JP2000503756A - 2-axis navigation grade micro-machined rotation sensor system - Google Patents

2-axis navigation grade micro-machined rotation sensor system

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JP2000503756A JP8-506629A JP50662996A JP2000503756A JP 2000503756 A JP2000503756 A JP 2000503756A JP 50662996 A JP50662996 A JP 50662996A JP 2000503756 A JP2000503756 A JP 2000503756A
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Abstract

(57)【要約】 ディジタルデルタシータ出力信号を与える2軸閉ループ角速度センサ。駆動部材は1対の対向する平坦な表面を備える単一のシリコンウエハから形成される。駆動部材はフレームと、フレームに接続される駆動部材中央部分とを含み、駆動部材中央部分はシリコンウエハの平坦な表面に垂直な軸に関しフレームと中央部分との間に回転のコンプライアンスが生じるように配置される。駆動信号が中央部分の複数の電極に与えられ、シリコンウエハの平坦な表面に垂直な駆動軸に関する駆動部材中央部分の回転振動を生じさせる。シリコン検出部材が駆動部材に接続される。検出部材は駆動部材中央部分に接続される中央サポート部材を備え、駆動部材中央部分の回転振動が検出部材中央部分に伝達される。検出部分は検出部材中央サポート部材に接続されて駆動軸に関して振動し、駆動軸に垂直な軸に関する入力回転速度が検出部分の面外振動を生じさせる。信号処理装置は、検出部分の面外振動の振幅の関数として入力回転速度を示す信号を発生するために検出部分に接続される。 (57) [Summary] A two-axis closed loop angular velocity sensor that provides a digital delta theta output signal. The drive member is formed from a single silicon wafer with a pair of opposing flat surfaces. The drive member includes a frame and a drive member center portion connected to the frame such that the drive member center portion provides rotational compliance between the frame and the center portion with respect to an axis perpendicular to the flat surface of the silicon wafer. Be placed. A drive signal is applied to the plurality of electrodes in the central portion, causing rotational vibration of the central portion of the drive member with respect to a drive axis perpendicular to the flat surface of the silicon wafer. A silicon detection member is connected to the drive member. The detection member includes a central support member connected to the drive member central portion, and rotational vibration of the drive member central portion is transmitted to the detection member central portion. The sensing portion is connected to the sensing member central support member and oscillates about the drive shaft, and the input rotational speed about an axis perpendicular to the drive shaft causes out-of-plane oscillation of the sensing portion. A signal processor is connected to the sensing portion for generating a signal indicative of the input rotational speed as a function of the amplitude of the out-of-plane vibration of the sensing portion.

Description

【発明の詳細な説明】 2軸のナビゲーショングレードの ミクロ機械加工回転センサシステム 発明の背景 本発明は包括的にナビゲーションなどの応用例において使用するための回転セ ンサに関する。本発明は具体的には、再突入飛翔体などの加速度および振動が大 きな環境で動作する際でも非常に正確性の高い回転センサシステムに関する。本 発明はより具体的には、2つの直交する検出軸に関する回転速度を測定するため のコリオリ加速度センサを含むシリコンチップに基づいた回転センサシステムに 関する。 既知のミクロ機械加工されたコリオリ回転センサシステムのバイアス再現性は 10゜ないし1000゜/時間の範囲である。この概念の分析によれば、このシ ステムの性能が3ないし5オーダ向上し非常に正確なナビゲーショングレード装 置が生み出され、一方では本発明の回転センサシステムに対し設定されているコ ストが低くかつ信頼性が高いという目的を達成することは確実性がないように思 われる。 発明の概要 本発明に従う回転センサの設計は、共振ロータジャイロの多数の性能上の利点 を含み入れる一方で、ミクロ機械加工の低コストおよび信頼性という利点を利用 するものである。実際回転センサは、「ロータ(回転子)」が「スピン軸」に関 し一定に回転するのではなくスピン軸に関して角 度的に振動するということを除き、2軸チューンドロータジャイロスコープとし てみることができる。角運動量ベクトルは一定のままではなく正弦状に振動する 。ロータは、スピン速度でではなく振動周波数でその出力軸に関し共振するよう に同調された慣性同調検出素子である。 回転センサは、ディジタルデルタシータ出力信号を与える2軸閉ループ角速度 センサである。本発明に従うマイクロ慣性回転センサは、揚抗比が高い再突入飛 翔体および超音速の補助的軍需品に関連する加速度および振動が大きな環境で動 作する一方で、1nm/時間のナビゲーションシステムをサポートするように設 計されている。本発明に従う回転センサは、少なくとも1つの固体のミクロ機械 加工された検出素子を含む。本発明はまた、小型、軽量、低コスト、低電力であ り、信頼性が高く、かつ商用および軍用双方の応用例において使用されるように 設計されている。 本発明に従う回転センサは、ベースと、ベースに装着され、対向する1対の平 坦な表面を有する1つのシリコンウェハからなる駆動部材とを含む。駆動部材は フレームとフレームに接続される駆動部材中央部分とを含み、駆動部材中央部分 はシリコンウェハの平坦な表面に垂直な軸に関しフレームと中央部分との間で回 転のコンプライアンスを有するように配置される。駆動部材はさらに、中央部分 の少なくとも一方側に形成される複数の電極と、駆動信号を複数の電極に与える ための駆動装置とを含む。電極は、駆動 信号によりシリコンウェハの平坦な表面に垂直な駆動軸に関し駆動部材中央部分 の回転振動が生じるように配置される。 本発明に従う回転センサはさらにシリコン検出部材を含み、シリコン検出部材 は検出部材中央サポート部材を含み、検出部材中央サポート部材は駆動部材中央 部分の回転振動が検出部材中央部分に伝達されるように駆動部材中央部分に接続 される。検出部分が検出部材中央サポート部材に接続され、検出部分が駆動軸に 関して振動すること、および駆動軸に垂直な軸に関する入力回転速度により検出 部分の面外振動が発生することが可能になる。信号処理装置が、入力回転速度を 検出部分の面外振動の周波数の関数として示す信号を発生するために検出部分に 接続される。 好ましくは本発明に従う回転センサはさらに、フレームと駆動部材中央部分と の間に接続された複数のフレクシャビームを含む。 好ましくは本発明に従う回転センサはさらに、複数の一般に平坦な板ばねを含 み、板ばねは、検出部分における面外振動が板はね部材の面に垂直となるように 検出部材中央サポート部材と検出部分との間に接続される。好ましくは、容量性 ピックオフが、検出部分の面外振動が容量性ピックオフにおいて容量の変化をも たらすように検出部分に形成される。 好ましくは本発明に従う回転センサはさらに、ベースと 駆動部材のフレームとの間に接続される複数のベースマウントを含む。各ベース マウントは好ましくは、回転センサにおける単一の機械的共振周波数発生および 外部振動入力減衰のための減衰コンプライアント素子を含むように形成される。 信号処理装置は、容量性ピックオフに接続され入力回転速度を示す信号を受取 るように配置される第1の加算回路を含んでもよい。第1の変調回路が第1の加 算装置に接続され、入力回転速度信号を駆動信号周波数の余弦を示す信号で変調 するために配置されてもよい。第2の変調回路が、四分円動的誤差を駆動信号周 波数の正弦を示す信号で変調するために配置されてもよい。第2の加算回路が接 続され、第1および第2の変調回路からの信号出力を加算し、駆動部材にフィー ドバック信号を与えてもよい。第1の復調器回路が、センサ素子応答信号を駆動 周波数の余弦で復調するために容量性ピックオフに接続されてもよい。第1の補 償回路が接続されて第1の復調器回路から出力された信号を受取り、第2の復調 器回路がセンサ素子応答信号を駆動周波数の正弦で復調するために容量性ピック オフに接続されてもよい。第2の補償回路が接続されて第2の復調器回路からの 信号出力を受取ってもよい。第1のトルキング変調器回路が第1の補償回路に接 続され、第2のトルキング変調器回路が第2の補償回路に接続されてもよい。信 号処理装置はさらに、第1および第2のトルキング変調器回路 から出力された信号を加算するための第3の加算回路を含んでもよく、第3の加 算回路は駆動部材の複数の電極に入力されるフィードバック信号を発生する。 本発明に従う2軸回転センサはまた、向かい合う関係でともに装着される1対 の同一の駆動部材/検出部分の組合せを含んでもよい。各駆動部材および検出部 分は上記の態様で形成される。駆動信号により検出部分は反対方向に振動する。 好ましくは信号処理装置は、第1の容量性ピックオフを含み、第1の容量性ピ ックオフは第1の検出部分の面外振動が第1の容量性ピックオフにおける容量の 変化を生じさせるように検出部分に形成され、信号処理装置はさらに第2の容量 性ピックオフを含み、第2の容量性ピックオフは第2の検出部分の面外振動が第 2の容量性ピックオフにおいて容量の変化を発生させるように検出部分に形成さ れる。信号処理装置はさらに、第1の検出部分に接続されそこから出力された回 転応答信号を増幅する第1の増幅器と、第2の検出部分に接続されそこから出力 される回転応答信号を増幅する第2の増幅器とを含む。第1の加算回路が第1お よび第2の増幅器に接続され、増幅された回転信号の総和を示す和信号を発生す るように配置される。第2の加算回路が第1および第2の増幅器に接続され、増 幅された回転信号の差を示す差信号を発生するように配置される。変調回路が、 和および差信号の同相および直角位相変調のた めに第1および第2の加算回路に接続される。サーボ補償回路が変調回路に接続 され、そこから同相および直角位相変調された和および差信号を受取り、第1の 軸に関する入力回転のための測定された速度信号を発生する。同相および直角位 相トルク変調および加算回路がサーボ補償回路に接続されてそこからの信号を受 取る。発振器サーボが、自動利得制御を与えるために、同相および直角位相トル ク変調および加算回路、ならびに同相および直角位相復調回路に接続される。第 3の加算回路が同相および直角位相トルク変調および加算回路にそこからの変調 された信号を受取るために接続される。 本発明の目的の理解、ならびにその構造および動作方法のより完璧な理解は、 以下の好ましい実施例の説明について考察し、添付の図面を参照することにより もたらされるであろう。 図面の簡単な説明 図1Aは本発明に従う固体2軸回転センサの分解斜視図である。 図1Bは、図1Aの回転センサに含まれ得る速度検出素子の斜視図である。 図2は、図1の装置に含まれ得る駆動部材の一部の斜視図である。 図3は図2の装置に含まれ得るフレクシャビームの断面図である。 図4は図1の装置に含まれ得る駆動部材、センサピックオフおよびトルキング 電極の下面平面図である。 図5は図1および4の駆動部材の上面平面図である。 図6は、図1の装置に含まれ得る容量性信号ピックオフを含む回転センサアセ ンブリの図4の線6−6に沿う断面図である。 図7は図6の装置のためのバイアスおよび電気信号ピックオフを概略的に示す 。 図8は各軸に対し独立してキャプチャリングされる各検出素子を備えるコリオ リ回転センサから出力された信号を処理するための回路を示す。 図9は図8の回路のさらなる特徴を示すブロック図である。 図10は、コリオリ回転センサから出力される信号を処理するための回路の一 般化されたブロック図であり、検出素子はどちらも各軸に対する1つのキャプチ ュアループで組合されている。 好ましい実施例の説明 図1Aを参照して、本発明に従う回転センサ20は、下部カバー23と好まし くは下部カバー23と実質的に同一である上部カバー(図示せず)とを備えるベ ース22を含む。ベース22の断面は一般には矩形である。ベース22はコーナ ー28−31でそれぞれベース22の内側に装着されたベースマウント24−2 7を含む。 回転センサ20は好ましくは同一である1対の速度検出部材34および36を 含む。速度検出部材34および36の各々は好ましくは、ミクロ機械加工処理に よって単一シリコン結晶から形成される。回転センサ20はさらに、同一であり かつ各々が単一シリコン結晶から形成される1対の駆動部材38および40を含 む。 図1Aは速度検出部材34および36それぞれの対向面42および44を示す 。図1に示されるように、回転センサ20を組立てるときには速度検出部材34 の表面42は駆動部材38の下面に結合される。同様に、速度検出部材36の下 面は駆動部材40に結合される。 駆動部材38は図示の便宜上一般に矩形として示される周辺フレーム50を含 む。フレーム50はその他の形状であってもよい。図2を参照して、駆動部材3 8の上面54の中央部分52はフレーム50よりも薄い。図1および2を参照し て、中央部分52はフレクシャビーム60−63によりフレーム50に接続され るサイドエッジ55−58を有する。フレクシャビーム60−63は好ましくは サイドエッジ55−58の中央部からフレーム50へと延在する。図2では、駆 動部材38の一部は省略されており、中央部分52およびフレクシャビーム60 −63がより明確に示されている。図3はシリコン結晶をエッチングすることに より形成されるフレクシャビーム60の断面を示す。好ましくは、図1−3およ び6で示されるようにフレクシ ャビーム60−63は同一であり垂直面における曲げへの抵抗が大きい。フレク シャビーム60−63は水平の面における曲げに対する抵抗は小さいため、中央 部分52はその幾何学的中心を通る垂直軸に関し小さな振幅の回転運動で振動し 得る。 図1Aおよび5を参照して、駆動部材38を形成する結晶の一部の適切なドー ピングにより、4つのグループの電極アセンブリ70−73が駆動部材38に形 成される。電極アセンブリはフレクシャビーム60−63間で中央部分52に接 続される。図5を参照して、たとえば電極アセンブリ70の網状の陰影をつけた 部分は別個の電極80−88を示している。電極80−88は、同一の駆動部材 40内では対応する電極が互いに角度的に変位するように、電極アセンブリ70 のコーナー90に関して位置決めされる。 対応する電極間の変位は、同一の駆動部材40を裏返し、電極アセンブリが向 かい合うように配置したときに生じる。2つの駆動部材38および40における 電極の角変位により、電極は与えられた周波数の2倍の周波数で振動の態様で互 いに反発し、駆動部材の電極および対応する中央部分の反対方向の回転振動が生 じる。電気信号ソースが2つの駆動部材に接続されて電極に駆動信号を与える。 好ましくは、駆動信号は共振周波数で各駆動部材を駆動する。好ましくは駆動部 材38および40の共振周波数は同一であり一般には約5kHzである。 2つの中央の駆動部材38および40はともに逆回転捩じれ共振機械的発振器 を形成する。2つの外側の速度検出部材34および36はともに、2軸同調慣性 速度検出素子を形成する。 図1A、1Bおよび6を参照して、駆動部材38の中央部分52の厚みはフレ ーム50の厚みよりも小さい。駆動部材40の中央部分150はまたそのフレー ム100よりも薄い。中央部分とフレームとの厚みの違いにより、駆動部材38 のフレーム50と駆動部材40のフレーム100とを結合したときに中央部分間 に小さな空隙が生じる。 図1A、1Bおよび6を参照して、速度検出部材34および36はそれぞれ検 出素子110および112を備える。速度検出部材34は中央部分120と、中 央部分120から検出素子110へと延在する複数のコンプライアント板ばね1 22−125を含む。同様に、速度検出部材36は中央部分121から検出素子 112へと延在する板ばね130−133を含む。検出素子112は好ましくは 、一般的に矩形の中央の空き113を有する概して薄い矩形構造として形成され る。図1Bおよび6で示されるように、中央部分121は検出素子112よりも 厚みが大きく、検出素子112は板ばね130−133よりも厚みが大きい。 図6は、駆動部材38および40を結合し次に速度検出部材34および36を それぞれ駆動部材38および40の後面の中央部分に結合した結果としての構造 を示す。速度 検出部材34および36の最も厚みの大きな中央部分120および121のみが それぞれ対応する駆動部材38および40に結合される。このようにして板ばね 121−125および130−133は、図1Aおよび1Bで示されるようにZ 軸に沿い、かつ図6で示されるようにこの紙面で小さな振幅で自由に振動する。 図1および6を参照して、駆動部材38および40ならびに速度検出部材34 および36は結合された後にベース22に配置され、駆動部材38および40の コーナーがベースマウント24−27に接触する。好ましくは、ベースマウント 24−27は各々、機械的発振器サポートベース22と駆動部材38のフレーム 50との間で減衰コンプライアント素子を含むように形成される。このコンプラ イアント素子は、逆回転機械的発振器が1つの共振周波数を有することを確実と するために必要である。コンプライアント素子はまた外部振動入力を減衰すると いうさらなる利点をもたらす。 回転センサ20が完全に組立られ、駆動電圧が双方の駆動部材38および40 の電極アセンブリに与えられると、回転センサ20は図1AのXおよびYで示さ れた面内の軸に関する回転の検出に使用できる。XまたはY軸に関する回転入力 によって、速度検出素子110および112において面外振動が発生する。この 面外振動は、面における軸に関する物体の回転により面において振動する物体で 発生 する面外のコリオリ力により生じるものである。板ばね122−125および1 30−133により、入力回転に応答し面内の軸に関する適量の面外振動が生じ る。好ましくは、2つの速度検出部材34および36は実質的に等しいX軸共振 周波数を有する。同様に、好ましくは、速度検出部材34および36のY軸共振 周波数は同じである。これら共振周波数は好ましくは駆動部材の振動周波数と等 しい。 XまたはY軸いずれかに関する入力回転速度により生じる面外振動は、駆動部 材38および40と対応する速度検出部材34および36との間の相対的変位を 変化させる。この変化する変位は容量における変化として考えることができ、以 下で説明される容量性ピックオフがもたらされる。 図1Aおよび6において、駆動部材40の中央部分は参照番号150で示され る。駆動部材40はまた、駆動部材38のフレクシャビーム61および63にそ れぞれ対応するフレクシャビーム152および154を有するものとして示され る。 図7は概略的に容量性信号ピックオフを示す。発振器160は速度検出部材3 4および36に基準励振信号を与える。基準励振の電圧は約10ボルトであり、 周波数は約250kHzである。キャパシタ162および164が駆動部材38 と速度検出部材34との間に形成される。キャパシタ166および168は駆動 部材40と速度検出部材36との間に形成される。約+10ボルトの駆動電圧が キャ パシタ162および166に与えられる。約−10ボルトの駆動電圧がキャパシ タ164および168に与えられる。電気リード線170−173は回転速度を 示す振動性信号を以下で述べる信号処理回路に運ぶ。 図8を参照して、信号処理は基本的な形式として、速度検出部材34および3 6双方についてのXおよびY軸に関する回転速度を示す信号からなるセンサ入力 を受取る。センサ入力はそれぞれ第1および第2のX軸センサキャプチュアルー プ回路200および202に、かつそれぞれ第1および第2のY軸センサキャプ チュアループ回路204および206に与えられる。第1および第2のX軸セン サキャプチュアループ回路200および202の出力はそれぞれ加算器208に 入力される。同様に、第1および第2のY軸センサキャプチュアループ回路20 4および206の出力はそれぞれ加算器210に入力される。加算器208およ び210は量子化器212にXおよびY軸回転信号を与える。 センサ回路200−206は同一でもよい。4つのセンサ回路200−206 各々についての構造が図9に示される。角速度入力信号および同位相動的誤差を 示す信号が加算器220で組合される。加算器220の出力は周波数ωD で逆回 転駆動振動からのコリオリ発生力により動的に変調される入力を表わす。この同 位相信号は任意的に駆動信号の余弦関数として示すことができる。四分円動的誤 差を 示す信号は駆動信号の正弦関数として特徴づけることができる。ブロック222 および224は振動周波数での入力速度信号の動的変調を表わす。ブロック22 2および224からの信号の総和は加算器226によって示される。 加算器226の出力は角速度入力へのセンサ素子応答を示すブロック228に よって示される回路に入力される。ブロック228の出力は増幅器230により 増幅される。増幅器230は信号をcosωD tおよびsinωD tでそれぞれ 復調する1対の復調器232および236への出力をもたらす。復調器232お よび233の出力はそれぞれ対応するサーボ補償回路234および233に入力 される。サーボ補償回路234の信号出力は図8の適切な加算器208または2 10に送られる角速度信号である。サーボ補償回路234および236からの信 号出力はまた、入力された信号をそれぞれcosωD tおよびsinωD tで変 調するトルキング変調器回路238および240に入力される。トルキング変調 器回路238および240から出力された信号は加算器242に入力される。加 算器242の出力は検出素子トルキング電極227a−227dに与えられ、加 算器226を通して検出素子にフィードバックトルクを与える。 図10は、双方の検出素子からの信号が1つのキャプチュアループで組合され る信号処理回路を示す。Xブロック252へのX速度入力信号は、駆動周波数ωD でコリオリ 力によって変調される。ブロック252の出力はトルキング加算器250への入 力として示される。ピックオフ回路254および256は周波数ωD で第1およ び第2の速度検出部材34および36の振幅応答を発生する。増幅器260およ び262はそれぞれ回路254および256から出力された信号を増幅する。加 算器264は回路254および256から出力された信号の総和を示す信号を発 生し、加算器266は回路254および256から出力された信号の差を示す信 号を発生する。和および差信号は次に、同位相および直角復調を行なう復調器2 70に入力される。復調器270の出力はサーボ補償回路272に入力され、X 軸に関する測定された回転速度がもたらされる。 駆動部材のサーボ発振器274からの信号は、復調器270と、同位相および 直角トルク変調および加算をもたらす変調および加算回路276とに接続される 。変調および加算回路276はサーボ補償回路272から信号を受取り、加算器 250にフィードバックトルキング信号を与える。 図10の回路は、X軸について上述した構成要素と同一の構成要素を有するY 軸についての第2の部分280を含む。図10では、双方の部材からの信号につ いては、フィードバックトルクが与えられる前に総和および差分がとられる。こ の方策により、出力軸同調のQが向上する。各検出部材が独立してキャプチャリ ングされるならば、各部材に対する反作用トルクの釣り合いが互いにとれている 逆振 動モードでフィードバックトルクを位相同期させないことにより、Qは減衰する であろう。各部材が独立してキャプチャリングされるならばベースマウントでエ ネルギが浪費されるであろう。センサの偏向を完全にキャプチャリングするため には、和および差信号だけでなく、同位相および直角信号をともに0にしなけれ ばならない。速度を表わす信号は、差分をとられた信号の同位相成分である。他 のフィードバックトルクは、望ましくないクロス結合入力および角加速度入力か らの同相および直角トルクを補正する。 回転センサ20についての性能および環境に関する詳細な必要条件は、0.0 1゜/時間のバイアス再現性、20PPMのスケールファクタ誤差、0.001 ゜/√時間の角度ランダムウォーク、および0.01゜/時間/G未満の感度で ある。 本発明に従う回転センサ20には、振動整流誤差を減少させバイアス再現性を 向上させるといういくつかの重要で独自の特徴がある。第1に、両方の軸につい ての線形的な振動の同相除去は、検出素子の重心をその懸垂中心と一致させるこ とにより可能となる。振動速度センサのその他の機械化において使用されるよう な、独立した加速度センサの位相および利得の整合およびトラッキングの心配は ない。第2に、慣性速度検出素子は、バイアス誤差をもたらす面外の駆動力から は機械的に分離されている。第3に、各駆動部材および関連する検出素子は単一 のユニットとして一 緒に移動するため、慣性速度検出素子とそのピックオフとの間には相対運動は生 じない。第4に、捩じり機械的発振器アセンブリは釣り合っているので、バイア ス誤差に至る可能性がある外部機械的インピーダンスにおける変化への感度が減 じられる。 機械的発振器は、2軸コリオリ角速度検出に必要な振動速度励起をもたらす。 4つのフレクシャ素子60−63のばね定数、駆動部材40のその他の4つのフ レクシャ素子と結合する振動素子52および34の慣性、ならびに振動素子36 および150の慣性により発振器の共振周波数が確立され、一方ピーク速度振幅 は発振器のピックオフにより検出され、信号を発振プレートの対向する面の駆動 電極に与える駆動エレクトロニクスにより制御される。振動プレートの対向面に は、慣性速度検出素子の各々の軸を再び釣り合わせるのに用いられるピックオフ /強制電極がある。なお、すべての駆動、ピックオフ/強制電極および電気コン タクトは機械的発振器に限られる。 機械的発振器の固有周波数は5キロヘルツのオーダであり、全回転センサチッ プおよびベースマウントのコンプライアント素子の共振周波数は1キロヘルツの オーダである。したがって、500ヘルツという所望の帯域幅を容易に達成する ことができる。 動作においては、上側の速度検出部材36と下側の速度検出部材34とは機械 的発振器素子38および40により 180°相が異なるように駆動される。速度検出素子の上側および下側の速度検 出部材は、入力軸および機械的発振器双方に垂直である軸に関する振動により、 機械的発振器の軸に垂直な軸に関する角速度の入力に応答する。速度検出素子の このコリオリにより誘起される振動の成分が、XおよびY軸容量性ピックオフに より検出される。このピックオフ信号は、電圧をフィードバックして速度検出素 子を静電的に0に強制する回転センササーボエレクトロニクスのXおよびYチャ ネルに与えられる。各軸についての電圧フィードバックの大きさは、入力角速度 のXおよびY成分に線形的に比例する。 信号処理回路は、角速度に比例するDC信号を与える一方でループが機械的発 振器周波数ωD で積分利得を有することを可能にする態様で、同位相および直角 信号双方をサーボする。 図8の量子化器212を参照して、高速のオーバーサンプリングを伴う2重レ ンジ変換方法が用いられる。ダイナミックレンジが高い、4次デルタ−シグマ変 調器はアナログ速度信号を直列ビットストリームに変換し、各ビットはデルタシ ータを表わしている。このデルタシータは次に、10のファクタ分帯域幅よりも 高い5kHzでプロセッサにより加算およびサンプリングされ、高速平均化が行 なわれる。信号は雑音を含んでいるため、このプロセスの結果分解能が向上する 。オーバーサンプリング後の1.5ar c−secという分解能を伴う180゜/secという精密な範囲が達成される 。精密でない範囲は4倍に増大して720゜/secとなり、分解能は6.0a rc−secである。 この回転センサの評価は基本的には同じ理論を用い、チューンドロータジャイ ロ(TRG)と同じ伝達関数を有する。検出素子振動のQはTRG動的時定数に 類似し、駆動周波数とセンサ出力固有周波数との差は、同調された速度と異なる TRGのスピン速度に等しい。 本発明のいくつかの重要な特徴について以下に述べる。センサ20は閉ループ モードで動作して検出軸を同調させ、開ループ装置に対しランダムウォークを何 オーダも減じることができる。たとえば開ループの音叉ジャイロのランダムウォ ークはその帯域幅に比例して劣化する、というのも音叉の振動周波数から離れる ようにさらに同調されより大きな帯域幅が得られるにつれてピックオフ感度は減 少し続けるからである。 駆動力は感応素子に直接作用しない。感応素子を直接駆動することは、シャフト およびジンバル構造を通して駆動する代わりにTRGのモータを直接ロータ素子 に装着することと同じである。感応素子そのものが駆動される場合、振動のため の駆動力がコリオリ検出軸の方向にわずかな量だけでも不整合になっているなら ば、バイアス誤差の直接の源が生じるだろう。クロス結合される力の位相は速度 入 力により発生されるものと等しく、したがって実際の速度入力と区別することが できない。この力は、圧力、アライメント、またはヒステリシス損失が変化すれ ば時間および温度とともに変化するだろう。センサが懸垂を通して駆動される設 計においてさえ、検出軸方向におけるスチフネスが高くなければ、通常の力は検 出素子に伝達される。これは「表面」ミクロ機械加工方法を適用する設計の場合 であろう、というのも懸垂では「深さ」というものはもたらされずクロス面の方 向ではスチフネスが高くなるからである。 振動駆動運動、または結果として生じる応力はピックオフには現れない。変位 ピックオフのベースが検出素子とともに動くようにすることによって、最も被害 を大きくする誤差の源の1つが完璧に排除できる。全体としてこの特徴は、感応 素子がピックオフの上で振動する際の感応素子の振動面での不完全性のコヒーレ ント結合を排除する。ミクロ機械加工されたシリコンの表面仕上げが0.02マ イクロインチのオーダであっても、0.01度/時間の性能に対し分解するのに 必要な運動の振幅よりも何オーダも大きい。この移動ピックオフ技術はまた、ミ クロ機械加工中の感応素子の何らかの公称のチルトによる効果を排除する。この ようなチルトからの信号はチルトおよび角度振動振幅の積に比例する出力に結合 するだろう。その他多くのコリオリ検出装置では、コリオリ力を検出するために ピエゾ抵抗、または圧電応力検出変換器を用いる。不運にもこうし たピックオフは、0.01度/時間の分解に必要な応力よりも数十億倍も大きい 駆動振動の全応力を反結合しなければならない。 本発明により線形の振動の固有の同相除去がもたらされる。各検出素子は、重 心が懸垂中心にあるように本来釣り合わされている。大抵のその他の設計のよう に片持ち梁形式のものではない。したがって線形の振動入力に対しては出力は発 生されない。片持ち梁形式の耐性の高い固まりについては、2つの出力からの信 号の差分がとられて振動への感度が除去される。このことはこうした消去のため には利得および位相の整合に優れることが重要であることを示している。 5000Hzの共振周波数および0.5メートル/秒のピーク速度に対し、ピ ークコリオリ加速度は0.01゜/時間入力速度に対して0.005マイクロG である。5000Hzでのこの加速度に対するピーク出力軸偏位軸変位は、5. 1×10-11 ミクロンである。出力軸に関する500という控えめなQの値に対 し、この運動は増幅して2.5×10-8ミクロンとなる。公称のギャップが10 ミクロンというピックオフは、5ボルトのブリッジソースに対し1.2nV、お よびギャップ容量の5倍もの推定される浮遊およびバックプレーン容量を発生す る。これにより゜/時間につき120nVのスケールファクタが生じる。4nV /√Hzの雑音よりも優れた現在の計測増幅器では、回 転センサの白色雑音は0.05゜/時間/√Hzよりも優れており、RMSへの 変換および全波復調が可能であろう。この雑音は0.001゜/√時間よりも優 れたランダムウォークに変換する。Qがより高くされれば、この数字は比例して 小さくなるであろう。 動作においては、振動の軸に垂直な軸に関し速度が与えられるとコリオリ力が 発生し、これが感応素子に面外で角度的に振動させる。この運動を測定する検出 素子に近接してプレートに設けられたピックオフからの信号が増幅され、フィー ドバックトルクを発生させてコリオリ力の効果を打消すのに用いられる。検出素 子を0に保つのに必要なトルクは、入力速度の尺度である。 ベースをシステムに追従するように装着し、センサを外部振動から分離するこ とが所望されるならば、2つの感応素子をともに位相同期がとられるループにキ ャプチャリングすることにより、出力軸に関し高いQを維持することが重要であ る。