KR101458837B1 - Oscillation Control Method for Dual Mass Gyroscope - Google Patents

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Abstract

본 발명은 진동형 마이크로 자이로스코프에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 2개의 질량소자가 장착된 진동형 마이크로 자이로스코프에서, 종래에 2개의 질량소자의 공진주파수를 맞추기 위하여 구동신호의 주파수를 조정했던 것과는 달리, 본 발명의 목적은 상기 2개의 질량소자의 고유진동수를 조정함으로써 2개의 질량소자가 서로 동일한 공진주파수와 진폭을 가지고 역상으로 진동할 수 있도록 제어하는 제어방법을 제공함에 있다.The present invention relates to a vibrating micro-gyroscope, and an object of the present invention is to provide a vibrating micro-gyroscope in which, in a vibrating micro-gyroscope equipped with two mass elements, the frequency of a drive signal is conventionally adjusted to match the resonance frequencies of two mass elements , An object of the present invention is to provide a control method for controlling two mass elements to vibrate in opposite phases with the same resonance frequency and amplitude by adjusting the natural frequency of the two mass elements.

본 발명의 2개의 질량소자가 장착된 진동형 마이크로 자이로스코프의 진동 제어방법은, a) 2개의 질량소자 중 제 1 질량소자를 일정 진폭을 갖는 공진주파수로 진동시키는 단계; b) 상기 제 1 질량소자를 구동하는데 필요한 힘과 크기가 같고 위상이 반대인 힘을 제 2 질량소자에 가하는 단계; c) 상기 제 2 질량소자에 가해진 힘과 이로 인해 유발되는 제 2 질량소자의 진동주파수를 비교하는 단계; d) 상기 비교 결과를 바탕으로 제 2 질량소자의 공진주파수를 조정하여 제 1 질량소자의 공진주파수와 일치시키는 단계; e) 제 1 질량소자의 진폭과 제 2 질량소자의 진폭을 일치시키는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.A vibration control method of a vibrating micro gyroscope equipped with two mass elements according to the present invention comprises the steps of: a) oscillating a first mass element of two mass elements at a resonance frequency having a constant amplitude; b) applying a force to the second mass element of the same magnitude and opposite phase as the force required to drive the first mass element; c) comparing a force applied to the second mass element with a vibration frequency of the second mass element caused thereby; d) adjusting the resonance frequency of the second mass element based on the comparison result to match the resonance frequency of the first mass element; e) matching the amplitude of the first mass element with the amplitude of the second mass element; And a control unit.

자이로스코프, 진동제어, 듀얼매스, 질량소자, 항법, 자세제어 Gyroscope, vibration control, dual mass, mass device, navigation, attitude control

Description

듀얼매스 자이로스코프의 진동 제어방법 {Oscillation Control Method for Dual Mass Gyroscope}{Oscillation Control Method for Dual Mass Gyroscope}

본 발명은 소형 비행체, 이동차량의 자동항법, 카메라의 안정화 장치, 자세 제어시스템 등에 널리 활용되고 있는 진동형 마이크로 자이로스코프에 관한 것으로, 특히 2개의 질량소자가 장착된 진동형 마이크로 자이로스코프 센서에서, 2개의 질량소자 중 제 2 질량소자를 제 1 질량소자와 동일한 공진주파수와 진폭을 갖고 역상으로 진동시키는 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a vibrating micro gyroscope widely used in a small-sized flying object, an automatic navigation apparatus for a moving vehicle, a camera stabilizing apparatus, an attitude control system, To a method of vibrating a second mass element in a reverse phase with the same resonance frequency and amplitude as those of the first mass element.

진동형 마이크로 자이로스코프는 고감도ㆍ저가격ㆍ소형화가 가능하여, 종래의 회전형 또는 광학형 자이로스코프가 가지고 있는 단점을 해결하고 있는데, 이는 1개의 질량소자, 2개의 질량소자, 또는 1개의 실린더 및 원형 질량소자를 전자기력 또는 정전기력을 이용하여 공진시키면서 회전 각속도에 비례하여 질량소자가 공진의 직각방향으로 변위하는 양이 코리올리스 힘에 비례하는 특성을 측정함으로써 각속도를 계측할 수 있도록 한 것이다.A vibrating micro gyroscope is capable of high sensitivity, low cost and small size, and solves the disadvantages of conventional rotary or optical gyroscopes. This is because one mass element, two mass elements, or one cylinder and a circular mass The angular velocity can be measured by measuring the characteristic that the amount of displacement of the mass element in the direction perpendicular to the resonance is proportional to the Coriolis force in proportion to the rotational angular velocity while resonating the device using the electromagnetic force or the electrostatic force.

