JP2011039074A - 機械式センサとこれを含む機械式レートジャイロスコープとその操作方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】質量を基板に対して振動させる駆動力Fdを発生させる第1駆動系114と、角速度に応じて発生したコリオリ力により生じた偏位を測定する変位センサ116と、コリオリ力を打ち消すフィードバック力Ffを発生する横断駆動系166,168とを含む機械式センサ102と、第1駆動系に駆動力Fdを発生させるための交流駆動を与え、フィードバック力Ffを発生させる交流駆動の完全サイクルのフィードバック信号を横断駆動系に与える制御回路とを有し、第1駆動系が第1数Ndのセグメントを含み、横断駆動系が第2数Nfのセグメントを含み、このセグメントが、第1駆動系のセグメントと同形態で、第1駆動系セグメントに対して横断する方向に向いており、Fd/FfがNd/Nfに比例するよう構成する。
【選択図】図1
Description
にしたがう。2次システムの自然共鳴周波数を“ω0”とし、自然共鳴周波数、ωo、における周波数応答の品質係数を“Q”とすると、一般的に、2次システムの特性周波数応答、ωc、は、次式であらわされる。
さらに、品質係数、Q、は、次式であらわされる。
ここで、BWは、自然共鳴周波数、ωo、に中心を置く3−dB帯域幅である。
ω〜=ω(Fd/m)/[kD/m+jω(D/m)−ω2] (4)
上の(2)と(4)で類似の係数を等しいとすると、自然共鳴周波数、ωo、及び品質係数、Q、を機械式センサ102の機械的特性を用いて、次のようにあらわすことができる。
及び
Ac =2vΩ、コリオリの力、Fc、は、機械式センサ102をレート感知軸、z、の周りで回転させるため印加される角速度を“ΩIN”とすると、次式にしたがって、速度、v、に対応するからである。
好適実施例においては、各駆動系114のための複数の駆動指118が本体106に一体となって結合されており、単一の駆動指170と単一の駆動指174が同様に本体106に一体となって結合されている。例えば、数値、N、を400とし、フィードバック力、Ff、は、70度/秒の角速度、ΩIN、に等しいとする。
上に定義した(11)を用いると、フィードバック力、Ff、は、したがって次のようにあらわされる
ここで“R”は、横断駆動系166及び168が駆動信号を受信して必要なフィードバック力、Ff、を生じる間の時間量に比例する数値である。
上に定義した(9)及び(13)を用いると、レート感知軸、z、の周りで回転させるため機械式センサ102に印加される角速度、ΩIN、は次式であらわされる。
上に定義した(3)及び(15)を用いると、特性周波数、ωc、は、次のようにあらわされる。
したがって、上に定義した(14)及び(16)を用いると、機械式センサ102が機械的共鳴で作動するとき機械式センサ102に印加される角速度、ΩIN、は次のようにあらわされる。
のように見えるようになる。当然の帰結として、量子がωsに同等のPRFにおいてこのように変えられると、フィードバックの時間平均は、次のようにあらわされる。
したがって、上に定義した(17)及び(19)を用いると、角周波数、ωs、は次のようにあらわされる。
ここで、
である。
したがって、上に定義した(14)及び(22)を用いると、機械式センサ102が自然共鳴周波数、ωo、より上で作動するとき機械式センサ102に加わる角速度、ΩIN、は、次式であらわされる。
上に定義した(23)及び(24)を用いると、この角周波数、ωs、は次のようにあらわされる。
ここで
である。
Claims (11)
- 基板と、質量と、該質量を基板に対して振動させる駆動力Fdを発生させる構成となっている第1セグメント駆動系と、印加された角速度に応じて発生したコリオリの力により生じた質量の偏位を測定する構成となっている変位センサと、コリオリの力の影響を打ち消すためフィードバック力Ffを発生する構成となっている横断セグメント駆動系と、を含む機械式センサと、
第1セグメント駆動系に駆動力Fdを発生させるための交流駆動を与え、フィードバック力Ffを発生させるための前記交流駆動の完全サイクルを具備するフィードバック信号を、横断セグメント駆動系に対し与える構成となっている制御回路と、
