분야
hwp2. 이론
3. 실험장치
4. 실험방법
5. 결과
6. 고찰
7. 결론
8. 부록
가속도는 속도의 시간 변화량으로서 가속도를 측정함으로써 운동을 하고 있는 물체의 속도의 변화나 위치의 변화를 알아내는데 유용하게 사용된다. 가속도를 측정하여 시간에 따라 적분하면 속도가 계산되며 이를 다시 시간에 따라 적분하면 위치 변화를 알아내도록 하자
이론
▷▶ 가속도 센서
가속도, 진동, 충격 등의 동적 힘을 감지하는 가속도 센서는 물체의 운동상태를 순시적으로 감지할 수 있으므로, 자동차, 기차, 선박, 비행기 등 각종 수송수단, 공장자동화 및 로봇 등의 제어시스템에 있어서 필수적인 소자이며, 그 활용 분야는 대단히 넓다. 검출 방식으로 크게 분류하면, 관성식, 자이로식, 실리콘반도체식이 있다. 여기서는 각각의 방식이 대표적인 가속도 센서에 대하여 설명한다.
1. 관성식
정지계를 기준으로 한 이른바 관성가속도를 측정하는 형식이며, 이에는 질량에 작용하는 가속도에 의한 반력, 즉 관성력을 이용한다.
a) 진자형 : 아래 그림과 같이 마찰이 적은 피벗 베어링으로 진자를 지지한다. 화살표 방향에 가속도 α 가 가해지면, 진자는 반대 방향으로 변위한다. 이 변위를 측정하여 가속도를 구한다.
b) 진동형 : 그림과 같이 질량 m 을 양측에서 현으로 지지하고 현의 진동수 f1, f2 의 차를 검출한다. 가속도 α 가 한 방향으로 가해지면 현의 장력에 차가 생겨, 그 주파수 차이로 가속도를 구한다.
2. 자이로식
자이로란 관성계에 작용하는 각속도를 감지하는 것이다. 자이로를 구성하는 중요한 요소에 코리올리의 힘이 있다. 관계식은 다음과 같다.
F=mr(ω+Ω)²=mrω²+2mrΩ+mγΩ²
여기서 v=rω 이고, 평판을 기준으로 한 m 의 회전속도이다. 식의 제 1항은 평판을 기준으로 한 좌표에서 측정한 경우의 원심력이고, 제 2항은 m의 회전 w 와 평판의 회전 Ω의 벡터곱의 힘이며, 그것은 v 와 Ω 에 직각 방향의 힘이고 이것이 이른바 코리올리의 힘이다. 즉, 평판이 정지하고 있는 것을 기준으로 측정하면, m 에는 원심력 mrω²과 코리올리의 힘 2mγΩ 및 제 3항의 mγω² 이 작용하는 것이 된다. 이 코이올리의 힘은 ω=0 일때 0 이되고 Ω 의 측정은 제 3항을 검출하는 것이 된다. 보통 Ω은 작으므로 그 힘도 작다. 그러나 ω≠으로써 ω>>Ω 인 각속도로 회전시켜 두면 2mrωΩ라는 비교적 큰 힘을 검출하여 Ω를 측정할 수 있다. 이상과 같이 코이올리의 힘을 이용함으로써 Ω 를 검출할 수 있다.