일반적으로 선형 진동형 마이크로 자이로스코프는 2개의 질량소자가 장착되어 서로 역상으로 진동하도록 구동된다. 그 이유는 2개의 질량소자가 서로 역상으 로 진동할 경우, 2개의 질량소자에서 야기되는 코리올리스 힘은 서로 상반되지만 선형 관성력은 동일한 방향으로 작용하므로, 2개의 질량소자의 변위 신호를 차분하면 선형 관성력 성분을 상쇄할 수 있기 때문이다. 이러한 상쇄효과를 얻기 위해서는 2개의 질량소자는 동일한 진동주파수와 역상으로 진동하여야 한다.Generally, a linear oscillatory micro gyroscope is mounted with two mass elements and is driven to vibrate in opposite phases to each other. The reason is that when the two mass elements vibrate in opposite phases, the Coriolis forces caused by the two mass elements are opposite to each other, but the linear inertia force acts in the same direction, so that if the displacement signals of the two mass elements are differentiated, This is because the inertial force component can be canceled. In order to obtain such a canceling effect, the two mass elements must vibrate in opposite phases with the same vibration frequency.

진동형 마이크로 자이로스코프의 질량소자는 일반적으로 그 공진주파수에서 진동시킨다. 그 이유는 공진주파수에서 진동시키면 질량소자의 기계적 Q값만큼 증폭된 진폭을, 적은 구동력으로 얻을 수 있기 때문이다. 질량소자의 진폭 상승은 인가된 각속도에 대한 감도를 향상시킬 수 있다.The mass element of a vibrating micro gyroscope generally oscillates at its resonance frequency. This is because when the vibration is made at the resonance frequency, the amplitude amplified by the mechanical Q value of the mass element can be obtained with a small driving force. The increase in the amplitude of the mass element can improve the sensitivity to the applied angular velocity.

2개의 질량소자가 장착된 진동형 마이크로 자이로스코프에서, 2개의 질량소자는 일반적으로 동일한 진폭으로 진동시킨다. 그 이유는 2개의 질량소자가 상이한 진폭으로 진동하면, 비록 인가된 관성력의 상쇄에는 영향을 미치지 않지만, 인가된 각속도에 대한 상이한 감도를 갖기 때문에, 자이로스코프의 성능에서 만족스럽지 못하기 때문이다.In a vibrating micro gyroscope equipped with two mass elements, two mass elements generally oscillate at the same amplitude. The reason is that if two mass elements oscillate at different amplitudes, they do not affect the offset of the applied inertia force, but because they have different sensitivities to the applied angular velocity, they are unsatisfactory in the performance of the gyroscope.

도 1에 종래 2개의 질량소자(11, 11a)를 장착한 진동형 마이크로 자이로스코프의 구성의 예가 도시되어 있다. 질량소자는 각각 구동 빔(12, 12a)에 의해 지지되어, 질량소자가 각각 도 1에 정의된 X축 방향으로 진동할 수 있다. 2개의 질량소자는 머리핀 형태의 연결 빔(13)에 의해 서로 연결되어 있다. 질량소자(11, 11a)를 진동시키기 위한 구동전극(14, 14a)과 질량소자의 진동을 검출하기 위한 검출전 극(15, 15a)이 빗살형태로 형성되어 있다. 자이로스코프 센서로부터의 신호를 검출하기 위한 검출전극(16, 16a)은 평판형태로 형성되어 있다. Fig. 1 shows an example of the configuration of a vibrating micro gyroscope in which two conventional mass elements 11 and 11a are mounted. The mass elements are supported by the drive beams 12, 12a, respectively, so that the mass elements can vibrate in the X-axis direction defined in Fig. The two mass elements are connected to each other by a connecting beam 13 in the form of a hairpin. Driving electrodes 14 and 14a for vibrating the mass elements 11 and 11a and detecting electrodes 15 and 15a for detecting the vibration of the mass element are formed in a comb shape. The detection electrodes 16 and 16a for detecting a signal from the gyroscope sensor are formed in a flat plate shape.

각각의 질량소자(11, 11a)가 X방향으로 진동할 때, 질량소자의 전극 사이에 형성되는 대향면적이 변화되어 전극 사이의 커패시턴스(capacitance)가 변화하게 된다. 이를 대응하는 전압값으로 변환하여 페이즈락루프(PLL, phase lock loop)와 자동게인제어기(AGC, automatic gain control)(17)로 피드백시켜, 진폭이 일정한 고유진동수로 진동시키게 된다. 이때, 구동전극(14, 14a)에 구동력이 서로 반대로 작용되도록 하여 질량소자(11, 11a)가 서로 역상으로 진동하도록 한다.When the mass elements 11 and 11a oscillate in the X direction, the opposing areas formed between the electrodes of the mass element are changed to change the capacitance between the electrodes. It is converted into a corresponding voltage value, fed back to a phase lock loop (PLL) and an automatic gain controller (AGC) 17, and the amplitude is vibrated at a constant natural frequency. At this time, the driving force acts on the driving electrodes 14 and 14a in opposite directions, so that the mass elements 11 and 11a vibrate in opposite phases to each other.

