JP2008514959A - 閉ループ加速度計における振動修正誤差を低減するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

閉ループ加速度計に関する振動修正誤差（ＶＲＥ）を最小限に抑えるためのシステムおよび方法。一実施形態では、方法は、既知の振動信号を第１の軸に沿って閉ループ加速度計に供給し、ＶＲＥが第１の閾値より下になるまで、フィードバックゲイン設定値を調整することを含む。フィードバックゲイン設定値が調整された後、ランダムな振動信号を第１の軸に沿って閉ループ加速度計に供給して、ＶＲＥが第２の閾値より下になるまで、サーボ系比例ゲイン値を調整する。

Description

発明の詳細な説明

（関連出願の相互参照）
本発明は、参照により内容が組み込まれている、２００４年９月２８日に出願した米国特許仮出願第６０／６１３，８６４号の利益を主張する。

振動修正誤差（ＶＲＥ）は、加速度計において共通する。

ＶＲＥが補償されない場合、加速度計の性能は低下する。
したがって、閉ループ加速度計に関するＶＲＥを最小限に抑えるための方法および装置の必要性が存在する。

本発明は、閉ループ加速度計に関する振動修正誤差（ＶＲＥ）を最小限に抑えるためのシステムおよび方法を提供する。

一実施形態では、方法は、既知の振動信号を第１の軸に沿って閉ループ加速度計に供給して、ＶＲＥが第１の閾値より下になるまで、フィードバックゲイン設定値を調整することを含む。フィードバックゲイン設定値が調整された後、ランダムな振動信号を第１の軸に沿って閉ループ加速度計に供給して、ＶＲＥが第２の閾値より下になるまで、サーボ系比例ゲイン値を調整することを含む。

本発明の好ましい実施形態および代替の実施形態を、添付の図面に関連して以下に詳細に説明する。

図１は、閉ループ加速度計システム２０を示す。システム２０は、加速度計３０と、位置測定回路３２と、コントローラ３４と、スイッチング論理３６と、Ｋ_Ｌ乗算器４８と、Ｋ_Ｕ乗算器５０とを含む。加速度計３０は、位置測定回路３２と信号通信している位置検出器４０を含む。また、加速度計３０は、乗算器５０および乗算器４８にそれぞれ結合される上側復元力アクチュエータ４２および下側復元力アクチュエータ４４も含む。また、加速度計３０は、フレキシブルビーム５６を介して固定基材５４に取り付けられたプルーフマス５２も含む。

システム２０の動作中、加速負荷が加速度計３０に供給され、それにより、プルーフマス５２が、経験される加速負荷の方向に曲がる。位置測定回路３２が、検出器４０から送られた信号に基づき、プルーフマス５２の位置を算出する。コントローラ３４が、プルーフマス５２の算出された位置に基づき、復元力信号を生成する。

スイッチング論理３６が、コントローラ３４によって出力される信号に応じて、乗算器４８または乗算器５０のいずれかに、その復元力信号を送る。次に、アクチュエータ４２またはアクチュエータ４４が、加速度計３０内でプルーフマス５２を中心に置くために、プルーフマス５２に復元力を供給する。システム２０は、その復元力信号の電圧レベルまたは電流レベルのいずれかに基づき、プルーフマス５２に供給された加速負荷を報告する。

本発明は、振動修正誤差（ＶＲＥ）の影響を最小限に抑えるために、Ｋ_ＬまたはＫ_Ｕの値を調整し、次いで、コントローラ３４において使用されるＫ_Ｐの値を調整するための方法およびシステムを含む。Ｋ_Ｐは比例ゲイン値であり、Ｋ_Ｉはサーボ系積分ゲイン値である。コントローラ３４の出力は、数式（１）によって示される。すなわち、

（１）
ｘ−プルーフマス変位の量
コントローラ３４は、感知された距離値を復元力信号に変換する。

一実施形態では、自動ゲイン値調整デバイス６０が、コントローラ３４、ならびに乗算器４８および乗算器５０とデータ通信している。デバイス６０は、コントローラ３４の出力を解析して、ＶＲＥを最小限に抑えるためにゲイン値を自動的に調整するプログラムコードを実行するためのプロセッサおよびメモリを含む。デバイス６０は、図２〜図４に示されるプロセスを実行する。別の実施形態では、ゲイン値を調整することは、算出されたＶＲＥの解析後、操作者によって手作業で実行される（後段の詳細な実施例を参照されたい）。

図２は、図１に示される加速度計３０によって経験されるようなＶＲＥの影響を最小限に抑えるための例示的なプロセス７０を示す。プロセス７０は、最初、ブロック７２で始まり、加速度計３０が振動台に装着される。次に、ブロック８０で、Ｋ_ＬまたはＫ_Ｕが、既知の振動信号を使用して調整される。これは、図３で以下により詳細に説明される。

次に、ブロック８６で、Ｋ_Ｐが、ランダムな振動信号を使用して調整される。これは、図４で以下により詳細に説明される。
図３は、図２に示されるプロセス７０のブロック８０において説明されるＫ_ＬまたはＫ_Ｕの調整を実行するための例示的なプロセスを示す。最初に、ブロック１０６で、加速度計３０が、振幅Ａを有する周波数ｆの既知の正弦周波数で振動させられる。次に、ブロック１１０で、ＶＲＥが測定される。次いで、決定ブロック１１２で、測定されたＶＲＥが、容認できる閾値より下になっているか否かを、プロセス８０が決定する。決定ブロック１１２において、ＶＲＥが、容認できる閾値より下にない場合、Ｋ_Ｌの値は変更される、ブロック１１４を参照されたい。次いで、プロセスはブロック１０６に戻る。決定ブロック１１２において、ＶＲＥが容認できる閾値より下にあることが測定された場合、プロセス７０のその部分は完了する。

