JP6600672B2 - 半球共振型ジャイロスコープ - Google Patents

半球共振型ジャイロスコープ Download PDF

Info

Publication number
JP6600672B2
JP6600672B2 JP2017201755A JP2017201755A JP6600672B2 JP 6600672 B2 JP6600672 B2 JP 6600672B2 JP 2017201755 A JP2017201755 A JP 2017201755A JP 2017201755 A JP2017201755 A JP 2017201755A JP 6600672 B2 JP6600672 B2 JP 6600672B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
forcer
electrodes
signals
electrode
hemispherical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017201755A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2018091831A (ja
Inventor
トルーソフ アレクサンダー
エム.ロゼール デイビッド
ディ.リンチ デイビッド
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northrop Grumman Systems Corp
Original Assignee
Northrop Grumman Systems Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northrop Grumman Systems Corp filed Critical Northrop Grumman Systems Corp
Publication of JP2018091831A publication Critical patent/JP2018091831A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6600672B2 publication Critical patent/JP6600672B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/567Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using the phase shift of a vibration node or antinode
    • G01C19/5691Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using the phase shift of a vibration node or antinode of essentially three-dimensional vibrators, e.g. wine glass-type vibrators

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)

Description

本開示は、概してセンサシステムに関し、具体的には半球共振型ジャイロスコープに関する。
受感(すなわち、入力)軸を中心とした回転を計算するように構成された複数の異なるタイプのジャイロスコープがある。ジャイロスコープの1つのタイプは、コリオリ振動ジャイロスコープ(Coriolis vibratory gyroscope : CVG)である。CVGの一例は、2つの質量(mass)(例えば、尖叉(tine))が駆動軸に沿って平面で振動することができる音叉型ジャイロスコープ(tuning fork gyroscope)である。音叉の尖叉に平行な入力軸を中心に付与された角速度に応答して、コリオリ力により、尖叉が(例えば、駆動軸に対して90°)感知軸に沿って平面外で振動する。開ループ器具における平面外運動の振幅、または、閉ループ器具における平面外運動を再平衡化し、かつ無効にするために必要とされる力は、入力軸を中心に付与された角速度の計測値に対応する。CVGの別例は、「ワイングラス(wine glass)」形状の共振器を基本共振周波数で振動させる半球共振型ジャイロスコープ(Hemispherical Resonator Gyroscope : HRG)である。基本モードまたはN=2モードでは、振動共振器上の複数の点の変位は、周方向に45°で離された複数の腹および複数の節(antinodes and nodes)を有する定常波(standing wave)の形態である。力再平衡化動作(force-rebalance operation)では、複数の腹のうちの一つが、駆動軸に沿って維持され得る。HRGでは、共振器の対称軸(例えば、入力軸)を中心に付与された角度回転は、定常波がハウジングに対して角変位(angular displacement)を遅らせ(lag)、受感軸を中心としたHRGの回転を示す。