2개의 질량소자(11, 11a)의 고유진동수는 질량소자의 질량, 구동 빔(12, 12a)과 연결 빔(13)의 기계적인 특성에 의하여 결정되기 때문에, 2개의 질량소자가 동일한 고유진동수로 역상으로 진동하기 위해서는 자이로스코프 센서 제조과정에서 고정밀도의 제조공정이 필요한 바, 이는 제조비의 상승을 초래하며, 뿐만 아니라 온도변화에 따른 구동 빔과 연결 빔의 기계적인 특성의 변화로 인한 고유진동수의 불일치는 피할 수 없다.Since the natural frequency of the two mass elements 11 and 11a is determined by the mass of the mass element and the mechanical characteristics of the driving beams 12 and 12a and the connecting beam 13, In order to vibrate in the opposite phase, a high-precision manufacturing process is required in the manufacturing process of the gyroscope sensor, which leads to an increase in the manufacturing cost, and also to a decrease in the natural frequency due to the change in the mechanical characteristics of the driving beam and the connecting beam Discrepancies can not be avoided.

도 2에 종래 2개의 질량소자(21, 21a)를 장착한 진동형 마이크로 자이로스코프의 구성의 다른 예가 도시되어 있다. 질량소자는 각각 구동 빔(22, 22a)에 의해 지지되어, 질량소자가 각각 X축 방향으로 진동할 수 있다. 2개의 질량소자는 각각 다수의 구동전극(24, 24a)과 검출전극(25, 25a)을 갖도록 형성된다. 2개의 질량소자는 도 1에 예시되어 있는 자이로스코프와 달리 기계적인 연결은 존재하지 않는 다. Fig. 2 shows another example of the configuration of a vibrating micro gyroscope in which two conventional mass elements 21 and 21a are mounted. The mass elements are supported by the drive beams 22 and 22a, respectively, so that the mass elements can vibrate in the X-axis direction, respectively. The two mass elements are formed to have a plurality of driving electrodes 24 and 24a and detection electrodes 25 and 25a, respectively. Unlike the gyroscope illustrated in Figure 1, there are no mechanical connections between the two mass elements.

2개의 질량소자 중 제 1 질량소자(21, 21a)가 X방향으로 진동할 때, 질량소자의 전극사이에 형성되는 대향면적이 변화되어 전극 사이의 커패시턴스가 변화하게 된다. 이를 대응하는 전압값으로 변환하여 페이즈락루프(PLL, phase lock loop)와 자동게인제어기(AGC, automatic gain control)(27)로 피드백 시켜, 진폭이 일정한 고유진동수로 진동시키게 된다. 제 2 질량소자의 구동전극(24a)에는 제 1 질량소자의 구동전극(24)에 가해지는 구동력과 동일한 크기의 구동력을 가한다. 제 1 질량소자의 구동전극과 배치가 대칭이므로 제 2 질량소자에는 제 1 질량소자의 역상인 구동력이 가해지게 된다. 따라서, 제 2 질량소자는 제 1 질량소자와 동일한 진동주파수로 진동하게 되지만, 자신의 공진주파수로 진동하는 것은 아니며, 제 1 질량소자와의 위상차가 반드시 역상이라고도 할 수 없다. When the first mass element 21, 21a out of the two mass elements vibrate in the X direction, the opposing area formed between the electrodes of the mass element changes and the capacitance between the electrodes changes. It is converted into a corresponding voltage value, fed back to a phase lock loop (PLL) and an automatic gain controller (AGC) 27, and the amplitude is vibrated at a constant natural frequency. The driving electrode 24a of the second mass element applies a driving force equal in magnitude to the driving force applied to the driving electrode 24 of the first mass element. Since the arrangement of the first mass element is symmetrical with the driving electrode of the first mass element, the driving force which is a reverse phase of the first mass element is applied to the second mass element. Therefore, although the second mass element oscillates at the same oscillation frequency as the first mass element, it does not oscillate at its own resonance frequency, and the phase difference from the first mass element is not necessarily a reverse phase.

