KR101889991B1 - 미소-기계적 자이로스코프의 쿼드러쳐 및 공진 주파수의 디커플링된 제어를 위한 방법 - Google Patents

미소-기계적 자이로스코프의 쿼드러쳐 및 공진 주파수의 디커플링된 제어를 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 진동성 질량체, 일차 모드 (q 1 ) 에서 진동성 질량체를 구동하기 위한 적어도 하나의 구동 디바이스, 및 진동성 질량체와 직접적으로 또는 간접적으로 공동으로 연관되는 적어도 세 개의 트리밍 전극 요소들 (1) 을 포함하는 미소-기계적 회전 레이트 센서의 동작의 정밀한 측정을 위한 방법에 관련된다. 전기적 트리밍 전압 (u1, u2, u3, u4) 이 트리밍 전극 요소들 (1) 및 진동성 질량체 사이에 개별적으로 설정된다. 이러한 전기적 트리밍 전압 (u1, u2, u3, u4) 각각은 공진 주파수 변수 (
Figure 112012084590924-pct00191
,
Figure 112012084590924-pct00192
), 쿼드러쳐 변수 (
Figure 112012084590924-pct00193
,
Figure 112012084590924-pct00194
) 및 복원 변수 (
Figure 112012084590924-pct00195
) 에 따라서 조절된다.

Description

미소-기계적 자이로스코프의 쿼드러쳐 및 공진 주파수의 디커플링된 제어를 위한 방법{METHOD FOR THE DECOUPLED CONTROL OF THE QUADRATURE AND THE RESONANCE FREQUENCY OF A MICRO-MECHANICAL GYROSCOPE}
본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 따르는 방법 및 제 1 진동성 질량체와 공동으로 연관되는 적어도 세 개의 트리밍 전극 요소들을 가지는 미소-기계적 회전 레이트 센서에 관한 것이다.
회전 레이트 센서들 내의 진동성 질량체들을 특정 범위까지 부유시키기 위한 미소-기계적 스프링들은, 상대적으로 작은 제조 부정확성에 기인하여 구동 모드 또는 일차 모드에서 판독 (reading-out) 방향으로의 편향 (deflection) 을 이미 야기하며, 이것이, 특히 회전 레이트가 존재하지 않는 개별 구조들의 소망되지 않은 에지 각도들을 야기한다는 것이 공지되어 있다. 그 결과로서, 회전 레이트 신호 성분들로서 원치 않게 평가될 수 있고 따라서 회전 레이트 신호를 왜곡하거나 또는 회전 레이트 신호에 대한 측정 에러를 야기할 수 있는 간섭 신호들이 생성된다.
스프링들의 이러한 소망되지 않은 에지 각도들 또는 틸팅은 공정에서 유도된 것이며 제한된 정도까지만 회피될 수 있다. 검출된 회전 레이트에 기인하여 발생하는 것이 아니라 오히려 구동 방향에서의 진동성 질량체 및 이들의 스프링들의 편향의 함수로서의 판독 방향으로의 결함있는 편향들에 기인하여 발생하는 전술된 간섭 신호들은 쿼드러쳐 (quadrature) 또는 쿼드러쳐 신호들이라고도 불린다.
문서 WO 03/010492 A1 은 하나의 진동성 질량체와 연관되는 두 개의 트리밍 전극 배열물들을 포함하는 회전 레이트 센서 내에서 쿼드러쳐 신호들을 억제하기 위한 방법을 제안하는데, 이 방법에서 회전 레이트 센서의 쿼드러쳐는 트리밍 전극들에 인가되는 전압을 이용하여 억제된다. 그러나, 이러한 쿼드러쳐 억제는 바람직하지 않게 회전 레이트 센서의 판독 모드의 공진 주파수에 영향을 미칠 수 있으며, 그 결과로서 공진 주파수들 간의 차동 주파수 (differential frequency) 가 회전 레이트 센서의 구동 모드 또는 일차 모드 및 판독 모드 또는 이차 모드에 대하여 역시 변경된다. 이것은 더 바람직하지 않은데, 그 이유는 트리밍 전극들에 인가되는 전압이 판독 모드의 공진 주파수의 천이 (shifting) 시 이차식으로 (quadratically) 포함되기 때문이다.
웨이퍼의 회전 레이트 센서들의 쿼드러쳐의 실시형태는 공정 변동들에 기인하여 상대적으로 높은 수준으로 변화하며, 웨이퍼의 회전 레이트 센서별로 상대적으로 높은 수준으로까지 상이한 것이 통상적이다.
더욱이, 적어도 하나의 트리밍 전극 요소 또는 트리밍 전극을 이용함으로써 판독 모드 또는 이차 모드에 대하여 회전 레이트 센서의 진동성 질량체/질량체들의 편향을 리셋하는 것이 공지되어 있다. 그러나, 이것도 역시 일반적으로는 이차 오실레이터의 공진 주파수에 영향을 미치며, 또한 가능한 쿼드러쳐 억제에 영향을 미친다.
본 발명은, 검출된 회전 레이트에 기반한 이차 모드의 편향의 재설정, 쿼드러쳐 억제 및 이차 오실레이터의 공진 주파수 설정이 공동으로 수행될 수 있으며, 특히 이러한 세 가지 영향들이 적어도 부분적으로 서로 독립적으로 구현 또는 설정될 수 있도록 하는 방식으로 수행될 수 있는, 회전 레이트 센서의 동작 측정을 위한 방법 및 대응하는 회전 레이트 센서를 제안하는 목적을 가진다.
이러한 목적은 본 발명에 따라서 청구항 1 항에서 청구된 바와 같은 방법 및 청구항 15 항에서 청구된 바와 같은 미소-기계적 회전 레이트 센서를 이용함으로써 달성된다.
이러한 방법 및 회전 레이트 센서는, 공진 주파수의 설정 동작이, 검출된 회전 레이트에 기반한 진동성 질량체의 편향의 재설정 및 쿼드러쳐 억제로부터 독립적으로 구현될 수 있는 방식으로, 그리고 특히, 검출된 회전 레이트, 이차 모드의 범위 내에서 적어도 하나의 진동성 질량체의 전체 편향, 및 쿼드러쳐 억제에 기반하여 편향을 재설정하는 것을 서로로부터 독립적으로 구현하는 것도 가능하게 하는 방식으로 구현 또는 설계되는 것이 바람직하다.
쿼드러쳐 조작 변수 (quadrature manipulated variable) 는 쿼드러쳐에 기인한 이차 모드의 편향 또는 오실레이션을 억제하기 위한 조작 변수로서 정의되는 것이 바람직하다. 그 결과로서, 특히, 회전 레이트 센서의 출력 신호의 일부에 대하여 근본적으로 90 도 또는 270 도까지 위상-천이되는, 회전 레이트 센서의 소망되지 않는 쿼드러쳐 신호 또는 출력 신호의 쿼드러쳐 신호 성분이 억제된다.
재설정 변수는 그 진폭이 제 1 제어기 유닛의 출력에 의하여 결정되는 고조파 오실레이션 신호이며, 여기서 이러한 진폭 값은 일차 모드 또는 구동 모드와 동일한 주파수를 가지는 고조파 오실레이션 신호에 의하여 승산되는 것이 편의적이다.
공진 주파수 조작 변수 (resonance frequency manipulated variable) 는, 그와 함께 판독 모드의 공진 주파수 및 구동 모드의 공진 주파수 간의 주파수 차분이 실질적으로 정의된 소정 값을 가지거나 또는 정의된 값으로 조절되거나 또는 대안적으로는 바람직하게 본질적으로 0 이거나 또는 0 으로 조절되는, 정적 변수 (static variable) 로서 정의되는 것이 바람직하다.
구동 모드 또는 일차 모드는, 회전 레이트 센서의 자연 모드 (natural mode) 인 것으로 이해되며, 바람직하게는 자연 오실레이션 (natural oscillation) 으로서, 특히 바람직하게는 회전 레이트 센서의 진동성 질량체가 특히 연속적으로 오실레이션되는 적어도 하나의 진동성 질량체의 공진 주파수에서의 오실레이션인 것으로 이해되는 것이 바람직하다. 특별히 바람직하게는, 회전 레이트 센서는 구동 모드의 진행 도중에, 서로 커플링되며 반대 위상에서 오실레이션되거나 또는 서로에 대해 반대 지향성을 가지고 동일한 방향으로 각각 편향되는 적어도 두 개의 진동성 질량체들을 가진다.
판독 모드 또는 이차 모드는, 회전 레이트 및 코리올리 효과 (Coriolis effect) 의 연관된 효과에 기인하여 바람직하게 발생하는 자연 모드인 것으로 이해되는 것이 바람직하다.
회전 레이트 센서는 진동성 질량체와 직접적으로 또는 간접적으로 공동으로 연관되는 적어도 네 개의 트리밍 전극 요소들을 가지는데, 여기서 제 1 전기적 트리밍 전압이 제 1 트리밍 전극 요소 및 상기 진동성 질량체 사이에 인가되고, 제 2 전기적 트리밍 전압이 제 2 트리밍 전극 요소 및 상기 진동성 질량체 사이에 인가되며, 제 3 전기적 트리밍 전압이 제 3 트리밍 전극 요소 및 상기 진동성 질량체 사이에 인가되고, 제 4 전기적 트리밍 전압이 제 4 트리밍 전극 요소 및 상기 진동성 질량체 사이에 인가되며, 여기서 제 1 트리밍 전압 (u1), 제 2 트리밍 전압 (u2), 제 3 트리밍 전압 (u3), 제 4 트리밍 전압 (u4) 은 각각 공진 주파수 조작 변수 (
Figure 112012084590924-pct00001
), 쿼드러쳐 조작 변수 (
Figure 112012084590924-pct00002
) 및 재설정 변수 (
Figure 112012084590924-pct00003
) 의 다음과 같은 의존성을 실질적으로 가지도록 설정되는 것이 바람직하다
Figure 112012084590924-pct00004
Figure 112012084590924-pct00005
.
또는, 재설정 변수는
Figure 112012084590924-pct00006
인 것으로도 이해되고, 및/또는 공진 주파수 조작 변수는
Figure 112012084590924-pct00007
인 것으로 이해되며, 및/또는 쿼드러쳐 조작 변수는
Figure 112012084590924-pct00008
인 것으로 이해되는 것이 바람직하다.
트리밍 전극 요소들은 각각, 커패시터 (C1, C2, C3 및 C4) 가 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 트리밍 전극 요소 및 연관되는 진동성 질량체의 개별적으로 연관되는 질량체 전극 요소 (mass electrode element) 사이에 형성되고, 연관되는 트리밍 전압이 상기 트리밍 전극 요소 및 상기 질량체 전극 요소 사이에 다음과 같이 인가되도록 하는 방식으로 구현 및 배치되는 것이 바람직한데:
Figure 112012084590924-pct00009
및
Figure 112012084590924-pct00010
여기서, i 는 각각의 경우에 전극 요소들의 넘버링과 관련되는 인덱스이고, gi 는 비-편향 상태 (non-deflected mode) 에서 상기 트리밍 전극 요소 및 상기 연관되는 질량체 전극 요소 간의 간극에 걸친 거리이며, Ai 는 비-편향 상태에서 상기 트리밍 전극 요소 및 상기 연관되는 질량체 전극 요소 간의 중첩 면적이고, 곱셈인 ± ri 곱하기 ti 곱하기 q1 은 상기 일차 모드 (q1) 의 편향의 함수로서의 중첩 면적 내의 변화인데, 여기서 ti 는 상기 트리밍 전극 요소 및 상기 연관된 질량체 전극 요소 간의 중첩 깊이이고, ri 는 상기 일차 모드 (q1) 의 편향에 관련되는 제 1 양의 기하 상수 (geometric constant) 이며, 곱셈인 ± si 곱하기 q2 는 이차 모드 (q2) 의 편향의 함수로서의 상기 트리밍 전극 요소 및 상기 연관되는 질량체 전극 요소 간의 간극에 걸친 거리의 변화인데, 여기서 si 는 상기 이차 모드 (q2) 의 편향에 관련되는 제 2 양의 기하 상수이다.
트리밍 전극 요소들은 카테시안 좌표계의 x-y 평면에 실질적으로 평행하도록 배치되는 평면 커패시터 판들로서 구현되는 것이 바람직하다. 이러한 콘텍스트에서, 곱셈인 ± ri * q1 에 의하여 정의되는 질량체 전극 요소들의 편향은, 특히 트리밍 전극 요소들에 대하여 x 방향에서 발생한다. 여기서 트리밍 전극 요소들의 중첩 깊이 ti 는 y 방향으로 지향된다. 트리밍 전극 요소들에 대한 z 방향에서의 질량체 전극 요소들의 편향은 특히 z 방향으로 지향되는 것이 바람직하다.
Ai, ri, ti, gi 및 si 는 모든 트리밍 전극 요소-질량체 전극 요소 쌍들에서 실질적으로 동일한 크기일 것이 바람직한데, 다시 말하자면 A1 = A2 = A3 = A4 이고, 이에 따라서 ri, ti, gi 및 si 의 i-번째 값들에 대해서 개별적으로 동일한 값들이 존재한다.
회전 레이트 센서는 전기적 트리밍 전압들을 조절하는데 이용되는 제어 배열물을 포함하는 것이 바람직한데, 여기서 상기 복조 제어 변수 (demodulated controlled variable) (Y) 는 제 1 제어기 유닛으로 공급되고, 상기 제어 변수 (Y) 는, 특히, 서로에 대하여 90 도까지 위상 천이되는 두 개의 고조파 신호들을 이용하여 원본 제어 신호 (y) 로부터 복조를 통하여 획득되며, 상기 원본 제어 변수 (y) 는 상기 진동성 질량체의 2차 모드의 방향에서 상기 진동성 질량체의 검출된 편향을 나타낸다. 이러한 복조는, 특히 서로에 대하여 90 도까지 위상 천이되고, 각각의 경우에 일차 모드의 공진 주파수에 대응하는 주파수를 가지는 두 개의 고조파 신호들과 함께 발생한다.
제어 배열물은, 상기 복조 제어 변수 (Y) 가 일차 모드 주파수 (ω1) 및 이차 모드 주파수 (ω2) 간의 주파수 차분 및 적어도 하나의 댐핑 파라미터의 함수로서 동적으로, 또는 정상-상태 방식으로 적어도 하나의 변환 상수의 함수로서 회전 레이트 변수 및 쿼드러쳐 변수로 변환되며, 그 후에 회전 레이트 제어 에러 변수 및 쿼드러쳐 제어 에러 변수가 각각의 경우에 레퍼런스 변수의 정의와 함께 그들로부터 형성되고, 이에 후속하여 상기 회전 레이트 제어 에러 변수 및 상기 쿼드러쳐 제어 에러 변수가 입력 변수들로서, 검출된 회전 레이트에 기반하여 적어도 부분적으로 디커플링된 쿼드러쳐 억제 및 상기 진동성 질량체의 편향의 재설정을 위하여 적어도 상기 쿼드러쳐 조작 변수 (
Figure 112012084590924-pct00011
) 및 상기 재설정 변수 (
Figure 112012084590924-pct00012
) 를 출력 측에서 생성하는 상기 제 1 제어기 유닛에 입력 변수들로서 공급되는 것이 편의적이다.
또는, 제어 에러 변수는 제어 레퍼런스 변수의 정의와 함께 상기 복조 제어 변수 (Y) 로부터 형성되고, 상기 제어 배열물 이후에 출력 변수 변환 유닛 내에서, 제어 에러 변수가 일차 모드 주파수 (ω1) 및 이차 모드 주파수 (ω2) 간의 주파수 차분 및 적어도 하나의 댐핑 파라미터의 함수로서 동적으로, 또는 정상-상태 방식으로 적어도 하나의 변환 상수의 함수로서 회전 레이트 제어 에러 변수 및 쿼드러쳐 제어 에러 변수로 변환되며, 그 후에 상기 회전 레이트 제어 에러 변수 및 상기 쿼드러쳐 제어 에러 변수가 입력 변수들로서, 검출된 회전 레이트에 기반하여 적어도 부분적으로 디커플링된 쿼드러쳐 억제 및 상기 진동성 질량체의 편향의 재설정을 위하여 적어도 상기 쿼드러쳐 조작 변수 (
Figure 112012084590924-pct00013
) 및 상기 재설정 변수 (
Figure 112012084590924-pct00014
) 를 출력 측에서 생성하는 상기 제 1 제어기 유닛에 입력 변수들로서 공급되는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 회전 레이트 센서, 특히 이의 제어 배열물은 조작 변수 변환 유닛을 가지며, 이를 통하여 상기 트리밍 전압들 (u1, u2, u3, u4) 이 공진 주파수 조작 변수 (
Figure 112012084590924-pct00015
), 쿼드러쳐 조작 변수 (
Figure 112012084590924-pct00016
) 및 재설정 변수 (
Figure 112012084590924-pct00017
) 의 함수로서 다음 방정식들
Figure 112012084590924-pct00018
,
Figure 112012084590924-pct00019
.
에 따라서 이용가능해진다.
출력 변수 변환 유닛은, 상기 출력 변수 변환 유닛이 상기 복조 제어 변수 (Y) 또는 이에 의존하는 상기 제어 에러 변수의 다음과 같은 변환 매트릭스와의 승산을 수행하도록 구성되는 것이 바람직한데,
Figure 112012084590924-pct00020
여기서 α2 는 이차 모드와 관련되는 댐핑 파라미터이고, s 는 라플라스 변수이다.
제어 배열물은, 복조 제어 변수 (Y) 로부터, 공진 조작 변수 (
Figure 112012084590924-pct00021
) 를 주파수 정보 아이템의 함수로서 또는 이에 의존하는 주파수 제어 에러 정보 아이템의 함수로서 이용가능하도록 하는 주파수 제어기 유닛을 가지는 것이 바람직하다.
고조파 주파수 식별 신호가 제어 배열물 내에서 생성되거나 이에 공급되고, 주파수 식별 신호는 일차 모드 주파수 (ω1) 와는 상이한 주파수 (ωs) 를 가지며, 여기서 상기 주파수 식별 신호는 쿼드러쳐 조작 변수 (
Figure 112012084590924-pct00022
) 및/또는 재설정 변수 (
Figure 112012084590924-pct00023
) 상에, 특히 오직 재설정 변수 (
Figure 112012084590924-pct00024
) 상에 중첩되고, 그 이후에 주파수 정보가 상기 복조 제어 변수 (Y) 로부터 주파수 (ωs) 를 가지는 추가적 복조 이후에 일차 모드 주파수 (ω1) 및 이차 모드 주파수 (ω2) 간의 주파수 차분을 통하여 획득되고, 그 이후에 적어도 상기 공진 주파수 조작 변수 (
Figure 112012084590924-pct00025
) 가 주파수 제어기 유닛에 의하여 이 정보의 함수 또는 이에 의존하는 주파수 제어 에러 정보의 함수로서 이용가능해지는 것이 바람직하다.
주파수 (ωs) 를 가지는, 특히 주파수 (ωs) 를 가지는 고조파 신호를 가지는 추가적 복조 이후에 출력 변수 변환 유닛 의 주파수 정보가 이용가능하게 되며, 또한 주파수 제어 에러 정보 아이템이, 특히 0 Hz 인 주파수 정보 레퍼런스 변수를 이용하여 상기 주파수 정보로부터 획득되고, 그 이후에 이러한 주파수 제어 에러 정보가, 공진 주파수 조작 변수 (
Figure 112012084590924-pct00026
) 를 그로부터 생성하는 주파수 제어기 유닛으로 공급되는 것이 편의적이다.
