JP2014077786A - 加速度計システムの動的な自己較正 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一実施形態は、加速度計システムの動的な自己較正のための方法を含む。本方法は、第1の方向における加速度計システムのセンサに関連付けられたプルーフマスを第1の所定の位置に強制するステップと、センサの少なくとも1つの力/検出素子を通じて第1の所定の位置におけるセンサに関連付けられた第1の測定値を取得するステップと、を含む。本方法は、また、第2の方向におけるプルーフマスを第2の所定の位置に強制するステップと、センサの少なくとも1つの力/検出素子を通じて第2の所定の位置におけるセンサに関連付けられた第2の測定値を取得するステップと、を含む。本方法は、さらに、第1の測定値及び第2の測定値に基づいて加速度計システムを較正するステップを含む。
【選択図】図1
Description
本願は、2012年10月8日に提出された米国仮出願第61/710895号の利益を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に援用される。
Claims (34)
- 加速度計システムの動的な自己較正のための方法であって、
第1の方向における前記加速度計システムのセンサに関連付けられたプルーフマスを第1の所定の位置に強制するステップと、
前記センサの少なくとも1つの力/検出素子を通じて前記第1の所定の位置における前記センサに関連付けられた第1の測定値を取得するステップと、
前記第1の方向とは反対の第2の方向における前記プルーフマスを第2の所定の位置に強制するステップと、
前記センサの前記少なくとも1つの力/検出素子を通じて前記第2の所定の位置における前記センサに関連付けられた第2の測定値を取得するステップと、
前記第1の測定値及び前記第2の測定値に基づいて前記加速度計システムを較正するステップと、を含む方法。 - 前記第1の測定値及び前記第2の測定値を取得するステップは、
前記少なくとも1つの力/検出素子を通じて前記プルーフマスに加えられる第1の正味の力を測定するステップと、
前記少なくとも1つの力/検出素子を通じて前記プルーフマスに加えられる第2の正味の力を測定するステップと、を含む請求項1に記載の方法。 - 前記プルーフマスは、前記加速度計システムの第1のセンサに関連付けられた第1のプルーフマスであり、前記力/検出素子は、第1の少なくとも1つの力/検出素子及び第2の少なくとも1つの力/検出素子を含み、
前記方法は、さらに、前記加速度計システムの第2のセンサを通じて外部加速度の大きさを測定するステップを含み、前記第2のセンサは、第2のプルーフマス、第3の少なくとも1つの力/検出素子及び第4の少なくとも1つの力/検出素子を含み、前記加速度計システムを較正するステップは、前記第1の測定値及び前記第2の測定値並びに前記第2のセンサにより測定された前記外部加速度の大きさに基づいて、前記第1のセンサを較正することを含む請求項1に記載の方法。 - 前記第1の方向における前記第2のプルーフマスを前記第1の所定の位置に強制するステップと、
前記センサの前記少なくとも1つの第3の力/検出素子及び/又は前記少なくとも1つの第4の力/検出素子を通じて前記第1の所定の位置における前記第2のセンサに関連付けられた第3の測定値を取得するステップと、
前記第2の方向における前記第2のプルーフマスを前記第2の所定の位置に強制するステップと、
前記センサの前記少なくとも1つの第3の力/検出素子及び/又は前記少なくとも1つの第4の力/検出素子を通じて前記第2の所定の位置における前記第2のセンサに関連付けられた第4の測定値を取得するステップと、
前記加速度計システムの第1のセンサを通じて外部加速度の大きさを測定するステップと、
前記第1のセンサにより測定された前記外部加速度の大きさ並びに前記第3の測定値及び前記第4の測定値に基づいて前記第2のセンサを較正するステップと、をさらに含む請求項3に記載の方法。 - 前記第1のセンサは、前記加速度計システムにより測定される外部加速度に対する第1の入力軸を含み、前記第2のセンサは、前記加速度計システムにより測定される前記外部加速度に対する第2の入力軸を含み、前記第1の入力軸及び前記第2の入力軸は、互いに反対の向きを有する請求項3に記載の方法。
- 前記第1のプルーフマスは、第1の屈曲部のセットを通じて前記第2のプルーフマスを前記第1のセンサ及び前記第2のセンサのフレームに内部接続する中間プルーフマスとして構成され、前記第2のプルーフマスは、第2の屈曲部のセットを通じて前記中間プルーフマスに単独で結合する独立プルーフマスとして構成される請求項3に記載の方法。
- 前記第1のプルーフマスは、ヌル位置での略平面層における前記第2のプルーフマスを囲む略環状のリングとして配置される請求項6に記載の方法。