그 이유는 통상의 질량소자의 진동특성에 의하면, 질량소자가 자신의 고유진동수로 진동할 때에만 구동신호와 질량소자의 진동사이에는 90도의 위상차가 존재하는 위상특성을 보이기 때문이다. 질량소자의 Q값이 클수록 위상차는 90도에서 멀어지게 된다.This is because, according to the vibration characteristics of a conventional mass element, only when the mass element vibrates at its natural frequency, the phase characteristic exhibits a phase difference of 90 degrees between the drive signal and the vibration of the mass element. The larger the Q value of the mass element, the farther the phase difference is from 90 degrees.

도 3은 도 2의 방법에 따른 2개의 질량소자의 진동을 도시한 그래프이다. 진동주파수는 서로 같지만 진폭이 다르며, 또한 진동도 서로 역상이 아니다.3 is a graph showing the vibration of two mass elements according to the method of Fig. The vibration frequencies are the same but the amplitudes are different, and the vibrations are not in opposite phases.

일반적으로 인가된 각속도에 대한 감도를 높이기 위해, 각 질량소자(21, 21a)의 Q값은 큰 값으로 설계된다. 그러나, 제조시의 여러 요인들과 온도변화 등으 로 인해 2개의 공진주파수 사이에 차이가 존재하는 경우, 제 2 질량소자(21a)는 제 1 질량소자(21)보다 아주 작은 진폭을 나타낸다. 결과적으로, 인가된 각속도에 대한 상이한 감도를 갖기 때문에, 자이로스코프의 성능에서 만족스럽지 못하게 된다. 일부 이러한 경우에, 제 2 질량소자에 인가되는 각속도에 대한 충분한 출력 신호의 크기가 얻어질 수 없게 된다.Generally, in order to increase the sensitivity to the applied angular velocity, the Q value of each mass element 21, 21a is designed to be a large value. However, when there is a difference between two resonance frequencies due to various factors at the time of manufacturing, temperature change, etc., the second mass element 21a exhibits a much smaller amplitude than the first mass element 21. As a result, the sensitivity of the gyroscope is unsatisfactory because it has different sensitivities to the applied angular velocity. In some such cases, a sufficient output signal magnitude for the angular velocity applied to the second mass element can not be obtained.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 2개의 질량소자가 장착된 진동형 마이크로 자이로스코프에서, 2개의 질량소자 중 제 2 질량소자를 제 1 질량소자와 동일한 공진주파수와 진폭을 가지며 역상으로 진동시키는 제어방법을 제공함에 있다. 보다 상세하게는, 종래에 2개의 질량소자의 공진주파수를 맞추기 위하여 구동신호의 주파수를 조정했던 것과는 달리, 본 발명의 목적은 상기 2개의 질량소자의 고유진동수를 조정함으로써 2개의 질량소자가 서로 동일한 공진주파수와 진폭을 가지고 역상으로 진동할 수 있도록 제어하는 제어방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a vibration type micro gyroscope in which two mass elements are mounted, 1 mass element having the same resonance frequency and amplitude and vibrated in a reverse phase. More specifically, unlike the prior art in which the frequency of a drive signal is adjusted to match the resonance frequencies of two mass elements, the object of the present invention is to adjust the natural frequencies of the two mass elements, And a control method for controlling the resonance frequency and the amplitude so that they can vibrate in a reverse phase.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 2개의 질량소자가 장착된 진동형 마이크로 자이로스코프의 진동 제어방법은, a) 2개의 질량소자 중 제 1 질량소자를 일정 진폭을 갖는 공진주파수로 진동시키는 단계; b) 상기 제 1 질량소자를 구동하는데 필요한 힘과 크기가 같고 위상이 반대인 힘을 제 2 질량소자에 가하는 단계; c) 상기 제 2 질량소자에 가해진 힘과 이로 인해 유발되는 제 2 질량소자의 진동주파수를 비교하는 단계; d) 상기 비교 결과를 바탕으로 제 2 질량소자의 공진주파수를 조정하여 제 1 질량소자의 공진주파수와 일치시키는 단계; e) 제 1 질량소자의 진폭과 제 2 질량소자의 진폭을 일치시키는 단계; 를 포함하여 이루어 지는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a vibration control method of a vibrating micro gyroscope equipped with two mass elements, comprising the steps of: a) vibrating a first mass element of the two mass elements to a resonance frequency having a constant amplitude step; b) applying a force to the second mass element of the same magnitude and opposite phase as the force required to drive the first mass element; c) comparing a force applied to the second mass element with a vibration frequency of the second mass element caused thereby; d) adjusting the resonance frequency of the second mass element based on the comparison result to match the resonance frequency of the first mass element; e) matching the amplitude of the first mass element with the amplitude of the second mass element; And a control unit.

이 때, 상기 d) 단계는 d-1) 제 2 질량소자의 구동신호와 변위신호를 곱해서 저주파필터링하는 단계; d-2) 상기 d-1) 단계에서의 결과를 바탕으로 비례적분제어기로 제 2 질량소자의 공진주파수와 진동주파수의 차이를 계산하는 단계; d-3) 상기 비례적분제어기의 출력신호를 제 2 질량소자의 변위신호와 곱하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In this case, the step (d) includes the steps of: (d-1) multiplying the driving signal of the second mass element by a displacement signal to perform low frequency filtering; d-2) calculating the difference between the resonance frequency and the vibration frequency of the second mass element by the proportional-plus-integral controller based on the result of the step d-1); d-3) multiplying an output signal of the proportional-plus-integral controller with a displacement signal of the second mass element; And a control unit.

또한, 상기 e) 단계는 e-1) 제 2 질량소자의 진폭과 제 1 질량소자의 진폭을 측정하는 단계; e-2) 상기 e-1) 단계에서의 상기 결과를 바탕으로 제 2 질량소자의 구동신호의 크기를 가변게인기로 조정하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.Further, the step e) includes the steps of e-1) measuring the amplitude of the second mass element and the amplitude of the first mass element; e-2) adjusting the magnitude of the drive signal of the second mass element to be a variable based on the result in the step e-1); And a control unit.

본 발명에 의한 자이로스코프 진동 제어방법에 의하면, 2개의 질량소자의 실제 고유 공진주파수가 달라도 그 제작오류에 따른 영향을 제거함으로써 이상적인 자이로스코프와 같이 2개의 질량소자를 동일한 공진주파수와 진폭을 갖고 서로 역상으로 진동시킬 수 있는 진동형 마이크로 자이로스코프를 제공할 수 있다.According to the gyroscope vibration control method of the present invention, even when the actual natural resonance frequencies of the two mass elements are different from each other, the influence of the manufacturing error is removed, so that two mass elements, like an ideal gyroscope, It is possible to provide a vibrating micro gyroscope capable of vibrating in a reverse phase.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 2개의 질량소자가 장착된 진동형 마이크로 자이로스코프의 진동 제어방법을 첨부된 도면을 참고하여 상 세하게 설명한다.Hereinafter, a vibration control method of a vibrating micro gyroscope equipped with two mass elements according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명에 따른 2개의 질량소자를 장착한 진동형 마이크로 자이로스코프의 개략적인 구성을 도시하고 있다. 상기 도 4의 2개의 질량소자를 장착한 진동형 마이크로 자이로스코프는, 도 2에 도시된 것과 유사한 방식으로 형성되되, 제 2 질량소자를 구동함에 있어서 제 1 질량소자의 검출신호를 그대로 이용하는 것이 아니라 제어기를 더 구비하여 제 1 질량소자의 검출신호 및 제 2 질량소자 자신의 검출신호를 이용하여 구동하고 있다는 점이 상이하다.Fig. 4 shows a schematic configuration of a vibrating micro gyroscope equipped with two mass elements according to the present invention. The vibrating micro gyroscope with the two mass elements shown in Fig. 4 is formed in a manner similar to that shown in Fig. 2. In driving the second mass element, the detection signal of the first mass element is not used as it is, And is driven by using the detection signal of the first mass element and the detection signal of the second mass element itself.

종래 2개의 질량소자를 장착한 자이로스코프와 같이, 질량소자는 각각 구동 빔(42, 42a)에 의해 지지되어, 질량소자가 각각 X축 방향으로 진동할 수 있다. 2개의 질량소자는 각각 다수의 구동전극(44, 44a)과 검출전극(45, 45a)을 갖도록 형성된다. 2개의 질량소자에는 기계적인 연결은 존재하지 않는다.The mass elements are supported by the drive beams 42 and 42a, respectively, like the gyroscope equipped with the two mass elements in the prior art, so that the mass elements can vibrate in the X-axis direction, respectively. The two mass elements are formed to have a plurality of driving electrodes 44 and 44a and detection electrodes 45 and 45a, respectively. There are no mechanical connections in the two mass elements.

전술한 것과 유사한 방식으로, 2개의 질량소자 중 제 1 질량소자(41,41a)가 X방향으로 진동할 때, 질량소자의 전극사이에 형성되는 대향면적이 변화되어 전극사이의 커패시턴스가 변화하게 된다. 이를 대응하는 전압값으로 변환하여 페이즈락루프(PLL, phase lock loop)와 자동게인제어기(AGC, automatic gain control)(47)로 피드백시켜, 진폭이 일정한 고유진동수로 진동시키게 된다. 제 2 질량소자의 구동전극(44a)에는 제 1 질량소자의 구동전극(44)에 가해지는 구동력과 동일한 크기의 구동력을 가한다. 제 1 질량소자의 구동전극과 대칭되게 전극을 배치시킴으로써, 제 2 질량소자에는 제 1 질량소자의 역상인 구동력이 가해지게 된다. 따라서 제 2 질량소자는 제 1 질량소자와 동일한 진동주파수로 진동하게 되지만, 자신의 공진주파수로 진동하는 것은 아니며, 제 1 질량소자와의 위상차도 반드시 역상은 아니다. 여기까지는 도 2로써 설명한 것과 같은 종래의 2개의 질량소자를 가진 자이로스코프와 동일한 기술사상을 가지고 있다. 이제, 제 2 질량소자의 공진주파수를 진동주파수와 일치시키기 위하여 하기와 같은 제어방법을 도입한다.In a manner similar to that described above, when the first mass element 41 or 41a of the two mass elements vibrates in the X direction, the opposing area formed between the electrodes of the mass element is changed to change the capacitance between the electrodes . Converts it to a corresponding voltage value, feeds it back to a phase lock loop (PLL) and an automatic gain controller (AGC) 47, and vibrates the amplitude to a constant natural frequency. The driving electrode 44a of the second mass element applies a driving force equal in magnitude to the driving force applied to the driving electrode 44 of the first mass element. By disposing the electrodes symmetrically with the driving electrode of the first mass element, the driving force, which is a reverse phase of the first mass element, is applied to the second mass element. Therefore, the second mass element oscillates at the same oscillation frequency as the first mass element, but does not oscillate at its own resonance frequency, and the phase difference from the first mass element is not necessarily opposite. Up to this point, the same technical idea as that of a conventional gyroscope with two mass elements as described in Fig. 2 is obtained. Now, in order to match the resonance frequency of the second mass element with the vibration frequency, the following control method is introduced.

도 4 및 도 5의 위상비교기(481)는 구동신호(51)와 제 2 질량소자의 진동 사이의 위상을 비교한다. 구동신호(51)는 제 1 질량소자에서의 구동신호와 동일한 크기의 신호로서 제 2 질량소자에 가해지는 구동신호이며, 질량소자의 진동상태는 검출전극(45a)으로부터의 신호에 기반하여 측정된다. 도 4의 공진주파수제어기(482)는 제 2 질량소자가 자신의 고유진동수로 진동하면 구동신호와의 위상차가 90도가 되는 점을 이용하여, 위상비교기(481)의 결과를 바탕으로 제 2 질량소자의 고유 공진주파수가 진동주파수와 일치되도록 조정한다. 이 때, 구동신호의 주파수를 조정하지 않고, 질량소자의 고유진동수를 조정하는데 본 발명상의 공진주파수제어기의 특징이 있다. 도 4의 진폭제어기(483)는 도 5에 실시예가 도시되어 있듯이, 제 2 질량소자의 진폭을 제 1 질량소자의 검출신호(52)의 진폭과 일치하도록, 구동신호(51)에 곱해지는 가변게인기(56)의 값을 조정한다. The phase comparator 481 of Figs. 4 and 5 compares the phase between the drive signal 51 and the oscillation of the second mass element. The drive signal 51 is a drive signal applied to the second mass element as a signal having the same magnitude as the drive signal in the first mass element and the vibration state of the mass element is measured based on the signal from the detection electrode 45a . The resonance frequency controller 482 of FIG. 4 uses the point where the phase difference between the second mass element and the drive signal becomes 90 degrees when the second mass element vibrates at its natural frequency, and based on the result of the phase comparator 481, Is adjusted so as to coincide with the vibration frequency. At this time, there is a characteristic of the resonance frequency controller of the present invention in adjusting the natural frequency of the mass element without adjusting the frequency of the drive signal. The amplitude controller 483 of FIG. 4 has a variable value that is multiplied by the drive signal 51 so that the amplitude of the second mass element matches the amplitude of the detection signal 52 of the first mass element, as shown in the embodiment of FIG. The value of the popularity 56 is adjusted.

