가속도계 vs 자이로스코프: 핵심 차이점 및 올바른 센서 선택법

모션 센서는 움직임을 감지하고 측정하는 기술 세계에서 폭풍처럼 중요한 역할을 합니다. 센서에는 마이크로전자기계시스템(MEMS)을 통해 작동하는 가속도계와 자이로스코프가 포함됩니다.

좋은 소식은 시장에서 수많은 센서를 찾을 수 있다는 것입니다. 그러나 최적의 장치를 선택하기 어려울 수 있어 오늘 가속도계와 자이로스코프의 차이점을 논의하겠습니다.

자이로스코프 (Gyroscope)

(자이로스코프)

정의

자이로스코프 센서는 지구 중력의 도움으로 방향이나 회전 변화를 결정하는 소형 장치입니다. 주요 원리는 각운동량 보존입니다.

MEMS, 전자식, 기계식 자이로스코프 등 여러 종류가 있습니다.

작동 원리

자이로스코프 구조는 로터, 짐벌(로터를 둘러싼 세 개의 링), 자이로스코프 프레임, 스핀 축으로 구성됩니다.

가속도계 vs 자이로스코프: 핵심 차이점 및 올바른 센서 선택법

자이로스코프의 구성 요소

일반적으로 자이로스코프는 세차 효과를 통해 작동합니다. 스핀 축을 회전시키면 중력을 거스르게 됩니다. 즉, 중력의 힘으로 넘어지는 대신 순간적으로 옆으로 조정됩니다.

응용 분야

MEMS 자이로스코프를 통한 가전제품(하이엔드 및 미드레인지 안드로이드 폰)
관성 측정 장치(IMU)를 통한 관성 유도 시스템
선박, 오토바이, 차량의 안정성
우주 정거장

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(궤도 우주 정거장)

항공기

가속도계 (Accelerometer)

정의

가속도계는 비중력 가속도를 감지하고 측정하는 전자기계 장치입니다. 즉, 시간에 따른 움직임으로 인한 진동에 반응합니다.

가속도계 vs 자이로스코프: 핵심 차이점 및 올바른 센서 선택법

PCB 가속도계

일반적으로 방향 결정, 진동, 속도, 위치 감지에 사용됩니다.

작동 원리

가속도계는 두 가지 뚜렷한 작동 원리를 가집니다: 정전 용량 변화와 압전 효과.

정전 용량 변화

첫 번째 방법은 공식을 사용해 가속도를 찾습니다. 힘 = 질량 × 가속도. 따라서 가속도는 물체의 현재 힘/질량이 됩니다.

작동 단계

두 개의 정전 용량 플레이트가 있습니다.
물체의 질량이 한 정전 용량 플레이트를 눌러 정전 용량 변화를 일으킵니다. 이렇게 힘도 측정합니다.
알려진 질량과 힘의 값으로 가속도를 측정합니다.

압전 효과

단계

가속도계는 미세한 결정 구조를 포함해 압착 시 전압을 생성하므로 진동 시 전압을 생성합니다.
생성된 전압으로 현재 가속도량을 읽습니다.

응용 분야

키넥트, Wii 등 모션 센싱이 필요한 애플리케이션/게임
피트니스 웨어러블 또는 트래커

가속도계 vs 자이로스코프: 핵심 차이점 및 올바른 센서 선택법

(착용형 무선 신체 영역 네트워크)

의료 기기(인공 신체 부위 등)
낙하 감지
지진 감지
기울기 감지(아이폰에서 세로/가로 모드 감지 등)
축 기반 감지를 통한 모바일 기기의 지도/나침반 애플리케이션(안드로이드, 아이폰 등)

자이로스코프와 가속도계의 차이점

아래 비교표는 가속도계와 자이로스코프의 차이점을 보여줍니다.

가속도계 vs 자이로스코프: 핵심 차이점 및 올바른 센서 선택법

가속도계 vs 자이로스코프 선택 방법

가속도계나 자이로스코프 선택 시 구매 전 고려해야 할 여러 기준이 있습니다. 또한 선택은 종종 현재 프로젝트와 그 요구사항에 따라 달라집니다.

이제 필요한 광범위한 요소들을 살펴보겠습니다.

가속도계 선택 시 고려사항

범위 (Range)

고정밀 가속도 측정을 원한다면 범위가 높은 가속도계를 선택하세요. 바람직하게는 2G 이상. 측정 가능한 최고 가속도는 약 5000G에 달할 수 있습니다.

인터페이스 (Interface)

아날로그 및 디지털 회로로 가속도계 연결이 가능하지만, 디지털 인터페이스를 사용하는 것이 최선입니다. 인터페이스 예시: I2C나 SPI 같은 직렬 인터페이스, PWM 인터페이스, 아날로그-디지털 컨버터 인터페이스. 라즈베리 파이나 아두이노 같은 보드와도 인터페이스 가능합니다.