JP7159012B2 - 振動構造ジャイロスコープ - Google Patents
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Description
静電駆動力に応答して平面内で振動するために配置された環状共振器と、
静電駆動力を生成する電圧を印加して、1次周波数fPで主軸に沿う1次cosnθ共振を励起するために配置された静電容量駆動電極のセットであって、それにより、平面外軸の周りに印加される角速度から生じるコリオリ力が、2次周波数fSで2次軸に沿う2次cosnθ共振を誘起する、静電容量駆動電極のセットとを備え、
環状共振器の幾何形状は、1次周波数fPが高周波数モードfH及び直交低周波数モードfLの重ね合わせであり、Δf=fH-fLとして規定される周波数スプリットΔfを有することをもたらし、
振動構造ジャイロスコープは、
周波数fHを周波数fL未満で小さな周波数オフセットfOだけ下げて、オフセット周波数fH’にする、すなわち、fH’=fH-Δf-fOにするために、静的静電平衡力を生成する第1の静的平衡電圧を印加するために配置されたデジタル制御式の第1のセットの容量性平衡電極と、
周波数fLを同じ小さな周波数オフセットfOだけ下げて、オフセット周波数fL’にする、すなわち、fL’=fL-fOにするために、小さな静的静電平衡力を生成する第2の静的平衡電圧を印加するために配置されたデジタル制御式の第2のセットの容量性平衡電極とを更に備え、
第2のセットの容量性平衡電極は、微細周波数調整±δfを提供する動的静電平衡力を生成する微細平衡電圧を動的に印加して、微細周波数調整±δfをオフセット周波数f L ’に適用し、それにより、動作中にf L ’をf H ’に維持するために配置される。
fP=(fHcos2α+fLsin2α)/2
及び
fS=(fLcos2α+fHsin2α)/2
として規定され得る。
この例証的な実施例において、振動構造ジャイロスコープは、14kHzの1次周波数fPで励起された1次cos2θ共振を有し、8Hzの残留周波数スプリットΔfを有する。図4A~図4Dによって示す静電平衡スキームに続いて、8Hzの静的平衡(図4B)、0.1Hzの小さな周波数オフセットfO(図4C)が印加され、微細平衡電圧は、±δfとして示す動的微細周波数平衡調整を可能にする(図4D)。微細周波数調整δfは、最大でfOまでの値をとり得る、すなわち、δf=±0.1Hz以下、例えば、δf=±0.05Hzまたはδf=±0.01Hzであり得る。
図4Dによる、動的周波数平衡調整δf=±0.05Hzを示す。図8は、結果として得られる周波数シフト分解能が、Aと比較してBについてどれほど微細であるかを示す。分解能の向上は8.81である。
Claims (15)
- 振動構造ジャイロスコープであって、
静電駆動力に応答して平面内で振動するために配置された環状共振器と、
静電駆動力を生成する電圧を印加して、1次周波数fPで主軸に沿う1次cosnθ共振を励起するために配置された静電容量駆動電極のセットであって、それにより、平面外軸の周りに印加される角速度から生じるコリオリ力が、2次周波数fSで2次軸に沿う2次cosnθ共振を誘起する、静電容量駆動電極のセットとを備え、
前記環状共振器の幾何形状は、前記1次周波数fPが高周波数モードfH及び直交低周波数モードfLの重ね合わせであり、Δf=fH-fLとして規定される周波数スプリットΔfを有することをもたらし、
振動構造ジャイロスコープは、
前記周波数fHを前記周波数fL未満で小さな周波数オフセットfOだけ下げて、オフセット周波数fH’にする、すなわち、fH’=fH-Δf-fOにするために、静的静電平衡力を生成する第1の静的平衡電圧を印加するために配置されたデジタル制御式の第1のセットの容量性平衡電極と、
前記周波数fLを同じ小さな周波数オフセットfOだけ下げて、オフセット周波数fL’にする、すなわち、fL’=fL-fOにするために、小さな静的静電平衡力を生成する第2の静的平衡電圧を印加するために配置されたデジタル制御式の第2のセットの容量性平衡電極とを更に備え、
