KR101518405B1 - 교정 유닛들을 구비한 코리올리 자이로스코프와 직교 바이어스를 감소시키기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

코리올리 자이로스코프(1)는 제 1 축에 평행하게 진동들을 수행하도록 가진 될 수 있는 질량 시스템을 포함함으로써, 제 1 축에 수직으로 제공되는 제 2 축을 따라 코리올리 힘 때문에 상기 질량 시스템의 편향이 검출될 수 있고, 적어도 하나의 제 1 교정 유닛(30)과 적어도 하나의 제 2 교정 유닛(40), 제 1 교정 유닛(30)과 제 2 교정 유닛(40)은 복수의 정지 교정 전극들(31, 32, 41, 42)과 복수의 이동 교정 전극들(24, 25, 26, 27)을 포함함으로써, 정지 교정 전극들(31, 32, 41, 42)은 제 1 축의 방향으로 연장되고 대응하는 앵커 구조들(33, 43)에 의해 기판에 단단히 연결되고, 이동 교정 전극들(24, 25, 26, 27)은 질량 시스템의 일부이다.
이러한 타입의 코리올리 자이로스코프(1)의 직교 바이어스를 감소시키기 위한 방법은 교정 유닛들(30, 40)에 적어도 일시적으로 일정한 교정 전압들을 인가하는 단계를 포함한다.

Description

교정 유닛들을 구비한 코리올리 자이로스코프와 직교 바이어스를 감소시키기 위한 방법{CORIOLIS GYROSCOPE HAVING CORRECTION UNITS AND METHOD FOR REDUCING THE QUADRATURE BIAS}
본 발명은 그 직교 바이어스(quadrature bias)를 감소시키기 위한 교정 유닛들을 구비한 코리올리 자이로스코프, 직교 바이어스를 감소시키기 위한 교정 유닛들을 포함하는 상호 간에 결합된 코리올리 자이로스코프들의 시스템, 그리고 직교 바이어스를 감소시키기 위한 방법에 관한 것이다.
코리올리 자이로스코프(진동 자이로스코프, 회전 속도 센서)는 진동하도록 만들어지는 단부형(one-part), 그러나 보통은 다부형(multi-part) 질량 시스템을 포함한다. 이러한 목적을 위해, 코리올리 자이로스코프를 동작시키기 위해 질량 시스템의 제 1 진동 모드(가진 진동(excitation vibration, 加振)가 가진된다. 코리올리 자이로스코프가 자신의 수감축(sensitive axis)으로 회전 모션에 종속된다면, 발생하는 코리올리 힘들은 질량 시스템의 제 2 진동 모드를 가진하며, 이는 직접적으로 또는 간접적으로 검출됨으로써, 제 2 진동 모드를 반영하는 판독(read-out) 신호가 획득된다. 그 다음 판독 신호는 코리올리 자이로스코프에 적용되는 회전 속도의 측정치인 진폭에 있어서 변화들을 위해 분석된다. 폐루프 시스템에 따른 코리올리 자이로스코프에 있어서, 제어 회로가 판독 진동의 진폭을 고정값, 예를 들어 0으로 복원하기 위해 지속적으로 사용되어 적용된 회전 속도는 이러한 목적을 위해 필요한 복원력들로부터 유도된다.
코리올리 자이로스코프의 질량 시스템은 단부형(one-part), 혹은 다부형(multiple-part) 질량 시스템으로 설계될 수 있다. 질량 시스템은, 예를 들어, 스프링 시스템에 의해 서로 결합 되고 서로에 대하여 상대적인 모션들을 수행할 수 있는 두 개의 부분 질량들(공진기들(resonators))을 포함한다. 다부형 질량 시스템에서, 제조 공차는, 서로에 대하여, 서로 결합되는 질량 시스템의 부분 질량들, 예를 들어 이부형(two-part) 단일 공진기의 두 개의 공진기들의 오정렬(misalignment)을 가져올 수 있다. 오정렬은 코리올리 자이로스코프의 판독 신호에서 적용된 회전 속도로부터 실제 신호 부분에 (90도 위상-시프트된)직교로 중첩되는 신호 부분을 발생한다. 통상적으로, 직교 신호 부분들(직교 바이어스, 직교 신호, 직교 에러)은 두 개의 신호 부분을 분리하는 것을 어렵게 만드는 원하는 회전 속도 해상도로부터의 신호 부분들 보다 훨씬 크다. 신호 부분들 사이의 큰 차이점 때문에, 작은 위상 시프트들 조차도 회전 속도 신호에 있어서 현저한 에러들을 가져올 수 있다(영점 에러, 바이어스).
DE 103 60 962 B4와 DE 102 37 410 A1으로부터 방법들이 알려져 있으며, 그에 의하면 코리올리 질량은 직교 바이어스를 감소시키기 위해 특화된 제어 전극들에 인가된 전압에 의해 회전 및/또는 편향된다.
US 6,067,858은 개별적인 교정 전극들로 구성되는 직교 바이어스를 감소시키기 위한 구조를 기술하며, 그 구조에는 개별적인 교정 전극들 간의 대칭적인 거리가 존재하여야 한다. 더욱이, 이 구조들은 오직 매립 산화물을 이용하는 제조 프로세스에서 구현될 수 있다.
코리올리 자이로스코프들이 가진(excitation)에 대하여만 결합되는 일 실시 예에서, 각각의 코리올리 자이로스코프 내의 교정 유닛들 각각은 서로에 대하여 반전되도록 쌍으로 정렬된다.
예를 들어, DE 10 2007 030 120 A1로부터 알려진 바와 같이, 개별적인 코리올리 자이로스코프들이 검출에 대하여 또한 결합된다고 하더라도, 서로에 대하여 반전된 정렬로서 존재하는 적어도 두 개의 분리된 교정 유닛들은 개별적인 코리올리 자이로스코프들에 임의로 정렬될 수 있다.
본 발명에 따른 코리올리 자이로스코프의 직교 바이어스를 감소시키기 위한 본 발명에 따른 방법들 또는 본 발명에 따른 시스템은 교정 유닛들의 정지 교정 전극들과 이동 교정 전극들 간의 교정 전압의 인가를 포함한다.
교정 전압은 크기가 감소되어야 할 직교 바이어스의 오리엔테이션(orientation)과 크기의 함수로서 조절되어지는 직류 전압이다. 현존하며 서로에 대하여 반전되어 정렬되는 적어도 두 개의 교정 유닛들 중 어느 유닛이 유닛에 인가된 전압을 갖는지 보정되어야 할 직교 바이어스의 대수적 부호에 달려 있다.
대안으로 또는 부가적으로, 직류 전압의 크기는 제 2 축을 따라서 질량 시스템의 공진 주파수에 주어진 변화의 함수로서 조절될 수 있다. 이러한 경우에, 쌍으로 정렬되고 서로에 대하여 반전된 기존의 두 교정 유닛들은 모두 그들에게 인가된 동일한 크기의 전압을 갖는다.
코리올리 자이로스코프가 두 개 이상의, 바람직하게는 2의 배수인, 교정 유닛들을 포함하면, 교정 유닛들은 바람직하게는 전압들의 합이 맞추어지는 것과 같은 방법으로 그들에 인가된 다른 전압들을 가질 수 있다. 예를 들어, 동일한 타입의 교정 유닛들, 즉 서로에 대하여 반전되도록 제공되지 않는 교정 유닛들은 그들에게 인가된, 동일한 크기이지만 극성을 달리하는 전압들을 보유할 수 있다.
본 발명의 목적은 코리올리 자이로스코프들 및 서로에 대해 결합된 코리올리 자이로스코프들의 시스템에 있어서 직교 바이어스에 오정렬들의 기여를 감소시킴으로써, 코리올리 질량을 회전 및/또는 편향시킬 필요가 없으며 제조 프로세스에서 매립 산화물이 필요없도록 하는데 있다.
상기 목적은 청구항 1에 따른 코리올리 자이로스코프, 청구항 10에 따른 시스템, 그리고 청구항 17과 21에 따른 방법(들)에 의한 발명에 따라서 충족된다.