そのためには、フィードバックトルクが与えられる前に双方の検出素子から のピックオフ信号について総和および差分がとられる。各検出素子が独立してキ ャプチャリングされたならば、各素子に対する反作用トルクが互いに釣り合って いる平衡モードにおいてフィードバックトルクの位相同期が行なわれるようにす ることによってQは減衰されるだろう。この技術は2つの検出素子がコンプライ アントフレームマウントを通して結合されることによ り1つの独自の振動周波数に駆動される駆動メカニズムと等価である。 本明細書で開示する構造および方法は本発明の原理を示している。本発明をそ の精神または本質的な特性から逸脱させることなくその他の具体的な形式で実現 することができる。ここで説明された実施例はすべての観点において制限的なも のではなく例示的なものであると考えられるべきである。したがって、前述の説 明よりも添付の請求の範囲が本発明の範囲を規定するものである。クレームの等 価物の意味および範囲内である本明細書で説明した実施例のすべての変形例が、 本発明の範囲において包含される。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Two-Axis Navigation Grade Micro-Machined Rotation Sensor System BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates generally to rotation sensors for use in applications such as navigation. More specifically, the present invention relates to a highly accurate rotation sensor system even when operating in an environment where acceleration and vibration are large, such as a re-entry flying object. The invention more particularly relates to a silicon chip based rotation sensor system including a Coriolis acceleration sensor for measuring the rotation speed about two orthogonal detection axes. Bias repeatability of known micromachined Coriolis rotation sensor systems ranges from 10 ° to 1000 ° / hour. Analysis of this concept has shown that the performance of this system can be improved by three to five orders of magnitude and produce a very accurate navigation grade device, while the low cost and reliability set for the rotation sensor system of the present invention. There seems to be no certainty that achieving the goal of high SUMMARY OF THE INVENTION The design of a rotation sensor according to the present invention incorporates many of the performance advantages of a resonant rotor gyro, while taking advantage of the low cost and reliability advantages of micromachining. In fact, a rotation sensor can be viewed as a two-axis tuned rotor gyroscope, except that the "rotor" does not rotate constantly about the "spin axis" but oscillates angularly about the spin axis. The angular momentum vector does not remain constant but oscillates sinusoidally. The rotor is an inertial tuning sensing element that is tuned to resonate about its output shaft at an oscillating frequency rather than a spin rate. The rotation sensor is a two-axis closed loop angular velocity sensor that provides a digital delta theta output signal. A micro inertial rotation sensor in accordance with the present invention supports a 1 nm / hour navigation system while operating in high acceleration and vibration environments associated with high reentry vehicles and supersonic auxiliary munitions. It is designed to be. The rotation sensor according to the invention comprises at least one solid, micro-machined sensing element. The present invention is also small, lightweight, low cost, low power, reliable, and designed for use in both commercial and military applications. A rotation sensor according to the present invention includes a base and a driving member mounted on the base and formed of a single silicon wafer having a pair of opposed flat surfaces. The drive member includes a frame and a drive member center portion connected to the frame, wherein the drive member center portion is arranged to have rotational compliance between the frame and the center portion with respect to an axis perpendicular to the flat surface of the silicon wafer. Is done. The driving member further includes a plurality of electrodes formed on at least one side of the central portion, and a driving device for applying a driving signal to the plurality of electrodes. The electrodes are arranged such that the drive signal causes rotational vibration of the central portion of the drive member with respect to the drive axis perpendicular to the flat surface of the silicon wafer. The rotation sensor according to the present invention further includes a silicon detection member, the silicon detection member includes a detection member central support member, and the detection member central support member is driven such that rotational vibration of the drive member central portion is transmitted to the detection member central portion. It is connected to the central part of the member. The sensing portion is connected to the sensing member central support member such that the sensing portion oscillates about the drive shaft and the input rotational speed about an axis perpendicular to the drive shaft allows out-of-plane vibration of the sensing portion to occur. A signal processor is connected to the detection portion for generating a signal indicative of the input rotational speed as a function of the frequency of the out-of-plane vibration of the detection portion. Preferably, the rotation sensor according to the invention further comprises a plurality of flexure beams connected between the frame and the drive member central part. Preferably, the rotation sensor according to the invention further comprises a plurality of generally flat leaf springs, the leaf springs detecting with the detection member central support member such that out-of-plane vibrations in the detection portion are perpendicular to the plane of the leaf spring member. Connected between the parts. Preferably, a capacitive pickoff is formed in the sensing portion such that out-of-plane vibration of the sensing portion results in a change in capacitance at the capacitive pickoff. Preferably, the rotation sensor according to the invention further comprises a plurality of base mounts connected between the base and the frame of the drive member. Each base mount is preferably formed to include a single mechanical resonance frequency generation in the rotation sensor and an attenuation compliant element for external vibration input attenuation. The signal processing device may include a first summing circuit connected to the capacitive pickoff and arranged to receive a signal indicative of the input rotational speed. A first modulation circuit may be connected to the first adder and arranged to modulate the input rotational speed signal with a signal indicative of a cosine of the drive signal frequency. A second modulation circuit may be arranged to modulate the quadrant dynamic error with a signal indicating the sine of the drive signal frequency. A second addition circuit may be connected to add the signal outputs from the first and second modulation circuits and provide a feedback signal to the driving member. A first demodulator circuit may be connected to the capacitive pickoff to demodulate the sensor element response signal at the cosine of the drive frequency. A first compensation circuit is connected to receive the signal output from the first demodulator circuit, and a second demodulator circuit is connected to the capacitive pickoff to demodulate the sensor element response signal at the sine of the drive frequency. You may. A second compensation circuit may be connected to receive a signal output from the second demodulator circuit. The first torquer modulator circuit may be connected to the first compensation circuit, and the second torquer modulator circuit may be connected to the second compensation circuit. The signal processing device may further include a third summing circuit for summing the signals output from the first and second torquer modulator circuits, wherein the third summing circuit inputs the plurality of electrodes of the driving member. Generate a feedback signal. A two-axis rotation sensor according to the present invention may also include a pair of identical drive member / detection portion combinations mounted together in a facing relationship. Each drive member and detection portion is formed in the manner described above. The detection portion vibrates in the opposite direction due to the drive signal. Preferably, the signal processing device includes a first capacitive pick-off, wherein the first capacitive pick-off is such that out-of-plane vibration of the first sensing portion causes a change in capacitance at the first capacitive pick-off. And the signal processing device further includes a second capacitive pick-off, wherein the second capacitive pick-off is such that out-of-plane vibration of the second sensing portion causes a change in capacitance at the second capacitive pick-off. Formed on the detection part. The signal processing device is further connected to the first detection portion and amplifies the rotation response signal output therefrom, and amplifies the rotation response signal connected to the second detection portion and output therefrom. A second amplifier. A first summing circuit is connected to the first and second amplifiers and is arranged to generate a sum signal indicating a sum of the amplified rotation signals. A second summing circuit is connected to the first and second amplifiers and is arranged to generate a difference signal indicative of a difference between the amplified rotation signals. A modulation circuit is connected to the first and second summing circuits for in-phase and quadrature modulation of the sum and difference signals. A servo compensation circuit is connected to the modulation circuit and receives therefrom the in-phase and quadrature-modulated sum and difference signals and generates a measured speed signal for the input rotation about the first axis. In-phase and quadrature torque modulation and summing circuits are connected to and receive signals from the servo compensation circuit. An oscillator servo is connected to the in-phase and quadrature torque modulation and summing circuits and the in-phase and quadrature demodulation circuits to provide automatic gain control. A third summing circuit is connected to the in-phase and quadrature torque modulation and summing circuits for receiving the modulated signal therefrom. A more complete understanding of the objects of the present invention, as well as a more complete understanding of its structure and method of operation, will be had by studying the following description of a preferred embodiment and by referring to the accompanying drawings. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1A is an exploded perspective view of a solid-state two-axis rotation sensor according to the present invention. FIG. 1B is a perspective view of a speed detecting element that can be included in the rotation sensor of FIG. 1A. FIG. 2 is a perspective view of a portion of a drive member that may be included in the device of FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of a flexure beam that can be included in the apparatus of FIG. FIG. 4 is a bottom plan view of a drive member, sensor pickoff, and torque electrode that may be included in the apparatus of FIG. FIG. 5 is a top plan view of the drive member of FIGS. FIG. 6 is a cross-sectional view of the rotation sensor assembly including a capacitive signal pickoff that may be included in the apparatus of FIG. 1, taken along line 6-6 of FIG. FIG. 7 schematically illustrates the bias and electrical signal pickoff for the device of FIG. FIG. 8 shows a circuit for processing a signal output from a Coriolis rotation sensor having each detection element captured independently for each axis. FIG. 9 is a block diagram illustrating further features of the circuit of FIG. FIG. 10 is a generalized block diagram of a circuit for processing signals output from a Coriolis rotation sensor, where both sensing elements are combined in one capture loop for each axis. DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring to FIG. 1A, a rotation sensor 20 according to the present invention includes a base 22 having a lower cover 23 and an upper cover (not shown) that is preferably substantially identical to the lower cover 23. . The cross section of the base 22 is generally rectangular. The base 22 includes base mounts 24-27 mounted inside the base 22 at corners 28-31, respectively. The rotation sensor 20 includes a pair of speed sensing members 34 and 36 that are preferably identical. Each of the speed sensing members 34 and 36 is preferably formed from a single silicon crystal by a micromachining process. Rotation sensor 20 further includes a pair of drive members 38 and 40 that are identical and each are formed from a single silicon crystal. FIG. 1A shows opposing surfaces 42 and 44 of the speed detecting members 34 and 36, respectively. As shown in FIG. 1, when assembling the rotation sensor 20, the surface 42 of the speed detecting member 34 is coupled to the lower surface of the driving member 38. Similarly, the lower surface of the speed detecting member 36 is connected to the driving member 40. The drive member 38 includes a peripheral frame 50, which is generally shown as a rectangle for convenience of illustration. Frame 50 may have other shapes. Referring to FIG. 2, central portion 52 of upper surface 54 of drive member 38 is thinner than frame 50. Referring to FIGS. 1 and 2, central portion 52 has side edges 55-58 connected to frame 50 by flexure beams 60-63. Flexure beams 60-63 preferably extend from the center of side edges 55-58 to frame 50. 2, a portion of the drive member 38 has been omitted, and the central portion 52 and flexure beams 60-63 are more clearly shown. FIG. 3 shows a cross section of a flexure beam 60 formed by etching a silicon crystal. Preferably, the flexure beams 60-63 are identical and have greater resistance to bending in vertical planes, as shown in FIGS. 1-3 and 6. Because flexure beams 60-63 have low resistance to bending in horizontal planes, central portion 52 may oscillate with small amplitude rotational motion about a vertical axis through its geometric center. With reference to FIGS. 1A and 5, four groups of electrode assemblies 70-73 are formed on the drive member 38 by appropriate doping of a portion of the crystal forming the drive member 38. The electrode assembly is connected to central portion 52 between flexure beams 60-63. Referring to FIG. 5, for example, the shaded portion of the electrode assembly 70 indicates separate electrodes 80-88. Electrodes 80-88 are positioned with respect to corner 90 of electrode assembly 70 such that within the same drive member 40, the corresponding electrodes are angularly displaced from one another. The corresponding displacement between the electrodes occurs when the same drive member 40 is turned over and the electrode assemblies are placed face-to-face. Due to the angular displacement of the electrodes in the two drive members 38 and 40, the electrodes repel each other in an oscillating manner at twice the applied frequency, so that opposing rotational vibrations of the electrodes and the corresponding central portions of the drive members are generated. Occurs. An electrical signal source is connected to the two drive members to provide drive signals to the electrodes. Preferably, the drive signal drives each drive member at a resonance frequency. Preferably, the resonance frequencies of drive members 38 and 40 are the same and are generally about 5 kHz. The two central drive members 38 and 40 together form a counter-rotating torsional resonant mechanical oscillator. The two outer speed sensing members 34 and 36 together form a two-axis tuned inertial speed sensing element. Referring to FIGS. 1A, 1B and 6, the thickness of central portion 52 of drive member 38 is smaller than the thickness of frame 50. The central portion 150 of the drive member 40 is also thinner than its frame 100. Due to the difference in thickness