米国特許第7,621,184号明細書 米国特許第7,637,157号明細書 米国特許第7,874,209号明細書 米国特許第8,205,499号明細書 米国特許第8,763,441号明細書 米国特許出願公開第2009/0158846号明細書
一例は、半球共振型ジャイロスコープ(HRG)を含む。HRGは、受感軸を中心とした対称環状配置で配置され、複数の電極に印加される複数のフォーサー信号に基づいて共振器を実質的に周期的な動きを静電的にさせるように構成された複数の電極を含むセンサシステムを含む。複数の電極は、半球共振型ジャイロスコープの受感軸を中心とした回転の指示を提供するように構成される。またHRGは、複数の電極と振動パターンとの比が非整数であるように、振動パターンにおいて実質的に周期的な動きを提供するように複数のフォーサー信号を異なる位相で生成し、複数のフォーサー信号に応答して半球共振型ジャイロスコープの受感軸を中心とした回転を測定するように構成されたコントローラと、を備える。
他の例は、半球共振型ジャイロスコープ(HRG)の受感軸を中心とした回転を測定する方法を含む。方法は、対応する複数の異なる数式に基づく対応する複数の電圧を有する複数のフォーサー信号を生成することを含む。また方法は、半球共振型ジャイロスコープに関連付けられた8つの電極のうちの少なくとも一部分に複数のフォーサー信号を供給することであって、8つの電極は、受感軸を中心とした対称環状配置で配置され、8つの電極のうちの少なくとも一部分に印加される複数のフォーサー信号に基づいて共振器を実質的に周期的なN=3のモーションに静電気的にさせるように構成される、複数のフォーサー信号を供給することを含む。さらに方法は、実質的に周期的なN=3のモーションに応答して8つの電極のうちの少なくとも一部分に関連付けられた複数のピックオフ信号を測定して、受感軸を中心とした回転を測定することを含む。
他の例は、半球共振型ジャイロスコープ(HRG)を含む。HRGは、受感軸を中心とした対象環状配置で配置され、8つの電極に供給される複数のフォーサー信号に基づいて共振器を実質的に周期的なN=3のモーションに静電的にさせるように構成された8つの電極を含むセンサシステムを含む。8つの電極は、半球共振型ジャイロスコープの受感軸を中心とした回転の指示を提供するように構成される。またHRGは、8つの電極と振動パターンとの比が非整数となるように、複数のフォーサー信号を異なる位相で生成し、複数のフォーサー信号に応答して振動パターンにおいて実質的に周期的な動きを提供し、半球共振型ジャイロスコープの受感軸を中心とした回転を測定するように構成されたコントローラと、を含む。
半球共振型ジャイロスコープ(hemispherical resonator gyroscope : HRG)の一例を示す。 センサシステムの一例を示す。 共振型センサシステムの周期的動作の例示的な図を示す。 位相図の一例を示す。 HRGを制御する方法の一例を示す。
本開示は、概してセンサシステムに関し、具体的には半球共振型ジャイロスコープ(hemispherical resonator gyroscope : HRG)に関する。HRGは、センサシステムおよびコントローラを含み得る。コントローラは、複数のフォーサー信号(forcer signal)の電圧を決定する対応する組の数式に基づいて複数のフォーサー信号を生成する信号発生器を含む。複数のフォーサー信号は、受感軸(sensitive axis)を中心とした対称環状配置(symmetrical annular arrangement)で配置されたセンスシステムに関連する一組の電極(例えば、8つの電極)に供給される。従って、複数のフォーサー信号は、1組の電極への複数のフォーサー信号の印加に基づいて、共振器(例えば、半球型共振器)を実質的に周期的な振動パターン(vibration pattern)に静電的に(electrostatically)させるように構成され得る。振動パターンは、電極の数と振動パターンとの比が非整数(non-integer number)となるようにすることができる。例えば、電極の数は、複数のフォーサー信号が実質的に周期的なN=3の振動パターンを生成するように、8つにすることができる。
コントローラは、1組の電極に関連付けられたピックオフ(pickoff)を測定することに基づいて、入力軸を中心としたセンサの回転角速度を計算するように構成される。例えば、複数のフォーサー信号は、1組の電極のうちの第1の組(例えば、4つの電極)に付与され、コントローラは、4つのピックオフ電極からのピックオフ信号を測定するように構成され得る。ピックオフ電極およびフォーサー電極は、互いに対して実質的に同一であり、交互に配置され得る(equal and interleaved)。別例として、複数のフォーサー信号は、1対1のように、対応する複数の電極に関連付けされ、コントローラは、複数のフォーサー信号の供給と実質的に同時に対応する複数の電極を介してピックオフを実施するように構成される。
図1は、半球共振型ジャイロスコープ(hemispherical resonator gyroscope : HRG)システム10の一例を示す。HRG10は、航空宇宙および航海ナビゲーションのような回転の精確な計測が必要とされる様々な用途のいずれかで具体化され得る。HRG10は、センサシステム12およびコントローラ14を含む。