따라서, 코리올리 자이로스코프는 제 1 축에 평행하게 진동을 수행하도록 가진 될 수 있는 질량 시스템을 포함한다. 질량 시스템은 단부형(one part)으로 제공될 수 있거나 또는 적어도 두 개의 부분 질량들을 포함할 수 있다. 다부형(multi-part) 질량 시스템들의 경우에 있어서, 부분 질량들 중 적어도 하나(코리올리 요소)는 제 1 축에 수직인 수감축 둘레를 회전하는 회전 모션에 의해 상기 부분 질량의 편향이 제 1 축과 수감축(sensitive axis)에 수직인 제 2 축을 따라 검출될 수 있는 방식으로 부착된다. 폐루프 시스템에서 부분 질량의 편향은, 예를 들어, 편향의 보상을 위한 복원력을 발생함으로써 검출될 수 있다.
본 발명에 따른 코리올리 자이로스코프는 적어도 하나의 제1 교정 유닛과 적어도 하나의 제 2 교정 유닛을 더 포함하며, 이들은 각각 복수의 정지(stationary) 교정 전극들과 복수의 이동(moving) 교정 전극들을 포함한다. 상기 정지 교정 전극들은 상기 제 1 축의 방향으로 연장되고 상기 질량 시스템이 이동되도록 매달린 것에 대하여 대응하는 앵커(anchor) 구조들에 의해 기판에 단단히 연결된다. 이동 교정 전극들은 질량 시스템의 핵심 성분이며 상기 기판에 대하여 움직인다.
코리올리 자이로스코프는, 예를 들어, 제1 축을 따라 선형 진동을 수행하도록 가진되는 제 1 부분 질량(part-mass)(드라이브 프레임), 그리고 제 1 부분 질량에 움직이는 방식으로 연결되고 가진 방향에 수직으로 움직이는 방식으로 제 1 질량에 대하여 연결되는 제 2 부분 질량(코리올리 프레임, 코리올리 질량, 검출 프레임)을 포함함으로써, 회전 속도와 상기 가진 모션의 적용으로 인해 발생되는, 코리올리 힘의 방향을 따라서 상기 가능한 편향(deflection) 모션이 검출될 수 있다. 이러한 맥락에서, 제 2 부분 질량은 제 2 부분 질량의 편향을 검출하는 역할을 하는 한 벌의 검출 전극들뿐만 아니라 이동 교정 전극들을 포함하며, 그리고 선택적으로, 편향을 복원하기 위한 한 벌의 전극들을 포함한다.
또 다른 실시 예에 따라, 코리올리 자이로스코프는 제 1 축을 따라 선형 진동을 수행하도록 가진되는 제 1 부분 질량(part-mass)(드라이브 프레임), 코리올리 힘 때문에 편향될 수 있도록 부착된 제 2 부분 질량(코리올리 프레임, 코리올리 질량), 그리고 코리올리 프레임의 편향이 검출되는 것에 의해, 가진 모션을 수행할 수는 없지만, 제 2 방향으로 코리올리 프레임의 편향 모션을 따라 움직이도록 강제되는 것과 같은 움직이는 방식으로 제 2 부분 질량에 연결되는 제 3 부분 질량(검출 프레임)을 포함한다. 다시 말하면, 코리올리 프레임의 기능적인 유닛과 검출 프레임이 분리된다. 교정 유닛들의 이동 교정 전극들은 이러한 맥락에서 코리올리 프레임의 고정 성분이다. 검출 및/또는 복원을 위한 전극 세트들은 통상적으로 제 3 부분 질량에 할당되고, 분리된 전극 세트들이 검출과 복원을 위해 사용된다면, 이것들은 전극 세트들을 제 3 부분 질량뿐만 아니라 제 2 부분 질량에 따로따로 배열할 기회와 연관된다.
본 발명에 따른 교정 유닛들은, 예를 들어, 동일한 수의 제 1 정지(stationary) 교정 전극들과 제 2 정지 교정 전극들을 각각 포함한다. 제 1 정지 교정 전극들은 대응하는 앵커 구조로부터 제 1 방향으로의 제 1 축을 따라 연장된다. 제 2 정지 교정 전극들은 대응하는 앵커 구조로부터 제 1 방향과 마주하는 제 2 방향으로 연장된다. 이와 마찬가지로, 교정 유닛은 동일한 수의 제 1 및 제 2 이동(moving) 교정 전극들을 포함할 수 있다. 제 1 이동 교정 전극들은 핵심 성분인 부분 질량의 주변내의 기준점으로부터 제 2 방향으로 연장되며, 그리고 제 2 이동 교정 전극들은 제 1 방향으로 연장된다.
정지 교정 전극과 그 각각의 인접한 이동 교정 전극들 간의 거리는 다르다. 따라서, 두 거리 들의 비율(ratio)이 1이 되지 않도록 선택되어야 한다. 효과적인 힘 효과를 얻기 위해, 비록 이것이 공간 필요성을 증가시킨다고 하더라도, 비율은 가능한 크게 혹은 가능한 작게 선택되어야 한다. 거리들의 비율의 함수로서 공간 필요성 증가를 고려해 보면, 힘의 효과가 가능한 한 효과적으로 되기 위해서는, 거리들의 결과적인 최적 비율은
Figure 112014069791449-pct00001
이다. 정지 교정 전극으로부터 보다 작은 거리를 갖는 이동 교정 전극은 이후 명세서에서 정지 전극에 할당되는 이동 교정 전극으로 불리 울 것이다. 제 1 정지 교정 전극들은 그들에게 할당된 제 1 이동 교정 전극들 위에 각각 제 2 축을 따라 정렬되는 반면에, 제 2 정지 교정 전극들 각각은 그들에게 할당된 제 2 이동 교정 전극들 아래에 정렬된다. 이러한 맥락에서, "위에(above)" 및 "아래에(below)"라는 용어들은 제 2 축을 따르는 방향으로 지칭될 것이다. 이동 교정 전극들을 포함하는 부분 질량들은 각각 제 1 및 제 2 정지 교정 전극에 대하여 제 1 및 제 2 이동 교정 전극으로서 역할을 하는 것과 같은 방식으로 제공된다. 제 2 축을 따라 그들에 할당된 이동 교정 전극들에 대하여 정지 교정 전극들의 정렬은 반전될 수도 있다.
일 실시 예에서, 코리올리 자이로스코프는 서로에 대해 반전되도록 제공되는 제 1 및 제 2 교정 유닛을 포함한다. 선택적으로, 코리올리 자이로스코프는, 각각이 유사하도록 제공되는, 다중 제 1 및/또는 다중 제 2 교정 유닛들을 포함하거나, 또는 서로에 대하여 반전되도록 제공되는 제 1 및 제 2 교정 유닛들의 다중 쌍들을 포함한다.
정지 교정 전극들 및/또는 이동 교정 전극들은 각각 최대 10㎛의 폭을 갖는 핀들(fins)을 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 코리올리 자이로스코프는 교정 전압을 발생하는 적어도 하나의 컨트롤 유닛을 갖는다. 정지 교정 전극들 및 이동 교정 전극들은 적어도 하나의 컨트롤 유닛에 연결됨으로써, 다른 교정 유닛들은 다른 교정 전압들에 의해 따로따로 트리거(trigger) 및/또는 제어될 수 있다. 상기 교정 전압들은, 적어도 일시적으로, 일정하며 가장 간단한 경우 직교 바이어스가 최소화되도록 크기들이 조정될 수 있는 직류 전압이다. 그러나, 가진 모션(y 방향)에 수직인 편향(deflection)의 함수로서 교정 전압들을 제어하는 것이 또한 가능하다. 교정 유닛들의 전극들은, 전기적 전압이 인가되고 있는 동안 가진 방향으로 이동 전극 부분들의 모션시, 가진 방향으로 편향의 함수인 검출 방향으로 힘들이 발생되는 것과 같은 방식으로 제공된다.
더욱이, 본 발명은 서로에 대해 결합되는 적어도 2개의 코리올리 자이로스코프들을 갖는 시스템들을 제공함으로써, 각각의 코리올리 자이로스코프는 제 1 축에 평행하게 진동들을 수행하도록 가진 될 수 있는 질량 시스템을 포함함으로써, 코리올리 힘 때문에, 제 1 축에 수직으로 연장되는 제 2 축을 따라서 질량 시스템의 편향이 검출될 수 있다. 이러한 맥락에서, 이러한 맥락에서, 시스템은 개별적인 코리올리 자이로스코프의 맥락에서 기술된 타입의 적어도 하나의 제 1 교정 유닛과 적어도 하나의 제 2 교정 유닛을 포함한다.
