[스마트팜 심층 정보 ④] 관성 항법과 자이로스코프

관성 센서는 자이로스코프와 가속도계의 두 가지 유형으로 구성된다.

관성 항법에서 자이로스코프 및 가속도계를 결합하여 자세, 속도 및 위치를 포함한 차량의 항법 매개변수를 추정할 수 있다. INS의 원리는 비교적 간단하지만 자이로스코프와 가속도계의 고유 오차는 차량의 위치설정 오류를 야기한다. 더 긴 수중 탐색을 위해 관성 센서의 제한된 정확도는 INS의 성능을 향상시키는 주요 제약조건이 되었다.

AUV의 통합 항법에는 링 레이저 자이로스코프(RLG)와 광섬유 자이로스코프(FOG), 마이크로 전자기계시스템(MEMS) 자이로스코프 등의 광학 자이로스코프가 널리 사용된다. RLG와 FOG는 모두 Sagnac 효과에 기초한다.

RLG의 레이저 빔은 서로 다른 방향으로 일련의 거울을 통과한다. 각 속도는 거울을 통과한 레이저의 위상 변화에 의해 결정된다. RLG와 비교하여 FOG의 레이저 빔은 거울을 사용하는 폐쇄 경로가 아니라 광섬유를 중심으로 전파된다. 기계식 자이로에 비해 광학 자이로스코프는 움직이는 부품이 없어 몇 초 안에 시동할 수 있다.

광학 자이로스코프는 비교적 정확한 각율을 얻을 수 있다. 광전송 경로의 길이는 광학 자이로스코프의 정확도를 결정하는 데 있어 중요한 변수로서, 일반적으로 정확도는 길이에 비례한다. 일반적으로 RLG와 FOG는 시간당 약 0.1-10°의 각도 드리프트 속도를 가지고 있다[14].

MEMS 자이로스코프는 코리올리스 효과를 이용한다. 자이로스코프 회전은 자이로의 각도 비율을 결정하는 부유 진동 질량에 수직 코리올리스 힘을 생성한다.

현재 MEMS 자이로스코프는 광학 자이로스코프보다 정확성이 떨어지지만 실리콘 마이크로 기계 기술을 사용하여 제작된 MEMS 자이로스코프는 크기가 작고 전력 소비량이 낮으며 상대적으로 제조 비용이 저렴하다.



김미정 기자 liz4435@hanmail.net