JPWO2017159429A1 - ジャイロ装置およびジャイロ装置の制御方法 - Google Patents
ジャイロ装置およびジャイロ装置の制御方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2017159429A1 JPWO2017159429A1 JP2018505821A JP2018505821A JPWO2017159429A1 JP WO2017159429 A1 JPWO2017159429 A1 JP WO2017159429A1 JP 2018505821 A JP2018505821 A JP 2018505821A JP 2018505821 A JP2018505821 A JP 2018505821A JP WO2017159429 A1 JPWO2017159429 A1 JP WO2017159429A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- phase
- signal
- amplitude
- detection unit
- vibration mode
- 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.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 46
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 111
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 10
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 34
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 23
- 230000008569 process Effects 0.000 description 19
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 8
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 4
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 3
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
- G01C19/567—Turn-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
- G01C19/5677—Turn-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 two-dimensional vibrators, e.g. ring-shaped vibrators
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
図10
Description
<1.第1実施形態>
<2.第2実施形態>
<3.第3実施形態>
<4.変形例>
以下に説明する実施形態等は本発明の好適な具体例であり、本発明の内容がこれらの実施形態等に限定されるものではない。
「一般的なジャイロ装置について」
本発明の理解を容易とするために、一般的なジャイロ装置(ジャイロスコープ)について説明する。なお、以下の説明では、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)を使用した小型の振動型ジャイロ装置を例にして説明する。ジャイロ装置では、回転の角速度(以下、回転角速度と適宜、称する)を検出し、回転角速度を積分して回転の角度(以下、回転角度と適宜、称する)を得る処理が行われる。回転角速度Ωzを検出する方法として、複数の方法が知られている。第1の方法として、AM(Amplitude Modulation)モードと称される方法が知られている。AMモードでは、ドライブ軸(例えばX軸)方向に振動を与えたときに、コリオリ力によって変化するセンス軸(例えばY軸)方向の振幅(変位)を計測することで角速度を得る。センス軸方向の振幅が回転角速度Ωzに比例することから、当該振幅を検出することにより回転角速度Ωzを検出することができる。AMモードでは、ドライブ軸方向に与えられる振動がセンス軸方向を直接励振してしまう点を考慮して、ドライブ軸、センス軸方向における共振周波数が異なるように設定される(モードミスマッチ)。しかしながら、AMモードでは、共振周波数から離れた周波数で計測を行うため,感度が低下する等の問題がある。
以上、FMモードについて説明した。本発明の実施形態では、上述したFMモードで2次元にモードマッチした1個の振動子(以下、2次元振動子と適宜、称する)を励振させる。したがって、回転角速度Ωzを得るためには、2次元振動子の回転振動(出力)に含まれるCWモード(第1の回転振動モード)の成分とCCWモード(第2の回転振動モード)の成分を独立して検出する必要がある。そこで、次に、2次元振動子の出力からCWモードの成分とCCWモードの成分を分離して検出する方法について説明する。
以上の説明を踏まえて、本発明の第1実施形態に係るジャイロ装置について説明する。図10は、本発明の第1実施形態に係るジャイロ装置(ジャイロ装置10)の構成例を示す図である。ジャイロ装置10は、例えば、単一の2次元振動子15と、駆動信号生成部20と、第1検出部30aと、第1発振回路の一例としての第1PLL(Phase Locked Loop)回路40aと、第1ゲインコントロール部の一例としての第1AGC(Automatic Gain Control)部50aと、第2検出部30bと、第2発振回路の一例としての第2PLL回路40bと、第2ゲインコントロール部の一例としての第2AGC部50bと、2次元振動子15の入力側に設けられた増幅器61a、61bと、2次元振動子15の出力側に設けられた増幅器62a、62bとを備えている。
図11は、第1検出部30aの構成例を説明するための図である。第1検出部30aは、2次元振動子15から出力される信号が分岐されて入力される検出器31a、32aと、検出器31aの出力にフィルタ処理を行うLPF33aと、検出器32aの出力にフィルタ処理を行うLPF34aと、LPF33aおよびLPF34aからの出力に基づいて2次元振動子15の出力信号に含まれるCW成分の振幅rcwおよび位相θcwを検出する振幅位相検出部35aとを備えている。