センサシステム12は、弾性特性を有する変形可能な材料として構成され且つ様々な異なる形態のうちの1つで提供される環状共振器(annular resonator)16を含む。例えば、環状共振器16は、弾性半球型(elastic hemisphere)であってもよい。センサシステム12はまた、環状共振器16が一組の電極18を実質的に取り囲むように、環状共振器16に対して内側に配置された一組の電極18を含む。一組の電極18は、コントローラ14によって提供される複数のフォーサー信号FRCに応答して静電力(electrostatic force)を生成するように構成され、環状共振器16の振動を周期的に提供するように環状共振器16の変形を提供する。一例として、振動パターンは、電極の数と振動パターンの節及び腹(nodes and antinodes)の数との比が非整数となるようなものであってもよい。例えば、電極の数は、フォーサー信号FRCが実質的に周期的なN=3の振動パターンを生成するように、8つであってもよい。本明細書で説明するように、用語「N=3」は、振動パターンの腹の数の半分を表し、N=3の場合、振動パターンは、6つの実質的に等しく角度を離された主軸(principle axes)に沿って環状共振器16の6つの腹を提供する。
一例として、一組の電極18は、定常波の角変位(angular displacement)の環状共振器16への力再平衡化を提供し、同時に定常波を劣化させるかまたは定常波に影響を与える可能性がある直交効果の無効化(nulling of the quadrature effects)をもたらすように具体化することができる。さらに、一組の電極18は、環状共振器16の動きに対応する複数のピックオフ信号P0を供給して受感軸を中心としたセンサシステム12の回転を測定するために複数のピックオフ電極を含むおよび/または具体化され得る。したがって、第1の例として、一組の電極18は、専用の複数のフォーサー電極および複数のピックオフ電極を含むか、または第2の例として、一組の電極18は、デュアルフォーサーおよびピックオフ機能(dual forcer and pickoff functionality)を実装することができる。
コントローラ14は、プロセッサ22および信号発生器24を含む。信号発生器24は、プロセッサ22による一組の電極18に対する環状共振器16の変形の容量測定のために(例えば、信号生成器24を介して)センサシステム12に供給される複数のピックオフ信号P0に基づいて一組の電極18に供給される複数のフォーサー信号FRCを生成するように構成される。一例として、信号発生器24によって生成された複数のフォーサー信号FRCは、複数の電極18の適切な一部分である複数のフォーサー信号FRCを含み得る。複数のフォーサー信号FRCは、一組の電極18のうちの第1の部分に供給されて、複数のピックオフ信号POのうちの1つ以上に応答して環状共振器16の周期的な動きを提供し得る。複数のピックオフ信号P0は、一組の電極18を介して供給される合成静電力(resultant electrostatic forces)の異なる位相に関連付けられた一組の異なる数式に基づいて複数のフォーサー信号FRCを生成するプロセッサ22に供給され得る。したがって、複数の数式によって、静電力の振幅を制御し、受感軸を中心としたセンサシステム12の角回転速度の測定値を提供することができ、また、直交効果を制御することができる。つまり、コントローラ14は、複数のピックオフ信号に基づいて出力信号ROTとしての入力軸を中心とした回転角速度の測定値を提供することができる。
8つの電極18を有するN=3の振動パターンを実施することに基づいて、電極18の数と振動パターンとの間に非整数の比を実現することにより、HRG10は、典型的なHRG、例えば、N=2の振動パターンを実現するものなどに関連した多くの効果を達成することができる。例えば、HRG10は、レート駆動(rate drive)と、共振器の振動周波数で変化する正弦波フォーシング信号(sinusoidal forcing signal)を利用する駆動のような1−ω振幅駆動との間のクロストークから生じるノイズを実質的に緩和することができ、且つ1−ω直交駆動と前記駆動との間の結合に起因するバイアス不安定性を緩和する。別例として、8つの電極18を有するN=3を実現するHRG10は、DC電圧を利用する直交制御(quadrature control)を提供することができるが、環状共振器16の振動周波数の2倍で変化する正弦波電圧を利用する定常波振幅制御のためのパラメトリックレート駆動(parametric rate drive)を依然として維持する。さらに、N=3の振動パターンは、N=2の振動パターンとは対照的に、測定された回転ROTに誤差を生じさせる可能性がある取り付けステムに関連する振動エネルギーのより良好な減結合を提供することができる。さらにまた、N=3の振動パターンは、N=2の振動パターンよりも実質的に高い周波数で具体化され、より高い測定帯域幅のための基本的なデジタル信号処理速度を向上させることができる。したがって、HRG10は、N=2の振動パターンを実現する他のHRGよりも改善された回転測定システムを提供することができ、物理的な構造を変更することなく、環状共振器と、N=2の振動パターンを実現する8つの電極とを含む既存の物理パッケージで具体化され得る。