between the central portion and the frame, a small gap is created between the central portions when the frame 50 of the driving member 38 and the frame 100 of the driving member 40 are connected. Referring to FIGS. 1A, 1B and 6, the speed detecting members 34 and 36 include detecting elements 110 and 112, respectively. The speed detection member 34 includes a central portion 120 and a plurality of compliant leaf springs 122-125 extending from the central portion 120 to the sensing element 110. Similarly, the speed detecting member 36 includes a leaf spring 130-133 extending from the central portion 121 to the detecting element 112. Sensing element 112 is preferably formed as a generally thin rectangular structure having a generally rectangular central void 113. As shown in FIGS. 1B and 6, the central portion 121 is thicker than the sensing element 112, and the sensing element 112 is thicker than the leaf springs 130-133. FIG. 6 shows the structure resulting from the coupling of the drive members 38 and 40 and then the speed sensing members 34 and 36 to the central portion of the rear surface of the drive members 38 and 40, respectively. Only the thickest central portions 120 and 121 of the speed detecting members 34 and 36 are coupled to the corresponding driving members 38 and 40, respectively. In this way, leaf springs 121-125 and 130-133 are free to oscillate with small amplitude along the Z axis as shown in FIGS. 1A and 1B and on this page as shown in FIG. Referring to FIGS. 1 and 6, the drive members 38 and 40 and the speed detection members 34 and 36 are disposed on the base 22 after being coupled, and the corners of the drive members 38 and 40 contact the base mounts 24-27. Preferably, the base mounts 24-27 are each formed to include a damping compliant element between the mechanical oscillator support base 22 and the frame 50 of the drive member 38. This compliant element is necessary to ensure that the counter-rotating mechanical oscillator has one resonance frequency. Compliant elements also provide the additional advantage of attenuating external vibration input. When the rotation sensor 20 is fully assembled and a drive voltage is applied to the electrode assemblies of both drive members 38 and 40, the rotation sensor 20 will detect rotation about an axis in the plane indicated by X and Y in FIG. 1A. Can be used. An out-of-plane vibration is generated in the speed detecting elements 110 and 112 by the rotation input about the X or Y axis. This out-of-plane vibration is caused by an out-of-plane Coriolis force generated by an object vibrating in the plane due to rotation of the object about an axis in the plane. Leaf springs 122-125 and 130-133 produce an appropriate amount of out-of-plane vibration about an in-plane axis in response to input rotation. Preferably, the two speed sensing members 34 and 36 have substantially equal X-axis resonance frequencies. Similarly, preferably, the Y axis resonance frequencies of the speed detecting members 34 and 36 are the same. These resonance frequencies are preferably equal to the vibration frequency of the drive member. Out-of-plane vibrations caused by input rotational speeds in either the X or Y axis change the relative displacement between drive members 38 and 40 and corresponding speed sensing members 34 and 36. This changing displacement can be thought of as a change in capacitance, resulting in a capacitive pickoff described below. 1A and 6, the central portion of drive member 40 is designated by reference numeral 150. Drive member 40 is also shown as having flexure beams 152 and 154 corresponding to flexure beams 61 and 63 of drive member 38, respectively. FIG. 7 schematically illustrates a capacitive signal pick-off. The oscillator 160 provides a reference excitation signal to the speed detecting members 34 and 36. The reference excitation voltage is about 10 volts and the frequency is about 250 kHz. Capacitors 162 and 164 are formed between drive member 38 and speed detection member 34. The capacitors 166 and 168 are formed between the driving member 40 and the speed detecting member 36. A drive voltage of approximately +10 volts is provided to capacitors 162 and 166. A drive voltage of approximately -10 volts is provided to capacitors 164 and 168. Electrical leads 170-173 carry oscillatory signals indicative of rotational speed to a signal processing circuit described below. Referring to FIG. 8, the signal processing receives in its basic form a sensor input consisting of a signal indicating the rotational speed of both the speed detecting members 34 and 36 about the X and Y axes. The sensor inputs are provided to first and second X-axis sensor capture loop circuits 200 and 202, respectively, and to first and second Y-axis sensor capture loop circuits 204 and 206, respectively. Outputs of the first and second X-axis sensor capture loop circuits 200 and 202 are input to an adder 208, respectively. Similarly, the outputs of the first and second Y-axis sensor capture loop circuits 204 and 206 are input to the adder 210, respectively. Adders 208 and 210 provide X and Y rotation signals to quantizer 212. The sensor circuits 200-206 may be the same. The structure for each of the four sensor circuits 200-206 is shown in FIG. The angular velocity input signal and the signal indicating the in-phase dynamic error are combined in summer 220. The output of the adder 220 is the frequency ω D Represents an input dynamically modulated by Coriolis generation force from reverse rotation driving vibration. This in-phase signal can optionally be represented as a cosine function of the drive signal. The signal indicating the quadrant dynamic error can be characterized as a sine function of the drive signal. Blocks 222 and 224 represent the dynamic modulation of the input speed signal at the vibration frequency. The sum of the signals from blocks 222 and 224 is indicated by adder 226. The output of adder 226 is input to a circuit indicated by block 228 which indicates the sensor element response to the angular velocity input. The output of block 228 is amplified by amplifier 230. Amplifier 230 converts the signal to cos ω D t and sin ω D t provides an output to a pair of demodulators 232 and 236 that demodulate respectively. Outputs of the demodulators 232 and 233 are input to corresponding servo compensation circuits 234 and 233, respectively. The signal output of the servo compensation circuit 234 is an angular velocity signal sent to the appropriate adder 208 or 210 of FIG. The signal outputs from the servo compensation circuits 234 and 236 also output the input signals cosω D t and sin ω D It is input to torquer modulator circuits 238 and 240 that modulate at t. The signals output from the torque modulator circuits 238 and 240 are input to the adder 242. The output of the adder 242 is supplied to the detecting element torque electrodes 227a to 227d, and gives feedback torque to the detecting element through the adder 226. FIG. 10 shows a signal processing circuit in which signals from both detection elements are combined in one capture loop. The X speed input signal to the X block 252 has a drive frequency ω D Is modulated by the Coriolis force. The output of block 252 is shown as an input to torquer adder 250. The pickoff circuits 254 and 256 have a frequency ω D Generates the amplitude response of the first and second speed detecting members 34 and 36. Amplifiers 260 and 262 amplify the signals output from circuits 254 and 256, respectively. Adder 264 generates a signal indicating the sum of the signals output from circuits 254 and 256, and adder 266 generates a signal indicating the difference between the signals output from circuits 254 and 256. The sum and difference signals are then input to a demodulator 270 that performs in-phase and quadrature demodulation. The output of demodulator 270 is input to servo compensation circuit 272, which provides a measured rotational speed about the X axis. The signal from the drive member servo oscillator 274 is connected to a demodulator 270 and a modulation and summing circuit 276 that provides in-phase and quadrature torque modulation and summing. Modulation and addition circuit 276 receives the signal from servo compensation circuit 272 and provides a feedback torque signal to adder 250. The circuit of FIG. 10 includes a second portion 280 for the Y axis having the same components as described above for the X axis. In FIG. 10, the signals from both members are summed and differenced before the feedback torque is applied. This measure improves the output shaft tuning Q. If each sensing member is captured independently, Q will decay by not phase synchronizing the feedback torque in a reverse vibration mode where the reaction torques for each member are balanced with each other. Energy would be wasted on the base mount if each member was captured independently. In order to completely capture the deflection of the sensor, both the in-phase and quadrature signals, as well as the sum and difference signals, must be zero. The signal representing velocity is the in-phase component of the differenced signal. Other feedback torques correct in-phase and quadrature torques from unwanted cross-coupled and angular acceleration inputs. Detailed performance and environmental requirements for the rotation sensor 20 include a bias reproducibility of 0.01 ゜ / hr, a scale factor error of 20 PPM, an angular random walk of 0.001 ゜ / √hr, and 0.01 ゜. / Time / G. The rotation sensor 20 according to the present invention has several important and unique features that reduce vibration rectification errors and improve bias reproducibility. First, in-phase rejection of linear oscillations on both axes is made possible by aligning the center of gravity of the sensing element with its center of suspension. There is no worry about phase and gain matching and tracking of the independent acceleration sensor as used in other mechanizations of vibration velocity sensors. Second, the inertial velocity sensing element is mechanically isolated from out-of-plane driving forces that cause bias errors. Third, since each drive member and associated sensing element move together as a single unit, there is no relative movement between the inertial velocity sensing element and its pickoff. Fourth, because the torsional mechanical oscillator assembly is balanced, it is less sensitive to changes in external mechanical impedance that can lead to bias errors. The mechanical oscillator provides the vibration velocity excitation required for biaxial Coriolis angular velocity detection. The spring constant of the four flexure elements 60-63, the inertia of the oscillating elements 52 and 34 coupled to the other four flexure elements of the drive member 40, and the inertia of the oscillating elements 36 and 150 establish the resonance frequency of the oscillator, while The peak velocity amplitude is detected by the oscillator pick-off and is controlled by the drive electronics that provide a signal to the drive electrodes on the opposite side of the oscillating plate. On the opposing surface of the vibrating plate are pick-off / forced electrodes used to rebalance each axis of the inertial velocity sensing element. Note that all drives, pickoff / force electrodes and electrical contacts are limited to mechanical oscillators. The natural frequency of the mechanical oscillator is on the order of 5 kilohertz, and the resonant frequency of the full rotation sensor chip and the compliant element of the base mount is on the order of 1 kilohertz. Therefore, the desired bandwidth of 500 Hertz can be easily achieved. In operation, the upper speed detecting member 36 and the lower speed detecting member 34 are driven by the mechanical oscillator elements 38 and 40 so that the phases are different by 180 °. The upper and lower speed sensing members of the speed sensing element respond to an input of angular velocity about an axis perpendicular to the mechanical oscillator axis by vibration about an axis perpendicular to both the input axis and the mechanical oscillator. The component of this Coriolis-induced vibration of the speed detection element is detected by the X and Y axis capacitive pickoff. This pick-off signal is provided to the X and Y channels of the rotation sensor servo electronics which feed back a voltage to electrostatically force the speed sensing element to zero. The magnitude of the voltage feedback for each axis is linearly proportional to the X and Y components of the input angular velocity. The signal processing circuit provides a DC signal proportional to the angular velocity while the loop is driven by the mechanical oscillator frequency ω D Servo both in-phase and quadrature signals in a manner that allows to have an integral gain at. Referring to the quantizer 212 of FIG. 8, a dual range conversion method with high speed oversampling is used. A fourth order delta-sigma modulator with a high dynamic range converts the analog rate signal into a serial bit stream, each bit representing a delta theta. This delta theta is then summed and sampled by the processor at 5 kHz, which is more than a factor of 10 bandwidth, and fast averaging is performed. Since the signal is noisy, the resolution of the process is increased as a result. A fine range of 180 ° / sec with a resolution of 1.5 arc-sec after oversampling is achieved. The inexact range is increased by a factor of 4 to 720 ° / sec, and the resolution is 6.0 arc-sec. The evaluation of this rotation sensor uses basically the same theory and has the same transfer function as a tuned rotor gyro (TRG). The Q of the sensing element oscillation is similar to the TRG dynamic time constant, and the difference between the drive frequency and the sensor output natural frequency is equal to the spin rate of the tuned and different TRG. Some important features of the present invention are described below. The sensor 20 operates in a closed loop mode to tune the sensing axis and can reduce random walks by many orders for an open loop device. For example, the random walk of an open-loop tuning fork gyro degrades in proportion to its bandwidth, because the pick-off sensitivity continues to decrease as more bandwidth is tuned away from the tuning fork oscillation frequency and larger bandwidths are obtained. is there. The driving force does not act directly on the sensitive element. Driving the sensitive element directly is the same as mounting the TRG motor directly on the rotor element instead of driving through the shaft and gimbal structure. When the sensitive element itself is driven, a direct source of bias error will occur if the driving force for vibration is misaligned by a small amount in the direction of the Coriolis sensing axis. The phase of the cross-coupled forces is equal to that generated by the speed input and therefore cannot be distinguished from the actual speed input. This force will change with time and temperature if the pressure, alignment, or hysteresis loss changes. Even in designs where the sensor is driven through a suspension, normal forces are transmitted to the sensing element if the stiffness in the sense axis direction is not high. This may be the case for designs that apply the "surface" micromachining method, since suspension does not provide "depth" and increases stiffness in the direction of the cross plane. Vibration driven motion, or the resulting stress, does not appear at the pickoff. By having the base of the displacement pickoff move with the sensing element, one of the most damaging sources of error can be completely eliminated. Overall, this feature eliminates coherent coupling of imperfections in the oscillating surface of the sensitive element as it oscillates over the pickoff. Even micromachined silicon surface finishes on the order of 0.02 microinches are many orders of magnitude greater than the amplitude of motion required to resolve for a performance of 0.01 degrees / hour. This moving pickoff technique also eliminates the effects of any nominal tilt of the sensitive element during micromachining. The signal from such a tilt will couple to an output that is proportional to the product of the tilt and the angular oscillation amplitude. Many other Coriolis detectors use a piezoresistor or piezoelectric stress detection transducer to detect Coriolis force. Unfortunately, such pick-offs must decouple the total stress of the driving vibration several billion times greater than the stress required for 0.01 degrees / hour of resolution. The present invention provides an inherent in-phase rejection of linear oscillations. Each sensing element is inherently balanced so that the center of gravity is at the center of suspension. It is not of the cantilever type like most other designs. Therefore, no output is generated for a linear vibration input. For a cantilevered, highly resistant mass, the difference between the signals from the two outputs is taken to eliminate sensitivity to vibration. This indicates that it is important to have good gain and phase matching for such cancellation. For a resonance frequency of 5000 Hz and a peak speed of 0.5 meters / second, the peak Coriolis acceleration is 0.005 microG for an input speed of 0.01 ° / hour. The peak output shaft offset shaft displacement for this acceleration at 5000 Hz is 5. 