次に、ジャイロ装置10の動作例について図10〜図12を参照しながら説明する。駆動信号生成部20は、2次元振動子15に対する駆動信号を生成する。coscw信号および-sincw信号のそれぞれに対して、PID制御部52aからフィードバックされた信号が乗算器201、202で乗算された後、乗算器201からの出力信号が加算器205に供給され、乗算器202からの出力信号が加算器206に供給される。-cosCCW信号および-sinCCW信号のそれぞれに対して、PID制御部52bからフィードバックされた信号が乗算器203、204で乗算された後、乗算器203からの出力信号が加算器205に供給され、乗算器204からの出力信号が加算器206に供給される。加算器205は、乗算器201からの出力信号と乗算器203からの出力信号とを加算して出力する。加算器205からの出力信号が増幅器61aにより適宜な増幅率でもって増幅された後、2次元振動子15に入力Xdとして入力される。一方、加算器206は、乗算器202からの出力信号と乗算器204からの出力信号とを加算して出力する。加算器206からの出力信号が増幅器61bにより適宜な増幅率でもって増幅された後、2次元振動子15に入力Ydとして入力される。
次に、本発明の第1実施形態に係る角速度検出部(角速度検出部70)の構成例について説明する。なお、角速度検出部70は、ジャイロ装置10に組み込まれているものとして説明するが、他の装置に組み込まれていてもよい。
本発明の第1実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。単一の2次元振動子により構成しているので、装置を小型化することが可能となるとともに、複数の振動子を使用した場合のように振動子の特性や使用環境を一致させる必要がなくなる。また、単一の2次元振動子をモードマッチで駆動しているので高いQ値を実現することができ、高性能なジャイロ装置を実現することができる。さらに、2次元振動子の出力からCW、CCWモードに対応する成分を独立して検出することができ、それらの検出結果から回転角速度を検出し、最終的には回転した角度を検出することができる。
次に、第2実施形態について説明する。なお、以下の説明において同一の名称、符号については、特に断らない限り同一もしくは同質の部材を示しており、重複する説明を適宜省略する。第2実施形態は、ホールアングルモード(Whole Angle Mode)(積分ジャイロ等とも称される、代表例にはフーコーの振り子がある)のジャイロ装置として構成した実施形態である。ホールアングルモードのジャイロ装置は、回転した角度そのものを検出することができる。
次に、第3実施形態について説明する。特に断らない限り、上述した第1および第2実施形態で説明した事項は、第3実施形態に適用することができる。なお、同一の構成については同一の参照符号を付し、重複した説明を適宜、省略する。
以上、本発明の複数の実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく各種の変形が可能である。
15・・・2次元振動子
20・・・駆動信号生成部
30a・・・第1検出部
30b・・・第2検出部
40a・・・第1PLL回路
40b・・・第2PLL回路
50a・・・第1ゲインコントロール部
50b・・・第2ゲインコントロール部
70・・・角速度検出部
80a、80b・・・角度検出部
91〜94・・・位相調整部
95〜98・・・振幅調整部
CW・・・第1モード
CCW・・・第2モード
Claims (10)
- 第1回転振動モードに対応する駆動信号および第2回転振動モードに対応する駆動信号によって駆動される単一の2次元振動子と、
前記2次元振動子から出力される信号から、前記第1回転振動モードに対応した成分の振幅および位相を検出する第1検出部と、
前記2次元振動子から出力される信号から、前記第2回転振動モードに対応した成分の振幅および位相を検出する第2検出部と
を備えるジャイロ装置。 - 前記第1検出部によって検出された位相に基づいて、前記第1回転振動モードに対応する第1共振周波数と、位相が前記第1検出部により検出された位相と一致する信号とを出力する第1発振回路と、
前記第1検出部によって検出された振幅が第1設定値となるようにゲインをコントロールする第1ゲインコントロール部と、
前記第2検出部によって検出された位相に基づいて、前記第2回転振動モードに対応する第2共振周波数と、位相が前記第2検出部により検出された位相と一致する信号とを出力する第2発振回路と、
前記第2検出部によって検出された振幅が第2設定値となるようにゲインをコントロールする第2ゲインコントロール部とを備える
請求項1に記載のジャイロ装置。 - 前記第1回転振動モードに対応する駆動信号の周波数および振幅が前記第1共振周波数および前記第1設定値となるようにフィードバックされ、
前記第2回転振動モードに対応する駆動信号の周波数および振幅が前記第2共振周波数および前記第2設定値となるようにフィードバックされ、
前記第1発振回路から出力される信号が前記第1検出部にフィードバックされ、
前記第2発振回路から出力される信号が前記第2検出部にフィードバックされるように構成された
請求項2に記載のジャイロ装置。 - 前記第1検出部は、前記第1発振回路からフィードバックされる信号を使用して同期検波を行うことにより前記第1回転振動モードに対応した成分の振幅および位相を検出し、
前記第2検出部は、前記第2発振回路からフィードバックされる信号を使用して同期検波を行うことにより前記第2回転振動モードに対応した成分の振幅および位相を検出する
請求項3に記載のジャイロ装置。 - 前記第1共振周波数と前記第2共振周波数とに基づいて回転の角速度を検出する角速度検出部を備える
請求項1乃至4のいずれか1項に記載のジャイロ装置。 - 前記第1回転振動モードに対応した成分と前記第2回転振動モードに対応した成分との位相差に基づいて、回転の角度を検出する角度検出部を備える
請求項1乃至5のいずれか1項に記載のジャイロ装置。 - 電力が間欠的に供給されるように構成されて成る
請求項1乃至6のいずれか1項に記載のジャイロ装置。 - 前記第1回転振動モードに対応する駆動信号の位相および振幅を調整する第1位相・振幅調整部と、