図2は、センサシステム50の一例を示す。センサシステム50は、図1の例におけるセンサシステム12に対応し得る。したがって、図2の例の以下の説明において、図1の例が参照される。
センサシステム50は、複数の電極を実質的に取り囲む環状共振器52を含む。一例として、環状共振器52は、弾性半球シェル(elastic hemispherical shell)として構成され得るが、他の幾何学的配置(例えば、弾性リング)を有することもできる。複数の電極は、第1の電極54、第2の電極56、第3の電極58、第4の電極60、第5の電極62、第6の電極64、第7の電極66、第8の電極68を含む。電極54,56,58,60,62,64,66,68は、図2の紙面に垂直に示された受感軸70を中心とし、対向して配置された対称環状配置で配置され、したがって、振動パターンに関連する複数の軸に垂直であり、明細書においてより詳細に説明する。
図2の例では、電極54,56,58,60,62,64,66,68には、フォーサー信号および/またはピックオフ信号に対応する複数の信号εが供給される。第1電極54には第1の信号εが供給され、第2電極56には第2の信号εが供給され、第3電極58には第3の信号εが供給され、第4電極60には第4の信号εが供給されることが示されている。同様に、第5の信号εが第5の電極62に供給され、第6の信号εが第6の電極64に供給され、第7の信号εが第7の電極66に供給され、第8の信号εは、第8の電極68に供給されることが示されている。図2の例は、信号εが電極54,56,58,60,62,64,66,68の各々に供給されることを示しているが、複数の信号εのうちの適切な一部分が、ピックオフ専用であるいくつかの電極54,56,58,60,62,64,66,68の例におけるなど、複数のフォーサー電圧εとして電極54,56,58,60,62,64,66,68の対応する適切な一部分に供給され得ることを理解されたい。
電極54,56,58,60,62,64,66,68は、複数のフォーサー電圧として供給される複数の信号εの印加に応答して、環状共振器52に作用する静電気力を提供し得る。それに応答して、複数のフォーサー電圧εの相対位相、つまり静電気力の相対位相に基づいて、環状共振器52が、電極54,56,58,60,62,64,66,68に静電的に引き付けられる。その結果、環状共振器52が、N=3の振動パターンで変形する。複数のフォーサー電圧εの印加に応答する環状共振器52の状態は、図3および図4の例において示されている。
図3は、共振センサシステムのN=3の周期的な動作の例示的な図100を示し、図4は、位相図150の一例を示す。環状共振器52の弾性特性により、環状共振器52は、共振周波数の約半周期でリバウンド(rebound)し得る。それに応答して、環状共振器52は、時刻T=0に対応する第1の状態と時刻T=1/2Fに対応する第2の状態との間で振動する。ここで、Fは振動パターンの振動周波数である。第1の状態は、図3の例における102と図4の例における152で示されている。第2の状態は、図3の例における104と図4の例における154で示されている。
時刻T=0に対応する図3の例における第1の状態では、環状共振器52は、106,108,110として示された3つの120°の軸に沿って伸縮する(extended and contracted)ことが示され、電極54,56,58,60,62,64,66,68により区画された4つの90°の軸112,114,116,118を示し、軸線110は、軸線112と同一線上にある。時刻T=0に対応する図4の例における第1の状態152では、位相図150は、電極54,56,58,60,62,64,66,68に印加される駆動電圧に対応する実線156を示し、電極54,56,58,60,62,64,66,68で検出されたピックオフ信号に対応する点線158を示す。時刻T=1/2Fに対応する図3の例における第2の状態104では、環状共振器52は、第1の状態102に対して同じ方向か反対方向に3つの120°の軸106,108,110に沿って伸縮されることが示される。したがって、図3および図4は、N=3の振動パターンに対応するフォーサー信号およびピックオフ信号の動きおよび印加を示す。
第1の例として、複数の信号εのうちの適切な一部分(例えば4つ)がフォーサー電圧として構成される。例えば、第1電極54、第3電極58、第5電極62、第7電極66には、それぞれフォーサー電圧ε,ε,ε,εが供給される。第1の例では、信号発生器24は、以下のように定義される複数の電圧信号として、フォーサー電圧ε,ε,ε,εを生成し得る。
ここで、εは、対応する第1の電極54に関連する第1のフォーサー電圧であり、
εは、対応する第3の電極58に関連する第2のフォーサー電圧であり、
εは、対応する第5の電極62に関連する第3のフォーサー電圧であり、
εは、対応する第7の電極66に関連する第4のフォーサー電圧であり、
ωは、N=3モードの振動パターンの共振周波数であり、