도 5에 위상비교기(481)ㆍ공진주파수제어기(482)ㆍ진폭제어기(483)의 실시예가 도시되어 있다. 도 5의 구동신호(51)는 제 2 질량소자의 구동전극에 가해지는 구동신호로 제 1 질량소자의 구동전극에 가해지는 구동신호와 크기가 같다. 이 구 동신호(51)는 제 2 질량소자의 검출전극(45a)으로부터 측정된 제 2 질량소자의 검출신호(52a)와 곱해져서 저주파필터기(53)를 통과한 후, 비례적분제어기(54)로 전달된다. 비례적분제어기의 출력신호(55)는 제 2 질량소자의 검출신호(52a)와 곱해진 후(56), 진폭이 조정된 구동신호(51b)와 더해지며, 상기와 같이 조정된 구동신호(57)가 제 2 질량소자의 구동전극(44a)에 전달되어 제 2 질량소자를 구동하게 된다.An embodiment of the phase comparator 481, the resonant frequency controller 482, and the amplitude controller 483 is shown in Fig. The drive signal 51 shown in FIG. 5 is a drive signal applied to the drive electrode of the second mass element, which is the same as the drive signal applied to the drive electrode of the first mass element. This driving signal 51 is multiplied by the detection signal 52a of the second mass element measured from the detection electrode 45a of the second mass element and passed through the low frequency filter 53 to be supplied to the proportional integral controller 54 ). The output signal 55 of the proportional integral controller is multiplied by the detection signal 52a of the second mass element 56 and then added to the amplitude adjusted drive signal 51b and the adjusted drive signal 57 Is transmitted to the driving electrode 44a of the second mass element to drive the second mass element.

도시된 도 6의 그래프는 상술한 본 발명의 실시에 따른 2개의 질량소자의 진동을 도시한 그래프이다. 2개의 질량소자가 동일한 공진주파수와 진폭을 갖고 서로 역상으로 진동함을 보여주고 있다.The graph of Fig. 6 is a graph showing the vibration of two mass elements according to the embodiment of the present invention described above. It is shown that two mass elements oscillate in opposite phases with the same resonance frequency and amplitude.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 그 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. It is a matter of course that various modifications can be made.

도 1은 종래 2개의 질량소자를 장착한 진동형 마이크로 자이로스코프의 구성 예를 보인 개략도.1 is a schematic view showing a configuration example of a vibrating micro gyroscope equipped with two conventional mass elements.

도 2는 종래 2개의 질량소자를 장착한 진동형 마이크로 자이로스코프의 다른 구성 예를 보인 개략도.2 is a schematic view showing another configuration example of a vibrating micro gyroscope in which two mass elements are mounted.

도 3은 도 2의 종래 방법에 따른 2개의 질량소자의 진동을 도시한 그래프.Fig. 3 is a graph showing the vibrations of two mass elements according to the conventional method of Fig. 2;

도 4는 본 발명에 따른 2개의 질량소자를 장착한 진동형 마이크로 자이로스코프의 구성을 보인 개략도.4 is a schematic view showing a configuration of a vibrating micro gyroscope equipped with two mass elements according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 제어방법을 설명하기 위한 개략도.5 is a schematic diagram for explaining a control method according to the present invention;

도 6은 본 발명의 실시에 따른 2개의 질량소자의 진동을 도시한 그래프. 6 is a graph showing the vibration of two mass elements according to the embodiment of the present invention.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**DESCRIPTION OF REFERENCE NUMERALS

11: 제 1 질량소자 11a: 제 2 질량소자11: first mass element 11a: second mass element

12, 12a: 구동 빔 13: 연결 빔12, 12a: Driving beam 13: Connecting beam

14, 14a: 구동 전극 15, 15a: 검출 전극14, 14a: Driving electrode 15, 15a:

16, 16a: 센서 검출 전극 17: PLL & AGC16, 16a: sensor detection electrode 17: PLL & AGC

21: 제 1 질량소자 21a: 제 2 질량소자21: first mass element 21a: second mass element

22, 22a: 구동 빔22, 22a: drive beam

24, 24a: 구동 전극 25, 25a: 검출 전극24, 24a: driving electrode 25, 25a: detecting electrode

27: PLL & AGC (Phase Lock Loop & Automatic Gain Control)27: PLL & AGC (Phase Lock Loop & Automatic Gain Control)

41: 제 1 질량소자 41a: 제 2 질량소자41: first mass element 41a: second mass element

42, 42a: 구동 빔42, 42a: Driving beam

44, 44a: 구동 전극 45, 45a: 검출 전극44, 44a: driving electrode 45, 45a: detecting electrode

47: PLL & AGC (Phase Lock Loop & Automatic Gain Control)47: PLL & AGC (Phase Lock Loop & Automatic Gain Control)

481: 위상비교기481: Phase comparator

482: 공진주파수제어기482: Resonance frequency controller

483: 진폭제어기483: Amplitude controller

51: 제 2 질량소자의 구동신호 51b: 진폭이 조정된 구동신호51: drive signal of the second mass element 51b: drive signal whose amplitude is adjusted