고조파 주파수 식별 신호는, 상기 제어 에러 변수를 생성하기 위하여 상기 출력 변수 변환 유닛의 업스트림에 또는 상기 회전 레이트 제어 에러 변수 및 상기 쿼드러쳐 제어 에러 변수를 생성하기 위하여 개별적으로 상기 출력 변수 변환 유닛의 다운스트림에, 레퍼런스 변수로서 도입되거나 상기 레퍼런스 변수 상에 중첩되고, 그 이후에 상기 회전 레이트 제어 에러 변수 및 상기 쿼드러쳐 제어 에러 변수는, 출력 측에서 적어도 쿼드러쳐 조작 변수 (
Figure 112012084590924-pct00027
) 및 재설정 변수 (
Figure 112012084590924-pct00028
) 를 생성하는 제 1 제어기 유닛에 입력 변수들로서 공급되는 것이 바람직하다.
주파수 식별 신호의 정보에 종속하는 재설정 변수는 이제 주파수 (ωs) 를 가지고, 특히 주파수 (ωs) 를 가지는 고조파 신호를 가지고 복조되고, 그 결과로서 상기 주파수 정보가 획득되며, 이 이후에 이러한 주파수 정보가 상기 출력 변수 변환 유닛에 이용가능해지며, 또한 주파수 제어 에러 정보 아이템이, 특히 0 Hz 인 주파수 정보 레퍼런스 변수를 이용하여 상기 주파수 정보로부터 획득되고, 그 이후에 이러한 주파수 제어 에러 정보가, 공진 주파수 조작 변수 (
Figure 112012084590924-pct00029
) 를 그로부터 생성하는 주파수 제어기 유닛으로 공급되는 것이 편의적이다.
회전 레이트 신호는, 특히 저역-통과 필터링에 의하여 재설정 변수의 진폭으로부터 측정 신호로서 획득되는 것이 바람직한데, 측정 신호는 실질적으로 검출된 회전 레이트에 비례한다.
회전 레이트 센서가 적어도 두 개의 상이한 축들 주위에서 회전 레이트들을 검출할 수 있는 방식으로 구현되는 것이 바람직하며, 다시 말하면 회전 레이트 센서는 "다중-축" 설계를 가진다.
제 1 및 제 2 트리밍 전극 요소들이 실질적으로 이동될 수 없는 방식, 특히 상기 전극 요소의 개별 전극 면에 대하여 이동될 수 없는 방식으로 구현 및 배치되며, 전기적으로 절연되고 진동성 질량체로부터 이격되도록 배치되는 것이 바람직하다.
트리밍 전극 요소들은 서로로부터 격리되는 것이 편의적이며 특히 각각이 동일한 설계를 가지는 것이 바람직하다.
회전 레이트 센서는 서로에게 커플링되는 두 개의 진동성 질량체들을 가지는 것이 편의적이다.
제 1 및 제 2 트리밍 전극 요소들 각각이 적어도 하나의 전극 면을 가지며, 이 전극 면들은 진동성 질량체의 트리밍 면과 실질적으로 평행하고 반대되도록 배치되는데, 여기서 제 1 및 제 2 트리밍 전극 요소들의 전극 면들이, 특히 적어도 정의된 진폭/편향까지는 진동성 질량체의 편향 상태와 무관하게, 언제나 반대에 위치한 트리밍 면의 구역과 연관되고 및/또는 상기 전극 면들이 이 구역과 중첩되는 것이 편의적인데, 특히 진동성 질량체의 최대 편향의 경우에도 여전히 그러한 것이 바람직하다. 전극 면들은 언제나 여기의 트리밍 면의 반대 구역 이상으로 투영하는 것이 편의적이다. 전극 면들 및 트리밍 면은 특히 실질적으로 평면 설계를 가지는 것이 바람직하다.
미소-기계적 회전 레이트 센서는 미소-기계적 자이로스코프인 것으로 이해되는 것이 바람직하다.
본 발명은 또한 모터 차량들, 특히 모터 차량 제어 시스템 내의 회전 레이트 센서를 이용하는데에 관련된다.
본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 회전 레이트 센서는 하나 이상의 회전 레이트를 검출하기 위하여 그리고 대응하는 신호 처리에 의하여 하나 이상의 회전 가속도들을 검출하기 위하여 상이한 구역들에서 이용될 수 있다. 이러한 콘텍스트에서, 차량들 내에서, 특히 모터 차량들 및 항공기내에서, 자동화 기술에서, 네비게이션 시스템들 내에서, 카메라들의 영상 안정화기들에서, 산업 로봇 분야에서, 그리고 게임 콘솔들에서 본 발명은 바람직하게 이용되며, 특히 이러한 콘텍스트의 대응하는 개별 제어 시스템들 내에서 바람직하게 이용된다. 특별하게는, 본 발명의 방법 및 회전 레이트 센서는, 예를 들어 ESP와 같은 모터 차량 제어 시스템 내의 요 레이트 센서/요 레이트 센서들 내에서/로서 및/또는 요 가속도 센서/센서들 내에서/로서 이용되는 것이 바람직하다.
다른 바람직한 실시형태들은 종속 청구항들 및 도면을 참조하는 예시적인 실시형태들의 후속 설명들에서 발견될 수 있다.
도면에서, 개념적 예시도의 각 경우에서,
도 1 은 센서 하우징에 대하여 위치적으로 고정된 방식으로 구현된 트리밍 전극 요소로부터, 그리고 진동성 질량체에 연결되거나 그의 일부로서 구현되는 질량체 전극 요소로부터 형성되는 커패시터의 예시적인 일 실시형태를 도시하고,
도 2 는 정상 상태에서 푸리에 계수들의 프로파일에 기초하여 주파수 정보를 획득하는데 관련되는 예시적인 예시물을 도시하며,
도 3 은 고조파 주파수 식별 신호가 공급되는 방법의 그리고 회전 레이트 센서의 예시적인 개념 A 를 도시하고, 그리고
도 4 는 고조파 주파수 식별 신호가 레퍼런스 변수로서 선정의되는 방법의 그리고 회전 레이트 센서의 예시적인 개념 B를 도시한다.
도 1 에 예시되며 트리밍 전극 요소 (1) 및 질량체 전극 요소 (2) 로 구성되는 예시적 커패시터는 평행판 커패시터와 같은 것이다 - 여기서 거리 또는 간극 (gi) 에 걸친 거리는 두 전극들 사이에서 z 방향으로 형성되고, 질량체 전극 요소의 편향은 일차 모드에서 x 방향으로 발생되며, 여기서 중첩 영역 내의 변화는 x 방향에서 발생되고, 질량체 전극 요소의 편향은 이차 모드에서 z 방향에서 발생한다.
도 3 은, 예를 이용하여, 개념 A 에 따르는 방법 및 회전 레이트 센서를 예시한다. 회전 레이트 센서는 전기적 트리밍 전압들 (u1, u2, u3, u4) 을 조절하는 제어 배열물 (3) 을 포함하는데, 여기서 복조 제어 변수 (Y) 는 제 1 제어기 유닛 (4) 으로 공급되고, 이 제어 변수 (Y) 는 특히 서로에 대하여 90 도까지 위상-천이되는 두 개의 고조파 신호들을 이용하여 원본 제어 신호 (y) 로부터 복조 (5) 를 통하여 획득되며, 여기서 상기 원본 제어 신호 (y) 는 자신의 2차 모드의 방향에서 진동성 질량체의 검출된 편향을 나타낸다.
이러한 콘텍스트에서, 제어 에러 변수가, 예를 들어 제어 레퍼런스 변수 0 의 정의와 함께 복조 제어 변수 (Y) 로부터 형성되는데, 그 이후에 출력 변수 변환 유닛 (6) 에서, 제어 배열물 (3) 이 제어 에러 변수를, 일차 모드 주파수 (ω 1 ) 및 이차 모드 주파수 (ω 2 ) 간의 주파수 차분 및 적어도 하나의 댐핑 파라미터의 함수로서 Z0 으로 심벌화되는 회전 레이트 제어 에러 변수 및 쿼드러쳐 제어 에러 변수로 동적으로 변환하며, 그 이후에 회전 레이트 제어 에러 변수 및 쿼드러쳐 제어 에러 변수가 입력 변수들로서 제 1 제어기 유닛 (4) 에 공급되고, 제 1 제어기 유닛 (4) 은, 검출된 회전 레이트에 기반한 적어도 부분적으로 디커플링된 쿼드러쳐 억제 및 진동성 질량체의 편향의 재설정을 위하여 출력 측에서 쿼드러쳐 조작 변수 (
Figure 112012084590924-pct00030
) 및 재설정 변수 (
Figure 112012084590924-pct00031
) 를 생성한다. 이러한 콘텍스트에서, 제 1 제어기 유닛 (4) 은 진폭
Figure 112012084590924-pct00032
를 이용가능하도록 하고, 이 진폭이 일차 모드와 같은 주파수에 의하여 고조파 오실레이션 cos (ω 1 t) 과 승산되는데, 그 결과로서 동적 재설정 변수 (
Figure 112012084590924-pct00033
) 가 생성된다.
더욱이, 제어 배열물 (3) 은, 여기서는
Figure 112012084590924-pct00034
로서 불리는 공진 주파수 조작 변수 (
Figure 112012084590924-pct00035
), 여기서
Figure 112012084590924-pct00036
라고 불리는 쿼드러쳐 조작 변수 (
Figure 112012084590924-pct00037
), 및 재설정 변수 (
Figure 112012084590924-pct00038
) 의 함수로서 트리밍 전압 (u1, u2, u3, u4) 을 다음 방정식들
Figure 112012084590924-pct00039
,
Figure 112012084590924-pct00040
에 따라서 이용가능하게 하는 조작 변수 변환 유닛 (7) 을 포함한다.
또한, 제어 배열물 (3) 에서, 일차 모드 주파수 (ω1) 와는 상이한 주파수 (ωs) 를 가지는 고조파 주파수 식별 신호 (
Figure 112012084590924-pct00041
) 가 생성되는데, 여기서 주파수 식별 신호는 검출된 회전 레이트에 비례하며 역시 회전 레이트 센서의 출력 신호인 재설정 변수 (
Figure 112012084590924-pct00042
) 상에 중첩되고, 그 이후에 주파수 정보 YCC 가 복조 제어 변수 (Y0) 로부터 주파수 (ωs) 를 가지는 추가적 복조 (8) 이후에 일차 모드 주파수 (ω1) 및 이차 모드 주파수 (ω2) 간의 차분을 통하여 획득된다. 후속하여, 주파수 정보 (YCC) 가 출력 변수 변환 유닛 (6) 에 이용가능해지고, 이에 추가하여 주파수 제어 에러 정보 아이템이 주파수 정보 레퍼런스 변수 (0) 를 이용하여 주파수 정보로부터 획득되며, 그 이후에 이러한 주파수 제어 에러 정보가 주파수 제어기 유닛 (9) 으로 공급되는데, 이러한 주파수 제어기 유닛은 그로부터 여기서는
Figure 112012084590924-pct00043
라고 불리는 공진 주파수 조작 변수 (
Figure 112012084590924-pct00044
) 를 생성한다.
도 3 에 도시된 개념 A 를 기반으로서 취하면서, 도 4 는 예시적인 개념 B 를 도시한다. 이러한 콘텍스트에서, 개념 A 와 반대로 여기서는 이제 YD 라고 불리는 고조파 주파수 식별 신호가 레퍼런스 변수로서 제어 에러 변수를 생성하기 위하여 출력 변수 변환 유닛 (6) 의 업스트림에 도입되는데, 그 이후에 회전 레이트 제어 에러 변수 및 쿼드러쳐 제어 에러 변수 (Z) 가 입력 변수들로서 제 1 제어기 유닛 (4) 에 공급되고, 제 1 제어기 유닛은 출력 측에서 적어도 쿼드러쳐 조작 변수 및 재설정 변수를
Figure 112012084590924-pct00045
를 포함하는 U 로서 함께 생성하며, 이것은 재설정 변수 (
Figure 112012084590924-pct00046
) 를 생성하기 위하여 그리고 여기서는
Figure 112012084590924-pct00047
라고 불리는 쿼드러쳐 조작 변수 (
Figure 112012084590924-pct00048
) 를 생성하기 위하여 고조파 오실레이션 cos (ω1 t) 에 의하여 다시 승산된다. 후속하여, 주파수 식별 신호의 정보에 종속하는 재설정 변수 (
Figure 112012084590924-pct00049
) 가 추가적 복조기 (8) 에서 주파수 (ωs) 를 가지고 복조되고, 그 결과로서 주파수 정보를 포함하는 신호 (
Figure 112012084590924-pct00050
) 및 검출된 회전 레이트를 나타내는 신호 (
Figure 112012084590924-pct00051
) 가 획득된다. 이에 후속하여, 주파수 정보를 포함하는 신호 (
Figure 112012084590924-pct00052
) 가 출력 변수 변환 유닛 (7) 에 이용가능하게 되며, 또한 주파수 제어 에러 정보 아이템이 주파수 정보 레퍼런스 변수 (0) 를 이용하여 주파수 정보로부터 획득되고, 그 이후에 이러한 주파수 제어 에러 정보가 주파수 제어기 유닛 (9) 으로 공급되는데, 주파수 제어기 유닛은 여기서는
Figure 112012084590924-pct00053
라고 불리는 공진 주파수 조작 변수 (
Figure 112012084590924-pct00054
) 를 이로부터 생성한다.
예를 이용하여 수학적 예시들을 통하여 이하 설명 및 분석이 제공된다. 미소-전기-기계적 회전 레이트 센서들은 통상적으로 서로에 대하여 직교하는 적어도 두 개의 약하게 댐핑된 기계적 진동 모드들을 포함하는데, 이들은 일차 모드 및 이차 모드라고 불리며 회전 레이트가 발생되면 코리올리 효과에 의하여 커플링된다. 제조 공정에서 유도된 부정확성의 결과로서, 일반적으로 불평형 효과 (unbalance effect) 의 형태로 일차 및 이차 모드 간에 추가적인 커플링이 발생하는데, 이것이 쿼드러쳐라고 불린다. 그러나, 센서의 출력 신호에서 코리올리 효과 및 불평형 효과에 기인하여 신호 성분들은 90°의 위상 차를 가진다. 이에 따라서 출력 신호는 대응하는 복조에 의하여 회전 레이트 성분 및 쿼드러쳐 성분으로 분해될 수 있다. 그러므로, 미소-기계적 회전 레이트 센서의 종래의 제어 개념은 통상적으로 불평형 효과에 기인한 신호 성분을 추가적 액추에이터 시스템을 이용하여 보상하는 쿼드러쳐 제어기를 포함한다. 복조 에러들에 기인한 출력 신호 내의 회전 레이트 성분의 임의의 오프셋 드리프트들 (offset drifts) 이 이러한 방법으로 회피될 수 있다. 민감도를 증가시키기 위하여, 일반적으로 극단적으로 약하게 댐핑된 기계적 구조들이 이용된다. 결과적으로 얻어지는, 회전 레이트에 기인한 센서의 느린 동적 응답 행동은 재설정 제어기 내의 추가적인 적합한 액추에이터들을 이용하여 회전 레이트 성분을 보상함으로써 개선될 수 있다. 그러면, 소망되는 센서 동적 특성 (dynamics) 이 재설정 제어기의 폐회로에 의하여 선정의된다. 일차 및 이차 모드들의 공진 주파수들이 동일하다면, 회전 레이트 센서의 최대 민감도가 도달된다. 작은 파라미터 편차가 발생할 경우에도 이러한 작업 포인트 (working point) 근방에서의 민감도의 변화가 매우 크기 때문에, 공진 주파수를 제어할 필요가 있다. 본 발명은, 쿼드러쳐 제어, 재설정 제어 및 주파수 제어를 포함하는 전체 제어 개념을 설계하는데 관심이 있다.
본 발명이 기반하는 센서의 타입은 용량성 회전 레이트 센서이다. 이러한 콘텍스트에서, 일차 및 이차 오실레이션들이 용량성 액추에이터들 및 센서들을 이용하여 여기되고 판독된다. 나머지에서, 일차 모드에서 회전 레이트 센서는 적절한 용량성 액추에이터들 또는 적어도 하나의 구동 디바이스를 이용하여 일정한 진폭을 가지며 고조파적으로 진동하게 된다는 것이 가정된다. 오실레이션의 주파수는 여기서는 일차 모드의 공진 주파수에 대응한다. 더 나아가, 일차 오실레이션의 진폭 및 주파수가 이상적으로는 일정한 셋포인트 값으로 조절된다는 것이 가정되면, 이차 오실레이션의 일차 오실레이션 상에 대한 반응은 무시될 수 있고, 이차 모드의 이동 미분 방정식 (movement differential equation) 은 다음 수학식 1 과 같이 쓰여질 수 있다.
Figure 112012084590924-pct00055
이러한 콘텍스트에서, q 1 및 q 2 는 일차 및 이차 모드들을 나타내고, Ω는 회전 레이트를 나타내며, u 1 , …, u m 은, 각각이 트리밍 전극 요소 및 질량체 전극 요소를 가지는 커패시터들의 형태를 가지며 이차 모드에 영향을 주기 위한 용량성 액추에이터들의 전압들을 나타낸다. 양수 또는 음수 값들 중 어느 하나를 취할 수 있는 상수들 c 21 및 k 21 이 코리올리 효과 및 불평형 효과에 기인한 커플링 항들에 대응하는 반면에, 양의 상수들 m 2, d 2 및 k 2 는 관성의 계수, 댐핑 계수 및 강성도 계수 (stiffness coefficient) 에 대응한다. 비선형 입력 항 f 2 ( q 1 , q 2 , u 1 ,…, u m ) 은 각각이 트리밍 전극 요소 및 질량체 전극 요소를 포함하는 용량성 액추에이터들의 또는 커패시터들의 배치에 의존한다. 만일 도 1 에서 예를 이용하여 도시되는 바와 같이 기반으로서 평행판 커패시터들이 취해진다면, 이들은, 상수 전압 성분을 인가함으로써 이차 모드의 고조파 여기 (harmonic excitation) 및 커플링 항 k 21 q 1 의 보상 양측 모두가 가능하게 하는 방법으로 착안될 수 있다. 또한, 상수 성분은 이차 모드의 공진 주파수가 내재적으로 영향받게 되도록 야기한다. 첫째로, 사각형 전극들을 가지는 평행판 커패시터들만이 고려되는 것으로 가정된다. 이러한 타입의 복수의 m 개 용량성 액추에이터들이 주어지면, 도 1 은 i = 1,…, m 로서, 트리밍 전극 요소 (1) 로서 하우징에 단단하게 연결되는 전극 및 질량체 전극 요소 (2) 로서 이동가능 전극으로 구성되는 i-번째 액추에이터를 도시한다. 이동가능 전극은 x i 및 z i 의 병진 자유도 (translatory degrees of freedom) 를 가지는데, 여기서 x i 및 z i 는 일차 모드의 또는 이차 모드의 방향에서의 이동가능 전극의 중심점의 이동을 기술하는 것으로, 다시 말하면 다른 어떠한 모드들도 여기되지 않는다면, 다음 식 x i = ±r i q 1 및 z i = ±s i q 2 가 양의 상수들 r i 및 s i 를 가지고 적용된다. 그러면, i-번째 액추에이터의 커패시턴스 C i 및 저장된 에너지 W P ,i 는 무왜곡 (nondistorted) 또는 비편향 (undeflected) 상태에서 전기 전압 u i , 유전 상수 ε 0 , 간극 g i , 중첩 길이 l i , 깊이 t i 및 중첩 영역 A i = l i t i 를 가지고 다음 수학식 2와 같이 획득된다:
Figure 112012084590924-pct00056
수학식 1 에서의 용량성 액추에이터들의 전체 인가력 (entire impressed force) (f 2 ) 은 다음 수학식 3 과 같이 연산된다:
Figure 112012084590924-pct00057
수학식 2 및 3 은, 용량성 액추에이터의 또는 트리밍 전극 요소들 및 질량체 전극 요소들의 기하학적 배치에 의존하여, 특히 x i = ±r i q 1 및 z i = ±s i q 2 에 대하여 네 개의 상이한 부호 순열들을 가지는 이차 모드에 힘 효과 (force effect) 가 인가될 수 있다.