θは、所定のパターン位置角であり、
は、電圧成分である。
この例では、第2の電極56、第4の電極60、第6の電極64、第8の電極68には、ピックオフ信号ε,ε,ε,εが供給される。したがって、この例では、第2の電極56、第4の電極60、第6の電極64、および第8の電極68は、ピックオフ用に実装され、振動パターンの間に環状共振器52の位置を示す複数のピックオフ信号POを検出して受感軸70を中心としたセンサシステム50の回転を決定する。
したがって、第1の例は、フォーサー電圧ε,ε,ε,εの生成に基づいて、N=2の振動パターンを実現する構造化(mechanization)と機能的に同等な構造化を有するが、依然として先に説明したN=3の振動パターンの利点を有する。一例として、フォーサー電圧ε、ε、ε、εの相対電圧に基づいて、第1の電極54は、信号εを介して第1の腹フォーサー機能(first anti-node forcer function)(例えば、X+)を実現し、第2の電極56は、信号εを介して第1の中間ピックオフ機能(first in-between pickoff function)(例えば、X−/Y+)を実現し、第3の電極58は、信号εを介して第2の腹フォーサー機能(例えば、Y−)を実現し、第4の電極60は、信号εを介して第2の中間ピックオフ機能(例えば、X+/Y+)を実現することができる。同様に、第5の電極62は、信号εを介して第3の腹フォーサー機能(例えば、X−)を実現し、第6の電極64は、信号ε5を介して第3の中間ピックオフ機能(例えば、X+/Y−)を実現し、第7の電極66は、信号εを介して第4の腹フォーサー機能(例えば、Y+)を実現し、第8の電極68は、信号εを介して第4の中間ピックオフ機能(例えば、X−/Y−)を実現することができる。
第2の例として、8つの電極54,56,58,60,62,64,66,68のすべてに、複数のフォーサー電圧εが供給される。したがって、第1の電極54には第1のフォーサー電圧εが供給され、第2の電極56には第2のフォーサー電圧εが供給され、第3の電極58には第3のフォーサー電圧εが供給され、第4の電極60には第4のフォーサー電圧εが供給され、第5の電極62には第5のフォーサー電圧ε、第6の電極64には第6のフォーサー電圧ε、第7の電極66には第7のフォーサー電圧ε、第8の電極68には第8のフォーサー電圧εが供給される。第2の例では、信号発生器24は、以下のように定義される複数の電圧信号としてフォーサー電圧ε,ε,ε,ε,ε,ε,ε,εを生成することができる。
ここで、εは、対応する第1の電極54に関連する第1のフォーサー電圧であり、
εは、対応する第2の電極56に関連する第2のフォーサー電圧であり、
εは、対応する第3の電極58に関連する第3のフォーサー電圧であり、
εは、対応する第4の電極60に関連する第4のフォーサー電圧であり、
εは、対応する第5の電極62に関連する第5のフォーサー電圧であり、
εは、対応する第6の電極64に関連する第6のフォーサー電圧であり、
εは、対応する第7の電極66に関連する第7のフォーサー電圧であり、
εは、対応する第8の電極68に関連する第8のフォーサー電圧であり、
ωは、N=3モードの振動パターンの共振周波数であり、
θは、所定のパターン位置角であり、
は、電圧成分であり、EおよびEは共にそれぞれsin6θおよびcos6θに比例する定数である。
この例では、図2の例において示されているように、8つの電極54,56,58,60,62,64,66,68のすべてに、対応するフォーサー電圧ε,ε,ε,ε,ε,ε,ε,εが供給される。さらに、この例では、8つの電極54,56,58,60,62,64,66,68のすべてが、ピックオフのために実装され、プロセッサ22に提供され且つ振動パターンの間に環状共振器52の位置を示す複数のピックオフ信号POを検出するように具体化され、受感軸70を中心としたセンサシステム50の回転を決定する。
したがって、フォーサー電圧ε,ε,ε,ε,ε,ε,ε,εの生成に基づいて、第2の例は、2−ωパラメトリック振幅駆動(parametric amplitude drive)、DC直交制御、および1−ωレート駆動を提供する実施形態を提供する。したがって、第2の実施例は、それぞれの駆動信号の周波数の減結合による実質的に改善されたバイアス不安定性およびノイズ低減を提供することができる。一例として、所与のパターン位置角度(pattern-location angle)0°に対して、第1の電極54は、信号εを介して第1のパラメトリック駆動およびDC直交機能(first parametric drive and DC quadrature function)を実現し、第2の電極56は、信号εを介して第1の中間ピックオフ機能(例えば、X−/Y+)を実現し、第3の電極58は、信号εを介してパラメトリック駆動、レート駆動、およびDC直交機能を実現し、第4の電極60は、信号εを介して第2の中間ピックオフ機能(例えば、X+/Y+)を実現することができる。同様に、第5の電極62は、信号εを介して第2のパラメトリック駆動及びDC直交機能を実現し、第6の電極64は、信号εを介して第3の中間ピックオフ機能(例えば、X+/Y−)を実現し、第7の電極66は、信号εを介して腹パラメトリック駆動およびレート駆動機能を実現し、第8の電極68は、信号εを介して第4の中間ピックオフ機能(例えば、X−/Y−)を実現することができる。