1 × 10 -11 Micron. For a modest Q value of 500 with respect to the output shaft, this motion is amplified by 2.5 × 10 -8 Micron. Pickoffs with a nominal gap of 10 microns will produce 1.2 nV for a 5 volt bridge source, and an estimated stray and backplane capacitance of 5 times the gap capacitance. This results in a scale factor of 120 nV / ゜ / hour. In current instrumentation amplifiers with better than 4 nV / √Hz noise, the white noise of the rotation sensor will be better than 0.05 ゜ / hour / 、 Hz, allowing conversion to RMS and full-wave demodulation. . This noise translates into a random walk better than 0.0010.00 / √hour. If Q were made higher, this number would be proportionally smaller. In operation, when velocity is applied about an axis perpendicular to the axis of vibration, a Coriolis force is generated which causes the sensitive element to angularly vibrate out of plane. The signal from the pick-off provided on the plate in proximity to the detector that measures this movement is amplified and used to generate feedback torque to negate the effect of Coriolis forces. The torque required to keep the sensing element at zero is a measure of the input speed. If the base is mounted to follow the system and it is desired to isolate the sensor from external vibrations, by capturing the two sensitive elements together in a phase-locked loop, a high Q with respect to the output shaft is achieved. It is important to maintain. To that end, the sum and difference are taken of the pickoff signals from both sensing elements before the feedback torque is applied. If each sensing element was captured independently, Q would be attenuated by ensuring that the feedback torque phase-locked in a balanced mode where the reaction torques for each element were balanced. This technique is equivalent to a drive mechanism in which two sensing elements are driven through one compliant vibration frequency by being coupled through a compliant frame mount. The structures and methods disclosed herein illustrate the principles of the present invention. The present invention may be embodied in other specific forms without departing from its spirit or essential characteristics. The embodiments described herein are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. Therefore, the appended claims rather than the foregoing description define the scope of the invention. All variations of the embodiments described herein that come within the meaning and range of equivalents of the claims are embraced within the scope of the invention.

【手続補正書】 【提出日】1997年1月28日(1997.1.28) 【補正内容】 請求の範囲 1.回転センサであって、 ベースと、 駆動装置とを含み、駆動装置は、 ベースに装着された第1のフレームを有する第1の駆動部材を含み、第1の駆 動部材は第1の1対の対向する平坦な表面を備える単一のシリコンウエハから形 成され、第1の駆動部材はさらに、フレームに接続される第1の駆動部材中央部 分を有し、シリコンウエハの平坦な表面に垂直な軸に関しフレームと中央部分と の間で回転のコンプライアンスが存在するようにされ、第1の駆動部材はさらに 第1の駆動部材中央部分の少なくとも片側に形成される第1の複数の電極を有し 、駆動装置はさらに、 第1のフレームに装着される第2のフレームを有する第2の駆動部材を含み、 第2の駆動部材は第2の1対の対向する平坦な表面を備える単一のシリコンウエ ハで形成され、第2の駆動部材はさらに、フレームに接続される第2の駆動部材 中央部分を有し、シリコンウエハの平坦な表面に垂直な軸に関しフレームと中央 部分との間で回転のコンプライアンスが存在するようにされ、第2の駆動部材は さらに第2の駆動部材中央部分の少なくとも片側に形成される第2の複数の電極 を有し、回転センサはさらに、 駆動信号周波数を有する駆動信号を複数の電極に与えるための駆動信号装置を 含み、複数の電極は、駆動信号によりシリコンウエハの平坦な表面に垂直な駆動 軸に関し駆動部材中央部分の回転振動が生じるように配置され、回転センサはさ らに、 シリコン検出部材を含み、シリコン検出部材は、 第2の駆動部材中央部分に接続される検出部材中央サポート部材を有し、それ により第2の駆動部材中央部分の回転振動が検出部材中央部分に伝達され、シリ コン検出部材はさらに 検出部材中央サポート部材に接続された検出部分を有し、前記検出部分は駆動 軸に関して振動し、駆動軸に垂直である軸に関する入力回転速度が検出部分の面 外振動を発生させ、回転センサはさらに、 検出部分に接続され検出部分の面外振動の振幅の関数として入力回転速度を示 す信号を発生するための信号処理装置を含む、回転センサ。 2.第1の駆動部材はさらに第1のフレームと第1の駆動部材中央部分との間に 接続される第1のフレクシャビームを含み、第2の駆動部材はさらに第2のフレ ームと第2の駆動部材中央部分との間に接続される第2の複数のフレクシャビー ムを含む、請求項1に記載の回転センサ。 3.検出部材中央サポート部材と検出部分との間に接続される複数の一般的に平 坦な板ばね部材をさらに含み、検出部分における面外振動が板ばね部材の面に垂 直となる、請求項1に記載の回転センサ。 4.第2の駆動部材と検出部分との間に形成される容量性ピックオフをさらに含 み、検出部分の面外振動により容量性ピックオフの容量に変化が生じセンサ素子 応答信号が形成される、請求項3に記載の回転センサ。 5.検出部材中央サポート部材と検出部分との間に接続される複数の一般的に平 坦な板はね部材をさらに含み、検出部分における面外振動か板はね部材の面に垂 直となる、請求項2に記載の回転センサ。 6.第2の駆動部材と検出部分との間に形成される容量性ピックオフをさらに含 み、検出部分の面外振動により容量性ピックオフの容量に変化が生じセンサ素子 応答信号が形成される、請求項5に記載の回転センサ。 7.ベースと駆動部材のフレームとの間に接続される複数のベースマウントをさ らに含み、各ベースマウントは回転センサにおいて単一の機械的共振周波数を与 えるためかつ外部振動入力を減衰させるための減衰コンプライアント素子を含む ように形成される、請求項5に記載の回転センサ。 8.信号処理装置は、 容量性ピックオフに接続され入力回転速度を示す信号を受取るように配置され る第1の加算回路と、 第1の加算装置に接続され駆動信号周波数の余弦を示す信号で入力回転速度信 号を変調するために配置される第1の変調回路と、 駆動信号周波数の正弦を示す信号で四分円動的誤差を変調するために配置され る第2の変調回路と、 第1および第2の変調回路から出力された信号を加算し検出部材の電極にフィ ードバック信号を与えるように接続される第2の加算回路と、 容量性ピックオフに接続され駆動周波数の余弦でセンサ素子応答信号を復調す るための第1の復調器回路と、 第1の復調器回路から出力された信号を受取るように接続される第1の補償回 路と、 容量性ピックオフに接続され駆動周波数の正弦でセンサ素子応答信号を復調す るための第2の復調器回路と、 第2の復調器回路から出力された信号を受取るように接続される第2の補償回 路と、 第1の補償回路に接続される第1のトルキング変調器回路と、 第2の補償回路に接続される第2のトルキング変調器回路と、 第1および第2のトルキング変調器回路から出力された信号を加算するための 第3の加算回路とを含み、第3の加算回路は検出部材の複数の電極に入力される フィードバック信号を発生する、請求項6に記載の回転センサ。 9.信号処理装置は、 入力回転速度を示す信号を受取るように配置される第1の加算回路と、 第1の加算装置に接続され駆動信号周波数の余弦を示す信号で入力回転速度信 号を変調するために配置される第1の変調回路と、 駆動信号周波数の正弦を示す信号で四分円動的誤差を変調するために配置され る第2の変調回路と、 第1および第2の変調回路から出力された信号を加算し検出部材にフィードバ ック信号を与えるように接続される第2の加算回路と、 検出部分に接続され駆動周波数の余弦でセンサ素子応答信号を復調するための 第1の復調器回路と、 第1の復調器回路から出力される信号を受取るように接続される第1の補償回 路と、 検出部分に接続され駆動周波数の正弦でセンサ素子応答信号を復調するための 第2の復調器回路と、 第2の復調器回路から出力される信号を受取るように接続される第2の補償回 路と、 第1の補償回路に接続される第1のトルキング変調器回路と、 第2の補償回路に接続される第2のトルキング変調器回路と、 第1および第2のトルキング変調器回路から出力される信号を加算するための 第3の加算回路とを含み、第3の加算回路は検出部材の複数の電極に入力される フィードバック信号を発生する、請求項1に記載の回転センサ。 10.回転センサであって、 ベースと、 ベースに装着され、第1の1対の対向する平坦な表面を備える第1の単一のシ リコンウエハから形成される第1の駆動部材とを含み、第1の駆動部材は、 第1のフレームと、 第1のフレームに接続される第1の駆動部材中央部分とを備え、前記第1の駆 動部材中央部分は第1のシリコンウエハの平坦な表面に垂直な軸に関し第1のフ レームと第1の駆動部材中央部分との間で回転のコンプライアンスを有するよう に配置され、第1の駆動部材はさらに 第1の中央部分の少なくとも一方側に形成される第1の複数の電極を備え、回 転センサはさらに、 駆動信号周波数を有する駆動信号を第1の複数の電極に与えるための第1の駆 動信号装置を含み、第1の複数の電極はシリコンウエハの平坦な表面に垂直な駆 動軸に関し駆動信号により第1の駆動部材中央部分の回転振動が生じるように配 置され、回転センサはさらに、 第1のシリコン検出部材を含み、第1のシリコン検出部材は、 第1の駆動部材中央部分に接続される第1の検出部材中央サポート部材を備え 、それにより第1の駆動部材中央部分の回転振動が第1の検出部材中央部分に伝 達され、第1のシリコン検出部材はさらに 第1の検出部材中央サポート部材に接続された第1の検出部分を備え、前記第 1の検出部分は駆動軸に関して振動し、駆動軸に垂直な軸に関する入力回転速度 が第1の検出部分の面外振動を生じさせ、回転センサはさらに、 第1の駆動部材に装着され、第2の1対の対向する平坦な表面を備える第2の 単一のシリコンウエハで形成される第2の駆動部材を含み、第2の駆動部材は、 第2のフレームと、 第2のフレームに接続される第2の駆動部材中央部分とを備え、第2の駆動部 材中央部分は第2のシリコンウエハの平坦な表面に垂直な軸に関し第2のフレー ムと第2の駆動部材中央部分との間で回転のコンプライアンスを有するように配 置され、第1および第2の駆動部材中央部分は対向する関係で接続され、第2の 駆動部材はさらに、 第2の中央部分の少なくとも一方側に形成される第2の複数の電極を備え、回 転センサはさらに、 駆動信号周波数を有する駆動信号を第2の複数の電極に与えるための第2の駆 動信号装置を含み、第2の複数の電極は駆動信号によりシリコンウエハの平坦な 表面に垂直な駆動軸に関し第2の駆動部材中央部分の回転振動が生じるように配 置され、回転センサはさらに、 第2のシリコン検出部材を含み、第2のシリコン検出部材は、 第2の駆動部材中央部分に接続される第2の検出部材中央サポート部材を備え 、それにより第2の駆動部材中央部分の回転振動が第2の検出部材中央部分に伝 達され、第2のシリコン検出部材はさらに 第2の検出部材中央サポート部材に接続された第2の検出部分を備え、前記第 2の検出部分は駆動軸に関して振動し、駆動軸に垂直な軸に関する入力回転速度 により第2の検出部分の面外振動が生じ、回転センサはさらに、 第1および第2の検出部分に接続され検出部分の面外振動の振幅の関数として 入力回転速度を示す信号を発生するための信号処理装置を含む、回転センサ。 11.第1および第2の検出部分は入力回転速度に応答して反対方向に振動する ように配置される、請求項10に記載の回転センサ。 12.第1および第2の駆動部材各々はフレームと駆動部材中央部分との間に接 続される複数のフレクシャビームを含む、請求項10に記載の回転センサ。 13.第1および第2の検出部分の各々は検出部材中央サポート部材と検出部分 との間に接続される複数の一般に平坦な板ばね部材を含み、検出部分の面外振動 が板ばね部材の面に垂直となるようにされる、請求項12に記載の回転センサ。 14.検出部分に形成される第1の容量性ピックオフさらに含み、第1の検出部 分の面外振動が第1の容量性ピックオフの容量の変化を生じさせ、さらに、 検出部分に形成される第2の容量性ピックオフを含み、第2の検出部分の面外 振動により第2の容量性ピックオフに容量の変化が生じる、請求項13に記載の 回転センサ。 15.第1の検出部材中央サポート部材と第1の検出部分との間に接続される第 1の複数の一般に平坦な板ばね部材をさらに含み、第1の検出部分における面外 振動が第1の板ばね部材の面に垂直となるようにされ、さらに 第2の検出部材中央サポート部材と第2の検出部分との間に接続される第2の 複数の一般に平坦な板ばね部材を含み、第2の検出部分における面外振動が第2 の板ばね部材の面に垂直となるようにされる、請求項10に記載の回転センサ。 16.第1の検出部分と第1の駆動部材との間に形成される第1の容量性ピック オフさらに含み、第1の検出部分の面外振動が第1の容量性ピックオフの容量に 変化を生じさせ、さらに 第2の検出部分と第2の駆動部材との間に形成される第2の容量性ピックオフ を含み、第2の検出部分の面外振動が第2の容量性ピックオフの容量に変化を生 じさせる、請求項15に記載の回転センサ。 17.ベースと第1の駆動部材のフレームとの間に接続される複数のベースマウ ントをさらに含み、各ベースマウントは回転センサにおいて単一の機械的共振周 波数を与えるためかつ外部振動入力を減衰するための減衰コンプライアント素子 を含むように形成される、請求項15に記載の回転センサ。 18.信号処理装置は、 第1の検出部分に接続されそこから出力される回転応答信号を増幅する第1の 増幅器と、 第2の検出部分に接続されそこから出力される回転応答信号を増幅する第2の 増幅器と、 第1および第2の増幅器に接続され、増幅された回転信号の総和を示す和信号 を発生するように配置される第1の加算回路と、 第1および第2の増幅器に接続され、増幅された回転信号の差を示す差信号を 発生するように配置される第2の加算回路と、 第1および第2の加算回路に接続され和および差信号の同相および直角位相変 調を与えるための変調回路と、 変調回路に接続されそこからの同相および直角位相変調された和および差信号 を受取るためかつ第1の軸に関する入力回転のための測定された速度信号を発生 するためのサーボ補償回路と、 サーボ補償回路に接続されそこからの信号を受取る同相および直角位相トルク 変調および加算回路と、 同相および直角位相トルク変調および加算回路ならびに同相および直角位相復 調回路に接続され自動利得制御を与えるための発振器サーボと、 同相および直角位相トルク変調および加算回路に接続されそこからの変調され た信号を受取るための第3の加算回路とを含む、請求項10に記載の回転センサ 。 19.回転センサを動作させるための方法であって、 ベースを与えるステップと、 駆動装置を形成するステップとを含み、駆動装置を形成する方法は、 ベースに装着される第1のフレームを形成することにより第1の1対の対向す る平坦な表面を備える単一のシリコンウエハから第1の駆動部材を形成し、フレ ームに接続される第1の駆動部材中央部分をさらに含むように第1の駆動部材を 形成し、シリコンウエハの平坦な表面に垂直な軸に関しフレームと中央部分との 間で回転のコンプライアンスが存在するようにし、第1の駆動部材中央部分の少 なくとも一方側に第1の複数の電極を形成するステップと、 ベースに装着される第2のフレームを形成することにより第2の1対の対向す る平坦な表面を備える単一のシリコンウエハから第2の駆動部材を形成し、フレ ームに接続される第2の駆動部材中央部分をさらに含むように第2の駆動部材を 形成し、シリコンウエハの平坦な表面に垂直な軸に関しフレームと中央部分との 間で回転のコンプライアンスが存在するようにし、第2の駆動部材中央部分の少 なくとも一方側に第2の複数の電極を形成するステップと、 第2の駆動部材のフレームを第1の駆動部材のフレームに装着するステップと を含み、回転センサを動作させるための方法はさらに、 第1および第2のシリコンウエハの平坦な表面に垂直な駆動軸に関する第1お よび第2の駆動部材中央部分の回転振動を駆動信号が生じさせるように第1およ び第2の駆動部材の電極を配置するステップと、 駆動信号周波数を有する駆動信号を複数の電極に与えるステップと、 シリコン検出部材を与えるステップとを含み、シリコン検出部材を与えるプロ セスは、 検出部材中央サポート部材を駆動部材中央部分に接続し、駆動部材中央部分の 回転振動が検出部材中央部分に伝達されるようにするステップと、 検出部分を検出部材中央サポート部材に接続して、検出部分か駆動軸に関し振 動し、駆動軸に垂直な軸に関する入力回転速度か検出部分の面外振動を生じさせ るようにするステップとを含み、回転センサを動作させるための方法はさらに、 検出部分から出力された信号を処理し、検出部分の面外振動の振幅の関数とし て入力回転速度を示す信号を発生するために信号処理装置を検出部分に接続する ステップを含む、回転センサを動作させるための方法。 20.フレームと駆動部材中央部分との間に複数のフレクシャビームを接続する ステップをさらに含む、請求項19に記載の方法。 21.検出部材中央サポート部材と検出部分との間に複数の一般に平坦な板ばね 部材を接続し、検出部分における面外振動が板ばね部材の面に垂直となるように するステップをさらに含む、請求項19に記載の方法。 22.検出部分に形成される容量性ピックオフをさらに含み、検出部分の面外振 動が容量性ピックオフにおける容量の変化を生じさせセンサ素子応答信号が形成 されるようにする、請求項3に記載の方法。 23.検出部材中央サポート部材と検出部分との間に複数の一般に平坦な板ばね 部材を接続し、検出部分における面外振動が板ばね部材の面に垂直となるように するステップをさらに含む、請求項20に記載の方法。 24.検出部分と複数の電極との間に容量性ピックオフを接続し、検出部分にお ける面外振動が容量性ピックオフにおける容量の変化を生じさせセンサ素子応答 信号が形成されるようにするステップをさらに含む、請求項19に記載の方法。 25.ベースと駆動部材のフレームとの間に複数のベースマウントを接続するス テップと、 回転センサにおける単一の機械的共振周波数を与えるためおよび外部振動入力 を減衰するために減衰コンプライアント素子を含むように各ベースマウントを形 成するステップとをさらに含む、請求項19に記載の方法。 26.信号処理ステップは、 第1の加算回路を容量性ピックオフに接続して入力回転速度を示す信号を受取 るステップと、 駆動信号周波数の余弦を示す信号で入力回転速度信号を変調するために第1の 変調回路を第1の加算回路に接続するステップと、 駆動信号周波数の正弦を示す信号で四分円動的誤差を変調するために配置され る第2の変調回路を与えるステップと、 第2の加算回路を与えて第1および第2の変調回路から出力された信号を加算 し、検出部材にフィードバック信号を与えるステップと、 駆動周波数の余弦でセンサ素子応答信号を復調するために第1の復調器回路を 容量性ピックオフに接続するステップと、 第1の補償回路を与えて第1の復調器回路から出力される信号を受取るステッ プと、 駆動周波数の正弦でセンサ素子応答信号を復調するために第2の復調器回路を 容量性ピックオフに接続するステップと、 第2の補償回路を与えて第2の復調器回路から出力される信号を受取るステッ プと、 第1のトルキング変調器回路を第1の補償回路に接続するステップと、 第2のトルキング変調器回路を第2の補償回路に接続するステップと、 第1および第2のトルキング変調器回路から出力された信号を加算し、検出部 材の複数の電極に入力されるフィードバック信号を発生するための第3の加算回 路を与えるステップとを含む、請求項23に記載の方法。 27.信号処理ステップは、 第1の加算回路を容量性ピックオフに接続して入力回転速度を示す信号を受取 るステップと、 駆動信号周波数の余弦を示す信号で入力回転速度信号を変調するために第1の 変調回路を第1の加算回路に接続するステップと、 駆動信号周波数の正弦を示す信号で四分円動的誤差を変調するために配置され る第2の変調回路を与えるステップと、 第2の加算回路を与えて第1および第2の変調回路から出力される信号を加算 し検出部材にフィードバック信号を与えるステップと、 駆動周波数の余弦でセンサ素子応答信号を復調するために第1の復調器回路を 容量性ピックオフに接続するステップと、 第1の補償回路を与えて第1の復調器回路から出力される信号を受取るステッ プと、 駆動周波数の正弦でセンサ素子応答信号を復調するために第2の復調器回路を 容量性ピックオフに接続するステップと、 第2の補償回路を与えて第2の復調器回路から出力される信号を受取るステッ プと、 第1のトルキング変調器回路を第1の補償回路に接続するステップと、 第2のトルキング変調器回路を第2の補償回路に接続するステップと、 第1および第2のトルキング変調器回路から出力される信号を加算するための 第3の加算回路を与えるステップとを含み、第3の加算回路は検出部材の複数の 電極に入力されるフィードバック信号を発生する、請求項19に記載の方法。 28.回転センサを動作させるための方法であって、 ベースを与えるステップと、 第1の1対の対向する平坦な表面を備える第1の単一のシリコンウエハの第1 の駆動部材を形成するステップとを含み、第1の駆動部材を形成する方法は、 第1のフレームを与えるステップと、 第1の駆動部材中央部分を第1のフレームに接続するステップと、 第1の駆動部材を配置し第1のシリコンウエハの平坦な表面に垂直な軸に関し 第1のフレームと第1の駆動部材中央部分との間に回転のコンプライアンスが生 じるようにするステップと、 第1の中央部分の少なくとも一方側に第1の複数の電極を形成するステップと を含み、回転センサを動作させるための方法はさらに、 第1の駆動部材をベースに装着するステップと、 駆動信号周波数を有する駆動信号を第1の複数の電極に与えるステップとを含 み、第1の複数の電極は駆動信号によりシリコンウエハの平坦な表面に垂直な駆 動軸に関する第1の駆動部材中央部分の回転振動が生じるように配置され、回転 センサを動作させるための方法はさらに、 第1のシリコン検出部材を形成するステップを含み、第1のシリコン検出部材 を形成する方法は、 第1の検出部材中央サポート部材を第1の駆動部材中央部分に接続し、第1の 駆動部材中央部分の回転振動が第1の検出部材中央部分に伝達されるようにする ステップと、 第1の検出部分を第1の検出部材中央サポート部材に接続して第1の検出部分 が駆動軸に関して振動し、駆動軸に垂直な軸に関する入力回転速度が第1の検出 部分の面外振動を生じさせるようにするステップとを含み、回転センサを動作さ せるための方法はさらに、 第1の駆動部材に第1の駆動部材と同じ第2の駆動部材を装着するステップと 、 信号周波数を有する駆動信号を第2の駆動部材に与えてシリコンウエハの平坦 な表面に垂直な駆動軸に関する振動を生じさせるステップと、 第2の駆動部材に第1の検出部材と同じ第2のシリコン検出部材を装着するス テップと、 検出部分の面外振動の振幅の関数として入力回転速度を示す信号を発生するた めに第1および第2の検出部分から出力される信号を処理するステップとを含む 、回転センサを動作させるための方法。 29.第1および第2の検出部分を配置して入力回転速度に応答して反対方向に 振動させるステップを含む、請求項28に記載の方法。 30.フレームと駆動部材中央部分との間に複数のフレクシャビームを含むよう に第1および第2の駆動部材を形成するステップを含む、請求項29に記載の方 法。 【図1】【図1】【図2】 【図3】 【図4】 【図5】 【図7】【図6】【図8】【図9】【図10】 [Procedural amendment] [Submission date] January 28, 1997 (1997.1.28) [Content of amendment] Claims 1. A rotation sensor, comprising: a base; and a driving device, wherein the driving device includes a first driving member having a first frame mounted on the base, wherein the first driving member has a first pair of driving members. Formed from a single silicon wafer with opposing flat surfaces, the first drive member further has a first drive member central portion connected to the frame, and an axis perpendicular to the flat surface of the silicon wafer. Wherein there is a rotational compliance between the frame and the central portion with respect to the first driving member further comprising a first plurality of electrodes formed on at least one side of the first driving member central portion. The drive further includes a second drive member having a second frame mounted on the first frame, the second drive member comprising a single piece of silicon comprising a second pair of opposing flat surfaces. Formed by wafer , The second drive member further has a second drive member central portion connected to the frame, wherein there is rotational compliance between the frame and the central portion with respect to an axis perpendicular to the flat surface of the silicon wafer. Wherein the second drive member further has a second plurality of electrodes formed on at least one side of the second drive member central portion, and the rotation sensor further comprises a plurality of drive signals having a drive signal frequency. A drive signal device for applying to the electrodes, wherein the plurality of electrodes are arranged such that the drive signals cause rotational vibration of the drive member center portion with respect to a drive axis perpendicular to the flat surface of the silicon wafer, and the rotation sensor further comprises: A silicon detection member, the silicon detection member having a detection member central support member connected to the second drive member central portion, whereby the second drive member central portion is provided. Minute rotational vibration is transmitted to the central portion of the detection member, the silicon detection member further has a detection portion connected to the central support member of the detection member, wherein the detection portion oscillates about the drive shaft and is perpendicular to the drive shaft. An input rotational speed for generating an out-of-plane vibration of the detection portion, and the rotation sensor is further connected to the detection portion for generating a signal indicative of the input rotational speed as a function of the amplitude of the out-of-plane vibration of the detection portion. A rotation sensor. 