図４は、図２に示されたプロセス７０のブロック８６において実行されるプロセスを示す。最初に、ブロック１１８で、ランダムな振動が加速度計３０に供給される。次いで、ブロック１２０で、加速度計３０のＶＲＥが測定される。決定ブロック１２２で、ＶＲＥが、容認できる閾値より下にない場合、ブロック１２６で、ＫＰの値が変更され、プロセスはブロック１１８に戻る。しかし、決定ブロック１２２で、ＶＲＥが、容認できる閾値より下になっている場合、プロセス７０のその部分は完了する。

プロセス７０が完了すると、ＶＲＥは、ＫＬまたはＫＵに調整が行われた後に、ＫＰを調整しているため、最小限に抑えられている。複数の加速度計を有するシステムにおいて、プロセス７０は、試験されていない加速度計に関して繰り返される。

図５は、図２に示されたプロセス７０が実行される前と、実行された後の加速度計の例示的な応答を示す。
本発明の好ましい実施形態が、例示され、説明されているが、前述したとおり、本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、多くの変更が行われることが可能である。例えば、加速度計３０は、シリコン、水晶、溶融石英、あるいは静電、磁界、圧電効果、または他の任意の手段を使用して再平衡化の力を生み出す他の任意の材料で作られていることが可能なＭＥＭＳデバイスまたは非ＭＥＭＳデバイスである。したがって、本発明の範囲は、好ましい実施形態の開示によって限定されない。むしろ、本発明は、全面的に、添付の特許請求の範囲を参照して確定されなければならない。

閉ループ加速度計の実施例を示す図である。 図１に示された閉ループ加速度計の振動修正誤差を最小限に抑えるための例示的なプロセスを示す流れ図である。 図１に示された閉ループ加速度計の振動修正誤差を最小限に抑えるための例示的なプロセスを示す流れ図である。 図１に示された閉ループ加速度計の振動修正誤差を最小限に抑えるための例示的なプロセスを示す流れ図である。 図２〜図４に示されたプロセスによる振動修正誤差の調整前および調整後の閉ループ加速度計の応答を示す図である。

Claims (9)

1. ＶＲＥが第１の閾値より下になるまで、フィードバックゲイン設定値を調整するステップと、
   ＶＲＥが第２の閾値より下になるまで、サーボ系比例ゲイン値を調整するステップと、
   を含む閉ループ加速度計に関する振動修正誤差（ＶＲＥ）を最小限に抑えるための方法。
2. 前記第１の閾値と前記第２の閾値は等しい、請求項１に記載の方法。
3. 前記フィードバックゲイン設定値を調整するステップは、既知の振動信号を第１の軸に沿って前記閉ループ加速度計に供給するステップを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記既知の振動信号は、既知の周波数および既知の振幅を含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記サーボ系比例ゲインを調整するステップは、ランダムな振動信号を前記第１の軸に沿って前記閉ループ加速度計に供給するステップを含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記フィードバックゲイン設定値を調整するステップ、および前記サーボ系比例ゲイン値を調整するステップは、自動的に実行される、請求項５に記載の方法。
7. 閉ループ加速度計のプルーフマスの位置を測定するための位置測定構成要素と、
   前記プルーフマスの前記測定された位置、および事前設定されたサーボ系比例ゲイン設定値に基づいてアクチュエータ信号を生成するための、前記位置測定構成要素に結合されたコントローラと、
   関連する事前設定されたフィードバックゲイン設定値に応じて、前記生成されたアクチュエータ信号を変更するための少なくとも１つのフィードバックゲイン構成要素とを含み、前記フィードバックゲイン設定値は、既知の振動信号が前記閉ループ加速度計に供給された場合に、ＶＲＥを最小限に抑えるように調整され、前記サーボ系比例ゲイン設定値は、前記フィードバックゲイン設定値がＶＲＥを最小限に抑えるように調整された後に、ランダムな振動信号が前記閉ループ加速度計に供給された場合に、ＶＲＥを最小限に抑えるように調整される、
   閉ループ加速度計に関する振動修正誤差（ＶＲＥ）を最小限に抑えるためのステム。
8. 閉ループ加速度計のプルーフマスの位置を測定するための位置測定構成要素と、
   前記プルーフマスの前記測定された位置、および事前設定されたサーボ系比例ゲイン設定値に基づいてアクチュエータ信号を生成するための、前記位置測定構成要素に結合されたコントローラと、
   関連する事前設定されたフィードバックゲイン設定値に応じて、前記生成されたアクチュエータ信号を変更するための少なくとも１つのフィードバックゲイン構成要素と、
   前記コントローラおよび前記少なくとも１つのフィードバックゲイン構成要素に結合されたコンピュータベースのデバイスとを備え、
   前記コンピュータベースのデバイスは、
   既知の振動信号が前記閉ループ加速度計に供給された場合に、ＶＲＥを最小限に抑えるように前記フィードバックゲイン設定値を調整するための第１の構成要素と、
   前記フィードバックゲイン設定値がＶＲＥを最小限に抑えるように調整された後に、ランダムな振動信号が前記閉ループ加速度計に供給された場合に、ＶＲＥを最小限に抑えるように前記サーボ系比例ゲイン設定値を調整するための第２の構成要素とを含む、
   閉ループ加速度計に関する振動修正誤差（ＶＲＥ）を最小限に抑えるためのシステム。
9. 前記第１の構成要素および前記第２の構成要素は、調整を自動的に実行する、請求項８に記載のシステム。

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