- 前記プルーフマスを強制するステップは、
第1の所定の摂動に応じて静電気的なヌル位置から前記第1の所定の位置への前記第1の方向に前記プルーフマスを強制するステップと、
所定の中心位置について前記第1の所定の位置と対称な第2の所定の摂動に応じて前記静電気的なヌル位置から前記第2の所定の位置への前記第1の方向とは反対の前記第2の所定の位置に前記プルーフマスを強制するステップと、を含む請求項1に記載の方法。 - 前記プルーフマスは、前記加速度計システムの前記センサに関連付けられた第1のプルーフマスであり、
前記方法は、さらに、
第1の安定位置における少なくとも1つの屈曲部を通じて前記第1のプルーフマスに結合される第2のプルーフマスを保持するために加えられる第1の静電気力の大きさを測定するステップであって、前記第1の静電気力は、外部加速度による第1の力、前記屈曲部により加えられる第1のばね力、及び第1の静電バイアス力を含む、ステップと、
第2の安定位置における前記第2のプルーフマスを保持するために加えられる第2の静電気力の大きさを測定するステップであって、前記第2の静電気力は、前記外部加速度による第2の力、前記屈曲部により加えられる第2のばね力、及び第2の静電バイアス力を含む、ステップと、を含む請求項8に記載の方法。 - 前記第1の測定値及び前記第2の測定値を取得するステップは、
少なくとも1つの第1の及び/又は第2の力/検出素子を通じて前記プルーフマスに加えられる第1の正味の力を測定するステップと、
前記少なくとも1つの第1の及び/又は第2の力/検出素子を通じて前記プルーフマスに加えられる第2の正味の力を測定するステップと、を含み、
前記方法は、さらに、
前記第1の測定値と前記第2の測定値との差を算出するステップと、
前記第1の測定値と前記第2の測定値との前記差に基づいて前記静電気的なヌル位置を調整するステップと、を含む請求項8に記載の方法。 - 前記静電気的なヌル位置を調整するステップは、前記静電気的なヌル位置における前記少なくとも1つの第1の力/検出素子と前記少なくとも1つの第2の力/検出素子との相対的な信号を調整することを含む請求項10に記載の方法。
- 前記プルーフマスが前記第1及び第2の所定の位置それぞれにあるときに、第1の所定の較正加速度を加えるステップと、
前記プルーフマスが前記第1及び第2の所定の位置それぞれにあるときに、第2の所定の較正加速度を加えるステップと、
前記第2の所定の較正加速度を加えている間に、前記センサの前記少なくとも1つの第1の力/検出素子を通じて前記第1の所定の位置における前記センサに関連付けられた第3の測定値を取得するステップと、
前記第2の所定の較正加速度を加えている間に、前記センサの前記少なくとも1つの第2の力/検出素子を通じて前記第2の所定の位置における前記センサに関連付けられた第4の測定値を取得するステップと、をさらに含み、
前記第1及び第2の測定値を取得するステップは、前記第1の所定の較正加速度を加えている間に、前記第1及び第2の測定値を取得することを含み、
前記加速度計システムを較正するステップは、前記第1、第2、第3及び第4の測定値に基づいて前記加速度計システムを較正することを含む請求項1に記載の方法。 - 前記加速度計システムを較正するステップは、前較正手順において前記加速度計システムを較正することを含み、
前記前較正手順は、
前記第1、第2、第3及び第4の測定値に基づいて前記加速度計システムの初期スケールファクタを算出するステップと、
別の値を有する複数の所定の加速度及び前記初期スケールファクタに基づいて前記センサに関連付けられた初期動的バイアスを算出するステップと、を含む請求項12に記載の方法。 - 前記初期スケールファクタを算出するステップは、温度の所定範囲における前記初期スケールファクタをモデル化することを含む請求項13に記載の方法。
- 前記初期動的バイアスを算出するステップは、
前記複数の所定の加速度を加えるステップと、
前記初期スケールファクタに基づいて前記複数の所定の加速度それぞれにおいて前記プルーフマスに作用する力を測定するステップと、
前記複数の所定の加速度それぞれにおいて測定された力に基づいてバイアスについて解くステップと、を含む請求項13に記載の方法。 - 前記初期スケールファクタに基づいてリアルタイムスケールファクタを調整するために自己較正手順を周期的に行うステップをさらに含み、前記自己較正手順は、前記プルーフマスをずらすステップと、前記センサに作用するリアルタイム加速度を測定するステップと、を含む請求項13に記載の方法。
- 自己較正された動的バイアスを算出するステップは、
複数の別の加速度を加えるステップと、
前記自己較正されたスケールファクタに基づいて前記複数の別の加速度それぞれにおける前記プルーフマスに作用する力を測定するステップと、