2. The first drive member further includes a first flexure beam connected between the first frame and the first drive member center portion, and the second drive member further includes a second frame and a second flexure beam. The rotation sensor according to claim 1, further comprising a second plurality of flexure beams connected between the drive member and the central portion. 3. 2. The leaf spring member of claim 1, further comprising a plurality of generally flat leaf spring members connected between the sensing member central support member and the sensing portion, wherein out-of-plane vibrations in the sensing portion are perpendicular to the plane of the leaf spring member. A rotation sensor as described. 4. 4. The sensor of claim 3, further comprising a capacitive pickoff formed between the second drive member and the sensing portion, wherein out-of-plane vibration of the sensing portion causes a change in the capacitance of the capacitive pickoff to form a sensor element response signal. 2. The rotation sensor according to 1. 5. 9. The plate member further comprising a plurality of generally flat plate spring members connected between the sensing member central support member and the sensing portion, wherein the out-of-plane vibration at the sensing portion is perpendicular to the plane of the plate spring member. 3. The rotation sensor according to 2. 6. 6. The sensor of claim 5, further comprising a capacitive pickoff formed between the second drive member and the sensing portion, wherein out-of-plane vibration of the sensing portion causes a change in the capacitance of the capacitive pickoff to form a sensor element response signal. 2. The rotation sensor according to 1. 7. A damping compliant device for providing a single mechanical resonance frequency in the rotation sensor and for damping external vibration input, further comprising a plurality of base mounts connected between the base and the frame of the drive member; The rotation sensor according to claim 5, wherein the rotation sensor is formed to include an element. 8. The signal processing device includes a first summing circuit connected to the capacitive pickoff and arranged to receive a signal indicative of the input rotational speed, and an input rotation signal coupled to the first summing device and indicating a cosine of the drive signal frequency. A first modulation circuit arranged to modulate the speed signal; a second modulation circuit arranged to modulate the quadrant dynamic error with a signal indicating the sine of the drive signal frequency; A second addition circuit connected to add the signals output from the second modulation circuit and to provide a feedback signal to the electrode of the detection member; and a sensor element response signal connected to a capacitive pick-off by a cosine of the driving frequency. A first demodulator circuit for demodulating, a first compensating circuit connected to receive a signal output from the first demodulator circuit, and a sensor connected to a capacitive pick-off and having a sine of a driving frequency. A second demodulator circuit for demodulating the element response signal; a second compensation circuit connected to receive the signal output from the second demodulator circuit; and a second compensation circuit connected to the first compensation circuit A first torquer modulator circuit, a second torquer modulator circuit connected to a second compensation circuit, and a third torquer circuit for adding signals output from the first and second torquer modulator circuits. The rotation sensor according to claim 6, further comprising an addition circuit, wherein the third addition circuit generates a feedback signal input to the plurality of electrodes of the detection member. 9. The signal processing device includes a first summing circuit arranged to receive a signal indicative of the input rotational speed, and a signal coupled to the first summing device for modulating the input rotational speed signal with a signal indicative of a cosine of the drive signal frequency. A second modulation circuit arranged to modulate the quadrant dynamic error with a signal indicating the sine of the drive signal frequency; and a first and second modulation circuit. A second addition circuit connected to add the output signals and provide a feedback signal to the detection member; a first demodulator connected to the detection portion for demodulating the sensor element response signal with a cosine of the drive frequency A first compensation circuit connected to receive the signal output from the first demodulator circuit; and a second compensation circuit connected to the detection portion for demodulating the sensor element response signal at a sine of the drive frequency. A demodulator circuit; A second compensation circuit connected to receive a signal output from the second demodulator circuit; a first torquer modulator circuit connected to the first compensation circuit; and a second compensation circuit connected to the second compensation circuit. And a third adder circuit for adding signals output from the first and second torquer modulator circuits, wherein the third adder circuit includes a plurality of detection members. The rotation sensor according to claim 1, wherein the rotation sensor generates a feedback signal input to the electrodes. 10. A rotation sensor, comprising: a base; a first drive member mounted to the base and formed from a first single silicon wafer having a first pair of opposing flat surfaces; Comprises a first frame and a first driving member central portion connected to the first frame, the first driving member central portion being perpendicular to a flat surface of the first silicon wafer. The first drive member is arranged to have a rotational compliance between the first frame and the first drive member center portion with respect to the first shaft, and the first drive member is further formed on at least one side of the first center portion. A plurality of electrodes, wherein the rotation sensor further includes a first drive signal device for providing a drive signal having a drive signal frequency to the first plurality of electrodes, wherein the first plurality of electrodes comprises a silicon wafer. Perpendicular to a flat surface The rotation sensor is further arranged to generate a rotational vibration of a central portion of the first driving member according to the driving signal with respect to the moving shaft, and the rotation sensor further includes a first silicon detecting member, wherein the first silicon detecting member includes a first driving member. A first detecting member central support member connected to the central portion, whereby the rotational vibration of the first driving member central portion is transmitted to the first detecting member central portion, and the first silicon detecting member further comprises: A first sensing portion connected to the first sensing member central support member, wherein the first sensing portion oscillates about a drive axis and an input rotational speed about an axis perpendicular to the drive axis is a surface of the first sensing portion. A second drive member formed of a second single silicon wafer having a second pair of opposing flat surfaces mounted on the first drive member for causing external vibrations; Including the The driving member includes a second frame, and a second driving member central portion connected to the second frame, wherein the second driving member central portion is perpendicular to the flat surface of the second silicon wafer. A second drive member central portion is disposed to have rotational compliance between the second frame and the second drive member central portion with respect to the axis, the first and second drive member central portions are connected in opposing relation, and the second drive member The member further includes a second plurality of electrodes formed on at least one side of the second central portion, and the rotation sensor further includes a second plurality of electrodes for providing a drive signal having a drive signal frequency to the second plurality of electrodes. A second drive signal device, wherein the second plurality of electrodes are arranged such that the drive signal causes rotational vibration of the second drive member center portion with respect to the drive axis perpendicular to the flat surface of the silicon wafer, and the rotation sensor is Further , A second silicon detection member, the second silicon detection member comprising a second detection member central support member connected to the second drive member central portion, whereby the second drive member central portion is The rotational vibration is transmitted to the second detection member central portion, and the second silicon detection member further includes a second detection portion connected to the second detection member central support member, wherein the second detection portion is driven. An input rotational speed about an axis that is oscillating about the axis and perpendicular to the drive axis causes out-of-plane vibration of the second sensing portion, and the rotation sensor is further connected to the first and second sensing portions and out-of-plane oscillation of the sensing portion. A rotation sensor including a signal processor for generating a signal indicative of an input rotation speed as a function of the amplitude of the rotation. 11. The rotation sensor according to claim 10, wherein the first and second detection portions are arranged to oscillate in opposite directions in response to an input rotation speed. 12. The rotation sensor of claim 10, wherein each of the first and second drive members includes a plurality of flexure beams connected between the frame and the drive member center portion. 13. Each of the first and second sensing portions includes a plurality of generally flat leaf spring members connected between the sensing member central support member and the sensing portion, wherein out-of-plane vibration of the sensing portion is applied to the face of the leaf spring member. 13. The rotation sensor according to claim 12, wherein the rotation sensor is made vertical. 14. A first capacitive pickoff formed in the sensing portion, wherein the out-of-plane vibration of the first sensing portion causes a change in the capacitance of the first capacitive pickoff, and further comprising a second capacitive pickoff formed in the sensing portion. 14. The rotation sensor according to claim 13, including a capacitive pickoff, wherein out-of-plane vibration of the second sensing portion causes a change in capacitance at the second capacitive pickoff. 15. A first plurality of generally flat leaf spring members connected between the first sensing member central support member and the first sensing portion, wherein the out-of-plane vibration in the first sensing portion is the first plate; A second plurality of generally flat leaf spring members adapted to be perpendicular to the plane of the spring member and connected between the second sensing member central support member and the second sensing portion; The rotation sensor according to claim 10, wherein an out-of-plane vibration at the detection portion is perpendicular to a plane of the second leaf spring member. 16. A first capacitive pickoff formed between the first sensing portion and the first drive member, wherein the out-of-plane vibration of the first sensing portion causes a change in the capacitance of the first capacitive pickoff. And a second capacitive pickoff formed between the second sensing portion and the second drive member, wherein the out-of-plane vibration of the second sensing portion changes the capacitance of the second capacitive pickoff. The rotation sensor according to claim 15, wherein the rotation sensor causes the rotation. 17. The system further includes a plurality of base mounts connected between the base and the frame of the first drive member, each base mount providing a single mechanical resonance frequency in the rotation sensor and for damping external vibration input. 16. The rotation sensor of claim 15, wherein the rotation sensor is formed to include a damping compliant element. 18. The signal processing device is connected to the first detection unit and amplifies the rotation response signal output therefrom. The first amplifier is connected to the second detection unit and amplifies the rotation response signal output therefrom. Two amplifiers, a first adder circuit connected to the first and second amplifiers and arranged to generate a sum signal indicating a sum of the amplified rotation signals, and a first and second amplifier. A second summing circuit connected and arranged to generate a difference signal indicative of the difference between the amplified rotation signals; and an in-phase and quadrature modulation of the sum and difference signals connected to the first and second summing circuits. A modulation circuit for receiving the in-phase and quadrature-modulated sum and difference signals therefrom and for generating a measured velocity signal for the input rotation about the first axis. Servo compensation And an in-phase and quadrature torque modulation and addition circuit connected to the servo compensation circuit for receiving signals therefrom; and an in-phase and quadrature torque modulation and addition circuit and connected to the in-phase and quadrature demodulation circuit to provide automatic gain control. 11. The rotation sensor of claim 10 including an oscillator servo for and a third summing circuit connected to the in-phase and quadrature torque modulation and summing circuit for receiving the modulated signal therefrom. 