52: 제 1 질량소자의 검출신호52: detection signal of the first mass element

52a: 제 2 질량소자의 검출신호52a: detection signal of the second mass element

53: 저주파통과필터(LPF, Low Pass Filter)53: Low Pass Filter (LPF)

54: 비례적분제어기 55: 비례적분제어기 출력신호54: proportional integral controller 55: proportional integral controller output signal

56: 가변게인기56: Variable popularity

57: 제 2 질량소자의 최종 구동신호57: Final driving signal of the second mass element

Claims (3)

삭제delete a) 2개의 질량소자 중 제 1 질량소자를 일정 진폭을 갖는 공진주파수로 진동시키는 단계;a) vibrating the first mass element of the two mass elements at a resonance frequency having a constant amplitude; b) 상기 제 1 질량소자를 구동하는데 필요한 힘과 크기가 같고 위상이 반대인 힘을 제 2 질량소자에 가하는 단계;b) applying a force to the second mass element of the same magnitude and opposite phase as the force required to drive the first mass element; c) 상기 제 2 질량소자에 가해진 힘과 이로 인해 유발되는 제 2 질량소자의 진동주파수를 비교하는 단계;c) comparing a force applied to the second mass element with a vibration frequency of the second mass element caused thereby; d) 상기 비교 결과를 바탕으로 제 2 질량소자의 공진주파수를 조정하여 제 1 질량소자의 공진주파수와 일치시키는 단계;d) adjusting the resonance frequency of the second mass element based on the comparison result to match the resonance frequency of the first mass element; e) 제 1 질량소자의 진폭과 제 2 질량소자의 진폭을 일치시키는 단계;e) matching the amplitude of the first mass element with the amplitude of the second mass element; 를 포함하여 이루어지며, 상기 d) 단계는, Wherein step d) comprises: d-1) 제 2 질량소자의 구동신호와 변위신호를 곱해서 저주파필터링하는 단계;d-1) multiplying a driving signal of the second mass element by a displacement signal to perform low-frequency filtering; d-2) 상기 d-1) 단계에서의 결과를 바탕으로 비례적분제어기로 제 2 질량소자의 공진주파수와 진동주파수의 차이를 계산하는 단계;d-2) calculating the difference between the resonance frequency and the vibration frequency of the second mass element by the proportional-plus-integral controller based on the result of the step d-1); d-3) 상기 비례적분제어기의 출력신호를 제 2 질량소자의 변위신호와 곱하는 단계;d-3) multiplying an output signal of the proportional-plus-integral controller with a displacement signal of the second mass element; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 2개의 질량소자가 장착된 진동형 마이크로 자이로스코프의 진동 제어방법.And a vibration sensor for detecting vibration of the vibrating micro-gyroscope. a) 2개의 질량소자 중 제 1 질량소자를 일정 진폭을 갖는 공진주파수로 진동시키는 단계;a) vibrating the first mass element of the two mass elements at a resonance frequency having a constant amplitude; b) 상기 제 1 질량소자를 구동하는데 필요한 힘과 크기가 같고 위상이 반대인 힘을 제 2 질량소자에 가하는 단계;b) applying a force to the second mass element of the same magnitude and opposite phase as the force required to drive the first mass element; c) 상기 제 2 질량소자에 가해진 힘과 이로 인해 유발되는 제 2 질량소자의 진동주파수를 비교하는 단계;c) comparing a force applied to the second mass element with a vibration frequency of the second mass element caused thereby; d) 상기 비교 결과를 바탕으로 제 2 질량소자의 공진주파수를 조정하여 제 1 질량소자의 공진주파수와 일치시키는 단계;d) adjusting the resonance frequency of the second mass element based on the comparison result to match the resonance frequency of the first mass element; e) 제 1 질량소자의 진폭과 제 2 질량소자의 진폭을 일치시키는 단계;e) matching the amplitude of the first mass element with the amplitude of the second mass element; 를 포함하여 이루어지며, 상기 e) 단계는Wherein step e) comprises: e-1) 제 2 질량소자의 진폭과 제 1 질량소자의 진폭을 측정하는 단계;e-1) measuring the amplitude of the second mass element and the amplitude of the first mass element; e-2) 상기 e-1) 단계에서의 상기 결과를 바탕으로 제 2 질량소자의 구동신호의 크기를 가변게인기로 조정하는 단계;e-2) adjusting the magnitude of the drive signal of the second mass element to be a variable based on the result in the step e-1); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 2개의 질량소자가 장착된 진동형 마이크로 자이로스코프의 진동 제어방법.And a vibration sensor for detecting vibration of the vibrating micro-gyroscope.
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