JP2020064054A - ピエゾz軸ジャイロスコープ - Google Patents
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Abstract
Description
図2aは、ジャイロスコープがただ1つの試験質量230を含む第1の実施形態を示している。この試験質量は、周辺懸架装置21および中心懸架装置262から懸架され、第1の軸271に位置合わせされている。第1の軸271は、交差点において第2の軸272と交差する。この実施形態では、第3のアンカー点223が交差点に配置されている。
図3は、図示された三角形の幾何学形状において周辺懸架装置の底辺の変形が緩和される実施形態を示している。参照符号313、330、341、342、351、371および372は、それぞれ図2a〜図2cの参照符号213、230、241、242、251、271および272に対応する。
有効回転中心は図3に示す幾何学的形状の変更によってシフトすることができるが、特に、以下に提示される実施形態に示されるように、複数の試験質量対が使用され、周辺懸架装置が互いに近接近して配置される応用形態では、周辺懸架装置の等辺を広げる余地が非常に限られていることが多い。また、トランスデューサは、柔軟性が高い等辺の狭い部分で最も効果的であるため、トランスデューサ341および342が動きを生成する有効性は、等辺の広い部分の幅および/または長さを増加させることにより減少する。
上述のピエゾ駆動およびセンストランスデューサに加えて、ジャイロスコープに補助ピエゾトランスデューサを含めることが有利な場合がある。そのようなトランスデューサは、例えば、駆動振動振幅が一定のままであること、結合されたセンス振動の力フィードバック相殺、または、駆動振動モードとセンス振動モードとの間の任意の望ましくない結合の相殺を保証するために使用され得る。
ジャイロスコープは、試験質量が反対方向に移動する逆位相振動をするように駆動される複数の質量を実装することにより、より堅牢にすることができる。差動センス信号読み出しと組み合わせた逆位相振動により、外部振動によって誘発される多くのエラー信号の自動相殺が容易になる。2つの質量が同じ方向に同時に移動しても、互いに対する変位を測定するように構成された差動測定には影響しない。
図9および図10は、試験質量の2つの代替形を示す。図9では、試験質量930はハンマーのような形状をしている。図10では、試験質量1030は、三角形の中空領域を備えた直角二等辺三角形のような形状をしている。これらの形状の質量の近くに提供される空のスペースは、例えば電気配線のための通路を提供するなど、さまざまな追加の目的に利用することができる。他の多くの形状も可能であるが、一般的には、可能な限り多くの質量を周辺懸架装置の底辺近くに集中させることが有利である。
Claims (7)
- 静止位置において第1の軸上に位置合わせされた第1の試験質量を備える微小電気機械z軸ジャイロスコープであって、
前記第1の試験質量が、第1の周辺懸架装置および第1の中心懸架装置から懸架され、
前記第1の周辺懸架装置は、第1のアンカー点から第2のアンカー点まで延伸し、前記第1の周辺懸架装置は、前記第1の試験質量を部分的に囲む二等辺三角形の形状を有し、前記二等辺三角形は、前記第1のアンカー点および前記第2のアンカー点において切頭されており、前記第1の周辺懸架装置の第1の等辺は、前記第1のアンカー点から前記第1の試験質量の第1の辺を過ぎて、前記第1の周辺懸架装置上の第1のコーナ点まで延伸し、前記第1の周辺懸架装置の第2の等辺は、前記第2のアンカー点から前記第1の試験質量の第2の辺を過ぎて前記第1の周辺懸架装置上の第2のコーナ点まで延伸し、前記第1の等辺と前記第2の等辺とをともに接合する前記第1の周辺懸架装置の底辺は、前記第1のコーナ点から前記第1の試験質量の第3の辺を過ぎて前記第2のコーナ点まで延伸し、前記第1の周辺懸架装置の前記底辺は、前記第1の軸上に位置合わせされたコネクタによって、前記第1の試験質量の前記第3の辺に取り付けられており、