19. A method for operating a rotation sensor, comprising the steps of providing a base and forming a drive, wherein the method of forming a drive comprises forming a first frame mounted on the base. A first drive member formed from a single silicon wafer having a first pair of opposing flat surfaces and further including a first drive member central portion connected to the frame; Forming a first plurality of electrodes on at least one side of the first driving member center portion, such that there is rotational compliance between the frame and the center portion with respect to an axis perpendicular to the flat surface of the silicon wafer. Forming a second frame mounted on the base to form a second drive from a single silicon wafer having a second pair of opposing flat surfaces. Forming a moving member and forming a second driving member to further include a second driving member central portion connected to the frame, wherein the second driving member is formed between the frame and the central portion with respect to an axis perpendicular to the flat surface of the silicon wafer; Forming a second plurality of electrodes on at least one side of a central portion of the second driving member, so that the frame of the second driving member is formed on the frame of the first driving member. Mounting, wherein the method for operating the rotation sensor further comprises: rotating the first and second drive member central portions with respect to a drive axis perpendicular to the flat surface of the first and second silicon wafers. Arranging the electrodes of the first and second driving members so as to generate a driving signal; applying a driving signal having a driving signal frequency to the plurality of electrodes; Providing a silicon detection member, wherein the process of providing the silicon detection member comprises connecting the detection member central support member to the drive member central portion so that rotational vibration of the drive member central portion is transmitted to the detection member central portion. Connecting the sensing portion to the sensing member central support member to oscillate about the sensing portion or the drive shaft to cause an input rotational speed or out-of-plane oscillation of the sensing portion about an axis perpendicular to the drive shaft. And a method for operating the rotation sensor further comprising: processing the signal output from the detection portion to generate a signal indicative of the input rotation speed as a function of the amplitude of the out-of-plane vibration of the detection portion. A method for operating a rotation sensor, comprising connecting a device to a detection part. 20. 20. The method of claim 19, further comprising connecting a plurality of flexure beams between the frame and the drive member center portion. 21. The method further comprising connecting a plurality of generally flat leaf spring members between the sensing member central support member and the sensing portion so that out-of-plane vibrations at the sensing portion are perpendicular to the plane of the leaf spring member. 20. The method according to 19. 22. 4. The method of claim 3, further comprising a capacitive pickoff formed in the sensing portion, wherein out-of-plane vibration of the sensing portion causes a change in capacitance at the capacitive pickoff such that a sensor element response signal is formed. 23. The method further comprising connecting a plurality of generally flat leaf spring members between the sensing member central support member and the sensing portion so that out-of-plane vibrations at the sensing portion are perpendicular to the plane of the leaf spring member. 20. The method according to 20. 24. Connecting a capacitive pick-off between the sensing portion and the plurality of electrodes, wherein out-of-plane vibrations in the sensing portion cause a change in capacitance at the capacitive pick-off to form a sensor element response signal. The method according to claim 19. 25. Connecting a plurality of base mounts between the base and the frame of the drive member; and including a damping compliant element for providing a single mechanical resonance frequency in the rotation sensor and for damping external vibration input. Forming each base mount. 26. Connecting the first summing circuit to the capacitive pick-off to receive a signal indicative of the input rotational speed; and a first signal modulating the input rotational speed signal with a signal indicative of the cosine of the drive signal frequency. Connecting a modulation circuit to the first summing circuit; providing a second modulation circuit arranged to modulate the quadrant dynamic error with a signal indicating the sine of the drive signal frequency; Providing an adder circuit to add the signals output from the first and second modulation circuits and providing a feedback signal to the detection member; and a first demodulation for demodulating a sensor element response signal with a cosine of a driving frequency. Connecting a demodulator circuit to a capacitive pickoff; providing a first compensation circuit to receive a signal output from the first demodulator circuit; Connecting a second demodulator circuit to the capacitive pickoff to demodulate the answer signal; providing a second compensation circuit to receive a signal output from the second demodulator circuit; Connecting the torquer modulator circuit to the first compensation circuit; connecting the second torquer modulator circuit to the second compensation circuit; and signals output from the first and second torquer modulator circuits. And providing a third summing circuit for generating a feedback signal that is input to the plurality of electrodes of the detection member. 27. Connecting the first summing circuit to the capacitive pick-off to receive a signal indicative of the input rotational speed; and a first signal modulating the input rotational speed signal with a signal indicative of the cosine of the drive signal frequency. Connecting a modulation circuit to the first summing circuit; providing a second modulation circuit arranged to modulate the quadrant dynamic error with a signal indicating the sine of the drive signal frequency; Providing an adder circuit to add the signals output from the first and second modulation circuits and providing a feedback signal to the detection member; and a first demodulator for demodulating the sensor element response signal at the cosine of the drive frequency. Connecting the circuit to a capacitive pickoff; providing a first compensation circuit to receive the signal output from the first demodulator circuit; and sensing the sensor element response at the sine of the drive frequency. Connecting a second demodulator circuit to a capacitive pickoff to demodulate the signal; providing a second compensation circuit to receive a signal output from the second demodulator circuit; Connecting the modulator circuit to the first compensation circuit; connecting the second torquer modulator circuit to the second compensation circuit; and outputting the signals output from the first and second torquer modulator circuits. Providing a third summing circuit for summing, wherein the third summing circuit generates a feedback signal that is input to a plurality of electrodes of the sensing member. 28. A method for operating a rotation sensor, the method comprising: providing a base; and forming a first drive member of a first single silicon wafer having a first pair of opposing flat surfaces. A method of forming a first drive member, comprising: providing a first frame; connecting a first drive member center portion to the first frame; Providing rotational compliance between the first frame and the first driving member center portion with respect to an axis perpendicular to the flat surface of the one silicon wafer; and at least one side of the first center portion. Forming a first plurality of electrodes, the method for operating a rotation sensor further comprising: mounting a first drive member to a base; and a drive having a drive signal frequency. Applying a signal to a first plurality of electrodes, the first plurality of electrodes causing the drive signal to cause a rotational oscillation of the first drive member center portion with respect to a drive axis perpendicular to the flat surface of the silicon wafer. And the method for operating the rotation sensor further comprises forming a first silicon detection member, wherein the method for forming the first silicon detection member comprises: Connecting the first detection member center portion to the first detection member center portion, wherein the rotational vibration of the first drive member center portion is transmitted to the first detection member center portion; Connecting to the support member such that the first sensing portion oscillates about the drive shaft such that the input rotational speed about an axis perpendicular to the drive shaft causes out-of-plane oscillation of the first sensing portion. The method for operating the rotation sensor further comprises: mounting a second drive member on the first drive member that is the same as the first drive member; and providing a drive signal having a signal frequency to the second drive member. Generating a vibration about a drive axis perpendicular to the flat surface of the silicon wafer; mounting a second silicon detection member identical to the first detection member on the second drive member; and out-of-plane vibration of the detection portion Processing the signals output from the first and second detection portions to generate a signal indicative of the input rotational speed as a function of the amplitude of the rotation sensor. 29. 29. The method of claim 28, comprising positioning the first and second sensing portions to vibrate in opposite directions in response to an input rotational speed. 30. 30. The method of claim 29, comprising forming the first and second drive members to include a plurality of flexure beams between the frame and the drive member center portion. FIG. FIG. FIG. 2 FIG. 3 FIG. 4 FIG. 5 FIG. 7 FIG. 6 FIG. 8 FIG. 9 FIG. 10

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG ,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN, TD,TG),AP(KE,MW,SD,SZ,UG), AM,AT,AU,BB,BG,BR,BY,CA,C H,CN,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB ,GE,HU,JP,KE,KG,KP,KR,KZ, LK,LR,LT,LU,LV,MD,MG,MN,M W,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD ,SE,SI,SK,TJ,TT,UA,US,UZ, VN (72)発明者 ワイズ,スタンリー・エフ アメリカ合衆国、91316 カリフォルニア 州、エンシーノ、アロンゾ・アベニュ、 4610 (72)発明者 ファーシュト,サミュエル・エイチ アメリカ合衆国、91604 カリフォルニア 州、ステューディオ・シティー、ブエナ・ パーク・ドライブ、3749────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IE, IT, LU, M C, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF, CG , CI, CM, GA, GN, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (KE, MW, SD, SZ, UG), AM, AT, AU, BB, BG, BR, BY, CA, C H, CN, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, GB , GE, HU, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LK, LR, LT, LU, LV, MD, MG, MN, M W, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD , SE, SI, SK, TJ, TT, UA, US, UZ, VN (72) Inventor Wise, Stanley F             91316 California, United States             Province, Encino, Alonzo Avenue,             4610 (72) Inventors Fastt, Samuel H             United States, 91604 California             State, Studio City, Buena             Park Drive, 3749

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1.回転センサであって、 ベースと、 駆動装置とを含み、駆動装置は、 ベースに装着された第1のフレームを有する第1の駆動部材を含み、第1の駆 動部材は第1の1対の対向する平坦な表面を備える単一のシリコンウエハから形 成され、第1の駆動部材はさらに、フレームに接続される第1の駆動部材中央部 分を有し、シリコンウエハの平坦な表面に垂直な軸に関しフレームと中央部分と の間で回転のコンプライアンスが存在するようにされ、第1の駆動部材はさらに 第1の駆動部材中央部分の少なくとも片側に形成される第1の複数の電極を有し 、駆動装置はさらに、 第2のフレームに装着される第2のフレームを有する第2の駆動部材を含み、 第2の駆動部材は第2の1対の対向する平坦な表面を備える単一のシリコンウエ ハで形成され、第2の駆動部材はさらに、フレームに接続される第2の駆動部材 中央部分を有し、シリコンウエハの平坦な表面に垂直な軸に関しフレームと中央 部分との間で回転のコンプライアンスが存在するようにされ、第2の駆動部材は さらに第2の駆動部材中央部分の少なくとも片側に形成される第2の複数の電極 を有し、回転センサはさらに、 駆動信号周波数を有する駆動信号を複数の電極に与えるための駆動信号装置を 含み、複数の電極は、駆動信号によ りシリコンウエハの平坦な表面に垂直な駆動軸に関し駆動部材中央部分の回転振 動が生じるように配置され、回転センサはさらに、 シリコン検出部材を含み、シリコン検出部材は、 第2の駆動部材中央部分に接続される検出部材中央サポート部材を有し、それ により第2の駆動部材中央部分の回転振動が検出部材中央部分に伝達され、シリ コン検出部材はさらに 検出部材中央サポート部材に接続された検出部分を有し、前記検出部分は駆動 軸に関して振動し、駆動軸に垂直である軸に関する入力回転速度が検出部分の面 外振動を発生させ、回転センサはさらに、 検出部分に接続され検出部分の面外振動の振幅の関数として入力回転速度を示 す信号を発生するための信号処理装置を含む、回転センサ。 2.フレームと駆動部材中央部分との間に接続される複数のフレクシャビームを さらに含む、請求項1に記載の回転センサ。 3.検出部材中央サポート部材と検出部分との間に接続される複数の一般的に平 坦な板ばね部材をさらに含み、検出部分における面外振動が板ばね部材の面に垂 直となる、請求項1に記載の回転センサ。 4.検出部分に形成される容量性ピックオフをさらに含み、検出部分の面外振動 により容量性ピックオフの容量に変化 が生じる、請求項3に記載の回転センサ。 5.検出部材中央サポート部材と検出部分との間に接続される複数の一般的に平 坦な板ばね部材をさらに含み、検出部分における面外振動が板ばね部材の面に垂 直となる、請求項1に記載の回転センサ。 6.検出部分と複数の電極との間に形成される容量性ピックオフをさらに含み、 検出部分の面外振動により容量性ピックオフの容量に変化が生じる、請求項5に 記載の回転センサ。 7.ベースと駆動部材のフレームとの間に接続される複数のベースマウントをさ らに含み、各ベースマウントは回転センサにおいて単一の機械的共振周波数を与 えるためかつ外部振動入力を減衰させるための減衰コンプライアント素子を含む ように形成される、請求項5に記載の回転センサ。 8.信号処理装置は、 容量性ピックオフに接続され入力回転速度を示す信号を受取るように配置され る第1の加算回路と、 第1の加算装置に接続され駆動信号周波数の余弦を示す信号で入力回転速度信 号を変調するために配置される第1の変調回路と、 駆動信号周波数の正弦を示す信号で四分円動的誤差を変調するために配置され る第2の変調回路と、 第1および第2の変調回路から出力された信号を加算し駆動部材にフィードバ ック信号を与えるように接続される 第2の加算回路と、 容量性ピックオフに接続され駆動周波数の余弦でセンサ素子応答信号を復調す るための第1の復調器回路と、 第1の復調器回路から出力された信号を受取るように接続される第1の補償回 路と、 容量性ピックオフに接続され駆動周波数の正弦でセンサ素子応答信号を復調す るための第2の復調器回路と、 第2の復調器回路から出力された信号を受取るように接続される第2の補償回 路と、 第1の補償回路に接続される第1のトルキング変調器回路と、 第2の補償回路に接続される第2のトルキング変調器回路と、 第1および第2のトルキング変調器回路から出力された信号を加算するための 第3の加算回路とを含み、第3の加算回路は駆動部材の複数の電極に入力される フィードバック信号を発生する、請求項5に記載の回転センサ。 9.信号処理装置は、 入力回転速度を示す信号を受取るように配置される第1の加算回路と、 第1の加算装置に接続され駆動信号周波数の余弦を示す信号で入力回転速度信 号を変調するために配置される第1の変調回路と、 駆動信号周波数の正弦を示す信号で四分円動的誤差を変 調するために配置される第2の変調回路と、 第1および第2の変調回路から出力された信号を加算し駆動部材にフィードバ ック信号を与えるように接続される第2の加算回路と、 検出部分に接続され駆動周波数の余弦でセンサ素子応答信号を復調するための 第1の復調器回路と、 第1の復調器回路から出力される信号を受取るように接続される第1の補償回 路と、 検出部分に接続され駆動周波数の正弦でセンサ素子応答信号を復調するための 第2の復調器回路と、 第2の復調器回路から出力される信号を受取るように接続される第2の補償回 路と、 第1の補償回路に接続される第1のトルキング変調器回路と、 第2の補償回路に接続される第2のトルキング変調器回路と、 第1および第2のトルキング変調器回路から出力される信号を加算するための 第3の加算回路とを含み、第3の加算回路は駆動部材の複数の電極に入力される フィードバック信号を発生する、請求項1に記載の回転センサ。 10.回転センサであって、 ベースと、 ベースに装着され、第1の1対の対向する平坦な表面を備える第1の単一のシ リコンウエハから形成される第1の 駆動部材とを含み、第1の駆動部材は、 第1のフレームと、 第1のフレームに接続される第1の駆動部材中央部分とを備え、前記第1の駆 動部材中央部分は第1のシリコンウエハの平坦な表面に垂直な軸に関し第1のフ レームと第1の駆動部材中央部分との間で回転のコンプライアンスを有するよう に配置され、第1の駆動部材はさらに 第1の中央部分の少なくとも一方側に形成される第1の複数の電極を備え、回 転センサはさらに、 駆動信号周波数を有する駆動信号を第1の複数の電極に与えるための第1の駆 動信号装置を含み、第1の複数の電極はシリコンウエハの平坦な表面に垂直な駆 動軸に関し駆動信号により第1の駆動部材中央部分の回転振動が生じるように配 置され、回転センサはさらに、 第1のシリコン検出部材を含み、第1のシリコン検出部材は、 第1の駆動部材中央部分に接続される第1の検出部材中央サポート部材を備え 、それにより第1の駆動部材中央部分の回転振動が第1の検出部材中央部分に伝 達され、第1のシリコン検出部材はさらに 第1の検出部材中央サポート部材に接続された第1の検出部分を備え、前記第 1の検出部分は駆動軸に関して振動し、駆動軸に垂直な軸に関する入力回転速度 が第1の検出部分の面外振動を生じさせ、回転センサはさらに、 第1の駆動部材に装着され、第2の1対の対向する平坦な表面を備える第2の 単一のシリコンウエハで形成される第2の駆動部材を含み、第2の駆動部材は、 第2のフレームと、 第2のフレームに接続される第2の駆動部材中央部分とを備え、第2の駆動部 材中央部分は第2のシリコンウエハの平坦な表面に垂直な軸に関し第2のフレー ムと第2の駆動部材中央部分との間で回転のコンプライアンスを有するように配 置され、第1および第2の駆動部材中央部分は対向する関係で接続され、第2の 駆動部材はさらに、 第2の中央部分の少なくとも一方側に形成される第2の複数の電極を備え、回 転センサはさらに、 駆動信号周波数を有する駆動信号を第2の複数の電極に与えるための第2の駆 動信号装置を含み、第2の複数の電極は駆動信号によりシリコンウエハの平坦な 表面に垂直な駆動軸に関し第2の駆動部材中央部分の回転振動が生じるように配 置され、回転センサはさらに、 第2のシリコン検出部材を含み、第2のシリコン検出部材は、 第2の駆動部材中央部分に接続される第2の検出部材中央サポート部材を備え 、それにより第2の駆動部材中央部分の回転振動が第2の検出部材中央部分に伝 達され、第2のシリコン検出部材はさらに 第2の検出部材中央サポート部材に接続された第2の検 出部分を備え、前記第2の検出部分は駆動軸に関して振動し、駆動軸に垂直な軸 に関する入力回転速度により第2の検出部分の面外振動が生じ、回転センサはさ らに、 第1および第2の検出部分に接続され検出部分の面外振動の振幅の関数として 入力回転速度を示す信号を発生するための信号処理装置を含む、回転センサ。 11.第1および第2の検出部分は入力回転速度に応答して反対方向に振動する ように配置される、請求項10に記載の回転センサ。 12.第1および第2の駆動部材各々はフレームと駆動部材中央部分との間に接 続される複数のフレクシャビームを含む、請求項12に記載の回転センサ。 13.第1および第2の検出部分の各々は検出部材中央サポート部材と検出部分 との間に接続される複数の一般に平坦な板ばね部材を含み、検出部分の面外振動 が板ばね部材の面に垂直となるようにされる、請求項12に記載の回転センサ。 14.検出部分に形成される第1の容量性ピックオフさらに含み、第1の検出部 分の面外振動が第1の容量性ピックオフの容量の変化を生じさせ、さらに、 検出部分に形成される第2の容量性ピックオフを含み、第2の検出部分の面外 振動により第2の容量性ピックオフに容量の変化が生じる、請求項13に記載の 回転センサ。 15.第1の検出部材中央サポート部材と第1の検出部分 との間に接続される第1の複数の一般に平坦な板ばね部材をさらに含み、第1の 検出部分における面外振動が第1の板ばね部材の面に垂直となるようにされ、さ らに 第2の検出部材中央サポート部材と第2の検出部分との間に接続される第2の 複数の一般に平坦な板ばね部材を含み、第2の検出部分における面外振動が第2 の板ばね部材の面に垂直となるようにされる、請求項10に記載の回転センサ。 