上述の構造的および機能的特徴を考慮して、本開示の様々な態様による方法は、図5を参照することにより、より良く理解されるであろう。説明の簡略化のために、図5の方法は、連続して実行されるように示され説明されているが、本開示によれば、本明細書に示され記述された態様からいくつかの態様が他の態様と異なる順序でおよび/または同時に実施されるため、例示された順序に限定されないことは明らかであり、理解されたい。さらに、本開示の一態様による方法を実施するために例示された特徴の全てが必要とされるわけではない。
図5は、HRG(例えば、HRG10)の受感軸(例えば、受感軸70)を中心とした回転(例えば、信号ROT)を測定する方法200を示す。202において、複数のフォーサー信号(例えば、フォーサー信号FRC)は、対応する複数の別個の数式(数式1〜4または数式5〜12)に基づく対応する電圧(例えば、電圧ε,ε,ε,ε,ε,ε,ε,ε)を有するように生成される。204において、複数のフォーサー信号は、HRGに関連する8つの電極(例えば、複数の電極18)のうちの少なくとも一部分に供給される。8つの電極は、受感軸を中心とした対称環状配置で配置され、8つの電極のうちの少なくとも一部分に印加された複数のフォーサー信号に基づいて、共振器(例えば、環状共振器16)を実質的に周期的なN=3の振動パターン(例えば、図3の例において示される)に静電的にさせるように構成され得る。206において、実質的に周期的なN=3の振動パターンに応答して、8つの電極のうちの少なくとも一部分に関連するピックオフ(例えば、ピックオフ信号PO)が、受感軸を中心とした回転を測定するために測定される。
上述した事項は、本開示の例である。当然のことながら、本開示を説明する目的で構成要素または方法のすべての考えられる組み合わせを説明することは不可能であるが、当業者は、本開示の多くのさらなる組み合わせおよび置換が可能であることを認識するであろう。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲を含む本出願の範囲内に含まれるそのような変更、修正、および変形をすべて包含することが意図されている。
以下に、上記各実施形態から把握できる技術思想を記載する。
(付記1)
半球共振型ジャイロスコープ(HRG)であって、
受感軸を中心とした対称環状配置で配置され、複数の電極に印加される複数のフォーサー信号に基づいて共振器を実質的に周期的な動きを静電的にさせるように構成された複数の電極を含むセンサシステムであって、前記複数の電極は、前記半球共振型ジャイロスコープの受感軸を中心とした回転の指示を提供するように構成される、前記センサシステムと、
前記複数の電極と振動パターンとの比が非整数となるように、前記振動パターンにおいて実質的に周期的な動きを提供するように複数のフォーサー信号を異なる位相で生成し、前記複数のフォーサー信号に応答して半球共振型ジャイロスコープの受感軸を中心とした回転を測定するように構成されたコントローラと、を備える半球共振型ジャイロスコープ。
(付記2)
前記複数のフォーサー信号は、前記複数の電極に対する前記複数のフォーサー信号の相対位相に関連付けられる、付記1に記載の半球共振型ジャイロスコープ。
(付記3)
半球共振型ジャイロスコープ(HRG)であって、
受感軸を中心とした対象環状配置で配置され、8つの電極に供給される複数のフォーサー信号に基づいて共振器を実質的に周期的なN=3の振動パターンに静電的にさせるように構成された8つの電極を含むセンサシステムであって、前記8つの電極は、前記半球共振型ジャイロスコープの受感軸を中心とした回転の指示を提供するように構成される、前記センサシステムと、
前記8つの電極と前記振動パターンとの比が非整数となるように、前記複数のフォーサー信号を異なる位相で生成して前記振動パターンにおいて前記実質的に周期的な動きを提供し、前記複数のフォーサー信号に応答して前記半球共振型ジャイロスコープの受感軸を中心とした回転を測定するように構成されたコントローラと、を備える半球共振型ジャイロスコープ。
(付記4)
前記コントローラは、
前記半球共振型ジャイロスコープの受感軸を中心とした回転を測定するために、前記複数のフォーサー信号を力再平衡化で供給するように構成される、付記3に記載の半球共振型ジャイロスコープ。
(付記5)
前記複数のフォーサー信号は、前記8つの電極のうちの4つのフォーサー電極に関連付けられ、
前記コントローラは、前記8つの電極のうちの4つのピックオフ電極を介して複数のピックオフ信号の測定を実施するように構成され、
前記フォーサー電極およびピックオフ電極は、互いに対して同一であり、交互に配置されている、付記3に記載の半球共振型ジャイロスコープ。
(付記6)
前記複数のフォーサー信号は、対応する8つの電極に関連付けられた8つのフォーサー信号を含み、
前記コントローラは、前記8つのフォーサー信号を供給することと実質的に同時に前記8つの電極を介して前記8つのピックオフ信号の測定を実施するように構成されている、付記3に記載の半球共振型ジャイロスコープ。