시스템은, 예를 들어, 함께 선형 이중 공진기로서 제공되는 두 개의 코리올리 자이로스코프를 포함함으로써, 두 개의 단일 공진기들은 서로 마주하는 제 1 축을 따라서 진동들을 수행하도록 가진 된다.
코리올리 자이로스코프들이 가진에 대하여만 결합되는 일 실시 예에서, 각각의 코리올리 자이로스코프 내의 교정 유닛들 각각은 서로에 대하여 반전되도록 쌍으로 정렬된다.
예를 들어, DE 10 2007 030 120 A1로부터 알려진 바와 같이, 개별적인 코리올리 자이로스코프들이 검출에 대하여 또한 결합된다고 하더라도, 서로에 대하여 반전된 정렬로서 존재하는 적어도 두 개의 분리된 교정 유닛들은 개별적인 코리올리 자이로스코프들에 임의로 정렬될 수 있다.
본 발명에 따른 코리올리 자이로스코프의 직교 바이어스를 감소시키기 위한 본 발명에 따른 방법들 또는 본 발명에 따른 시스템은 교정 유닛들의 정지 교정 전극들과 이동 교정 전극들 간의 교정 전압의 인가를 포함한다.
교정 전압은 크기가 감소되어야 할 직교 바이어스의 오리엔테이션(orientation)과 크기의 함수로서 조절되어지는 직류 전압이다. 현존하며 서로에 대하여 반전되어 정렬되는 적어도 두 개의 교정 유닛들 중 어느 유닛이 유닛에 인가된 전압을 갖는지 보정되어야 할 직교 바이어스의 대수적 부호에 달려 있다.
대안으로 또는 부가적으로, 직류 전압의 크기는 제 2 축을 따라서 질량 시스템의 공진 주파수에 주어진 변화의 함수로서 조절될 수 있다. 이러한 경우에, 쌍으로 정렬되고 서로에 대하여 반전된 기존의 두 교정 유닛들은 모두 그들에게 인가된 동일한 크기의 전압을 갖는다.
코리올리 자이로스코프가 두 개 이상의, 바람직하게는 2의 배수인, 교정 유닛들을 포함하면, 교정 유닛들은 바람직하게는 전압들의 합이 맞추어지는 것과 같은 방법으로 그들에 인가된 다른 전압들을 가질 수 있다. 예를 들어, 동일한 타입의 교정 유닛들, 즉 서로에 대하여 반전되도록 제공되지 않는 교정 유닛들은 그들에게 인가된, 동일한 크기이지만 극성을 달리하는 전압들을 보유할 수 있다.
이하에서, 본 발명은 예시적인 실시예들의 첨부 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 이부형(two-part) 단일 공진기로서 제공되는 코리올리 자이로스코프의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 2는 교정 유닛들을 포함하는 도 1의 상세 항목에 대한 개략적인 평면도를 도시한다.
도 3은 동일한 타입의 다중 교정 유닛들이 제공되는, 코리올리 자이로스코프의 상세 항목에 대한 개략적인 평면도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라서 두 개의 결합된 코리올리 자이로스코프들의 시스템의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 1은 코리올리 자이로스코프(1)가 선형 단일 공진기로서 제공되는 일 실시 예에 따라서 코리올리 자이로스코프(1)의 개략적인 구조를 도시한다. 선형 단일 공진기는 바람직하게는 실리콘 디스크로부터 에칭 프로세스에 의해 제조되며 제 1 부분 질량(part-mass)(10)(드라이브 프레임)과 제2 부분 질량(20)(코리올리 질량), 제1 스프링 요소들(11) 그리고 제2 스프링 요소들(21)을 포함한다. 드라이브 프레임(10)은 부분 질량들(10, 20) 아래에 위치되는 기판에 제1 스프링 요소들(11)에 의하여 연결된다. 제1 스프링 요소들(11)은 제1 부분 질량(10)과 제2 부분 질량(20)이 제1 축(x 방향)을 따라 함께 진동할 수 있도록 제공된다. 코리올리 질량(20)은 제2 스프링 요소들(21)에 의하여 제1 부분 질량(10)에 연결되며, 제1 축에 수직인 제2 축(y 방향)을 따라 제1 부분 질량(10)에 대하여 진동할 수 있는 것과 같은 방법으로 매달려진다.
스프링 요소들(21)의 설계는 특정한 실시 예로 제한되지 않을 것이다.
제1, 제2 부분 질량(10, 20)은 코리올리 자이로스코프(1)의 질량 시스템을 형성한다. 코리올리 자이로스코프는 기판에 기계적으로 연결되지만, 기판으로부터 전기적으로 절연되는 정지 가진 전극들(12)과 정지 검출 전극들(23)을 더 포함한다. "기판(substrate)"이라는 용어는 부분 질량들(10, 20)이 내장된 기계적이며 진동하지 않는 구조, 예를 들어, 실리콘 디스크 또는 실리콘 디스크의 일부분 중 진동하지 않는 부분과 같은 구조를 의미한다고 이해되어야 할 것이다. 본 실시 예에서, 코리올리 자이로스코프는 제1 부분 질량(10)의 일부를 구성하는 이동 가진 전극들(13)과 제2 부분 질량(20)의 일부를 구성하는 이동 검출 전극들(22)을 더 포함한다. 본 실시 예에서, 가진 전극들(12, 13)은 두 기능들을 가정한다, 첫째로 가진의 기능과 둘째로 제1 방향(도면에 그려진 좌표계의 x축)으로 제1 부분 질량의 운동을 검출하는 기능을 가정함으로써, 가진 전극들이 이러한 목적에 적합한 방식으로 전자적으로 트리거된다. 또 다른 예시적인 실시예에서는, 가진 전극들의 기능들이 이중 가진 전극들을 제공함으로써 또한 분리될 수 있다.
정지 가진 전극들(12)에 교류 전압을 인가하는 것은 관례적인 반면에, 반면에 드라이브 프레임(10)에 견고하게 연결되며 그와 함께 이동하는 이동 가진 전극들(13)은 전기적 반대극(counter-pole)을 형성한다. 결과적인 정전력이 x 방향을 따라서 진동하도록 드라이브 프레임(10)을 가진한다. 제2 스프링 요소들(21)은 코리올리 질량(20)으로 상기 모션을 전달한다. 제1 스프링 요소들(11)의 수직적 방향성으로 인하여, 드라이브 프레임(10)은 제1 축에 수직으로 연장되는 제2 축(y 방향)을 따라서 모션을 수행하는 것이 방지된다. 그러나, 제2 스프링 요소들(21)의 본질적으로 수평적인 오리엔테이션으로 인하여 y 방향으로 수직적 진동은 코리올리 질량(20)에 의하여 수행될 수 있다. 대응하는 코리올리 힘이 도면상에 수직으로 올라서는 수감축(sensitive axis) 둘레를 회전함으로 인해 발생한다면, 코리올리 질량(20)은 y 방향으로 진동들을 수행하도록 가진된다.
코리올리 힘에 의해 발생하는 y 방향으로의 모션은 코리올리 질량(20)에 단단히 연결되고 코리올리 질량(20)과 함께 모션하는 이동 검출 전극들(22) 및 정지 검출 전극들(23)에 의하여 검출되고 판독(read-out)됨으로써, 상기 모션은 적용된 회전 속도에 대한 척도이다. 앞서 예시된 개방 루프(open-loop) 방식에 대한 대안으로, 제2 공진기(20)의 y 방향으로의 모션은 제어 회로와 적절한 댐핑 전극들(damping electrodes)에 의하여 제한될 수 있음으로써, 이러한 타입의 폐루프(closed-loop) 방식에서 필수적인 힘은 y 방향 모션을 제한하기 위해 필요한 전기적 전압을 이용하여 측정되며 적용된 회전 속도에 대한 척도이다. 본 명세서의 선택된 예시적인 실시예에서, 검출 전극들(22)(23)은 폐루프 방식에 대하여 두 가지 기능, 즉 그 자체로서의 검출의 기능과 댐핑의 기능을 포함하고, 이러한 목적을 위하여 이 전극들은 전자적 수단에 의해 적절히 트리거(trigger)된다. 그러나, 검출 전극들은 동일한 설계의 두 개의 서브유닛(subunit)들로 세분될 수 있으며 각각의 서브유닛은 서브유닛에 할당된 두 기능들 중 하나를 가질 수 있다.
도 1에 도시된 실시예 이외에, 코리올리 자이로스코프의 다른 실시 예들 역시 가능하다. 예를 들어, 코리올리 질량의 y 방향 모션의 검출은, 그 자체로는 x 방향 모션을 수행하지 않지만, 적절한 스프링 유닛들에 의해 코리올리 질량의 y 방향을 따라 움직이는, 분리된 몸체에 대해 진행될 수 있으며 따라서 검출의 단일 기능을 가정하고 따라서 검출 프레임으로 불릴 수 있다. 폐루프 방식에서 자이로스코프를 작동하는 경우, 검출과 복원의 기능들은 통상적으로 분리된 몸체(검출 프레임)에서 일어나지만, 두 기능들은 코리올리 질량과 분리된 몸체로 분산될 수도 있다.
또 다른 실시 예에서, 코리올리 자이로스코프는 단지 하나의 진동 질량을 포함할 수 있지만, 이는 이후 명세서에서 "코리올리 질량"의 용어하에 또한 이해될 것이다. 그 다음 폐루프 방식에서의 댐핑의 기능뿐만 아니라 드라이브 프레임, 코리올리 질량, 그리고 검출의 기능들이 단일 구조로 제공될 것이다.
더욱이, 도 4에서 표시된 바와 같이, 도 1에 도시된 여러 코리올리 자이로스코프(1)는 단일 센서내에 결합될 수 있다. 이러한 맥락에서, 예를 들어, 두 개의 코리올리 자이로스코프들이 푸시-풀(push-pull) 방식으로 공통 진동 축을 따라 진동하도록 만들어질 수 있다. 이것은 외부 간섭 및/또는 결합된 시스템에 의해 기판으로 방출된 간섭에 대한 결합된 시스템의 감도를 허용하며, 여기서 단일 공진기들이 제공된다. 명백히, 두 코리올리 자이로스코프들의 커플링은, 특정 실시예에 따라, 드라이브 질량들이 서로 결합될 뿐만 아니라, 코리올리 질량들 또는 검출 프레임들도 마찬가지로 결합되도록 도 4에 도시된 수준을 넘어설 수 있다.
가진 모션이 검출 모션에 정확히 수직으로 오리엔테이션 되지 않은 경우에는, 예를 들어 코리올리 가속도보다 9 자릿수만큼 더 커질 수 있는, 가진 모션으로부터의 가속도의 일부는 검출의 방향으로 결합되며, 이것은 회전 모션에 의해 생성되는 코리올리 힘이 매우 빨리 검출 모션을 이끌어 내는 힘의 단지 일부가 됨을 의미하며 이것은 또한 회전 속도의 측정에 있어서 오차를 가져온다. 특히, 매우 작은 회전 속도의 경우에는 두 부분 질량들의 서로에 대한 관계에서의 오리엔테이션(orientation) 오차들, 또는 가진 전극들과 정지 검출 전극들에 의해 정의되는 좌표계와의 관계에서 코리올리 질량의 모션 방향의 편차는 코리올리 자이로스코프의 기능에 불리한 작용을 하는 측정 오차를 가져온다. 도1과 도 4는 오차 매커니즘에 대한 가능한 예를 제조 공차로 인하여 제2 스프링 요소들(21)이 x 축 방향을 따르는 가진 모션과의 관계에서 조금 경사지게 오리엔테이션 되는 형태로 보여준다. 코리올리 힘은 가진 모션 속도의 직접 함수(direct function)이므로, 그것들은 가진 모션으로부터의 또한 가진 모션의 진폭 및/또는 그 시간에 대한 제2 도함수와 직접적으로 연관된 가속도와의 관계에서 90도 벗어난 위상(직각 위상)이다.
직교 바이어스라고도 불리는 이러한 오차를 줄이거나 보상해주기 위하여, 도1에 도시된 코리올리 자이로스코프는 항상 코리올리 질량에 적어도 한번은 쌍으로 존재하고, 또한 기판에 기계적으로 연결되고, 동시에 기판으로부터 전기적으로 절연되며, 정지 교정 전극들을 각각 포함하고, 제1 및 제2 교정 유닛(30, 40) 및 경식(rigid)으로 기계적으로 연결된 이동 교정 전극들을 각각 포함한다. 도 1에 도시된 실시 예에서, 제1 교정 유닛(30)의 정지 교정 전극들은 제1 제어 유닛(50)과 전기적으로 연결되고, 제2 교정 유닛(40)의 정지 교정 전극들은 제2 제어 유닛(60)과 전기적으로 연결되며, 여기서 교정 유닛들(30, 40)의 정지 교정 전극들은 각각의 경우에 따라 정의된 전위(electrical potential)에서 유지 및/또는 제어된다. 제1제어 유닛(50)은 제1 교정 유닛(30)에 제1 교정 전압을 인가하는 반면, 제2 제어 유닛(60)은 제2 교정 유닛(40)에 제2 교정 전압을 인가한다. 교정 유닛들(30, 40)은 각각 전기적 연결 선들(51, 61)에 의하여 각각 상응하는 제어 유닛(50, 60)과 연결되며, 여기서 전기적 연결 선(51, 61) 각각은 코리올리 자이로스코프의 다른 요소들과는 전기적으로 절연된다. 전기적 연결 선(51, 61)은, 예를 들어, 기판 내의 전기적으로 전도성 있는 영역들로서, 또는 전기적으로 전도성 있는 물질로 만들어지는 프린트된 컨덕터로서 기판 상에 제공될 수 있다.
도 1에 도시된 코리올리 자이로스코프의 실시예에서의 교정 유닛들(30, 40)은 코리올리 질량(20)의 중간선(28)과의 관계에서 대칭적으로 정렬된다. 그러나, 두 교정 유닛들(30, 40)은 둘 다 중간선(28)의 위나 아래에 정렬될 수도 있으며 그리고/또는 중간선(28)으로부터 동일한 또는 다른 거리에 정렬될 수도 있다. 이와 마찬가지로, 검출 전극들(22, 23)에 대한 교정 유닛들(30, 40)의 위치도 코리올리 자이로스코프의 설계에 따라 자유롭게 조절될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 하나의 또는 두 개 모두의 교정 유닛들은 검출 전극들(22, 23)의 위나 아래, 또는 오른쪽에 정렬될 수 있다. 도 1에서 보여지는 검출 전극들(22, 23)의 부분적 영역들 사이의 정렬도 물론 가능하다.
도 2는 선형 단일 공진기(1)의 교정 유닛들(30 및 40)을 상세히 도시한다. 각각의 교정 유닛(30, 40)은 복수의 제 1 정지 교정 전극들(31 및/또는 41)과 복수의 제 2 정지 교정 전극들(32 및/또는 42)로 구성되며, 이들은 기판에 단단히 연결된다. 더욱이, 각각의 교정 유닛(30 및/또는 40)은 복수의 제 1 이동 교정 전극들(24 및/또는 26)과 복수의 제 2 이동된 교정 전극들(25 및/또는 27)을 구비하며, 이들은 단일 부분으로서 코리올리 질량(20)과 함께 제공된다. 따라서, 코리올리 질량(20)이 이동될 때, 이동 교정 전극들(24, 25, 26, 27)은 정지 교정 전극들(31, 32 및/또는 41, 42)에 대해 각각 이동한다.
그 다음, 상전압이 정지 교정 전극들(31, 32 및/또는 41, 42)에 인가되면, 가진 모션은 가진 모션의 시간에 대하여 가진 모션의 진폭과 2차 도함수에 직접적으로 비례하는 정전력을 발생하며 직교 바이어스의 감소를 가져온다. 이러한 목적을 위해, 상전압들의 크기들은 감소되거나 보상될 직교 신호의 크기 및 오리엔테이션에 정합하도록 선택된다. 더욱이, 인가된 상전압은 y 방향으로 코리올리 질량(20)의 공진 주파수에 영향을 미치기 위해 또한 사용될 수 있으며, 이는, 추가적으로, 가진 및 판독의 공진 주파수들의 트리밍 및/또는 목표된 조절을 위해 활용될 수 있다.
첫 번째로, 이와 같이 x-종속 또는 y-종속 힘 성분들만을 갖는 힘들이 발생된다. y-종속 힘 성분은 제 2 스프링 요소들(21)의 힘에 대해 작용하는 네거티브 스프링 강성을 가져오며 따라서 검출 방향(y 방향)으로 코리올리 질량(20)의 감소된 공진 주파수를 가져온다. 상기 힘 영향은 이동 교정 전극들(24, 25 및/또는 26, 27)에 대하여 정지 교정 전극들(31, 32 및/또는 41, 42)의 휴지기에 오버랩의 길이의 적절한 선택에 의해 최소화될 수 있다. 대안으로, y-종속 힘 성분이 검출 방향으로 코리올리 질량의 가진 주파수 및 공진 주파수의 원하는 주파수 조절을 위해 사용될 수도 있다.
힘 영향은 x 방향으로 코리올리 질량의 편향 모션에 직접적으로 비례하며, 이는 편향 모션이 가진의 속도에 대하여 90o의 고정 위상 포지션을 갖도록 한다. 따라서, 교정 전극으로부터의 힘 영향은 위상 회전에 종속되지 않으며, 이는 바이어스에 대한 기여가 이루어지지는 것을 방지한다. 이것은 또한, 이상적으로 90o이어야 하지만, 90o일 필요는 없는, 판독 모션으로 가진의 전달 함수에서 위상 포지션의 일시적인 변화시, 교정력들이 직교를 위한 힘들에 의해 동일한 위상을 따라서 회전하여야 하며 따라서 보상 효과가 유지된다는 것을 의미한다.
다른 양상은, 예를 들어 도 4에 도시된 정렬과 유사하지만, 코리올리 질량들 및/또는 검출 프레임들의 추가적인 커플링을 갖는 정렬에서, 제조 공차들이 y 방향으로 코리올리 질량들의 편향에 의한 직교 바이어스의 보상이 실현가능하지 않다는 시나리오를 가져올 수 있다는 것이다. 그러나, 직교 바이어스는 항상 본 명세서에 기술된 교정 전극들의 형태에 의해 보상될 수 있다.
직교 바이어스를 감소시키거나 보상하기 위한 힘 성분들은 정지 교정 전극들(31, 32, 및/또는 41, 42)과 이동 교정 전극들(24, 25, 및/또는 26, 27)의 오버랩에 종속되지 않는다. 따라서 교정 유닛들(30 및 40)은 매우 작게 설계될 수 있다. 따라서, 오버랩의 필수적인 최소 길이는 대략 가진 진동의 진폭과 선형 진폭-종속 힘 영향에 도달하는 소정의 길이의 2배이다. 예를 들어 대략 10㎛의 가진 진폭들에 대해, 교정 전극들의 전체 길이가 30 내지 35㎛인 반면에 대략 15㎛의 오버랩의 길이가 고려될 수 있다. 통상적으로 이것은 대략 구동 주파수와 검출 공진 주파수의 주파수 조절을 위해 필요한 치수의 1/10이다.
도 2에 상세히 도시된 바와 같이, 쌍이 존재하는 교정 유닛들(30, 40)은 복수의 정지 교정 전극들(31, 32 및/또는 41, 42)과 복수의 이동 교정 전극들(24, 25 및/또는 26, 27)을 포함한다. 정지 교정 전극들(31, 32 및/또는 41, 42)은 각각 일반적인 앵커 구조(33 및/또는 43)에 의해 기계적으로 단단한 방법으로 기판에 연결되지만, 전기적으로 절연된다.
앵커 구조의 크기는 코리올리 자이로스코프의 제조 방법에 적합하게 조절될 수 있다. 앵커 구조의 베이스 영역은 2,500㎛2과 0.04mm2의 사이의 범위이다. 원칙적으로, 앵커 구조들은 가능한 한 작은 것이 바람직한데, 이는 앵커 구조들로 인해 추가 공간이 필요하게 되며 따라서 결과적으로 전체 구조를 보다 크게 만들기 때문이다. 베이스 영역의 하한은 기술적인 능력들과 코리올리 자이로스코프의 제조 방법에 의해 결정된다. 예를 들어, 앵커 구조들이 실리콘-퓨전 본딩(SFB)에 의해 그들의 기판에 연결되는 곳에서, 앵커 구조는, 특히, 이들의 오버랩 길이가 작음으로 인해 교정 전극들을 위한 적은 공간 필요성의 장점을 잃지 않고 적어도 70×70㎛2의 크기로 제공될 수 있다. 교정 전극들의 필수적인 전체 길이들이 작기 때문에, 교정 전극들은, 제조 방법에 따라서, 또한 매우 좁게, 예를 들어 대략 5㎛ 또는 심지어 보다 작게 유지될 수 있다. 교정 전극들의 최소 폭은 여기서 기여하고 있는 기계적인 양상들(예를 들어, 동작, 스냅-인(snap-in)시 전극들의 구부러짐)을 갖는 기술적인 능력들에 의해 또한 제한된다. 따라서, 이것은 상대적으로 큰 앵커 구조에 관계없이 교정 유닛들(30 및 40)의 전반적인 작은 사이즈가 달성되는 것을 허용한다. 전술한 바와 같이 앵커 구조의 크기는 제조 방법에 특히 유리하며, 실리콘 퓨전 본딩 방법이 기판으로부터 개별적으로 생산되는 고정 구조들, 예를 들어 앵커 구조들과 정지 교정 전극들을 기판에 연결하기 위해 사용된다. 그러나, 고정 구조들은 기판 또는 기판위에 도포된 층에 직접적인 에칭 프로세스에 의해서도 발생될 수도 있다.
제 1 정지 교정 전극들(31 및 41)은 제 1 방향(포지티브 x 방향)으로, 각각, 앵커 구조(33 및 43)로부터 연장되는 반면에, 제 2 정지 교정 전극들(32 및 42)은 제 2 방향(네거티브 x 방향)으로, 각각, 앵커 구조(33 및 43)로부터 연장된다. 제 2 방향은 제 1 방향과 마주한다. 제 1 이동 교정 전극들(24 및/또는 26)은 제 2 방향으로 코리올리 질량(20)으로부터 연장되는 반면에, 제 2 이동 교정 전극들(25 및/또는 27)은 제 1 방향으로 코리올리 질량(20)으로부터 연장된다. 따라서, 제 1 이동 교정 전극들(24 및 26)은, 각각, 개별적인 제 1 정지 교정 전극들(31 및 41) 사이에 제공된 사이 공간들(intervening spaces) 내로 연장되는 반면에, 제 2 이동 교정 전극들(25 및 27)은, 각각, 제 2 정지 교정 전극들(32 및 42) 사이에 제공된 사이 공간들 내로 연장된다. 이것은 빗 모양의 구조(comb-like structure)를 갖는 교정 전극들의 결과를 가져오며, 빗 모양의 구조에서 하나의 정지 교정 전극 및 하나의 이동 교정 전극 각각은 서로 마주하여 위치되고 갭에 의해 y 방향으로 서로로부터 분리된다.
교정 유닛에서 제 1 방향으로 연장되는 정지 교정 전극들과 이동 교정 전극들의 수는 제 2 방향으로 연장되는 정지 교정 전극들과 이동 교정 전극들의 수와 가급적이면 동일하다.