정확히 네 개의 용량성 액추에이터들, 말하자면 상이한 부호 순열들을 가지는 연관된 질량체 전극 요소들을 가지는 네 개의 트리밍 전극 요소들이 존재한다는 것이 첫째로 가정된다면, 다음 수학식 4 가 이차 모드 상에 작용하는 힘에 대해서 적용된다
Figure 112012084590924-pct00058
제어 개념은 이것에 기반하여, 공진 주파수 조작 변수 (
Figure 112012084590924-pct00059
), 쿼드러쳐 조작 변수 (
Figure 112012084590924-pct00060
) 및 재설정 변수 (
Figure 112012084590924-pct00061
) 의 함수로서 다음 수학식 5 에 따르는 4 개의 트리밍 전압들 (u1 내지 u4) 을 가지는 입력 변수 변환을 포함한다:
Figure 112012084590924-pct00062
만일 수학식 5 의 변환이 수학식 4 에 대입되고, 표현 f 2 가 작업 포인트 q 1 = 0 및 q 2 = 0 주위에서 q 1 및 q 2 에 따라서 선형화된다면, 작은 편향에 대하여 유효한 근사 관계식이 획득된다. 모든 평행판 커패시터들에 대하여 간극이 동일한 크기, 즉, g = g j 라는 가정 하에서, 그리고 j = 1,…, m 에서 다음의 기하학적 관련식들 sA = s j A j , rst = r j s j t j 및 s 2 A = s j 2 A j 이 충족되어 그 관련식들이 가중된 중첩 영역들 및 중첩 길이들에 대한 대칭 조건들인 것으로 해석될 수 있다면, 선형 근사는 다음 수학식 6 과 같이 획득된다:
Figure 112012084590924-pct00063
수학식 6 으로부터, 공진 주파수 조작 변수 (
Figure 112012084590924-pct00064
), 쿼드러쳐 조작 변수 (
Figure 112012084590924-pct00065
) 및 재설정 변수 (
Figure 112012084590924-pct00066
) 의 변환된 입력 변수들이 이제 서로로부터 디커플링된다는 것이 명백하다. 이제, 수학식 1 은 다음 수학식 7 의 형태로 쓰여질 수 있다:
Figure 112012084590924-pct00067
입력 (
Figure 112012084590924-pct00068
) 은 이차 모드를 고조파적으로 여기하거나 재설정하는데 이용될 수 있고, 입력 (
Figure 112012084590924-pct00069
) 은 불평형을 보상하는데 이용될 수 있으며, 입력 (
Figure 112012084590924-pct00070
) 은 이차 모드의 공진 주파수를 트리밍하는데 이용될 수 있다는 것이 수학식 7에서 즉시 명백해진다.
지금까지 유도된 것에서는, 모든 용량성 액추에이터들이 직사각형 전극들을 가지며 어떠한 회전 자유도 (rotational degrees of freedom) 도 가지지 않는다는 한정적 가정이 이루어졌다. 위의 개념은 사실상 임의의 소망되는 형상을 가지며 충분히 작은 유한 개수의 사각형 요소들로부터 형성될 수 있는 전극들로 매우 용이하게 확장될 수 있다. 충분히 작은 요소들로까지의 하부 분할이 있다고 가정하면, 그러므로 임의의 소망되는 형상을 가지는 회전 전극들의 힘 효과가 위의 형태로 근사화되는 것이 역시 가능하다. 더욱이, 한정된 개수의 액추에이터 요소들이 공통 부호 순열을 가지는 개수 m k 의 요소들을 가지는 네 개의 그룹들 (k =1,…,4) 을 형성하도록 결합된다는 것 그리고 이들에게는 전압 uk 또는 대응하는 트리밍 전압들이 공급된다는 것이 가정된다. 만일 분산된 액추에이터들이 기하학적 조건들:
Figure 112012084590924-pct00071
을 만족한다면, 다음을 가지는
Figure 112012084590924-pct00072
이차 모드 상에 작용하는 전체 힘은 이제 수학식 6 에서 근사화될 수 있다.
실제 제어기 설계에 대하여, 포락선 곡선 모델 (envelope curve model) 로서 불리는 것이 이용되는 것이 바람직한데, 이 모델은 시스템 변수들의 푸리에 계수들의 동적 특성들을 기술한다. 이러한 목적을 위하여, 첫째로 일차 모드가 일정한 진폭 Q 1 ,S 및 일차 모드의 고유 주파수 (natural frequency) 에 대응하는 주파수 ω 1 을 가지는 형식
Figure 112012084590924-pct00073
으로 고조파 오실레이션을 겪는다는 것이 가정된다. 더 나아가, 이차 모드가 형식
Figure 112012084590924-pct00074
을 가지는 고조파 오실레이션으로서 형성될 수 있다는 것이 가정된다. 입력
Figure 112012084590924-pct00075
및 일정한 입력들
Figure 112012084590924-pct00076
및
Figure 112012084590924-pct00077
을 이용한 고조파 여기 (harmonic excitation) 의 경우에, 푸리에 계수들 Q 2 ,S 및 Q 2 , C 의 동적 특성들을 미분 방정식 시스템 (differential equation system)
Figure 112012084590924-pct00078
을 이용하여 기술하는 것이 가능한데, 여기서 이차 모드의 댐핑 파라미터 및 고유 주파수는 다음 수학식 9 와 같고
Figure 112012084590924-pct00079
그리고 입력 및 불평형 파라미터들은 다음 수학식 10 과 같으며,
Figure 112012084590924-pct00080
입력들은
Figure 112012084590924-pct00081
,
Figure 112012084590924-pct00082
,
Figure 112012084590924-pct00083
들이다. 후속하는 문서에서, 고조파적으로 오실레이팅하는 시스템 변수들
Figure 112012084590924-pct00084
은 "고속" 신호들로서 표시되고, 연관되는 푸리에 계수들
Figure 112012084590924-pct00085
은 "저속" 신호들로서 표시된다.
출력 신호 y = c 2 q 2 를 복조함으로써, 이제 푸리에 계수들 Y S = c 2 Q 2 ,S 및 Y C = c 2 Q 2,C 를 결정하는 것이 가능하다. 종래의 제어 개념들에서, 출력 신호의 위상 정정 (phase correction) 이 변환
Figure 112012084590924-pct00086
의 형태로 수행되는데, 여기서, 댐핑 파라미터 (α 2 ) 및 일차 및 이차 모드들의 고유 주파수들 간의 차분 (ω 1 -ω 2 ) 을 이용하여 발생되는 수학식 8 내의 두 개의 미분 방정식들의 결합이 정상-상태 방식으로 소거되는 결과가 얻어진다. 정상 상태에서는, 회전 레이트 신호 또는 쿼드러쳐 신호는 이제 수학식 12 로부터 얻어지며,
Figure 112012084590924-pct00087
여기서, 민감도는
Figure 112012084590924-pct00088
이다.
액추에이팅 입력
Figure 112012084590924-pct00089
를 이용하여, 쿼드러쳐 신호 Z Q 를 0 으로 조절하는 것이 가능하다. 그러나, 디커플링이 정상-상태 상황에서만 정밀하기 때문에 조작 변수
Figure 112012084590924-pct00090
내의 임의의 변화도 회전 레이트 신호에 영향을 미친다. 이러한 문제점을 회피하기 위하여, 이제 다음 프로시져들이 제안된다.
후속하는 문서에서, 개념 A 에 따르며 도 3 에 예시되는 방법 및 회전 레이트 센서가 이제 예를 이용하여 설명될 것이다:
입력
Figure 112012084590924-pct00091
으로부터 출력
Figure 112012084590924-pct00092
로의, 일정한
Figure 112012084590924-pct00093
에 대한 시스템의 전송 매트릭스 (transmission matrix) 인 수학식 8 내지 수학식 10 이 이제 다음 수학식 14 로서 획득된다:
Figure 112012084590924-pct00094
만일 전송 매트릭스
Figure 112012084590924-pct00095
을 가지는 출력 변환이 선택되면, 전달 함수들
Figure 112012084590924-pct00096
을 가지는 형식
Figure 112012084590924-pct00097
의 디커플링된 섹션이 획득된다. 변환된 출력 Z (s) = T (s) Y (s) 의 성분들 Z R 및 Z Q 이 다시 회전 레이트 신호 및 쿼드러쳐 신호로서 표시되는데, 여기서 Z = [ Z R Z Q ] T 이다. 재설정 제어기 R 11 및 쿼드러쳐 제어기 R 22 로 구성되는 디커플링된 제어기 R (s) = diag ( R 11 (s), R 22 (s)) 가 이제, 수학식 16 의 전달 함수에 의해 주어지는 두 개의 서브-시스템들에 대해서 설계될 수 있는데, 상기 쿼드러쳐 제어기 R 22 가 두 개의 성분들 Z R 및 Z Q 를 0 으로 조절한다. 그러면, 재설정 제어기의 조작 변수 (
Figure 112012084590924-pct00098
) 가 정상 상태에서의 회전 레이트에 비례하고 (Z R = 0 에 대해서 수학식 12를 참조하라) 그러므로 회전 레이트 센서의 출력으로서 기능한다. 그러나, 수학식 15 인 전송 매트릭스에 의한 이상적 디커플링에 대해서는, 댐핑 파라미터 (α 2 ) 및 주파수 차분 (ω 1 -ω 2 ) 은 정밀하게 알려지는 것이 바람직하다.