前記第2回転振動モードに対応する駆動信号の位相および振幅を調整する第2位相・振幅調整部とを備える
請求項1乃至7のいずれか1項に記載のジャイロ装置。 - 第1回転振動モードに対応する駆動信号および第2回転振動モードに対応する駆動信号によって単一の2次元振動子を駆動し、
前記2次元振動子から出力される信号から、前記第1回転振動モードに対応した成分の振幅および位相を検出し、
前記2次元振動子から出力される信号から、前記第2回転振動モードに対応した成分の振幅および位相を検出する
ジャイロ装置の制御方法。 - 前記2次元振動子を間欠駆動する
請求項9に記載のジャイロ装置の制御方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016051877 | 2016-03-16 | ||
JP2016051877 | 2016-03-16 | ||
PCT/JP2017/008788 WO2017159429A1 (ja) | 2016-03-16 | 2017-03-06 | ジャイロ装置およびジャイロ装置の制御方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2017159429A1 true JPWO2017159429A1 (ja) | 2019-03-22 |
JP6559327B2 JP6559327B2 (ja) | 2019-08-14 |
Family
ID=59851846
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018505821A Active JP6559327B2 (ja) | 2016-03-16 | 2017-03-06 | ジャイロ装置およびジャイロ装置の制御方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6559327B2 (ja) |
TW (1) | TWI724127B (ja) |
WO (1) | WO2017159429A1 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7115733B2 (ja) * | 2018-03-22 | 2022-08-09 | 国立大学法人東北大学 | 積分型ジャイロ装置および積分型ジャイロ装置の制御方法 |
JP7302129B2 (ja) * | 2019-04-01 | 2023-07-04 | 国立大学法人東北大学 | ジャイロ装置およびジャイロ装置の制御方法 |
JP7328832B2 (ja) * | 2019-08-30 | 2023-08-17 | 川崎重工業株式会社 | コリオリ流量計 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06241810A (ja) * | 1993-02-01 | 1994-09-02 | General Motors Corp <Gm> | 振動式ジャイロスコープの制御回路 |
US20150354959A1 (en) * | 2014-06-09 | 2015-12-10 | The Regents Of The University Of California | Axi-Symmetric Small-Footprint Gyroscope with Interchangeable Whole-Angle and Rate Operation |
WO2016021305A1 (ja) * | 2014-08-07 | 2016-02-11 | 株式会社村田製作所 | 角速度センサ |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100288070B1 (ko) * | 1996-10-29 | 2001-10-26 | 나까니시 히로유끼 | 진동자이로스코프 |
DE102010028005A1 (de) * | 2010-04-20 | 2011-10-20 | Sensordynamics Ag | Mikro-Gyroskop zur Ermittlung von Bewegungen |
JP5716827B2 (ja) * | 2011-07-04 | 2015-05-13 | 株式会社村田製作所 | 振動子および振動ジャイロ |
TWI483144B (zh) * | 2012-08-06 | 2015-05-01 | Nat Applied Res Laboratories | 三維指向裝置 |
CN104501793A (zh) * | 2014-12-01 | 2015-04-08 | 北京信息科技大学 | 一种高动态角速率陀螺正交误差控制方法 |
CN105278331A (zh) * | 2015-05-26 | 2016-01-27 | 河海大学常州校区 | 一种微陀螺的鲁棒自适应神经网络h无穷控制方法 |
-
2017
- 2017-03-06 JP JP2018505821A patent/JP6559327B2/ja active Active
- 2017-03-06 WO PCT/JP2017/008788 patent/WO2017159429A1/ja active Application Filing
- 2017-03-10 TW TW106107980A patent/TWI724127B/zh active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06241810A (ja) * | 1993-02-01 | 1994-09-02 | General Motors Corp <Gm> | 振動式ジャイロスコープの制御回路 |
US20150354959A1 (en) * | 2014-06-09 | 2015-12-10 | The Regents Of The University Of California | Axi-Symmetric Small-Footprint Gyroscope with Interchangeable Whole-Angle and Rate Operation |
WO2016021305A1 (ja) * | 2014-08-07 | 2016-02-11 | 株式会社村田製作所 | 角速度センサ |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2017159429A1 (ja) | 2017-09-21 |
