JP2010529426A - 角速度を測定する方法及び振動型微小機械角速度センサ - Google Patents
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Abstract
【選択図】図3
Description
振動型角速度センサに基づく測定は、角速度の測定に単純な動作原理を使用する信頼性の高い方法であることが証明されている。振動型角速度センサでは、特定の既知の主運動がセンサ内で誘導され、維持される。次に、センサによる測定が望まれる運動が、主運動の逸脱として検出される。
図1は、従来技術による振動型微小機械角速度センサの機能構造の図を示し、
図2は、従来技術による典型的な角速度センサのアナログシステム電子回路のブロック図を示す。
図3は、本発明による角速度センサの測定のブロック図を示す。図示の本発明による角速度の測定は、増幅10を介して位相検出器11に送られる検出信号8を含む。本発明による測定は、増幅12を介して位相検出器11並びに90度位相シフトモジュール13に送られる主検出信号9をさらに含む。本発明による測定の結果として、位相検出器11からの出力信号14が得られると共に、位相シフトモジュール13から主位相シフト駆動信号15も得られる。
Claims (21)
- 角速度センサが、少なくとも1つの振動質量と、前記質量に関連付けられた移動電極とを備え、前記質量が、励起される主運動を有すると共に、前記主運動に加えて、前記主運動に略垂直な検出軸に関連して自由度2を有し、前記質量が、バネ構造によってセンサ構成要素の本体に支持される、振動型微小機械角速度センサによって角速度を測定する方法であって、該方法において、前記質量が、検出共振器内で、前記主運動と同相のテスト励起が誘導されるように、非垂直の主軸及び副軸を有するバネ懸架装置によって懸架されること、及び測定される角速度が、前記主運動と副運動との位相差から、位相検出器によって位相敏感検出されることを特徴とする、方法。
- 前記主運動信号及び前記副運動信号のうちの一方が、90°位相シフトされることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記主運動信号及び前記副運動信号のうちの少なくとも一方が、増幅されることを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記位相敏感検出が、エッジの急なパルス波が、比較器(48)、(50)によって前記主運動信号及び前記副運動信号から生成されるように、XORゲート(49)によって実施され、前記波は前記XORゲート(49)に送られることを特徴とする、請求項1、2、又は3に記載の方法。
- 前記位相敏感検出の出力として、前記信号の前記位相差に比例するパルス幅変調信号が得られることを特徴とする、請求項4に記載の方法。
- アナログ出力信号が、ローパスフィルタリングにより、前記位相敏感検出の出力として得られる前記信号の前記位相差に比例する前記パルス幅変調信号から生成されることを特徴とする、請求項5に記載の方法。
- 前記主運動が、抵抗結合によって直接検出されることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
- 角速度センサが、少なくとも1つの振動質量と、前記質量に関連付けられた移動電極とを備え、前記質量が、励起される主運動を有すると共に、前記主運動に加えて、前記主運動に略垂直な検出軸に関連して自由度2を有し、前記質量が、バネ構造によってセンサ構成要素の本体に支持される、振動型微小機械角速度センサによって角速度を測定する装置であって、前記質量が位相検出器(11)、(49)を備え、それにより、該装置内で、前記質量が、検出共振器内で、前記主運動と同相のテスト励起が誘導されるように、非垂直の主軸及び副軸を有するバネ懸架装置によって懸架されること、及び測定される角速度が、前記主運動と副運動との位相差から、位相検出器によって位相敏感検出されることを特徴とする、装置。
- 前記主運動信号又は前記副運動信号のうちの一方の位相を90度シフトさせる位相シフタ(13)、(50)をさらに備えることを特徴とする、請求項8に記載の装置。
- 前記主運動信号又は前記副運動信号のうちの少なくとも一方を増幅する増幅器(10)、(12)、(48)、(50)をさらに備えることを特徴とする、請求項8又は9に記載の装置。
- XORゲート(49)及び比較器(48)、50)をさらに備え、それにより、前記主運動信号及び前記副運動信号が、前記比較器(48)、(50)により、エッジの急なパルス波にされるように、前記位相敏感検出が前記XORゲート(49)によって実施され、前記パルス波が前記XORゲート(49)に送られることを特徴とする、請求項8、9、又は10に記載の装置。
- 前記位相敏感検出の出力として、前記信号間の前記位相シフトに比例するパルス幅変調信号を送出する手段をさらに備えることを特徴とする、請求項11に記載の装置。
- 前記信号間の前記位相シフトに比例する前記パルス幅変調信号のローパスフィルタリングし、前記位相敏感検出の出力としてアナログ出力信号を送出する手段をさらに備えることを特徴とする、請求項12に記載の装置。
- 抵抗結合によって前記主運動を直接検出する手段をさらに備えることを特徴とする、請求項8〜13のいずれか一項に記載の装置。
- 角速度センサが、少なくとも1つの振動質量と、前記質量に関連付けられた移動電極とを備え、前記質量が、励起される主運動を有すると共に、前記主運動に加えて、前記主運動に略垂直な検出軸に関連して自由度2を有し、前記質量が、バネ構造によってセンサ構成要素の本体に支持される、振動型微小機械角速度センサであって、前記質量が、検出共振器内で、前記主運動と同相のテスト励起が誘導されるように、非垂直の主軸及び副軸を有するバネ懸架装置によって懸架されること、及び測定される角速度が、前記主運動と副運動との位相差から、位相検出器によって位相敏感検出されることを特徴とする、角速度センサ。
- 前記主運動信号又は前記副運動信号のうちの一方の位相を90度シフトさせる手段を備えることを特徴とする、請求項15に記載の角速度センサ。
- 前記主運動信号又は前記副運動信号のうちの少なくとも一方を増幅する手段を備えることを特徴とする、請求項15又は16に記載の角速度センサ。
- XORゲート(49)及び比較器(48)、(50)をさらに備え、それにより、前記主運動信号及び前記副運動信号が、前記比較器(48)、(50)により、エッジの急なパルス波にされるように、前記位相敏感検出が前記XORゲート(49)によって実施され、前記パルス波が前記XORゲート(49)に送られることを特徴とする、請求項15、16、又は17に記載の角速度センサ。
- 前記位相敏感検出の出力として、前記信号間の前記位相シフトに比例するパルス幅変調信号を送出する手段をさらに備えることを特徴とする、請求項18に記載の角速度センサ。
- 前記信号間の前記位相シフトに比例する前記パルス幅変調信号のローパスフィルタリングし、前記位相敏感検出の出力としてアナログ出力信号を送出する手段をさらに備えることを特徴とする、請求項19に記載の角速度センサ。
- 抵抗結合によって前記主運動を直接検出する手段を備えることを特徴とする、請求項15〜20のいずれか一項に記載の角速度センサ。
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DE102014105205A1 (de) * | 2013-04-26 | 2014-11-13 | Maxim Integrated Products, Inc. | Gyroskop-Stoß- und -Störungsmessschaltung |
FI126071B (en) * | 2014-01-28 | 2016-06-15 | Murata Manufacturing Co | Improved gyroscope structure and gyroscope |
US9910061B2 (en) | 2014-06-26 | 2018-03-06 | Lumedyne Technologies Incorporated | Systems and methods for extracting system parameters from nonlinear periodic signals from sensors |
DE102014215038A1 (de) * | 2014-07-31 | 2016-02-04 | Robert Bosch Gmbh | Mikromechanischer Sensor und Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Sensors |
FI20146153A (fi) * | 2014-12-29 | 2016-06-30 | Murata Manufacturing Co | Mikromekaaninen gyroskooppirakenne |
FR3035736B1 (fr) | 2015-04-29 | 2019-08-23 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Systeme electronique combinable a un instrument de musique a vent pour produire des sons electroniques et instrument comprenant un tel systeme |
US10030976B2 (en) | 2015-05-13 | 2018-07-24 | Kionix, Inc. | Phase-based measurement and control of a gyroscope |
TWI676029B (zh) | 2015-05-20 | 2019-11-01 | 美商路梅戴尼科技公司 | 用於決定慣性參數之方法及系統 |
US20170153266A1 (en) * | 2015-11-30 | 2017-06-01 | Lumedyne Technologies Incorporated | Systems and methods for determining inertial parameters using integration |
US10234477B2 (en) | 2016-07-27 | 2019-03-19 | Google Llc | Composite vibratory in-plane accelerometer |
JP6984342B2 (ja) * | 2017-11-22 | 2021-12-17 | セイコーエプソン株式会社 | 物理量センサー、物理量センサーの製造方法、慣性計測ユニット、携帯型電子機器、電子機器、および移動体 |
US10732199B2 (en) * | 2017-12-20 | 2020-08-04 | Apple Inc. | Multi-stage MEMS accelerometer for mixed g-level operation |
CN113135548A (zh) * | 2021-04-20 | 2021-07-20 | 广州蜂鸟传感科技有限公司 | 一种压电微机械执行器 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09250928A (ja) * | 1996-03-14 | 1997-09-22 | Aisin Seiki Co Ltd | 角速度検出装置 |
JP2000329562A (ja) * | 1999-03-12 | 2000-11-30 | Denso Corp | 角速度センサ装置 |
JP2001356017A (ja) * | 2000-06-14 | 2001-12-26 | Alps Electric Co Ltd | 振動子の駆動検出装置 |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06160102A (ja) | 1992-11-20 | 1994-06-07 | Mitsutoyo Corp | 振動ジャイロ |
US5817940A (en) * | 1996-03-14 | 1998-10-06 | Aisin Seiki Kabishiki Kaisha | Angular rate detector |
US6230563B1 (en) * | 1998-06-09 | 2001-05-15 | Integrated Micro Instruments, Inc. | Dual-mass vibratory rate gyroscope with suppressed translational acceleration response and quadrature-error correction capability |
US6370937B2 (en) * | 2000-03-17 | 2002-04-16 | Microsensors, Inc. | Method of canceling quadrature error in an angular rate sensor |
US6674108B2 (en) * | 2000-12-20 | 2004-01-06 | Honeywell International Inc. | Gate length control for semiconductor chip design |
US6946695B2 (en) * | 2002-08-08 | 2005-09-20 | Triad Sensors, Inc. | Solid-state rotational rate sensor device and method |
US6837107B2 (en) | 2003-04-28 | 2005-01-04 | Analog Devices, Inc. | Micro-machined multi-sensor providing 1-axis of acceleration sensing and 2-axes of angular rate sensing |
CN100437116C (zh) * | 2003-04-28 | 2008-11-26 | 模拟器件公司 | 提供两个加速度检测轴和一个角速度检测轴的微加工多传感器 |
DE10360963B4 (de) * | 2003-12-23 | 2007-05-16 | Litef Gmbh | Verfahren zur Messung von Drehraten/Beschleunigungen unter Verwendung eines Drehraten-Corioliskreisels sowie dafür geeigneter Corioliskreisel |
US7526957B2 (en) * | 2006-04-18 | 2009-05-05 | Watson Industries, Inc. | Vibrating inertial rate sensor utilizing skewed drive or sense elements |
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09250928A (ja) * | 1996-03-14 | 1997-09-22 | Aisin Seiki Co Ltd | 角速度検出装置 |
JP2000329562A (ja) * | 1999-03-12 | 2000-11-30 | Denso Corp | 角速度センサ装置 |
JP2001356017A (ja) * | 2000-06-14 | 2001-12-26 | Alps Electric Co Ltd | 振動子の駆動検出装置 |
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