Claims (12)

  1. 半球共振型ジャイロスコープ(HRG)であって、
    受感軸を中心とした対称環状配置で配置され、複数の電極に印加される複数のフォーサー信号に基づいて共振器に実質的に周期的な動きを静電的にさせるように構成された複数の電極を含むセンサシステムであって、前記複数の電極は、前記半球共振型ジャイロスコープの受感軸を中心とした回転の指示を提供するように構成される、前記センサシステムと、
    前記複数の電極と振動パターンとの比が非整数となるように、前記振動パターンにおいて実質的に周期的な動きを提供するように複数のフォーサー信号を異なる位相で生成し、前記複数のフォーサー信号を供給することと実質的に同時に対応する複数の電極を介して複数のピックオフ信号を測定することにより、前記複数のフォーサー信号に応答して半球共振型ジャイロスコープの受感軸を中心とした回転を測定するように構成されたコントローラと、を備える半球共振型ジャイロスコープ。
  2. 前記振動パターンが、N=3の振動パターンである、請求項1に記載の半球共振型ジャイロスコープ。
  3. 前記複数の電極は、前記複数のフォーサー信号に応答して前記振動パターンを提供するように構成された8つの電極を含む、請求項1に記載の半球共振型ジャイロスコープ。
  4. 前記コントローラは、
    第1の時刻において前記複数の電極のうちの少なくとも一部分に前記複数のフォーサー信号を供給し、第2の時刻において前記複数の電極のうちの少なくとも一部分に関連する複数のピックオフ信号を測定して前記半球共振型ジャイロスコープの受感軸を中心とした回転を測定するように構成される、請求項1に記載の半球共振型ジャイロスコープ。
  5. 前記コントローラは、
    前記半球共振型ジャイロスコープの受感軸を中心とした回転を測定するために、前記複数のフォーサー信号を力再平衡化で供給するように構成される、請求項1に記載の半球共振型ジャイロスコープ。
  6. 前記コントローラは、
    対応する複数の異なる数式に基づく対応する電圧を有する前記複数の電極のうちの少なくとも一部分について前記複数のフォーサー信号を生成するように構成される、請求項1に記載の半球共振型ジャイロスコープ。
  7. 前記複数のフォーサー信号は、前記複数の電極のうちの第1の組に関連付けられ、
    前記コントローラは、前記複数の電極のうちの第2の組を介して複数のピックオフ信号の測定を実施するように構成され、
    前記第1の組と第2の組は、互いに対して同一であり、交互に配置される、請求項6に記載の半球共振型ジャイロスコープ。
  8. 前記複数のフォーサー信号は、
    を含み、
    εは、対応する第1の電極に関連する第1のフォーサー電圧であり、
    εは、対応する第3の電極に関連する第2のフォーサー電圧であり、
    εは、対応する第5の電極に関連する第3のフォーサー電圧であり、
    εは、対応する第7の電極に関連する第4のフォーサー電圧であり、
    ωは、振動パターンの共振周波数であり、
    θは、所定のパターン位置角であり、
    は電圧成分である、請求項7に記載の半球共振型ジャイロスコープ。
  9. 前記複数のフォーサー信号は、
    を含み、
    εは、対応する第1の電極に関連する第1のフォーサー電圧であり、
    εは、対応する第2の電極に関連する第2のフォーサー電圧であり、
    εは、対応する第3の電極に関連する第3のフォーサー電圧であり、
    εは、対応する第4の電極に関連する第4のフォーサー電圧であり、
    εは、対応する第5の電極に関連する第5のフォーサー電圧であり、
    εは、対応する第6の電極に関連する第6のフォーサー電圧であり、
    εは、対応する第7の電極に関連する第7のフォーサー電圧であり、
    εは、対応する第8の電極に関連する第8のフォーサー電圧であり、
    ωは、振動パターンの共振周波数であり、
    θは、所定のパターン位置角であり、
    は電圧成分である、請求項1に記載の半球共振型ジャイロスコープ。
  10. 半球共振型ジャイロスコープ(HRG)の受感軸を中心とした回転を測定する方法であって、
    対応する複数の異なる数式に基づく対応する複数の電圧を有する複数のフォーサー信号を生成することであって、複数のピックオフ電極と交互に配置された複数のフォーサー電極に関連付けられた前記複数のフォーサー信号を生成することを含む、前記複数のフォーサー信号を生成すること、
    前記半球共振型ジャイロスコープに関連付けられた8つの電極のうちの少なくとも一部分に前記複数のフォーサー信号を供給することであって、前記8つの電極は、前記受感軸を中心とした対称環状配置で配置され、前記8つの電極のうちの少なくとも一部分に供給される複数のフォーサー信号に基づいて共振器を実質的に周期的なN=3の振動パターンに静電気的にさせるように構成される、前記複数のフォーサー信号を供給することであって、前記8つの電極は、4つのフォーサー電極および4つのピックオフ電極を含む、前記複数のフォーサー信号を供給すること、
    前記実質的に周期的なN=3の振動パターンに応答して前記4つのピックオフ電極に関連付けられた複数のピックオフ信号を測定して、前記受感軸を中心とした回転を測定すること、を備える方法。
  11. 前記複数のフォーサー信号を供給することは、
    第1の時刻において前記8つの電極のうちの少なくとも一部分に前記複数のフォーサー信号を供給することを含み、
    前記複数のピックオフ信号を測定することは、
    前記第1の時刻の後の第2の時刻において前記8つの電極のうちの少なくとも一部分に関連付けられた複数のピックオフ信号を測定することを含む、請求項10に記載の方法。
  12. 前記複数のフォーサー信号を供給することは、
    前記半球共振型ジャイロスコープの受感軸を中心とした回転を測定するために、前記複数のフォーサー信号を力再平衡化で供給することを含む、請求項10に記載の方法。
JP2017201755A 2016-10-18 2017-10-18 半球共振型ジャイロスコープ Active JP6600672B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/296,774 2016-10-18
US15/296,774 US10584967B2 (en) 2016-10-18 2016-10-18 Hemispherical resonator gyroscope