그러면, "스플릿 모드" 및 "매칭된 모드" 동작으로서 불리는 것들 간에 구별이 이루어진다. 스플릿 모드 동작에서, 입력 (
Figure 112012084590924-pct00099
) 은 상수이며 주파수 차분의 절대 값은
Figure 112012084590924-pct00100
인 상수 값으로 추정한다. 상이한 댐핑 파라미터들 d 2, 및 그에 의한 α 2 에 기인한 수학식 13 의 민감도의 변화가 충분히 큰 주파수 차분에 대해서는 중요한 역할을 하지 않기 때문에, 이차 고유 주파수를 제어할 필요가 없으며, 파라미터들 α 2 및 ω 1 -ω 2 의 오프라인 식별이 충분하다. 반면에, 매칭된 모드 동작에서는, 가능한 한 작은 주파수 간격인
Figure 112012084590924-pct00101
이 지향된다. 민감도의 변화는 포인트 ω 1 = ω 2 근방에서 자신의 최대값을 가지며, 이러한 이유 때문에 주파수 제어 및 주파수 간격 ω 1 -ω 2 의 온라인 식별이 회피불가능하다.
주파수 제어의 다음의 설계에 대해서, 오프라인 식별로부터 파라미터 (α2) 가 충분한 정밀도를 가지고 알려지며, 쿼드러쳐 제어기 및 재설정 제어기에 비하여 크기의 수준 (order) 보다 더 저속인 동적 특성을 가지고 주파수 제어기가 동작된다는 것이 가정될 것이다. 그러므로, α 2 가 상수이고 Δω = ω 1 -ω 2 가 적합한 온라인 식별
Figure 112012084590924-pct00102
에 의하여 이용가능하게되는 저속으로 변하는 파라미터라고 가정하는 것이 가능하다. 따라서, 위에서 개략화된 쿼드러쳐 제어기 및 재설정 제어기는 동일한 형식에서 전송 매트릭스
Figure 112012084590924-pct00103
를 가지고 이용될 수 있다.
회전 레이트 신호가 (재설정 제어기를 통하여) 미지의 회전 레이트를 측정하기 위하여 이용되고 쿼드러쳐 신호가 미지의 불평형을 보상하기 위하여 이용되기 때문에, 예를 들어 주파수 차분에 대한 정보와 같은 더 이상의 정보가 출력 신호로부터 얻어질 수 없다. 이러한 목적을 위하여, 이차 모드의 추가적인 여기가 필요한데, 이 여기는 스펙트럼에서 고유 주파수 ω 1 과는 상이한 주파수 성분들을 포함한다. 구현하기에 용이한 한 가능성은 주파수
Figure 112012084590924-pct00104
및
Figure 112012084590924-pct00105
을 가지는 고조파 여기이다. 그러므로, 만일 형식
Figure 112012084590924-pct00106
및
Figure 112012084590924-pct00107
의 포락선 곡선 모델 (수학식 8) 의 입력 변수들 및 대응하는 상태 변수들
Figure 112012084590924-pct00108
및
Figure 112012084590924-pct00109
이 이에 의하여 가정된다면, 일차 모드의 커플링 항들을 무시함으로써 다음 수학식 17 의 포락선 곡선 모델을 이용하여 신규한 푸리에 계수들 Q 2 , SS , Q 2 , SC , Q 2 , CS 및 Q 2 , CC (SC 서브시스템) 의 동적특성들을 특정하는 것이 가능하다.
Figure 112012084590924-pct00110
푸리에 계수들 Q 2 , S0 및 Q 2 , C0 (0 서브시스템) 의 동적 특성들은 다음 수학식 18 의 포락선 곡선 모델에 의하여 기술된다.
Figure 112012084590924-pct00111
이러한 이유 때문에, 위에서 설명된 디커플링된 재설정 및 쿼드러쳐 제어기가 이제 동일한 형식의 입력
Figure 112012084590924-pct00112
으로부터 출력
Figure 112012084590924-pct00113
로의, 0 서브시스템에 대하여 이용될 수 있다. 만일 수학식 17 의 정상 상태가 일정한 입력
Figure 112012084590924-pct00114
을 가지는 여기에 대해서 고려된다면
Figure 112012084590924-pct00115
, 도 2 에 도시되는 푸리에 계수들 Q 2 , SS , Q 2,SC, Q 2 , CS 및 Q 2 , CC 의 프로파일이 주파수 간격 ω 1 -ω 2 상에서 발생한다.
특성화된 구역 (characterized region) 내의 출력 성분 Y CC = c 2 Q 2 , CC 이 ω 1 = ω 2 에서의 0 의 크로스오버를 가지는 전단사 관련성 (bijective relation) Y CC = f S (ω 1 -ω 2 ) 을 가진다는 것이 명백하다. 위에서 언급된 바와 같이, 주파수 제어기의 동적 특성들이 재설정 제어기 및 쿼드러쳐 제어기의 그것들보다 현저하게 저속이라고 가정하면, 파라미터 ω 1 -ω 2 의 온라인 식별에 대하여 역 정상-상태 관련성 f s -1 ( Y CC ) 이 이용될 수 있다. 이러한 구현예에서, 예를 들어 룩-업 테이블을 이용함으로써,
Figure 112012084590924-pct00116
이라면 극단적인 경우에 세 개의 동작 포인트들로서 충분한데, 여기서
Figure 112012084590924-pct00117
이다.
매칭된 모드 동작에서의 실제 주파수 제어를 위하여, 이제 출력 신호 Y CC 가 0 으로 조절된다. 이러한 목적을 위하여, 시스템 (수학식 17) 은 매칭된 모드 (
Figure 112012084590924-pct00118
) 에서 상수
Figure 112012084590924-pct00119
를 가지고 정상-상태 동작 포인트 주위에서 선형화될 수 있으며, 즉, 다음 수학식 19 가 적용된다 (수학식 9를 참조한다):
Figure 112012084590924-pct00120
다음 수학식 20 이 동작 포인트로서 획득된다:
Figure 112012084590924-pct00121
입력 (
Figure 112012084590924-pct00122
) 으로부터 출력 (YCC) 으로의 전달 함수는 다음 수학식 21 과 같고
Figure 112012084590924-pct00123
주파수 제어기 또는 주파수 제어기 유닛 R F (s) 의 설계를 위한 기반으로서 기능한다. 전체 제어 구조는 도 3 에 예시된다.
후속하는 문서에서, 개념 B 에 따르며 도 4 에 예시되는 방법 및 회전 레이트 센서가 이제 예시될 것이다:
고조파 입력 신호의 직접 공급 (direct feeding in) 에 대한 대안은 센서의 출력에 대한 고조파 셋포인트 값
Figure 112012084590924-pct00124
의 정의, 다시 말하면 재설정 및 쿼드러쳐 제어의 제어 변수 Y = [YS YC]T 이다. 재설정 및 쿼드러쳐 제어가 이상적이고 출력 (Y) 이 정밀하게 셋포인트 값을 추종한다는 것이 첫째로 가정된다면, 즉, 폐회로의 전송 매트릭스에 대하여 다음 수학식 22 가 적용되고:
Figure 112012084590924-pct00125
그리고 각각
Figure 112012084590924-pct00126
및
Figure 112012084590924-pct00127
가 만족된다면, 수학식 17 및 18 로부터 정상 상태에서 입력 변수
Figure 112012084590924-pct00128
가 다음 수학식 23 의 형식으로 획득된다:
Figure 112012084590924-pct00129
푸리에 계수
Figure 112012084590924-pct00130
가 이제 주파수 차분 ω 1 -ω 2 에 선형으로 의존한다는 것이 명백하다. 그러므로, 주파수 차분의 식별이 역 매핑
Figure 112012084590924-pct00131
을 이용하여 수행될 수 있다. 그러면, 주파수 제어기는 푸리에 계수
Figure 112012084590924-pct00132
를 0 으로 조절하는 기능을 가진다. 주파수 제어에 대한 기반으로서 기능하는, 동작 포인트 주위의 선형화된 섹션의 입력 (
Figure 112012084590924-pct00133
) 로부터 출력 (
Figure 112012084590924-pct00134
) 으로의 전달 함수는 정상-상태 관련성:
Figure 112012084590924-pct00135
에 의하여 제공된다.
수학식 23 내의 푸리에 계수
Figure 112012084590924-pct00136
는 회전 레이트에 비례하며, 따라서 회전 레이트 센서의 출력으로서 기능한다. 연관된 캐스케이딩된 제어 구조가 도 4 에 예시된다. 실제로는, 폐회로 T r , y 의 전송 매트릭스는 단위 매트릭스와 정밀하게 동일하지 않다. 그러면, 고조파 셋포인트 값 사전정의에 대한 응답은, 정상 상태에서 위상 천이
Figure 112012084590924-pct00137
및 진폭 A C 의 변화를 가지는데, 이들은
Figure 112012084590924-pct00138
대신에
Figure 112012084590924-pct00139
을 가지는 복조에 의한 후속 복조 동안에 정정될 수 있다.