前記第2のセットの容量性平衡電極は、微細周波数調整±δfを提供する動的静電平衡力を生成する微細平衡電圧を動的に印加して、前記微細周波数調整±δfを前記オフセット周波数f L ’に適用し、それにより、動作中にf L ’をf H ’に維持するために配置される、ジャイロスコープ。 - 前記小さな周波数オフセットは、fO<Δf、好ましくは、fO<<Δfを満たす、請求項1に記載のジャイロスコープ。
- 前記第1のセットの容量性平衡電極と独立に前記第2のセットの容量性平衡電極を制御するために配置されたデジタル制御システムを備える、請求項1または2に記載のジャイロスコープ。
- 前記高周波数モードfHの角度位置αを前記主軸に対して決定するために配置された制御システムを備える、請求項1~3のいずれかに記載のジャイロスコープ。
- Nの容量性平衡電極を備え、前記制御システムは、前記Nの容量性平衡電極の中で平衡電極のどの4つの群が、前記角度位置αに基づいて任意の所与の時点で前記第1のセット及び前記第2のセットをそれぞれ提供するかを決定する、請求項4に記載のジャイロスコープ。
- 前記第1のセットの容量性平衡電極は、平衡電極の前記4つの群のうちの少なくとも1つの群が、前記高周波数モードfHの軸に整列するか、またがるか、または隣接するように選択される、請求項5に記載のジャイロスコープ。
- 前記第2のセットの容量性平衡電極は、平衡電極の前記4つの群のうちの少なくとも1つの群が、前記低周波数モードfLの軸に整列するか、またがるか、または隣接するように選択される、請求項5または6に記載のジャイロスコープ。
- 前記第2のセットのデジタル制御式容量性平衡電極に接続され、前記微細周波数調整±δfを提供するために前記第2のセットの容量性平衡電極を動的に制御するために配置されたアナログ信号制御回路を備える、請求項1~7のいずれかに記載のジャイロスコープ。
- 前記第2のセットのデジタル制御式容量性平衡電極に接続されたデジタル制御回路を備え、前記デジタル制御回路は、前記小さな周波数オフセットfOを生成するデジタル制御式電圧を発生するために配置されたデジタル-アナログ変換器(DAC)を備える、請求項1~8のいずれかに記載のジャイロスコープ。
- 前記第2のセットのデジタル制御式容量性平衡電極に接続された前記デジタル制御回路は、前記微細周波数調整±δfを提供するために前記第2のセットの容量性平衡電極を動的に制御するために配置される、請求項9に記載のジャイロスコープ。
- 前記第1のセットのデジタル制御式容量性平衡電極に接続されたデジタル制御回路を備え、前記デジタル制御回路は、前記第1の静的平衡電圧を生成するデジタル制御式電圧を発生するために配置されたデジタル-アナログ変換器(DAC)を備える、請求項1~10のいずれかに記載のジャイロスコープ。
- 前記誘起された2次cosnθ共振を測定するために配置された容量性センス電極のセットを更に備える、請求項1~11のいずれかに記載のジャイロスコープ。
- 静電容量駆動電極の前記セットは、前記主軸に沿って1次cos2θ共振を励起するために静電駆動力を生成する電圧を印加するために配置される、請求項1~12のいずれかに記載のジャイロスコープ。
- 4つの平衡電極の4つの群で前記環状共振器の周りに等間隔の角度位置において16の容量性平衡電極を備え、4つの群は互いに90°に配置される、請求項13に記載のジャイロスコープ。
- 前記第1のセットの容量性平衡電極は、前記4つの群のそれぞれにおいて前記4つの平衡電極のうちの1つまたは2つの平衡電極からなり、前記第2のセットの容量性平衡電極は、前記4つの群のそれぞれにおいて前記4つの平衡電極のうちの別の1つまたは2つの平衡電極からなる、請求項14に記載のジャイロスコープ。
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