정지 교정 전극들(31, 32 및 41, 42)중 하나는 각각 이동 교정 전극들(24, 25, 및 26, 27)중 하나에 각각 정확히 할당된다. 코리올리 질량(20)의 일부는 정지 교정 전극에 할당되는 이동 교정 전극으로서 작용한다. 예를 들어, 제 1 교정 유닛(30)내 코리올리 질량(20)의 상부 좌측 부분은 가장 높은 정지 교정 전극(32)에 대해 이동 교정 전극으로서 작용하는데 반해, 코리올리 질량(20)의 하부 우측 부분은 가장 낮은 정지 교정 전극(31)에 대해 이동 교정 전극으로서 작용한다. 이후 명세서에서 "갭 거리(gap distance)"로 불리우는, 코리올리 질량(20)에 할당된 정지 교정 전극과 이동 교정 전극 간의 거리는 2개의 동일한 정지 교정 전극들 또는 2개의 동일한 이동 교정 전극들 간의 거리보다 작고 대응하는 정지 교정 전극과 다른 인접한 이동 교정 전극 간의 거리보다 작다. 각각, 정지 교정 전극들(32 및 42) 뿐만 아니라 대응하는 정지 교정 전극들(31 및 41)에 대하여 이동 교정 전극들(25 및 27)의 정렬 뿐만 아니라 이동 교정 전극들(24 및 26)의 반대칭 정렬로 인해, 직류 전압의 인가는 제 1 축(x축)을 따라서 교정 전극들의 편향에 직접적으로 비례하는 힘을 발생한다. x축에 대하여 거울-이미지 정렬인 교정 유닛들(30 및 40)은 직교의 대수 부호-독립 보상을 허용한다. 각각, 인접한 정지 교정 전극들(31, 32, 41 및 42)까지 이동 교정 전극(24, 25, 26 및 27)의 상이한 거리들은 제조 기술에 기인하며 앵커 구조들을 위해 필요한 영역이 최소화될 수 있도록 허용한다. 더욱이, 이들은 직교 보상의 오리엔테이션을 정의하는데 기여한다.
교정 유닛(30)에서, 제 1 방향으로 연장되는 정지 교정 전극들은 각각 이들에 할당된 이동 교정 전극들 위에 정렬되는 반면에, 제 2 방향으로 연장되는 정지 교정 전극들은 각각 이들에 할당된 이동 교정 전극들 아래에 정렬된다. 이러한 맥락에서, "위에(above)"는 할당된 이동 교정 전극에 대하여 제 3 방향(포지티브 y 방향)을 의미할 것인 반면에, "아래에(below)"는 할당된 이동 교정 전극에 대하여 제 4 방향(네거티브 y 방향)을 의미할 것이며, 제 4 방향은 제 3 방향과 마주한다. 제 3 및 제 4 방향들은 제 1 및 제 2 방향들에 수직인 제 2 축(y 축)을 따라서 연장된다.
도 2의 예시적인 실시예에 있어서, 서로에 대해 교정 유닛(40)에서 정지 및 이동 교정 전극들의 정렬이 x축에 대해 거울-대칭적으로 제공된다.
제 2 교정 유닛(40)의 정지 교정 전극들은 제 1 교정 유닛(30)의 이들의 정렬에 정확히 마주하는 것들에 할당된 이동 교정 전극들에 대해 정렬된다. 임의적으로 인가된 전압과 제 1 축(x 축)을 따라서 코리올리 질량(20)의 모션에 대해, 제 2 교정 유닛(40)으로 인한 힘의 오리엔테이션은 제 1 교정 유닛(30)으로부터의 결과적인 힘에 대해 반전된다.
발명에 따라서, 코리올리 질량(20)은 도 2에 도시된 바와 같이 서로에 대해 반전된 정렬에서 교정 유닛들(30 및 40) 둘 다를 포함한다. 교정 유닛(30)이 (y 방향으로) 교정 유닛(40) 위에 또는 아래에 위치되는지 또는 각각의 교정 유닛이 y 방향(x 축에 관해 거울에 비추어진)으로 반전되는지는 중요하지 않다. 특정한 정렬은 교정 유닛에 대한 전압의 인가에만 영향을 끼친다.
코리올리 자이오스코프가 여분의 교정 유닛들을 포함한다면, 상기 교정 유닛들은 동일한 상전압, 동일한 크기 및 다른 극성의 전압들, 동일한 극성 및 다른 크기의 전압들 또는 이들에 인가된 완전히 다른 전압 및 극성을 가질 수 있다. 마찬가지로 직류 전압을 교정 유닛들 중 하나에만 인가하여도 괜찮다. 다른 교정 유닛들은 접지되거나 플로팅(floating)일 수도 있다.
도 3은 다른 실시예를 상세히 도시하는 도면이고, 여기서 제 1 교정 유닛과 제 2 교정 유닛들 각각은 이중으로 존재한다. 도 3은 도 2와 유사한 코리올리 질량(20)을 상세히 도시하는 도면이다. 본 실시예에서, 코리올리 자이로스코프는 4개의 교정 유닛들(301, 302, 401 및 402)을 갖는다. 교정 유닛들(301 및 302)은 비슷하게 제공되며 각각은 도 2에 도시된 것과 같이 제 1 교정 유닛(30)에 대응한다. 교정 유닛들(401 및 402)은 또한 비슷하게 제공되며 각각은 도 2에 도시된 것과 같이 제 2 교정 유닛(40)에 대응한다. 교정 유닛들(301 및 302)은 교정 유닛들(401 및 402)에 대해 반전되도록 제공된다. 교정 유닛들(301 및 401)은 서로에 대해 반전되어 제공되는 교정 유닛들의 제 1 쌍을 형성하는 반면에, 교정 유닛들(302 및 402)은 서로에 대해 반전되어 제공되는 교정 유닛들의 제 2 쌍을 형성한다.
교정 유닛들(301 및 302)은 마주하는 오리엔테이션과 이들에 인가된 동일한 크기의 상전압을 가질 수 있다. 교정 유닛들(401 및 402)에 동일하게 적용된다. 이것은, 예를 들어, 보상 전류들과 같은 전기적 커플링 효과들을 감소시킨다. 이러한 효과는 레귤레이션(regulation)으로 인해 항상 존재하는 잔여 모션으로 인해 오픈-루프 절차에서뿐만 아니라, 폐루프 절차에서도 유익한 효과를 갖는다.
본 발명에 따른 코리올리 자이로스코프의 하나의 효과는 코리올리 자이로스코프가 스프링 요소들(21)의 설계로부터의 독립적이라는 것이다. 코리올리 질량(20)은 편향되거나 회전될 필요가 없기 때문에, 다양한 타입의 스프링 요소들(21)이 활용될 수 있다. 특히, 스프링 요소들(21)은 가속에 둔감하도록 설계될 수 있으며, 이는 코리올리 자이로스코프에 보다 광범위한 진동 둔감을 준다. 그 다음 직교 신호는 스프링 요소들(21)의 경사진 포지션에서 의해서만 결정되며, 가진 진동으로부터 가속력의 부하에 대한 이들의 편향 및/또는 노출에 의해 결정되지 않는다.
다른 분명한 장점은 교정 유닛당 필요한 단지 하나의 인접한 앵커 구조에 의해 제공된다는 것이며, 이는 설계 및 제조 프로세스를 단순하게 한다.
전술한 교정 유닛들은 하나 이상의 공진기들의 시스템들 및 완전히 폐쇄되고, 구동 모션 및/또는 검출 모션에 대해 부분적으로 폐쇄되거나 개방되는 시스템들을 위해 사용될 수 있다. 이러한 맥락에서, 폐쇄된 모션은 가속도와 모멘텀들이 전체적으로 모션 밸런스 아웃(motion balance out)에 의한다는 것을 의미한다.
이러한 타입의 코리올리 유닛들은 다중 코리올리 자이로스코프들로 이루어진 결합된 시스템들에서 또한 사용될 수 있음으로써, 개별적인 코리올리 자이로스코프들의 정렬은 교정 유닛들의 기능의 방법을 위해 중요하지 않다. 예를 들어 2개의 코리올리 자이로스코프로 이루어진 결합된 시스템에서, 하나의 코리올리 자이로스코프의 가진 모션은 나머지 코리올리 스코프의 가진 모션에 대해 180도 만큼 위상-시프트될 수 있다. 4개의 코리올리 자이로스코프들로 이루어진 정렬에서, 각각 2개의 코리올리 자이로스코프들의 가진 모션은 서로에 대하여 180도 만큼 위상-시프트되고, 개별적인 코리올리 자이오스코프들은, 예를 들어, 서로 아래에 직렬로 또는 쌍으로 정렬될 수 있다. 고정된 커플링을 갖는 교정 유닛들 및/또는 이들의 서브유닛들은 검출에 관하여 다양한 코리올리 질량들로 자유로이 세분될 수 있다. 이것은 코리올리 자이로스코프로 가이드 될 필요가 있는 프린트된 컨덕터들(printed conductors)의 수가 감소되도록 허용한다.