JP6559327B2 (ja) | 2019-08-14 |
TWI724127B (zh) | 2021-04-11 |
TW201741624A (zh) | 2017-12-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9846055B2 (en) | Continuous mode reversal for rejecting drift in gyroscopes | |
US7240533B2 (en) | Method for reducing bias error in a vibrating structure gyroscope | |
US9869552B2 (en) | Gyroscope that compensates for fluctuations in sensitivity | |
US9869553B2 (en) | Frequency readout gyroscope | |
US8661898B2 (en) | Vibrating structural gyroscope with quadrature control | |
JP6143430B2 (ja) | バイアス補正機能を備えた振動型ジャイロ | |
US9574902B2 (en) | Calibration method for the scale factor of an axisymmetric vibratory gyroscope or gyrometer | |
Loveday et al. | The influence of control system design on the performance of vibratory gyroscopes | |
US10571267B1 (en) | High stability angular sensor | |
JP2008233095A (ja) | センサバイアスを打ち消す慣性測定システム及び方法 | |
JP6559327B2 (ja) | ジャイロ装置およびジャイロ装置の制御方法 | |
Xu et al. | Comparison of three automatic mode-matching methods for silicon micro-gyroscopes based on phase characteristic | |
JP7302129B2 (ja) | ジャイロ装置およびジャイロ装置の制御方法 | |
JPH02129514A (ja) | 角速度センサー | |
US11835339B1 (en) | Continuous online self-calibration for gyroscopes through modulation of damping axes | |
JP7115733B2 (ja) | 積分型ジャイロ装置および積分型ジャイロ装置の制御方法 | |
JP2023127142A (ja) | ジャイロ装置およびジャイロ装置の制御方法 | |
Yang et al. | Research of a symmetrical decoupled dual-mass micro-gyroscope with an improved lever support system | |
Amal et al. | Design and development of control electronics for coriolis vibratory gyroscopes | |
Lukin | Method for determining the stability regions of stationary oscillations of a nonlinear MEMS resonator under the action of phase-locked-loop and automatic gain control systems | |
WO2023026470A1 (ja) | 磁場センサおよび磁場検出方法 | |
JP7292514B2 (ja) | 共振制御装置、振動ジャイロ及び共振制御方法 | |
Gallacher et al. | The application of parametric excitation in MEMS gyroscopes | |
Matveev et al. | Identification of the Parameters of a Coriolis Vibrating Gyroscope with a Metal Resonator under Positional Excitation of a Standing Wave | |
JP2023127143A (ja) | 圧力センサおよび圧力検出方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
AA64 | Notification of invalidation of claim of internal priority (with term) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A241764 Effective date: 20181211 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20181226 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20181226 |
|
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: 20190702 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190716 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6559327 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 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |