JP4050699B2 - 振動ジャイロスコープレートセンサ - Google Patents
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Description
第GB 2318184 B号には、図1aおよび1bに示されているような平面内のSin2θ/Cos2θの振動モードの対を、図2aおよび2bに示されている平面外のSinθ/Cosθの(ロッキング)振動モードの縮退の対と組合せて使用する装置について記載されている。平面内のCos2θのモードは、一般に一定の振動振幅を維持する第1の搬送波モードとして働く。装置が、リングの面に垂直な軸(z軸)の周りを回転すると、コリオリ力が引き起こされ、対応する平面内のSin2θの応答モードへエネルギーが結合される。装置が、リングの面内のy軸の周りを回転すると、コリオリ力が引き起こされ、平面外のCosθの応答モードへエネルギーが結合される。装置が、リングの面内のx軸の周りを回転すると、コリオリ力が引き起こされ、平面外のSinθの応答モードへエネルギーが結合される。引き起こされた応答モードの運動の振幅は、適切な入力軸の周りの加えられた回転レートに正比例する。
第WO-A-9947890号は、少なくとも2本の軸についてレートを感知するためのジャイロスコープであって、Cos2θおよびCosθのモードを含めて、一定の範囲のモードの組合せを使用し、かつ8本以上の共振器支持レッグを用いているジャイロスコープを開示している。
第WO-A-9922203号は、多軸ジャイロスコープであって、一定の範囲の、平面内および平面外のCos nθのモードの組合せを使用して、リング形振動構造を使用して構成されるが、適切な支持レッグ数については記載されていない多軸ジャイロスコープについて開示している。
実施形態では、支持桁は、実質的に等しい角度間隔を空けている。
上述の方式は、リングまたはフープ形構造の動力を、レッグの運動の影響を含めて、詳細に解析した結果として得られた。本発明では、設計の融通性を向上して、(リングに対する)レッグのコンプライアンスをより大きくし、一方で(リングの平面において)より大きい寸法のレッグを用いる。このような設計では、寸法公差の影響を受け難くなり、より経済的に組み立てることができる。
振動構造5は、既に記載したように、実質的に平面で実質的にリング形であり、外側リム7、レッグ19、および中心ボス20を有する。構造5は、絶縁基板層21上のボス20によって位置付けられており、絶縁基板層21は、絶縁酸化表面層を有し、ガラスまたはシリコンで作られている。振動構造5は、駆動要素およびピックオフ要素として働く全ての導体に対して定電圧で維持される。
ロッキングモードの振動を検出するための手段には、x軸静電駆動要素24、x軸静電ピックオフ要素25、y軸静電駆動要素26、およびy軸静電ピックオフ要素27が含まれ、外側リム7に隣り合って、その上位に、垂直方向に間隔を空けて位置し、y軸駆動要素26、x軸駆動要素25、y軸ピックオフ要素27、およびx軸駆動要素24は、外側リム7の周りに0°、90°、180°、および270°にそれぞれ配置されている。
N=LK/2
が満たされるときのみ、次数Nのモードに対して振動数スプリッティングが生じる。最大振動数スプリッティングは、K=1のときのみ生じ、Kが大きくなると、低減する。レッグ数Lが奇数であるときは、
N=LK
であるときのみ、振動数スプリッティングが生じる。ここでも、最大振動数スプリッティングは、K=1のときに生じ、Kの値が大きくなると、低減する。
L≠NK
にしたがう平面共振器構造が構成される。レッグには、等しい角度間隔が空けられている。図6A、6B、および6Cに示されているように、120°の間隔で3本のレッグ、72°の間隔で5本のレッグ、60°の間隔で6本のレッグ、51.4°の間隔で7本のレッグ、などが構成されている支持構造が使用され、これらは、平面内のCos2θ/Sin2θのモードと平面外のCosθ/Sinθのモードとの必要モード振動数整合を維持している。8本以上のレッグが構成されると、振動数整合はより維持されるが、既に記載した理由のために、不都合がある。
Claims (5)
- 3軸レートセンサであって、共通軸の周りに延びている、内周部(6)および外周部(7)を有する実質的にリングまたはフープ形構造を有する実質的に平面の振動共振器(5)、共振器(5)をCos2θの振動モードで振動させる駆動手段(22)、前記加えられた駆動手段(22)に応答して、共振器(5)の運動を感知するための搬送波モードピックオフ手段(23)、z軸の周りを回転することに応答して、共振器(5)の運動を検出するためのz軸応答モードピックオフ手段(31)、前記運動をゼロにするためのz軸応答モード駆動手段(30)、x軸の周りを回転することに応答して、共振器(5)の平面外の Sin θの運動を検出するためのx軸応答モードピックオフ手段(25)、前記運動をゼロにするためのx軸応答モード駆動手段(24)、y軸の周りを回転することに応答して、共振器(5)の平面外の Cos θの運動を検出するためのy軸応答ピックオフ手段(27)、前記運動をゼロにするためのy軸応答モード駆動手段(26)、および共振器(5)を柔軟に支持するための支持手段(9)であって、駆動手段(22)および加えられた回転に応答して、支持手段(9)に相関して共振器(5)を振動できるようにするための支持手段(9)が構成されていて、支持手段(9)が、L≠2K、K=0、1、2、または3、およびL<8として、L本のみの支持桁を有する3軸レートセンサ。
- 各支持桁(9)には、円弧状部分(9111)の対向する末端部から延びている第1および第2の直線状部分(91,911)が構成されている請求項1記載のレートセンサ。
- 支持桁(9)が、実質的に等しい角度間隔を空けている請求項1または2記載のレートセンサ。
- 支持手段(9)には、突起ボス(20)を有するベース(10)が構成されていて、実質的にリングまたはフープ形構造の内周部(6)が、支持桁(9)によってボス(20)に接続され、支持桁(9)が、リングまたはフープ形構造の内周部(6)から突起ボス(20)へ延びていて、したがってリング(5)またはフープ形構造が、ベース(10)から離れている請求項1ないし3の何れか1項記載のレートセンサ。
- 支持桁(9)の全剛性が、リング(5)またはフープ形構造の剛性よりも弱い請求項1ないし4の何れか1項記載のレートセンサ。
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