도 4는 이러한 유형의 결합된 시스템의 실시예를 도시한다. 결합된 시스템은, 예를 들어, 정확히 2개의 코리올리 자이로스코프(100 및 200)를 포함하며, 이 각각은 도 1에 도시된 실시예에 따라서 제공되며 기계적인 커플링 요소(300), 예를 들어 스프링에 의해 가진 모션에 대해 서로 결합된다. 이러한 맥락에서, 각각의 코리올리 자이로스코프들의 동일한 성분들은 도 1에 참조로서 예시된 동일한 참조 번호들에 의해 표기된다. 도 4에 도시된 버전의 각각의 코리올리 자이로스코프(100 또는 200)는 교정 유닛들(130과 140 및/또는 230과 240)의 쌍을 갖는다.
y 방향으로 그들의 이동성에 대해 2개의 코리올리 질량들(120 및 220)을 결합하는 실시예에서, 제 1 코리올리 자이로스코프(100)가 바로 교정 유닛(130)을 갖는 것이 또한 실현가능한 반면에, 제 2 코리올리 자이로스코프(200)는 바로 교정 유닛(240)을 갖거나 하나의 코리올리 자이로스코프(100)가 교정 유닛들(130 및 140) 둘 다를 가지며 나머지 코리올리 자이로스코프, 예를 들어 코리올리 자이로스코프(200)는 교정 유닛을 갖지 않는다.
도 1에 대해 기술된 바와 같이, 교정 유닛들(130, 140, 230 및/또는 240)은 각각 (도시되지 않은) 적어도 하나의 컨트롤 유닛에 의해 이들에 인가된 일정한 교정 전압을 갖는다. 이러한 맥락에서, 교정 유닛들(130, 140, 230 및/또는 240)의 정지 교정 전극들은 전기적 연결선들에 의해 적어도 하나의 컨트롤 유닛에 연결된다.

Claims (21)

  1. - 제 1 축에 평행하게 진동들을 수행하도록 가진 될 수 있음으로써, 상기 제 1 축에 수직으로 제공되는 제 2 축을 따라 코리올리 힘 때문에 질량 시스템의 편향이 검출될 수 있는, 질량 시스템; 그리고
    - 적어도 하나의 제 1 교정 유닛(30)과 하나의 제 2 교정 유닛(40)으로서, 제 1 교정 유닛(30)과 제 2 교정 유닛(40)은 복수의 정지 교정 전극들(31, 32, 41, 42)과 복수의 이동 교정 전극들(24, 25, 26, 27)을 포함함으로써, 상기 정지 교정 전극들(31, 32, 41, 42)이 상기 제 1 축의 방향으로 연장되고 대응하는 앵커 구조들(33, 43)에 의해 기판에 단단히 연결되며 상기 이동 교정 전극들(24, 25, 26, 27)은 상기 질량 시스템의 일부인, 적어도 하나의 제 1 교정 유닛(30)과 하나의 제 2 교정 유닛(40)을 포함하고,
    - 각각의 정지 교정 전극들(31, 32, 41, 42)은 상기 각각의 정지 교정 전극들(31, 32, 41, 42)에 할당된 이동 교정 전극(24, 25, 26, 27)을 가짐으로써, 상기 각각의 정지 교정 전극(31, 32, 41, 42)과 상기 각각의 정지 교정 전극들(31, 32, 41, 42)에 할당된 이동 교정 전극(24, 25, 26, 27) 간의 거리는 상기 각각의 정지 교정 전극(31, 32, 41, 42)과 다른 인접한 이동 교정 전극(24, 25, 26, 27) 간의 거리보다 작으며;
    제1 교정 유닛(30)과 제2 교정 유닛(40)의 제 1 정지 교정 전극들(31, 41)은 상기 제 1 축을 따라서 제 1 방향으로 상기 대응하는 앵커 구조들(33, 43)로부터 연장되고, 제1 교정 유닛(30)과 제2 교정 유닛(40)의 상기 제 2 정지 교정 전극들(32, 42)은 상기 제 1 축을 따라서 제 2 방향으로 상기 대응하는 앵커 구조들(33,43)로부터 연장됨으로써, 상기 제 2 방향이 상기 제 1 방향과 마주하며;
    상기 제 1 이동 교정 전극들(24, 26)은 상기 제 1 축을 따라서 상기 제 2 방향으로 상기 질량 시스템으로부터 연장되고, 상기 제 2 이동 교정 전극들(25, 27)은 상기 제 1 축을 따라서 상기 제 1 방향으로 상기 질량 시스템으로부터 연장되고;
    - 제 1 교정 유닛(30) 내 각각의 제 1 정지 교정 전극(31)은, 상기 제 1 정지 교정 전극(31)에 할당된 상기 제 1 이동 교정 전극(24)으로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 제 2 축을 따라서 제 3 방향으로 정렬되는데 반하여, 각각의 제 2 정지 교정 전극(32)은, 상기 제 2 정지 교정 전극(32)에 할당된 상기 제 2 이동 교정 전극(25)으로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 제 2 축을 따라서 제 4 방향으로 정렬됨으로써, 상기 제 4 방향이 상기 제 3 방향과 마주하며; 그리고
    - 상기 제 2 교정 유닛(40) 내 각각의 제 1 정지 교정 전극(41)은, 상기 제 1 정지 교정 전극(41)에 할당된 상기 제 1 이동 교정 전극(26)으로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 제 2 축을 따라서 상기 제 4 방향으로 정렬되는데 반하여, 각각의 제 2 정지 교정 전극(42)은, 상기 제 2 정지 교정 전극(42)에 할당된 상기 제 2 이동 교정 전극(27)으로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 제 2 축을 따라서 상기 제 3 방향으로 정렬되고,
    제1 및 제2 교정 유닛(30, 40)의 제1 및 제2 정지 교정 전극들(31, 41) 각각은 하나의 일반 앵커 구조(33, 43)로부터 연장되는 것을 특징으로 하는 코리올리 자이로스코프(1).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 코리올리 자이로스코프(1)의 상기 질량 시스템은 제 1 부분-질량(10)과 제 2 부분-질량(20)으로 이루어짐으로써, 상기 코리올리 힘 때문에 상기 제 2 부분-질량(20)의 편향이 검출될 수 있으며, 그리고 이에 의해 상기 이동 교정 전극들(24, 25, 26, 27)이 상기 제 2 부분-질량(20)의 핵심 성분(integral component)인 것을 특징으로 하는, 코리올리 자이로스코프(1).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 코리올리 힘 때문에 상기 질량 시스템의 상기 편향은 상기 편향의 보상을 위한 복원력들의 발생에 의해 검출될 수 있는 것을 특징으로 하는, 코리올리 자이로스코프(1).
  4. 제1항에 있어서,
    - 상기 복수의 정지 교정 전극들(31, 32, 41, 42)은, 각각의 경우에 있어서, 동일한 수의 제 1 정지 교정 전극들(31, 41)과 동일한 수의 제 2 정지 교정 전극들(32, 42)을 가지고; 그리고
    - 상기 복수의 이동 교정 전극들(24, 25, 26, 27)은, 각각의 경우에 있어서, 동일한 수의 제 1 이동 교정 전극들(24, 26)과 동일한 수의 제 2 이동 교정 전극들(25, 27)을 가지는 것을 특징으로 하는, 코리올리 자이로스코프(1).
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 코리올리 자이로스코프(1)는 동일한 설계의 다중 제 1 교정 유닛들(30) 및/또는 동일한 설계의 다중 제 2 교정 유닛들(40)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 코리올리 자이로스코프(1).
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 코리올리 자이로스코프(1)는 동일한 수의 제 1 및 제 2 교정 유닛(30, 40)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 코리올리 자이로스코프(1).
  8. 제1항에 있어서,
    상기 정지 교정 전극들(31, 32, 41, 42) 및/또는 상기 이동 교정 전극들(24, 25, 26, 27) 각각은 최대 10㎛의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는, 코리올리 자이로스코프(1).
  9. 제1항에 있어서,
    상기 교정 유닛들(30, 40)에 전기적으로 연결되고 적어도 일시적으로 일정한 교정 전압들을 이들에 인가하기 위한 적어도 하나의 컨트롤 유닛(50, 60)을 더 포함하는, 코리올리 자이로스코프(1).