16.第1の検出部分と第1の複数の電極との間に形成される第1の容量性ピッ クオフさらに含み、第1の検出部分の面外振動が第1の容量性ピックオフの容量 に変化を生じさせ、さらに 第2の検出部分と第2の複数の電極との間に形成される第2の容量性ピックオ フを含み、第2の検出部分の面外振動が第2の容量性ピックオフの容量に変化を 生じさせる、請求項15に記載の回転センサ。 17.ベースと第1の駆動部材のフレームとの間に接続される複数のベースマウ ントをさらに含み、各ベースマウントは回転センサにおいて単一の機械的共振周 波数を与えるためかつ外部振動入力を減衰するための減衰コンプライアント素子 を含むように形成される、請求項15に記載の回転センサ。 18.信号処理装置は、 第1の検出部分に接続されそこから出力される回転応答 信号を増幅する第1の増幅器と、 第2の検出部分に接続されそこから出力される回転応答信号を増幅する第2の 増幅器と、 第1および第2の増幅器に接続され、増幅された回転信号の総和を示す和信号 を発生するように配置される第1の加算回路と、 第1および第2の増幅器に接続され、増幅された回転信号の差を示す差信号を 発生するように配置される第2の加算回路と、 第1および第2の加算回路に接続され和および差信号の同相および直角位相変 調を与えるための変調回路と、 変調回路に接続されそこからの同相および直角位相変調された和および差信号 を受取るためかつ第1の軸に関する入力回転のための測定された速度信号を発生 するためのサーボ補償回路と、 サーボ補償回路に接続されそこからの信号を受取る同相および直角位相トルク 変調および加算回路と、 同相および直角位相トルク変調および加算回路ならびに同相および直角位相復 調回路に接続され自動利得制御を与えるための発振器サーボと、 同相および直角位相トルク変調および加算回路に接続されそこからの変調され た信号を受取るための第3の加算回路とを含む、請求項10に記載の回転センサ 。 19.回転センサを形成するための方法であって、 ベースを与えるステップと、 駆動装置を形成するステップとを含み、駆動装置を形成する方法は、 ベースに装着される第1のフレームを形成することにより第1の1対の対向す る平坦な表面を備える単一のシリコンウエハから第1の駆動部材を形成し、フレ ームに接続される第1の駆動部材中央部分をさらに含むように第1の駆動部材を 形成し、シリコンウエハの平坦な表面に垂直な軸に関しフレームと中央部分との 間で回転のコンプライアンスが存在するようにし、第1の駆動部材中央部分の少 なくとも一方側に第1の複数の電極を形成するステップと、 ベースに装着される第2のフレームを形成することにより第2の1対の対向す る平坦な表面を備える単一のシリコンウエハから第2の駆動部材を形成し、フレ ームに接続される第2の駆動部材中央部分をさらに含むように第2の駆動部材を 形成し、シリコンウエハの平坦な表面に垂直な軸に関しフレームと中央部分との 間で回転のコンプライアンスが存在するようにし、第2の駆動部材中央部分の少 なくとも一方側に第2の複数の電極を形成するステップと、 第2の駆動部材のフレームを第1の駆動部材のフレームに装着するステップと を含み、回転センサを形成するための方法はさらに、 駆動信号周波数を有する駆動信号を複数の電極に与えるステップと、 第1および第2のシリコンウエハの平坦な表面に垂直な駆動軸に関する第1お よび第2の駆動部材中央部分の回転振動を駆動信号が生じさせるように第1およ び第2の駆動部材の電極を配置するステップと、 シリコン検出部材を与えるステップとを含み、シリコン検出部材を与えるプロ セスは、 検出部材中央サポート部材を駆動部材中央部分に接続し、駆動部材中央部分の 回転振動が検出部材中央部分に伝達されるようにするステップと、 検出部分を検出部材中央サポート部材に接続して検出部分が駆動軸に関し振動 し、駆動軸に垂直な軸に関する入力回転速度が検出部分の面外振動を生じさせる ようにするステップとを含み、回転センサを形成するための方法はさらに、 検出部分の面外振動の振幅の関数として入力回転速度を示す信号を発生するた めに信号処理装置を検出部分に接続するステップを含む、回転センサを形成する ための方法。 20.フレームと駆動部材中央部分との間に複数のフレクシャビームを接続する ステップをさらに含む、請求項19に記載の方法。 21.検出部材中央サポート部材と検出部分との間に複数の一般に平坦な板ばね 部材を接続し、検出部分における面外振動が板ばね部材の面に垂直となるように するステップをさらに含む、請求項19に記載の方法。 22.検出部分に形成される容量性ピックオフをさらに含み、検出部分の面外振 動が容量性ピックオフにおける容量の変化を生じさせるようにする、請求項3に 記載の方法。 23.検出部材中央サポート部材と検出部分との間に複数の一般に平坦な板ばね 部材を接続し、検出部分における面外振動が板ばね部材の面に垂直となるように するステップをさらに含む、請求項19に記載の方法。 24.検出部分と複数の電極との間に容量性ピックオフを接続し、検出部分にお ける面外振動が容量性ピックオフにおける容量の変化を生じさせるようにするス テップをさらに含む、請求項19に記載の方法。 25.ベースと駆動部材のフレームとの間に複数のベースマウントを接続するス テップと、 回転センサにおける単一の機械的共振周波数を与えるためおよび外部振動入力 を減衰するために減衰コンプライアント素子を含むように各ベースマウントを形 成するステップとをさらに含む、請求項19に記載の方法。 26.信号処理ステップは、 第1の加算回路を容量性ピックオフに接続して入力回転速度を示す信号を受取 るステップと、 駆動信号周波数の余弦を示す信号で入力回転速度信号を変調するために第1の 変調回路を第1の加算回路に接続するステップと、 駆動信号周波数の正弦を示す信号で四分円動的誤差を変 調するために配置される第2の変調回路を与えるステップと、 第2の加算回路を与えて第1および第2の変調回路から出力された信号を加算 し、駆動部材にフィードバック信号を与えるステップと、 駆動周波数の余弦でセンサ素子応答信号を復調するために第1の復調器回路を 容量性ピックオフに接続するステップと、 第1の補償回路を与えて第1の復調器回路から出力される信号を受取るステッ プと、 駆動周波数の正弦でセンサ素子応答信号を復調するために第2の復調器回路を 容量性ピックオフに接続するステップと、 第2の補償回路を与えて第2の復調器回路から出力される信号を受取るステッ プと、 第1のトルキング変調器回路を第1の補償回路に接続するステップと、 第2のトルキング変調器回路を第2の補償回路に接続するステップと、 第1および第2のトルキング変調器回路から出力された信号を加算し、駆動部 材の複数の電極に入力されるフィードバック信号を発生するための第3の加算回 路を与えるステップとを含む、請求項6に記載の方法。 27.信号処理ステップは、 第1の加算回路を容量性ピックオフに接続して入力回転速度を示す信号を受取 るステップと、 駆動信号周波数の余弦を示す信号で入力回転速度信号を変調するために第1の 変調回路を第1の加算回路に接続するステップと、 駆動信号周波数の正弦を示す信号で四分円動的誤差を変調するために配置され る第2の変調回路を与えるステップと、 第2の加算回路を与えて第1および第2の変調回路から出力される信号を加算 し駆動部材にフィードバック信号を与えるステップと、 駆動周波数の余弦でセンサ素子応答信号を復調するために第1の復調器回路を 容量性ピックオフに接続するステップと、 第1の補償回路を与えて第1の復調器回路から出力される信号を受取るステッ プと、 駆動周波数の正弦でセンサ素子応答信号を復調するために第2の復調器回路を 容量性ピックオフに接続するステップと、 第2の補償回路を与えて第2の復調器回路から出力される信号を受取るステッ プと、 第1のトルキング変調器回路を第1の補償回路に接続するステップと、 第2のトルキング変調器回路を第2の補償回路に接続す るステップと、 第1および第2のトルキング変調器回路から出力される信号を加算するための 第3の加算回路を与えるステップとを含み、第3の加算回路は駆動部材の複数の 電極に入力されるフィードバック信号を発生する、請求項19に記載の方法。 28.回転センサを形成するための方法であって、 ベースを与えるステップと、 第1の1対の対向する平坦な表面を備える第1の単一のシリコンウエハの第1 の駆動部材を形成するステップとを含み、第1の駆動部材を形成する方法は、 第1のフレームを与えるステップと、 第1の駆動部材中央部分を第1のフレームに接続するステップと、 第1の駆動部材を配置し第1のシリコンウエハの平坦な表面に垂直な軸に関し 第1のフレームと第1の駆動部材中央部分との間に回転のコンプライアンスが生 じるようにするステップと、 第1の中央部分の少なくとも一方側に第1の複数の電極を形成するステップと を含み、回転センサを形成するための方法はさらに、 第1の駆動部材をベースに装着するステップと、 駆動信号周波数を有する駆動信号を第1の複数の電極に与えるステップとを含 み、第1の複数の電極は駆動信号に よりシリコンウエハの平坦な表面に垂直な駆動軸に関する第1の駆動部材中央部 分の回転振動が生じるように配置され、回転センサを形成するための方法はさら に、 第1のシリコン検出部材を形成するステップを含み、第1のシリコン検出部材 を形成する方法は、 第1の検出部材中央サポート部材を第1の駆動部材中央部分に接続し、第1の 駆動部材中央部分の回転振動が第1の検出部材中央部分に伝達されるようにする ステップと、 第1の検出部分を第1の検出部材中央サポート部材に接続して第1の検出部分 が駆動軸に関して振動し、駆動軸に垂直な軸に関する入力回転速度が第1の検出 部分の面外振動を生じさせるようにするステップとを含み、回転センサを形成す るための方法はさらに、 第1の駆動部材に第1の駆動部材と同じ第2の駆動部材を装着するステップと 、 信号周波数を有する駆動信号を第2の駆動部材に与えてシリコンウエハの平坦 な表面に垂直な駆動軸に関する振動を生じさせるステップと、 第2の駆動部材に第1の検出部材と同じ第2のシリコン検出部材を装着するス テップと、 検出部分の面外振動の振幅の関数として入力回転速度を示す信号を発生するた めに第1および第2の検出部分から出力される信号を処理するステップとを含む 、回転センサを形成するための方法。 29.第1および2の検出部分を配置して入力回転速度に応答して反対方向に振 動させるステップを含む、請求項28に記載の方法。 30.フレームと駆動部材中央部分との間に複数のフレクシャビームを含むよう に第1および第2の駆動部材を形成するステップを含む、請求項29に記載の方 法。[Claims] 1. A rotation sensor,   Base and   And a driving device, wherein the driving device comprises:   A first drive member having a first frame mounted on the base; The moving member is formed from a single silicon wafer having a first pair of opposing flat surfaces. Wherein the first driving member further comprises a first driving member central portion connected to the frame. The frame and the central part with respect to an axis perpendicular to the flat surface of the silicon wafer. Rotation compliance is present between the first drive member and A first plurality of electrodes formed on at least one side of a central portion of the first driving member; , The drive is further   A second drive member having a second frame mounted on the second frame, The second drive member is a single silicon wafer having a second pair of opposing flat surfaces. And a second drive member, further comprising a second drive member connected to the frame. Having a central portion, the frame and the center about an axis perpendicular to the flat surface of the silicon wafer; The rotation compliance between the parts is such that the second drive member is A second plurality of electrodes formed on at least one side of a center portion of the second driving member; And the rotation sensor further comprises:   A drive signal device for providing a drive signal having a drive signal frequency to a plurality of electrodes. And a plurality of electrodes The rotational vibration of the central part of the driving member with respect to the driving shaft perpendicular to the flat surface of the silicon wafer Movement is arranged, and the rotation sensor   Including a silicon detection member, the silicon detection member,   A detecting member central support member connected to the second driving member central portion; As a result, the rotational vibration of the central portion of the second driving member is transmitted to the central portion of the detecting member, The cone detection member further   A detection member connected to the central support member, wherein the detection portion is driven; The input rotational speed about the axis that oscillates about the axis and is perpendicular to the drive axis is External vibration, and the rotation sensor   Connected to the detector and indicates the input rotational speed as a function of the amplitude of the out-of-plane vibration of the detector A rotation sensor including a signal processing device for generating a signal. 2. Flexure beams connected between the frame and the central part of the drive member The rotation sensor according to claim 1, further comprising: 3. A plurality of generally flat surfaces connected between the sensing member central support member and the sensing portion A flat leaf spring member is further included, and out-of-plane vibration at the detection portion is perpendicular to the plane of the leaf spring member. The rotation sensor according to claim 1, wherein the rotation sensor is straight. 4. Out-of-plane vibration of the sensing portion further includes a capacitive pickoff formed in the sensing portion Changes to capacitive pick-off capacitance 4. The rotation sensor according to claim 3, wherein: 5. A plurality of generally flat surfaces connected between the sensing member central support member and the sensing portion A flat leaf spring member is further included, and out-of-plane vibration at the detection portion is perpendicular to the plane of the leaf spring member. The rotation sensor according to claim 1, wherein the rotation sensor is straight. 6. Further comprising a capacitive pickoff formed between the sensing portion and the plurality of electrodes, 6. The method according to claim 5, wherein the capacitance of the capacitive pick-off is changed by out-of-plane vibration of the detection portion. A rotation sensor as described. 7. Multiple base mounts connected between the base and the drive member frame Each base mount provides a single mechanical resonance frequency in the rotation sensor. Includes damping compliant elements to reduce external vibration input The rotation sensor according to claim 5, wherein the rotation sensor is formed as follows. 8. The signal processing device   An input connected to the capacitive pickoff and arranged to receive a signal indicative of the input rotational speed. A first addition circuit,   The input rotation speed signal is a signal that is connected to the first addition device and that indicates the cosine of the drive signal frequency. A first modulation circuit arranged to modulate the signal;   Arranged to modulate the quadrant dynamic error with a signal indicating the sine of the drive signal frequency A second modulation circuit,   The signals output from the first and second modulation circuits are added, and a feedback Connected to give a clock signal A second adding circuit;   Connected to a capacitive pickoff to demodulate sensor element response signal at cosine of drive frequency A first demodulator circuit for   A first compensation circuit connected to receive the signal output from the first demodulator circuit; Road and   Connected to a capacitive pickoff to demodulate the sensor element response signal at the sine of the drive frequency A second demodulator circuit for   A second compensation circuit connected to receive the signal output from the second demodulator circuit; Road and   A first torquer modulator circuit connected to the first compensation circuit;   A second torquer modulator circuit connected to the second compensation circuit;   For adding the signals output from the first and second torquer modulator circuits. A third addition circuit, wherein the third addition circuit is input to the plurality of electrodes of the driving member. The rotation sensor according to claim 5, wherein the rotation sensor generates a feedback signal. 9. The signal processing device   A first summing circuit arranged to receive a signal indicative of the input rotational speed;   The input rotation speed signal is a signal that is connected to the first addition device and that indicates the cosine of the drive signal frequency. A first modulation circuit arranged to modulate the signal;   Change the quadrant dynamic error with a signal indicating the sine of the drive signal frequency. A second modulation circuit arranged for tuning;   The signals output from the first and second modulation circuits are added, and a feedback A second adder circuit connected to provide a clock signal;   For demodulating the sensor element response signal with the cosine of the drive frequency connected to the detection part A first demodulator circuit;   A first compensation circuit connected to receive a signal output from the first demodulator circuit Road and   For demodulating the sensor element response signal with the sine of the drive frequency connected to the detection part A second demodulator circuit;   A second compensation circuit connected to receive the signal output from the second demodulator circuit; Road and   A first torquer modulator circuit connected to the first compensation circuit;   A second torquer modulator circuit connected to the second compensation circuit;   For adding signals output from the first and second torquer modulator circuits. A third addition circuit, wherein the third addition circuit is input to the plurality of electrodes of the driving member. The rotation sensor according to claim 1, wherein the rotation sensor generates a feedback signal. 10. A rotation sensor,   Base and   A first single shell mounted to the base and having a first pair of opposing flat surfaces. First formed from recon wafer A driving member, the first driving member comprising:   A first frame;   A first drive member central portion connected to a first frame; The central portion of the moving member has a first flange with respect to an axis perpendicular to the flat surface of the first silicon wafer. To provide rotational compliance between the frame and the first drive member center portion. And the first driving member is further   A first plurality of electrodes formed on at least one side of the first central portion; The rotation sensor further   A first drive for providing a drive signal having a drive signal frequency to the first plurality of electrodes. A first plurality of electrodes including a driving signal perpendicular to a flat surface of the silicon wafer; The drive signal is arranged such that rotational vibration of the center portion of the first drive member is generated by the drive signal with respect to the drive shaft. And the rotation sensor is   Including a first silicon detection member, the first silicon detection member,   A first detecting member central support member connected to the first driving member central portion; Thus, the rotational vibration of the central portion of the first driving member is transmitted to the central portion of the first detecting member. Reached, the first silicon detection member further comprises   A first detection portion connected to a first detection member central support member; The detection part of 1 oscillates about the drive shaft and the input rotation speed about the axis perpendicular to the drive shaft Causes out-of-plane vibration of the first detection portion, and the rotation sensor further   A second drive mounted on the first drive member and having a second pair of opposing flat surfaces; Including a second drive member formed of a single silicon wafer, the second drive member,   A second frame;   A second driving member connected to the second frame, and a second driving unit. The central portion of the material has a second frame about an axis perpendicular to the flat surface of the second silicon wafer. And a rotationally compliant arrangement between the system and the central portion of the second drive member. And the first and second drive member central portions are connected in opposing relation to form a second The driving member further comprises:   A second plurality of electrodes formed on at least one side of the second central portion; The rotation sensor further   A second drive for providing a drive signal having a drive signal frequency to the second plurality of electrodes. A second plurality of electrodes on the flat surface of the silicon wafer by the drive signal. Arranged such that rotational vibration of the central portion of the second driving member occurs with respect to the driving shaft perpendicular to the surface. And the rotation sensor is   Including a second silicon detection member, the second silicon detection member,   A second detecting member central support member connected to the second driving member central portion; Accordingly, the rotational vibration of the central portion of the second driving member is transmitted to the central portion of the second detecting member. And the second silicon detection member is   A second detection member connected to the second detection member central support member; An exit portion, wherein the second sensing portion oscillates about a drive axis and is perpendicular to the drive axis. Out-of-plane vibration of the second detection portion due to the input rotation speed with respect to In addition,   As a function of the amplitude of the out-of-plane vibration of the detection part connected to the first and second detection parts A rotation sensor including a signal processing device for generating a signal indicating an input rotation speed. 