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018091831A JP2018091831A (ja) 2018-06-14
JP6600672B2 true JP6600672B2 (ja) 2019-10-30

Family

ID=60138265

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017201755A Active JP6600672B2 (ja) 2016-10-18 2017-10-18 半球共振型ジャイロスコープ

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10584967B2 (ja)
EP (1) EP3312558B1 (ja)
JP (1) JP6600672B2 (ja)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2568289A (en) * 2017-11-10 2019-05-15 Atlantic Inertial Systems Ltd Vibrating structure gyroscopes
US11073393B2 (en) * 2019-01-16 2021-07-27 Northrop Grumman Systems Corporation Coriolis vibratory gyroscope control system
US11073391B2 (en) 2019-09-26 2021-07-27 Northrop Grumman Systems Corporation Coriolis vibratory accelerometer system
KR102410297B1 (ko) * 2020-09-16 2022-06-16 주식회사 한화 진동형 자이로스코프의 공진기 전극 구조체
CN112595303B (zh) * 2020-12-10 2022-09-23 华中光电技术研究所(中国船舶重工集团公司第七一七研究所) 一种hrg全角模式下参数计算方法
CN117490729B (zh) * 2024-01-03 2024-03-19 四川图林科技有限责任公司 一种半球谐振陀螺仪的正交漂移误差检测方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050092084A1 (en) * 2003-03-28 2005-05-05 Fell Christopher P. Rate sensing device
US7318347B2 (en) * 2005-05-09 2008-01-15 Northrop Grumman Corporation Hemispherical resonator gyro control
US7281426B1 (en) 2006-06-15 2007-10-16 Innalabs Technologies, Inc. Stemless hemispherical resonator gyroscope
FR2920224B1 (fr) 2007-08-23 2009-10-02 Sagem Defense Securite Procede de determination d'une vitesse de rotation d'un capteur vibrant axisymetrique, et dispositif inertiel mettant en oeuvre le procede
FR2925669B1 (fr) 2007-12-21 2010-01-15 Sagem Defense Securite Mesure par systeme gyroscopique
US7874209B2 (en) 2008-01-08 2011-01-25 Northrop Grumman Guidance And Electronics Company, Inc. Capacitive bulk acoustic wave disk gyroscopes with self-calibration
US8205495B2 (en) 2008-06-10 2012-06-26 The Boeing Company Systematic disc resonator gyroscope tuning
US7912664B2 (en) 2008-09-11 2011-03-22 Northrop Grumman Guidance And Electronics Company, Inc. Self calibrating gyroscope system
US8567247B2 (en) 2009-10-12 2013-10-29 The Regents Of The University Of California Three-dimensional wafer-scale batch-micromachined sensor and method of fabrication for the same
US8763441B2 (en) 2011-11-22 2014-07-01 Georgia Tech Research Corporation Method and apparatus for self-calibration of gyroscopes
US9702697B2 (en) 2015-02-10 2017-07-11 Northrop Grumman Systems Corporation Bias and scale-factor error mitigation in a Coriolis vibratory gyroscope system
EP4056949A3 (en) 2016-09-09 2022-12-21 NextNav, LLC Systems and methods for calibrating unstable sensors

Also Published As

Publication number Publication date
EP3312558A1 (en) 2018-04-25
JP2018091831A (ja) 2018-06-14
EP3312558B1 (en) 2020-03-18
US20180231383A1 (en) 2018-08-16
US10584967B2 (en) 2020-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6600672B2 (ja) 半球共振型ジャイロスコープ
US10436588B2 (en) Vibrating-mass gyroscope systems and method
US7874209B2 (en) Capacitive bulk acoustic wave disk gyroscopes with self-calibration
US6481283B1 (en) Coriolis oscillating gyroscopic instrument
US8555718B2 (en) Piezoelectric transducers
KR101178692B1 (ko) 코리올리 자이로스코프
EP2696169B1 (en) Force-rebalance coriolis vibratory gyroscope
KR101812971B1 (ko) 운동을 감지하기 위한 마이크로 자이로스코프
EP3056858B1 (en) Vibrating-mass gyroscope systems and method
US10809061B2 (en) Vibratory gyroscope including a plurality of inertial bodies
US20150211854A1 (en) Gyroscope structure and gyroscope
JP6518752B2 (ja) デュアル振動パターン共振型ジャイロスコープ
JP6704443B2 (ja) 振動マスジャイロスコープシステム
Maslov et al. Methods to eliminate nonlinearity of electrostatic control sensors of the wave solid-state gyroscope
EP2775258B1 (en) Microelectromechanical gyroscope
Serrano Design and analysis of mems gyroscopes
KR20120092211A (ko) 내부감지전극을 갖는 튜닝포크형 자이로스코프

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20171018

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20171018

AA79 Non-delivery of priority document

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A24379

Effective date: 20180227

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180906

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20181030

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20181226

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190604

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190809

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190917

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20191007

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6600672

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250