그러므로, 본 발명의 전체 개념의 하나의 유익한 피쳐는, 예를 들어 비선형 입력 변수 변환 (수학식 5) 이다. 용량성 회전 레이트 센서들의 이차 공진 주파수의 제어를 위한 종래의 방법들은 내재적인 쿼드러쳐 입력 비선형성의 보상을 가지지 않는다. 만일 회전 레이트 센서를 동작시키기 위하여 쿼드러쳐 및/또는 재설정 제어기가 필요하다면, 이것은 서로 영향을 미치는 주파수 제어기 및 쿼드러쳐 및 재설정 제어기를 야기한다. 특히 재설정 제어기의 경우에서, 회전 레이트 센서의 출력 신호가 회전 레이트를 재설정하기 위한 요청되는 조작 변수에 대응하므로, 여기서 회전 레이트 센서의 출력 변수가 주파수 제어기에 의하여 직접적으로 영향받는 문제점이 발생한다. 그러므로, 이차 공진 주파수가 예를 들어 온도 영향들에 기인하여 변경되고 결과적으로 얻어지는 제어 에러를 주파수 제어기가 보상한다면, 출력 신호에도 변화가 역시 발생한다. 이러한 소망되지 않는 효과는 제안되는 입력 변수 변환을 이용하여 회피될 수 있고, 그 결과로서 특성 곡선 필드들을 이용한 복잡한 정정들이 필요하지 않다.
신규하게 변환된 입력 변수들 (
Figure 112012084590924-pct00140
,
Figure 112012084590924-pct00141
및
Figure 112012084590924-pct00142
) 을 가지는 완전히 디커플링된 전체 시스템에 대해서, 주파수 제어기 및 쿼드러쳐 및 재설정 제어기는 바람직하게는 서로 독립적으로 설계될 수 있다.
이러한 목적을 위하여, 개념적으로 두 개의 상이한 제어 개념들이 고려될 수 있으며, 이러한 개념들은 주파수 제어를 위하여 이용되는 피드백 신호의 관점에서 상이하다. 추가적 고조파 입력 신호가 공급되며, 주파수 제어기에 대한 요청된 측정 신호가 출력 신호의 추가적 복조로서의 대응하는 복조에 의하여 획득된다는 사실에 의하여 제어 개념 A 는 구별된다. 이에 반대하여, 제어 개념 B 의 경우에서는 전체 출력 신호가 선정의된 셋포인트 값으로 조절되고 요청된 측정 신호는 조작 변수들의 대응하는 복조에 의하여 주파수 제어를 위하여 획득된다. 제어 개념 A는 원리상 동시적 쿼드러쳐 및 재설정 제어가 없는 주파수 제어를 위하여 적합하지만, 공진 주파수 및 연관된 측정 신호 간의 비선형 관련성 (Y 2 , CC = f S (ω 1 -ω 2 )) 이라는 단점을 가지는데, 이에 대해서는 도 2 도 참조한다. 이에 반하여, 제어 개념 B 는 공진 주파수 및 관련된 측정 신호 간의 선형적 관련성 (
Figure 112012084590924-pct00143
) 이라는 장점을 가지며, 따라서 주파수 제어를 위한 소망되는 만큼 큰 안정적인 영향 구역을 허용한다. 제어 개념 A 와 비교하면, 특히 집적 회로로서의 구현예에 관련된 요청되는 제어 아키텍처의 복잡도는 여기서 더 작다.
제어 개념들 A 및 B에서, 쿼드러쳐 및 재설정 제어는 복조 이후의 출력 신호를 쿼드러쳐 성분 및 회전 레이트 성분으로 되공급함으로써 구현되는 것이 바람직하다. 동적으로 쿼드러쳐 신호 및 회전 레이트 신호를 디커플링하기 위하여, 그리고 쿼드러쳐 제어기 및 재설정 제어기를 서로로부터 분리하여 설계할 수 있기 위하여, 출력 변수 변환 유닛의 디커플링 매트릭스 T (s) 를 이용하는데, 이에 대해서는 수학식 15를 참조한다.

Claims (15)

  1. 미소-기계적 회전 레이트 센서 (micro-mechanical rotation rate sensor) 의 정밀 측정 동작을 위한 방법으로서,
    상기 회전 레이트 센서는, 적어도 하나의 진동성 질량체 (seismic mass), 일차 모드 (q1) 에서 상기 진동성 질량체를 구동하기 위한 적어도 하나의 구동 디바이스, 및 상기 진동성 질량체와 직접적으로 또는 간접적으로 공동으로 연관된 적어도 네 개의 트리밍 전극 요소들 (1) 을 포함하고,
    전기적 트리밍 전압 (u1, u2, u3, u4) 은 개개의 상기 트리밍 전극 요소들 (1) 의 각각과 상기 진동성 질량체 사이에 인가되며,
    상기 전기적 트리밍 전압들 (u1, u2, u3, u4) 의 각각은 공진 주파수 조작 변수 (
    Figure 112018008271898-pct00144
    ,
    Figure 112018008271898-pct00145
    ), 쿼드러쳐 조작 변수 (
    Figure 112018008271898-pct00146
    ,
    Figure 112018008271898-pct00147
    ) 및 재설정 변수 (
    Figure 112018008271898-pct00148
    ) 의 함수로서 설정되고,
    제 1 전기적 트리밍 전압이 제 1 트리밍 전극 요소와 상기 진동성 질량체 사이에 인가되고,
    제 2 전기적 트리밍 전압이 제 2 트리밍 전극 요소와 상기 진동성 질량체 사이에 인가되며,
    제 3 전기적 트리밍 전압이 제 3 트리밍 전극 요소와 상기 진동성 질량체 사이에 인가되고,
    제 4 전기적 트리밍 전압이 제 4 트리밍 전극 요소와 상기 진동성 질량체 사이에 인가되며,
    상기 제 1 전기적 트리밍 전압 (u1), 상기 제 2 전기적 트리밍 전압 (u2), 상기 제 3 전기적 트리밍 전압 (u3), 및 상기 제 4 전기적 트리밍 전압 (u4) 은 각각 실질적으로 공진 주파수 조작 변수 (
    Figure 112018008271898-pct00200
    ), 쿼드러쳐 조작 변수 (
    Figure 112018008271898-pct00201
    ) 및 재설정 변수 (
    Figure 112018008271898-pct00202
    ) 의 다음과 같은 의존성:
    Figure 112018008271898-pct00203
    ,
    Figure 112018008271898-pct00204

    을 갖도록 설정되는 것을 특징으로 하는 미소-기계적 회전 레이트 센서의 정밀 측정 동작을 위한 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 트리밍 전극 요소들 (1) 은, 커패시터 (C1, C2, C3 및 C4) 가 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 트리밍 전극 요소와, 연관된 진동성 질량체의 각각 연관된 질량체 전극 요소 (mass electrode element) (2) 사이에 형성되고, 연관된 트리밍 전압이, 트리밍 전극 요소와, 질량체 전극 요소 사이에 인가되는 방식으로,
    Figure 112018008271898-pct00154
    , 및
    Figure 112018008271898-pct00155

    와 같이 각각 구현 및 배치되며,
    여기서, i 는 각각의 경우에 상기 트리밍 전극 요소들의 넘버링에 관련된 인덱스이며,
    gi 는 비-편향 상태 (non-deflected state) 에서 트리밍 전극 요소와, 연관된 질량체 전극 요소 간의 간극에 걸친 거리이고,
    Ai 는 비-편향 상태에서 트리밍 전극 요소와, 연관된 질량체 전극 요소 간의 중첩 면적이며,
    곱셈인 ± ri 곱하기 ti 곱하기 q1 은 상기 일차 모드 (q1) 의 편향의 함수로서 중첩 면적의 변화이고, 여기서 ti 는 트리밍 전극 요소와, 연관된 질량체 전극 요소 간의 중첩 깊이이고, ri 는 상기 일차 모드 (q1) 의 편향에 관련된 제 1 의 포지티브 기하 상수 (geometric constant) 이며,
    곱셈인 ± si 곱하기 q2 는 이차 모드 (q2) 의 편향의 함수로서 트리밍 전극 요소와, 질량체 전극 요소 간의 간극에 걸친 거리의 변화이고, 여기서 si 는 상기 이차 모드 (q2) 의 편향에 관련된 제 2 의 포지티브 기하 상수인 것을 특징으로 하는 미소-기계적 회전 레이트 센서의 정밀 측정 동작을 위한 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    Ai, ri, ti, gi 및 si 는 모든 트리밍 전극 요소 질량체 전극 요소 쌍들 (1, 2) 에서 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 미소-기계적 회전 레이트 센서의 정밀 측정 동작을 위한 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 레이트 센서는 상기 전기적 트리밍 전압들이 조절되는 제어 배열물 (3) 을 포함하고,
    복조 제어 변수 (demodulated controlled variable) (Y) 가 제 1 제어기 유닛 (4) 으로 공급되고,
    상기 복조 제어 변수 (Y) 가, 특히, 서로에 대하여 90 도까지 위상-천이되는 두 개의 고조파 신호들을 이용하여 원본 제어 변수 (y) 로부터 복조 (5) 를 통하여 획득되며,
    상기 원본 제어 변수 (y) 는 자신의 2차 모드 (q2) 의 방향으로의 상기 진동성 질량체의 검출된 편향을 나타내는 것을 특징으로 하는 미소-기계적 회전 레이트 센서의 정밀 측정 동작을 위한 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어 배열물 (3) 은 출력 변수 변환 유닛 (6) 을 구비하고,
    상기 출력 변수 변환 유닛 (6) 에서 상기 복조 제어 변수 (Y) 는 일차 모드 주파수 (ω1) 와 이차 모드 주파수 (ω2) 간의 주파수 차분 및 적어도 하나의 댐핑 파라미터 (α2) 의 함수로서 동적으로 변환되거나, 또는 적어도 하나의 변환 상수의 함수로서 정상-상태 방식으로 회전 레이트 변수 및 쿼드러쳐 변수 (Z, Z0) 로 변환되며,
    그 후, 회전 레이트 제어 에러 변수 및 쿼드러쳐 제어 에러 변수가, 각각의 경우에, 레퍼런스 변수의 정의와 함께, 상기 복조 제어 변수로부터 형성되고,
    이에 후속하여, 상기 회전 레이트 제어 에러 변수 및 상기 쿼드러쳐 제어 에러 변수가, 검출된 회전 레이트에 기반하여, 적어도 부분적으로 디커플링된 쿼드러쳐 억제 및 상기 진동성 질량체의 편향의 재설정을 위하여 출력 측에서 적어도 상기 쿼드러쳐 조작 변수 (