前記複数の別の加速度それぞれにおける測定された力に基づいてバイアスについて解くステップと、を含む請求項16に記載の方法。 - 前記加速度計システムは、第1のセンサ及び第2のセンサを含み、前記第1のセンサは、第1のプルーフマスを含み、前記第2のセンサは、第2のプルーフマスを含み、前記初期スケールファクタを算出するステップは、各第1及び第2のセンサに関連付けられる前記第1及び第2のプルーフマスそれぞれに対する初期スケールファクタを算出することを含み、前記初期動的バイアスを算出するステップは、前記複数の所定の加速度及び前記第1及び第2のプルーフマスそれぞれに対する前記初期スケールファクタに基づいて前記第1及び第2のセンサそれぞれに関連付けられた前記初期動的バイアスを算出することを含み、前記自己較正手順を周期的に行うステップは、前記第1及び第2のセンサそれぞれに対する自己較正手順を交互に周期的に行うことを含む請求項16に記載の方法。
- 前記初期スケールファクタを算出するステップ及び前記自己較正手順を周期的に行うステップは、前記第1及び第2のプルーフマスのそれぞれを所定の位置にずらし、前記所定の位置それぞれに関連付けられた力を算出することを含む請求項18に記載の方法。
- 前記自己較正手順を周期的に行うステップは、
第1の時間において前記第1の所定の位置へ前記第1のプルーフマスをずらすステップと、
前記第1の時間において前記第1及び第2のセンサに作用する力を測定するステップと、
第2の時間において前記第2の所定の位置へ前記第1のプルーフマスをずらすステップと、
前記第2の時間において前記第1及び第2のセンサに作用する力を測定するステップと、
差を生成するために前記第1及び第2の時間に前記第1及び第2のセンサに従う力の測定値を差し引くステップと、
前記差を初期の差によって割り、割られた結果を生成するステップと、
前記割られた結果に前記初期スケールファクタを乗じ、前記第1のセンサのリアルタイムスケールファクタを算出するステップと、を含む請求項18に記載の方法。 - 前記第1及び第2プルーフマスそれぞれをずらすステップは、前記第1及び第2のプルーフマスの各一方の反対側の面に関連付けられた位置検出・力/検出素子のサブセットを無効にし、初期ヌル位置に対する前記第1及び第2のプルーフマスの各一方の位置オフセットを加えることを含む請求項20に記載の方法。
- 前記第1及び第2プルーフマスそれぞれをずらすステップは、前記第1及び第2のプルーフマスの各一方を内部接続する中間プルーフマスを前記第1及び第2のセンサの各一方に関連付けられたフレームへずらす一方で、前記第1及び第2のプルーフマスの各一方の反対側の面に関連付けられた複数のフォーサ・力/検出素子に対するヌル位置において前記第1及び第2のプルーフマスの各一方を維持することを含む請求項20に記載の方法。
- 加速度計システムの動的な自己較正のための方法であって、
電気的なヌルの第1の摂動に応じて、静電気的なヌル位置から第1の所定の位置へ第1の方向における前記加速度計システムのセンサに関連付けられた第1のプルーフマスを強制するステップと、
前記センサの少なくとも1つの第1の力/検出素子を通じて前記第1の所定の位置における前記第1のプルーフマスを有する前記センサの第2のプルーフマスと関連付けられた第1の測定値を取得するステップであって、前記第2のプルーフマスが屈曲部のセットを通じて前記第1のプルーフマスと結合される、ステップと、
電気的なヌルの第2の摂動に応じて、前記静電気的なヌル位置から前記第1の所定の位置に対して対称である第2の所定の位置への前記第1の方向とは反対の第2の方向に前記第1のプルーフマスを強制するステップであって、前記第1及び第2の摂動がほぼ等しくかつ向きが反対である、ステップと、
前記センサの少なくとも1つの第2の力/検出素子を通じて前記第2の所定の位置における前記第1のプルーフマスを有する前記センサの前記第2のプルーフマスと関連付けられた第2の測定値を取得するステップと、
前記第1の測定値及び前記第2の測定値に基づいて前記加速度計システムを較正するステップと、を含む方法。 - 前記第1の測定値及び前記第2の測定値を取得するステップは、
前記少なくとも1つの第1の力/検出素子を通じて前記第2のプルーフマスに加えられる第1の正味の力を測定するステップと、
前記少なくとも1つの第2の力/検出素子を通じて前記第2のプルーフマスに加えられる第2の正味の力を測定するステップと、を含む請求項23に記載の方法。 - 前記第1の測定値及び前記第2の測定値を取得するステップは、前記少なくとも1つの第1の力/検出素子を通じて前記第2のプルーフマスに加えられる第1の正味の力を測定するステップと、前記少なくとも1つの第2の力/検出素子を通じて前記第2のプルーフマスに加えられる第2の正味の力を測定するステップと、を含み、
前記方法は、さらに、