11. The first and second sensing portions oscillate in opposite directions in response to the input rotational speed The rotation sensor according to claim 10, wherein the rotation sensor is arranged as follows. 12. Each of the first and second driving members is connected between the frame and the driving member central portion. 13. The rotation sensor according to claim 12, comprising a plurality of flexure beams that follow. 13. Each of the first and second detection portions includes a detection member central support member and a detection portion. Including a plurality of generally flat leaf spring members connected between the 13. The rotation sensor according to claim 12, wherein is set to be perpendicular to the plane of the leaf spring member. 14. A first capacitive pick-off formed in the detection portion, further comprising a first detection portion; Minute out-of-plane vibration causes a change in the capacitance of the first capacitive pickoff,   Including a second capacitive pickoff formed in the sensing portion, out of plane of the second sensing portion 14. The method of claim 13, wherein the vibration causes a change in capacitance at the second capacitive pickoff. Rotation sensor. 15. First detection member central support member and first detection portion Further comprising a first plurality of generally flat leaf spring members connected between The out-of-plane vibration at the detection portion is perpendicular to the plane of the first leaf spring member; To   A second detection member connected between the second support member and the second detection portion; A plurality of generally flat leaf spring members, wherein the out-of-plane vibration at the second sensing portion is a second The rotation sensor according to claim 10, wherein the rotation sensor is configured to be perpendicular to the plane of the leaf spring member. 16. A first capacitive pit formed between the first detection portion and the first plurality of electrodes. Further comprising a first capacitive pick-off, wherein the out-of-plane vibration of the first sensing portion is a capacitance of the first capacitive pick-off. Cause changes in   A second capacitive pick-up formed between the second sensing portion and the second plurality of electrodes; Out-of-plane vibration of the second sensing portion changes the capacitance of the second capacitive pickoff. The rotation sensor according to claim 15, wherein the rotation sensor causes the rotation. 17. A plurality of base mice connected between the base and the frame of the first drive member; And each base mount has a single mechanical resonance Damping compliant element for providing wavenumber and damping external vibration input The rotation sensor according to claim 15, wherein the rotation sensor is formed to include: 18. The signal processing device   Rotational response connected to and output from the first detection part A first amplifier for amplifying the signal;   A second detecting portion connected to the second detecting portion for amplifying the rotation response signal output therefrom; An amplifier,   Sum signal connected to the first and second amplifiers and indicating the sum of the amplified rotation signals A first adder circuit arranged to generate   A difference signal that is connected to the first and second amplifiers and that indicates a difference between the amplified rotation signals; A second adder circuit arranged to occur;   In-phase and quadrature phase change of the sum and difference signals connected to the first and second adder circuits A modulation circuit for giving a tone;   In-phase and quadrature-modulated sum and difference signals connected to and from a modulation circuit And a measured speed signal for input rotation about the first axis. A servo compensation circuit for   In-phase and quadrature torque connected to and receiving signals from a servo compensation circuit A modulation and addition circuit;   In-phase and quadrature torque modulation and summing circuits and in-phase and quadrature phase recovery An oscillator servo connected to the tuning circuit for providing automatic gain control;   Connected to in-phase and quadrature torque modulation and summing circuits A third summing circuit for receiving the output signal. . 19. A method for forming a rotation sensor, comprising:   Giving a base;   Forming a drive, wherein the method of forming the drive comprises:   Forming a first pair of opposed frames by forming a first frame mounted on the base; Forming a first drive member from a single silicon wafer having a flat surface The first drive member to further include a first drive member center portion connected to the arm. Forming and aligning the frame with the central portion with respect to an axis perpendicular to the flat surface of the silicon wafer. Between the first drive member and the center of the first drive member. Forming a first plurality of electrodes on at least one side;   Forming a second pair of opposed frames by forming a second frame attached to the base; Forming a second drive member from a single silicon wafer having a flat surface The second drive member to further include a second drive member center portion connected to the arm. Forming and aligning the frame with the central portion with respect to an axis perpendicular to the flat surface of the silicon wafer. Between the second drive member and the center of the second drive member. Forming a second plurality of electrodes on at least one side;   Mounting the frame of the second drive member on the frame of the first drive member; And the method for forming a rotation sensor further comprises:   Applying a drive signal having a drive signal frequency to the plurality of electrodes;   A first and a second drive shaft perpendicular to the flat surfaces of the first and second silicon wafers; And the first and second driving members are arranged such that the driving signal causes rotational vibration of the central portion thereof. Arranging electrodes of the second driving member and   Providing a silicon detection member. Seth is   Connect the detection member center support member to the drive member center portion, and Causing the rotational vibration to be transmitted to the central portion of the detection member;   The detection part is connected to the detection member central support member and the detection part vibrates about the drive shaft. And the input rotational speed about the axis perpendicular to the drive axis causes out-of-plane vibration of the detection part And the method for forming a rotation sensor further comprises:   Generates a signal indicating the input rotational speed as a function of the amplitude of the out-of-plane vibration of the detector Forming a rotation sensor, including connecting a signal processing device to a detection portion for Way for. 20. Connecting multiple flexure beams between the frame and the drive member center 20. The method of claim 19, further comprising a step. 21. A plurality of generally flat leaf springs between the sensing member central support member and the sensing portion Connect the members so that the out-of-plane vibration at the detection part is perpendicular to the plane of the leaf spring member. 20. The method of claim 19, further comprising the step of: 22. The method further includes a capacitive pick-off formed in the detection portion, wherein an out-of-plane vibration of the detection portion is included. Wherein the actuation causes a change in capacitance at the capacitive pickoff. The described method. 23. A plurality of generally flat leaf springs between the sensing member central support member and the sensing portion Connect the members so that the out-of-plane vibration at the detection part is perpendicular to the plane of the leaf spring member. 20. The method of claim 19, further comprising the step of: 24. Connect a capacitive pick-off between the sensing part and multiple electrodes, and Out-of-plane vibrations can cause capacitance changes at the capacitive pickoff. 20. The method of claim 19, further comprising a step. 25. Connect multiple base mounts between the base and the drive member frame. Tep,   To provide a single mechanical resonance frequency in a rotation sensor and an external vibration input Each base mount to include an attenuation compliant element to attenuate 20. The method of claim 19, further comprising the step of: 26. The signal processing step is   A first summing circuit is connected to the capacitive pickoff to receive a signal indicating the input rotational speed Steps   A first method for modulating the input rotational speed signal with a signal indicating the cosine of the drive signal frequency Connecting the modulation circuit to the first summing circuit;   Change the quadrant dynamic error with a signal indicating the sine of the drive signal frequency. Providing a second modulation circuit arranged to modulate;   A second adding circuit is provided to add signals output from the first and second modulation circuits. Providing a feedback signal to the drive member;   A first demodulator circuit for demodulating the sensor element response signal at the cosine of the drive frequency. Connecting to a capacitive pickoff;   A step of providing a first compensation circuit and receiving a signal output from the first demodulator circuit; And   A second demodulator circuit to demodulate the sensor element response signal at the sine of the drive frequency. Connecting to a capacitive pickoff;   A step of providing a second compensation circuit and receiving a signal output from the second demodulator circuit; And   Connecting the first torquer modulator circuit to a first compensation circuit;   Connecting the second torquer modulator circuit to a second compensation circuit;   Adding the signals output from the first and second torquer modulator circuits, Third summing circuit for generating feedback signals input to a plurality of electrodes of the material Providing a path. 27. The signal processing step is   A first summing circuit is connected to the capacitive pickoff to receive a signal indicating the input rotational speed Steps   A first method for modulating the input rotational speed signal with a signal indicating the cosine of the drive signal frequency Connecting the modulation circuit to the first summing circuit;   Arranged to modulate the quadrant dynamic error with a signal indicating the sine of the drive signal frequency Providing a second modulator circuit,   A second addition circuit is provided to add signals output from the first and second modulation circuits. Providing a feedback signal to the drive member;   A first demodulator circuit for demodulating the sensor element response signal at the cosine of the drive frequency. Connecting to a capacitive pickoff;   A step of providing a first compensation circuit and receiving a signal output from the first demodulator circuit; And   A second demodulator circuit to demodulate the sensor element response signal at the sine of the drive frequency. Connecting to a capacitive pickoff;   A step of providing a second compensation circuit and receiving a signal output from the second demodulator circuit; And   Connecting the first torquer modulator circuit to a first compensation circuit;   Connecting a second torquer modulator circuit to a second compensation circuit; Steps   For adding signals output from the first and second torquer modulator circuits. Providing a third summing circuit, the third summing circuit comprising a plurality of driving members. 20. The method of claim 19, wherein generating a feedback signal input to the electrode. 28. A method for forming a rotation sensor, comprising:   Giving a base;   A first single silicon wafer having a first pair of opposing flat surfaces; Forming a first driving member, wherein a method of forming a first driving member comprises:   Providing a first frame;   Connecting the first drive member center portion to the first frame;   Disposing a first drive member with respect to an axis perpendicular to the flat surface of the first silicon wafer; Rotational compliance is generated between the first frame and the center portion of the first driving member. Steps to make   Forming a first plurality of electrodes on at least one side of the first central portion; And the method for forming a rotation sensor further comprises:   Attaching the first drive member to the base;   Applying a drive signal having a drive signal frequency to the first plurality of electrodes. Only, the first plurality of electrodes First drive member center with respect to drive axis more perpendicular to flat surface of silicon wafer And a method for forming a rotation sensor is further provided. To   Forming a first silicon detection member, the first silicon detection member The method of forming   A first detecting member central support member connected to the first driving member central portion; Rotational vibration of the driving member central portion is transmitted to the first detecting member central portion. Steps and   A first detection portion connected to the first detection member central support member to provide a first detection portion; Oscillates about the drive shaft, and the input rotational speed about the axis perpendicular to the drive shaft is first detected. Causing the part to generate out-of-plane vibration. The method for   Mounting the same second drive member as the first drive member on the first drive member; ,   A driving signal having a signal frequency is given to the second driving member to flatten the silicon wafer. Generating a vibration about a drive axis perpendicular to the surface.   The second drive member is mounted with the same second silicon detection member as the first detection member. Tep,   Generates a signal indicating the input rotational speed as a function of the amplitude of the out-of-plane vibration of the detector Processing the signals output from the first and second detection portions for , A method for forming a rotation sensor. 29. The first and second detection portions are arranged to swing in opposite directions in response to the input rotational speed. 29. The method of claim 28, including the step of moving. 30. Including multiple flexure beams between the frame and the drive member center 30. The method of claim 29, further comprising the step of forming first and second drive members. Law.
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