    Figure 112016025494847-pct00156
    ,
    Figure 112016025494847-pct00157
    ) 및 상기 재설정 변수 (
    Figure 112016025494847-pct00158
    ,
    Figure 112016025494847-pct00159
    ) 를 생성하는 상기 제 1 제어기 유닛 (4) 에 입력 변수들로서 공급되는 것을 특징으로 하는 미소-기계적 회전 레이트 센서의 정밀 측정 동작을 위한 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    제어 에러 변수가 제어 레퍼런스 변수의 정의와 함께 상기 복조 제어 변수 (Y) 로부터 형성되고,
    그 후, 상기 제어 배열물 (3) 의 출력 변수 변환 유닛 (6) 에서, 상기 제어 에러 변수가 일차 모드 주파수 (ω1) 와 이차 모드 주파수 (ω2) 간의 주파수 차분 및 적어도 하나의 댐핑 파라미터 (α2) 의 함수로서 동적으로 변환되거나 또는 정상-상태 방식으로 적어도 하나의 변환 상수의 함수로서 회전 레이트 제어 에러 변수 및 쿼드러쳐 제어 에러 변수 (Z, Z0) 로 변환되며,
    그 후에 상기 회전 레이트 제어 에러 변수 및 상기 쿼드러쳐 제어 에러 변수는, 검출된 회전 레이트에 기반하여 적어도 부분적으로 디커플링된 쿼드러쳐 억제 및 상기 진동성 질량체의 편향의 재설정을 위하여 적어도 상기 쿼드러쳐 조작 변수 (
    Figure 112016025494847-pct00160
    ,
    Figure 112016025494847-pct00161
    ) 및 상기 재설정 변수 (
    Figure 112016025494847-pct00162
    ,
    Figure 112016025494847-pct00163
    ) 를 출력 측에서 생성하는 상기 제 1 제어기 유닛 (4) 에 입력 변수들로서 공급되는 것을 특징으로 하는 미소-기계적 회전 레이트 센서의 정밀 측정 동작을 위한 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 레이트 센서, 특히 상기 회전 레이트 센서의 제어 배열물 (3) 은 조작 변수 변환 유닛 (7) 을 가지며,
    상기 조작 변수 변환 유닛 (7) 을 통하여 상기 전기적 트리밍 전압들 (u1, u2, u3, u4) 은 상기 공진 주파수 조작 변수 (
    Figure 112018008271898-pct00164
    ), 상기 쿼드러쳐 조작 변수 (
    Figure 112018008271898-pct00165
    ) 및 상기 재설정 변수 (
    Figure 112018008271898-pct00166
    ) 의 함수로서 방정식들:
    Figure 112018008271898-pct00167
    ,
    Figure 112018008271898-pct00168

    에 따라서 이용가능해지는 것을 특징으로 하는 미소-기계적 회전 레이트 센서의 정밀 측정 동작을 위한 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    출력 변수 변환 유닛 (6) 은, 상기 출력 변수 변환 유닛이 상기 복조 제어 변수 (Y) 또는 이에 의존하는 제어 에러 변수와 다음 변환 매트릭스의 승산을 수행하도록 구성되며,
    Figure 112018008271898-pct00169

    여기서 α2 는 이차 모드와 관련된 댐핑 파라미터이고, s 는 라플라스 변수인 것을 특징으로 하는 미소-기계적 회전 레이트 센서의 정밀 측정 동작을 위한 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    제어 배열물 (3) 은,
    복조 제어 변수 (Y) 로부터, 상기 공진 주파수 조작 변수 (
    Figure 112018008271898-pct00170
    ,
    Figure 112018008271898-pct00171
    ) 를 주파수 정보 아이템의 함수로서 또는 이에 의존하는 주파수 제어 에러 정보 아이템의 함수로서 이용가능하게 하는 주파수 제어기 유닛 (9) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 미소-기계적 회전 레이트 센서의 정밀 측정 동작을 위한 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    고조파 주파수 식별 신호 (
    Figure 112018008271898-pct00172
    ) 가 제어 배열물 (3) 내에서 생성되거나 상기 제어 배열물 (3) 에 공급되고,
    상기 고조파 주파수 식별 신호 (
    Figure 112018008271898-pct00173
    ) 는 일차 모드 주파수 (ω1) 와는 상이한 주파수 (ωs) 를 가지며,
    상기 고조파 주파수 식별 신호 (
    Figure 112018008271898-pct00174
    ) 는 상기 쿼드러쳐 조작 변수 (
    Figure 112018008271898-pct00175
    ,
    Figure 112018008271898-pct00176
    ) 및/또는 상기 재설정 변수 (
    Figure 112018008271898-pct00177
    ,
    Figure 112018008271898-pct00178
    ) 상에 중첩되고,
    그 이후에, 주파수 정보가, 복조 제어 변수 (Y) 로부터, 주파수 (ωs) 를 이용한 추가적 복조 (8) 이후에 일차 모드 주파수 (ω1) 와 이차 모드 주파수 (ω2) 간의 주파수 차분을 통하여 획득되며,
    그 이후에 적어도 상기 공진 주파수 조작 변수 (
    Figure 112018008271898-pct00179
    ,
    Figure 112018008271898-pct00180
    ) 가 주파수 제어기 유닛 (9) 에 의하여 상기 주파수 정보의 함수 또는 이에 의존하는 주파수 제어 에러 정보의 함수로서 이용가능해지는 것을 특징으로 하는 미소-기계적 회전 레이트 센서의 정밀 측정 동작을 위한 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    주파수 (ωs) 를 이용한 추가적 복조 (8) 이후에, 출력 변수 변환 유닛 (6) 의 주파수 정보가 이용가능하게 되고,
    추가로, 주파수 제어 에러 정보 아이템이, 특히 0 Hz 인 주파수 정보 레퍼런스 변수를 이용하여 상기 주파수 정보로부터 획득되며,
    그 이후에 상기 주파수 제어 에러 정보가, 상기 주파수 제어 에러 정보로부터 상기 공진 주파수 조작 변수 (
    Figure 112016025494847-pct00181
    ,
    Figure 112016025494847-pct00182
    ) 를 생성하는 주파수 제어기 유닛 (9) 으로 공급되는 것을 특징으로 하는 미소-기계적 회전 레이트 센서의 정밀 측정 동작을 위한 방법.
  13. 제 6 항에 있어서,
    고조파 주파수 식별 신호 (YD) 가, 제어 에러 변수를 생성하기 위하여 출력 변수 변환 유닛 (6) 의 업스트림에 또는 회전 레이트 제어 에러 변수 및 쿼드러쳐 제어 에러 변수를 생성하기 위하여 각각 상기 출력 변수 변환 유닛 (6) 의 다운스트림에, 레퍼런스 변수로서 도입되거나 상기 레퍼런스 변수 상에 중첩되고,
    그 이후에 상기 회전 레이트 제어 에러 변수 및 상기 쿼드러쳐 제어 에러 변수는, 출력 측에서 적어도 쿼드러쳐 조작 변수 (
    Figure 112018008271898-pct00183
    ,
    Figure 112018008271898-pct00184
    ) 및 재설정 변수 (
    Figure 112018008271898-pct00185
    ,
    Figure 112018008271898-pct00186
    ) 를 생성하는 제 1 제어기 유닛 (4) 에 입력 변수들로서 공급되는 것을 특징으로 하는 미소-기계적 회전 레이트 센서의 정밀 측정 동작을 위한 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 주파수 식별 신호의 정보에 종속하는 상기 재설정 변수 (
    Figure 112016025494847-pct00187
    ,
    Figure 112016025494847-pct00188
    ) 가 그 후 주파수 (ωs) 를 이용하여 복조 (8) 되고,
    그 결과로서 주파수 정보가 획득되고,
    이 이후에 상기 주파수 정보가 상기 출력 변수 변환 유닛 (6) 에 이용가능해지며,
    추가로, 주파수 제어 에러 정보 아이템이, 특히 0 인 주파수 정보 레퍼런스 변수를 이용하여 상기 주파수 정보로부터 획득되고,
    그 이후에 상기 주파수 제어 에러 정보가, 상기 주파수 제어 에러 정보로부터 상기 공진 주파수 조작 변수 (
    Figure 112016025494847-pct00189
    ,
    Figure 112016025494847-pct00190
    ) 를 생성하는 주파수 제어기 유닛 (9) 으로 공급되는 것을 특징으로 하는 미소-기계적 회전 레이트 센서의 정밀 측정 동작을 위한 방법.
  15. 미소-기계적 회전 레이트 센서로서,
    적어도 하나의 진동성 질량체, 일차 모드에서 상기 진동성 질량체를 구동하기 위한 적어도 하나의 구동 디바이스, 및 상기 진동성 질량체 (2) 에 직접적으로 또는 간접적으로 공동으로 지정되는 적어도 네 개의 트리밍 전극 요소들 (1) 을 포함하고,
    전기적 트리밍 전압이 개개의 상기 트리밍 전극 요소들의 각각과 상기 진동성 질량체 사이에 인가되며,
    상기 미소-기계적 회전 레이트 센서는, 상기 미소-기계적 회전 레이트 센서가 제 1 항, 제 3 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 수행하기에 적합하도록 하는 방식으로 구현되는 것을 특징으로 하는 미소-기계적 회전 레이트 센서.
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