

Speaker 이윤선* 국방과학연구소