  10. 서로 결합되는 적어도 2개의 코리올리 자이로스코프들(100, 200)의 시스템에서, 이들 각각은 제 1 축에 평행하게 진동들을 수행하도록 가진 될 수 있기에 상기 제 1 축에 수직인 제 2 축을 따라서 코리올리 힘 때문에 편향이 검출될 있는 질량 시스템과,
    적어도 하나의 제 1 교정 유닛(130, 230)과 적어도 하나의 제 2 교정 유닛(140, 240)을 포함하며, 제 1 교정 유닛(30)과 제 2 교정 유닛(40)은 복수의 정지 교정 전극들(31, 32, 41, 42)과 복수의 이동 교정 전극들(24, 25, 26, 27)을 포함함으로써, 상기 정지 교정 전극들(31, 32, 41, 42)이 상기 제 1 축의 방향으로 연장되고 대응하는 앵커 구조들(33, 43)에 의해 기판에 단단히 연결되며, 그리고 상기 이동 교정 전극들(24, 25, 26, 27)은 상기 적어도 2개의 코리올리 자이로스코프(100, 200)중 적어도 하나의 상기 질량 시스템의 일부이고,
    - 각각의 정지 교정 전극들(31, 32, 41, 42)은 상기 각각의 정지 교정 전극들(31, 32, 41, 42)에 할당된 이동 교정 전극(24, 25, 26, 27)을 가짐으로써, 상기 각각의 정지 교정 전극(31, 32, 41, 42)과 상기 각각의 정지 교정 전극들(31, 32, 41, 42)에 할당된 이동 교정 전극(24, 25, 26, 27) 간의 거리는 상기 각각의 정지 교정 전극(31, 32, 41, 42)과 다른 인접한 이동 교정 전극(24, 25, 26, 27) 간의 거리보다 작으며;
    제1 교정 유닛(30)과 제2 교정 유닛(40)의 제 1 정지 교정 전극들(31, 41)은 상기 제 1 축을 따라서 제 1 방향으로 상기 대응하는 앵커 구조들(33, 43)로부터 연장되고, 제1 교정 유닛(30)과 제2 교정 유닛(40)의 상기 제 2 정지 교정 전극들(32, 42)은 상기 제 1 축을 따라서 제 2 방향으로 상기 대응하는 앵커 구조들(33,43)로부터 연장됨으로써, 상기 제 2 방향이 상기 제 1 방향과 마주하며;
    상기 제 1 이동 교정 전극들(24, 26)은 상기 제 1 축을 따라서 상기 제 2 방향으로 상기 질량 시스템으로부터 연장되고, 상기 제 2 이동 교정 전극들(25, 27)은 상기 제 1 축을 따라서 상기 제 1 방향으로 상기 질량 시스템으로부터 연장되고;
    - 제 1 교정 유닛(30) 내 각각의 제 1 정지 교정 전극(31)은, 상기 제 1 정지 교정 전극(31)에 할당된 상기 제 1 이동 교정 전극(24)으로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 제 2 축을 따라서 제 3 방향으로 정렬되는데 반하여, 각각의 제 2 정지 교정 전극(32)은, 상기 제 2 정지 교정 전극(32)에 할당된 상기 제 2 이동 교정 전극(25)으로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 제 2 축을 따라서 제 4 방향으로 정렬됨으로써, 상기 제 4 방향이 상기 제 3 방향과 마주하며; 그리고
    - 상기 제 2 교정 유닛(40) 내 각각의 제 1 정지 교정 전극(41)은, 상기 제 1 정지 교정 전극(41)에 할당된 상기 제 1 이동 교정 전극(26)으로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 제 2 축을 따라서 상기 제 4 방향으로 정렬되는데 반하여, 각각의 제 2 정지 교정 전극(42)은, 상기 제 2 정지 교정 전극(42)에 할당된 상기 제 2 이동 교정 전극(27)으로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 제 2 축을 따라서 상기 제 3 방향으로 정렬되고,
    제1 및 제2 교정 유닛(30, 40)의 제1 및 제2 정지 교정 전극들(31, 41) 각각은 하나의 일반 앵커 구조(33, 43)으로부터 연장되는 것을 특징으로 하는, 코리올리 자이로스코프들(100, 200)의 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    - 상기 복수의 정지 교정 전극들(31, 32, 41, 42)은, 각각의 경우에 있어서, 동일한 수의 제 1 정지 교정 전극들(31, 41)과 동일한 수의 제 2 정지 교정 전극들(32, 42)을 가지고; 그리고
    - 상기 복수의 이동 교정 전극들(24, 25, 26, 27)은, 각각의 경우에 있어서, 동일한 수의 제 1 이동 교정 전극들(24, 26)과 동일한 수의 제 2 이동 교정 전극들(25, 27)을 가지는 것을 특징으로 하는, 코리올리 자이로스코프들(100, 200)의 시스템.
  12. 삭제
  13. 제 10 항에 있어서,
    - 상기 적어도 2개의 코리올리 자이로스코프들(100, 200)은 상기 제 1 축에 평행하게 진동들을 수행하기 위해 상기 질량 시스템을 가진하는 가진 모션에 대하여 서로 결합되며; 그리고
    - 각각의 코리올리 자이로스코프(100, 200)는 적어도 하나의 제 1 교정 유닛(130, 230)과 적어도 하나의 제 2 교정 유닛(140, 240)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 코리올리 자이로스코프들(100, 200)의 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    - 제 1 코리올리 자이로스코프(100)의 적어도 하나의 제 1 교정 유닛(130)은 제 2 코리올리 자이로스코프(200)의 적어도 하나의 제 1 교정 유닛(230)과 동일하도록 설계되며; 그리고
    - 상기 제 1 코리올리 자이로스코프(100)의 적어도 하나의 제 2 교정 유닛(140)은 상기 제 2 코리올리 자이로스코프(200)의 적어도 하나의 제 2 교정 유닛(240)과 동일하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 코리올리 자이로스코프들(100, 200)의 시스템.
  15. 제 10 항에 있어서,
    - 상기 적어도 2개의 코리올리 자이로스코프(100, 200)는 상기 제 2 축을 따라서 작용하는 상기 코리올리 힘 때문에 상기 질량 시스템의 상기 편향의 검출에 대하여 서로 결합되며; 그리고
    - 상기 코리올리 자이로스코프들(100, 200) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 제 1 교정 유닛(130, 230)을 포함하고 상기 코리올리 자이로스코프들(100, 200) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 제 2 교정 유닛(140, 240)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 코리올리 자이로스코프들(100, 200)의 시스템.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 교정 유닛들(130, 140, 230, 240)에 전기적으로 연결되고 적어도 일시적으로 일정한 교정 전압들을 이들에 인가하기 위한 적어도 하나의 컨트롤 유닛을 더 포함하는, 코리올리 자이로스코프들(100, 200)의 시스템.
  17. 제1항에 따른 코리올리 자이로스코프(1)의 직교 바이어스를 감소시키기 위한 방법으로,
    상기 방법은 감소되어야 하는 직교 바이어스를 고려하여 선택된 적어도 일시적으로 일정한 교정 전압들을 상기 교정 유닛들(30, 40)로 인가하는 단계를 포함하고,
    상기 교정 전압들의 크기는 상기 질량 시스템의 공진 주파수에서 사전정의된 변화의 함수로서 제2축을 따라서 조절되는 것을 특징으로 하는 코리올리 자이로스코프(1)의 직교 바이어스를 감소시키기 위한 방법.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 제6항에 따른 코리올리 자이로스코프(1)의 직교 바이어스를 감소시키기 위한 방법으로,
    상기 방법은 감소되어야 하는 직교 바이어스를 고려하여 선택된 적어도 일시적으로 일정한 교정 전압들을 상기 교정 유닛들(30, 40)로 인가하는 단계를 포함하고,
    - 동일한 설계의 교정 유닛들(30, 40)에 인가되는 상기 교정 전압들의 합이 균형이 맞는 것을 특징으로 하는, 코리올리 자이로스코프(1)의 직교 바이어스를 감소시키기 위한 방법.
  21. 삭제
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