前記第1の中心懸架装置は、前記周辺懸架装置によって形成されている前記二等辺三角形の切頭されたコーナを通って延伸し、前記第1の試験質量に取り付けられており、
前記第1の試験質量は、前記第1の周辺懸架装置の前記第1の等辺および/または前記第2の等辺上に配置された1つまたは複数のピエゾ駆動トランスデューサによって一次振動モードになるように駆動され、同時に、前記第1の周辺懸架装置の前記第1の等辺および前記第2の等辺が同じ面内方向に曲げられることを特徴とし、
前記第1の周辺懸架装置の前記底辺上に配置された1つまたは複数のピエゾセンストランスデューサは、前記ジャイロスコープが角回転を受けるときに、前記第1の軸に実質的に平行な方向において前記底辺の中央を曲げる前記第1の試験質量の二次振動モードを検出するように構成されており、結果、センス振動が前記1つまたは複数のセンストランスデューサによってセンス信号に変換されることを特徴とする、微小電気機械z軸ジャイロスコープ。 - 前記第1の試験質量は、第2の試験質量も備える試験質量システムの一部であり、結果、前記第1の試験質量および前記第2の試験質量は第1の試験質量対を形成し、前記第2の試験質量は前記第1の試験質量から離れて配置され、静止位置において前記第1の軸上に位置合わせされ、
前記試験質量システムは、第2の試験質量対を形成する第3のおよび第4試験質量も備え、前記第3の試験質量および前記第4の試験質量は、前記第1の軸に直交する第2の軸上で互いから離れて配置され、静止位置において前記第2の軸上に位置合わせされ、前記第2の試験質量対は、前記第1の軸が前記第2の軸と交差する交差点において前記第1の試験質量対に相互接続され、
結果、静止位置にある前記試験質量システムは、前記第1の軸および前記第2の軸に関して本質的に対称な質量分布を形成することを特徴とし、
前記第2の試験質量、前記第3の試験質量および前記第4の試験質量の各々が、追加の周辺懸架装置および追加の中心懸架装置から懸架され、追加の各周辺懸架装置は、追加の第1のアンカー点から追加の第2のアンカー点まで延伸し、前記追加の周辺懸架装置は、対応する前記試験質量を部分的に囲み、前記追加の第1のアンカー点および前記追加の第2のアンカー点において切頭されている二等辺三角形の形状を有し、前記追加の周辺懸架装置の第1の等辺は、前記追加の第1のアンカー点から対応する前記試験質量の第1の辺を過ぎて、前記追加の周辺懸架装置上の第1のコーナ点まで延伸し、前記追加の周辺懸架装置の第2の等辺は、前記追加の第2のアンカー点から対応する前記試験質量の第2の辺を過ぎて、前記追加の周辺懸架装置の第2のコーナ点まで延伸し、前記第1の等辺と前記第2の等辺とをともに接合する前記追加の周辺懸架装置の底辺は、前記第1のコーナ点から、対応する前記試験質量の第3の辺を過ぎて前記第2のコーナ点へと延伸し、前記追加の周辺懸架装置の前記底辺は、前記試験質量と同じ軸上に位置合わせされているコネクタによって、対応する前記試験質量の前記第3の辺に取り付けられており、
追加の各中心懸架装置は、前記周辺懸架装置によって形成される前記二等辺三角形の切頭されたコーナを通って延伸し、前記追加の中心懸架装置は対応する前記試験質量に取り付けられることを特徴とし、
前記第2の試験質量は、対応する前記追加の周辺懸架装置の前記第1の等辺および/または前記第2の等辺に配置された1つまたは複数のピエゾ駆動トランスデューサによって一次振動モードになるように駆動され、結果、前記第1の周辺懸架装置の前記第1の等辺および前記第2の等辺が曲げられるのと同じ面内方向において、前記追加の周辺懸架装置の前記第1の等辺および前記第2の等辺が同時に曲がり、結果、前記第2の試験質量の一次振動が、前記交差点を通過する垂直軸の周りの前記第1の試験質量の前記一次振動モードと同位相で発生し、対応する前記追加の周辺懸架装置の前記底辺上に配置された1つまたは複数のピエゾセンストランスデューサが、前記ジャイロスコープが角回転を受けるときに前記第1の軸に実質的に平行な方向において前記底辺の中央を曲げる、前記第2の試験質量の二次振動モードを検出するように構成され、結果、前記第2の試験質量のセンス振動が前記1つまたは複数のセンストランスデューサによってセンス信号に変換されることを特徴とし、