を具備する機械式レートジャイロスコープであって、
前記第1セグメント駆動系が、質量に作動的に結合された第1数Ndのセグメントを含み、前記横断セグメント駆動系が、質量に作動的に結合された第2数Nfのセグメントを含み、この横断セグメント駆動系のセグメントが、前記第1セグメント駆動系のセグメントと同じ形態であって、該第1セグメント駆動系のセグメントに対して横断する方向に向いており、
Fd/FfがNd/Nfに比例する、
機械式レートジャイロスコープ。 - 前記制御回路が更に、前記横断セグメント駆動系に与えられる前記交流駆動の完全サイクルの極性を制御する構成となっている請求項1記載の機械式レートジャイロスコープ。
- 前記第1セグメント駆動系が第1の静電式セグメント駆動系を具備し、前記横断セグメント駆動系が横断静電式セグメント駆動系を具備し、前記交流駆動が交流電圧駆動を具備する請求項1記載の機械式レートジャイロスコープ。
- 前記第1セグメント駆動系が第1の電磁式セグメント駆動系を具備し、前記横断セグメント駆動系が横断電磁式セグメント駆動系を具備し、前記交流駆動が交流電流駆動を具備する請求項1記載の機械式レートジャイロスコープ。
- 前記横断セグメント駆動系のセグメントが少なくとも1つの不作動セグメントを含む請求項1記載の機械式レートジャイロスコープ。
- 前記制御回路が更に、前記変位センサにより与えられ、前記質量の偏位の大きさに比例する大きさを有する少なくとも1つの感知信号を受信し、その感知信号を用いてコリオリの力とフィードバック力Ffとの差の時間平均をあらわすエラー信号を発生する構成となっており、該エラー信号が、印加された角速度に比例するパルス反復周波数を具備する請求項1記載の機械式レートジャイロスコープ。
- 基板と、
質量と、
質量を基板に対し結合する構成となっている懸垂系と、
コリオリの力により生じた質量の偏位を測定する構成となっている変位センサと、
質量に作動的に結合された第1数Ndのセグメントを含み、質量を基板に対し振動を引き起こすように作用する駆動力Fdを発生させる交流駆動を受ける構成となっている第1セグメント駆動系と、
質量に作動的に結合された第2数Nfのセグメントを含む横断セグメント駆動系であって、該横断セグメント駆動系のセグメントが、第1セグメント駆動系のセグメントと同じ形態であって、第1セグメント駆動系のセグメントを横断する方向に向いており、横断セグメント駆動系は、コリオリの力の影響を打ち消すよう作用するフィードバック力Ffを発生させる前記交流駆動の完全サイクルを受ける構成となっており、Fd/FfがNd/Nfに比例する横断セグメント駆動系と、
を具備する機械式センサ。 - 前記第1セグメント駆動系が第1の静電式セグメント駆動系を具備し、前記横断セグメント駆動系が横断静電式セグメント駆動系を具備し、前記交流駆動が交流電圧駆動を具備する請求項7記載の機械式センサ。
- 前記第1セグメント駆動系が第1の電磁式セグメント駆動系を具備し、前記横断セグメント駆動系が横断電磁式セグメント駆動系を具備し、前記交流駆動が交流電流駆動を具備する請求項7記載の機械式センサ。
- 前記第2数Nfのセグメントが少なくとも1つの不作動セグメントを含む請求項7記載の機械式センサ。
- 機械式センサ及び制御回路を含む機械式レートジャイロスコープの操作方法であって、前記機械式センサが、基板と、質量と、変位センサと、第1セグメント駆動系と、横断セグメント駆動系とを有し、前記方法が、
前記制御回路によって、前記第1セグメント駆動系に交流駆動を与えるステップと、
前記第1セグメント駆動系によって、前記交流駆動を用いた駆動力Fdを発生させ、これにより前記質量を基板に対して振動させるステップと、
前記変位センサによって、印加された角速度に応答して発生したコリオリの力によって引き起こされた前記質量の変位を計測するステップと、
前記制御回路によって、前記横断セグメント駆動系に前記交流駆動の完全サイクルを与えるステップと、
前記横断セグメント駆動系によって、前記交流駆動の完全サイクルを用いたフィードバック力Ffを発生させ、これによりコリオリの力の影響を打ち消すステップと、
を具備する機械式レートジャイロスコープの操作方法。
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