드론의 센서 : 기압 센서 (Barometer)
STUDY
기압 센서는 공기의 압력을 측정하는 센서입니다. 지구를 둘러싼 대기는 지구 중력에 끌려 있기 때문에 지표면에 가까이 갈수록 대기가 조밀해지고 위로 지표면에서 멀어질수록 희박해집니다. 대기는 누르는 힘을 가지고 있기 때문에 희박해지면 누르는 힘도 약해집니다. 이 누르는 힘을 측정할 수 있으면 반대로 얼마나 높이 올라와 있는지 알 수 있습니다. 이 기압 센서를 이용하여 고도를 측정하면 이 측정값을 근거로 멀티 콥터의 고도를 유지하도록 제어할 수 있습니다.
FC SPRacing F3 Evo에 붙어 있는 기압 센서 from http://seriouslypro.com/spracingf3evo
멀티콥터에서는 앞서 설명한 MEMS 기술을 이용한 센서가 사용됩니다. 기압을 받을 수 있는 막(Diaphram)에 힘을 받으면 전압이 발생하는 피에조 소자로 연결하여 그 변화를 감지하는 방식입니다.
피에조 효과 (Piezo Effect)
압전기 효과라고도 부릅니다. 수정 (Quartz)나 전기석 (Tourmaline)은 압력을 가하면 내부에 배열된 (+) 이온과 (-) 이온에 배열 위치가 한쪽으로 치우치면서 전자가 유도되는 현상입니다. 반대로 전압을 인가하면 소재가 늘어나거나 압축되기도 하는데 이것을 역전기 효과 (Converse Piezoelectric Effect)라고 합니다. 소형 이어폰이나 센서 등에 많이 사용됩니다.
하지만 공기의 압력은 온도에 영향을 많이 받기 때문에 센서에서 측정된 값은 온도와 비교하여 정확한 압력을 계산합니다. ISA (International Standard Atmoshpere) 모델을 이용하는데 고도가 1km가 올라가면 섭씨 -6.5도 떨어지는 것을 가정합니다.
고도가 올라갈수록 압력이 낮아집니다. from https://en.wikipedia.org/wiki/International_Standard_Atmosphere
기압 센서 케이스에 작은 구멍은 이 외부 기압을 받기 위한 구멍입니다. 드론을 제작할 때 이 구멍이 막히지 않도록 주의해야 합니다. 또한 기압 센서가 프로펠러 등에 의해 발생하는 강한 공기에 노출되거나 직사광선에 바로 노출되면 측정값에 이상이 발생할 수 있습니다. 그래서 기압 센서로 고도가 제어되는 초소형 완구형 드론은 실내에서 비행할 때 문을 열거나 닫을 때 생기는 기압에 영향으로 고도가 오르내리기도 합니다.
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