前記第1の測定値と前記第2の測定値との差を算出するステップと、
第1のキャパシタンスと第2のキャパシタンスとの差に基づいて前記静電気的なヌル位置を調整するステップと、を含む請求項23に記載の方法。 - 前記静電気的なヌル位置を調整するステップは、前記静電気的なヌル位置において前記少なくとも1つの第1の力/検出素子と前記少なくとも1つの第2の力/検出素子との相対的な信号を調整することを含む請求項25に記載の方法。
- 加速度計システムの動的な自己較正のための方法であって、
前較正手順における前記加速度計システムのセンサに関連付けられたプルーフマスに対する前記加速度計システムの初期スケールファクタを算出するステップであって、前較正手順は、前記プルーフマスをずらし、所定の較正加速度を測定することを含む、ステップと、
別の値を有する複数の所定の加速度及び初期スケールファクタに基づいて、前記センサに関連付けられた初期動的バイアスを算出するステップと、
前記初期スケールファクタに基づいてリアルタイムスケールファクタを調整するために自己較正手順を周期的に行うステップであって、前記自己較正手順は、前記プルーフマスをずらし、前記センサに作用するリアルタイム加速度を測定することを含む、ステップと、
複数の別の加速度及び自己較正されたスケールファクタに基づいて、前記センサに関連付けられた動的バイアスを周期的に算出するステップと、を含む方法。 - 前記初期スケールファクタを算出するステップは、所定の温度の範囲において前記初期スケールファクタをモデル化することを含む請求項27に記載の方法。
- 前記動的バイアスを算出するステップは、
前記複数の別の加速度を加えるステップと、
前記自己較正されたスケールファクタに基づいて前記複数の別の加速度のそれぞれにおける前記プルーフマスに作用する力を測定するステップと、
前記複数の別の加速度のそれぞれにおける測定された力に基づいてバイアスについて解くステップと、を含む請求項27に記載の方法。 - 前記加速度計システムは、第1のセンサ及び第2のセンサを備え、前記第1のセンサは、第1のプルーフマスを有し、前記第2のセンサは、第2のプルーフマスを有し、前記初期スケールファクタを算出するステップは、前記第1及び第2のセンサそれぞれに関連付けられた前記第1及び第2のプルーフマスのそれぞれに対する初期スケールファクタを算出することを含み、前記動的バイアスを算出するステップは、前記第1及び第2のプルーフマスのそれぞれに対する前記複数の別の加速度及び前記自己較正されたスケールファクタに基づいて前記第1及び第2のセンサそれぞれに関連付けられた前記動的バイアスを算出することを含み、前記自己較正を周期的に行うステップは、前記第1及び第2のプルーフマスのそれぞれに対する自己較正手順を交互に周期的に行うことを含む請求項27に記載の方法。
- 前記自己較正手順を周期的に行うステップは、
第1の時間において前記第1のプルーフマスを第1の所定の位置へずらすステップと、
前記第1の時間において前記第1及び第2のセンサに作用する力を測定するステップと、
第2の時間において前記第1のプルーフマスを第2の所定の位置へずらすステップと、
前記第2の時間において前記第1及び第2のセンサに作用する力を測定するステップと、
前記第1及び第2の時間における前記第1及び第2のセンサに作用する力の測定値を減算して、差を生成するステップと、
前記差を初期の前較正された差により割り、割られた結果を生成するステップと、
前記割られた結果を前記初期スケールファクタに乗じて、前記第1のセンサの前記リアルタイムスケールファクタを算出するステップと、を含む請求項30に記載の方法。 - 前記初期スケールファクタを算出し、前記自己較正手順を周期的に行うステップは、前記第1及び第2のプルーフマスのそれぞれを所定の位置へずらし、前記所定の位置のそれぞれに関連付けられた力を算出することを含む請求項30に記載の方法。
- 前記第1及び第2のプルーフマスをずらすステップは、前記第1及び第2のプルーフマスの各一方の2つの反対の方向の少なくとも1つと関連付けられた位置検出・力/検出素子のサブセットをずらし、初期ヌル位置に対する前記第1及び第2のプルーフマスの各一方の2つの反対の方向の少なくとも1つにおける電気的なヌル位置の摂動を加えることを含む請求項32に記載の方法。
- 前記第1及び第2のプルーフマスをずらすステップは、前記第1及び第2のプルーフマスの各一方を内部接続する中間プルーフマスを前記第1及び第2のセンサの各一方に関連付けられたフレームへずらす一方で、前記第1及び第2のプルーフマスの各一方の上下の複数のフォーサ・力/検出素子に対するヌル位置における前記第1及び第2のプルーフマスの各一方を維持することを含む請求項32に記載の方法。
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