前記第2の試験質量対の各試験質量が、対応する前記追加の周辺懸架装置の前記第1の等辺および/または前記第2の等辺に位置する1つまたは複数のピエゾ駆動トランスデューサによって一次振動モードになるように駆動され、結果、前記第1の周辺懸架装置の前記第1の等辺および前記第2の等辺が曲げられるのとは反対の面内方向において、前記追加の周辺懸架装置の前記第1の等辺および前記第2の等辺が同時に曲がり、結果、前記第2の試験質量対の一次振動が、前記交差点を通過する垂直軸の周りの前記第1の試験質量の前記一次振動モードと逆位相で発生し、対応する前記追加の周辺懸架装置の前記底辺上に配置された1つまたは複数のピエゾセンストランスデューサは、前記ジャイロスコープが角回転を受けるときに前記第2の軸に実質的に平行な方向において前記底辺の中央を曲げる前記試験質量の二次振動モードを検出するように構成され、結果、センス振動は、前記1つまたは複数のセンストランスデューサによってセンス信号に変換されることを特徴とする、請求項1に記載の微小電気機械z軸ジャイロスコープ。 - 各周辺懸架装置内の各第1の等辺および各第2の等辺の幅が、対応する前記アンカー点に位置する前記等辺の前記第1の端部から、対応する前記周辺懸架装置の対応する前記コーナ点に位置する前記等辺の前記第2の端部に至るまでに増加することを特徴とする、請求項1または2に記載の微小電気機械z軸ジャイロスコープ。
- 各周辺懸架装置上の各第1のコーナ点および第2のコーナ点は、前記周辺懸架装置の前記底辺を前記等辺の1つに接合する屈曲部を備え、前記屈曲部は、前記周辺懸架装置によって形成される前記切頂二等辺三角形の高さによって規定される方向において前記底辺よりも狭いことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の微小電気機械z軸ジャイロスコープ。
- 各周辺懸架装置の前記第1の等辺および前記第2の等辺が前記一次振動の振幅を検出するための補助ピエゾセンストランスデューサも備え、各周辺懸架装置の前記底辺が、力フィードバック操作、力フィードバック減衰、および/またはセンス振動モードに結合される駆動振動運動の相殺のための1つまたは複数の補助ピエゾトランスデューサも備えることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の微小電気機械z軸ジャイロスコープ。
- 前記第1の試験質量対の各試験質量の前記周辺懸架装置は、前記周辺懸架装置の第1のアンカー点を前記第2の試験質量対の一方の試験質量の前記周辺懸架装置と共有し、前記周辺懸架装置の第2のアンカー点を前記第2の試験質量対の他方の前記試験質量の前記周辺懸架装置と共有し、前記第2の試験質量対の各試験質量の前記周辺懸架装置は、前記周辺懸架装置の第1のアンカー点を前記第1の試験質量対の一方の試験質量の前記周辺懸架装置と共有し、前記周辺懸架装置の第2のアンカー点を前記第1の試験質量対の他方の前記試験質量の前記周辺懸架装置と共有することを特徴とする、請求項2〜5のいずれか一項に記載の微小電気機械z軸ジャイロスコープ。
- コーナスプリングが、各周辺懸架装置上の各コーナ点から、前記周辺懸架装置の前記底辺によって規定される方向において外側に延伸しており、結果、各コーナスプリングの第1の端部は周辺懸架装置に取り付けられ、各コーナスプリングの第2の端部は、少なくとも1つのアンカー点に取り付けられ前記第1の軸および前記第2の軸に対して実質的に45°の角度に向けられている、対角サポートスプリングに取り付けられることを特徴とする、請求項2〜5のいずれか一項に記載の微小電気機械z軸ジャイロスコープ。
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