KR20160122225A - 코리올리 자이로스코프의 스위치 온 시간의 최적화 방법 및 그에 적합한 코리올리 자이로스코프 - Google Patents

Abstract

제1 축(x)에 평행한 코리올리 자이로스코프(1)의 여기 진동이 여기될 수 있는 질량계(100)를 구비하며, 코리올리 힘으로 인한 제1 축(x)과 수직하게 마련된 제2 축(y)을 따른 질량계의 편향이 코리올리 자이로스코프(1)의 판독 신호(S)를 이용하여 확인될 수 있는 코리올리 자이로스코프(1)의 질량의 스위치-온 시간을 최적하기 위한 방법으로, 정의된 시간에서 코리올리 자이로스코프(1)의 여기 진동의 진폭(A) 결정, 정의된 시간에서 코리올리 자이로스코프(1)의 출력 신호(S) 결정, 및 결정된 출력 신호(S)에 정상 상태에서의 코리올리 자이로스코프(1)의 진폭(A₀)을 결정된 진폭(A)으로 나눈 몫을 곱함으로써 코리올리 자이로스코프(1)의 정규화된 출력 신호(S₀) 생성을 포함하는 코리올리 자이로스코프(1)의 질량의 스위치-온 시간을 최적하기 위한 방법.

Description

코리올리 자이로스코프의 스위치 온 시간의 최적화 방법 및 그에 적합한 코리올리 자이로스코프{METHOD FOR OPTIMIZING THE SWITCH-ON TIME OF A CORIOLIS GYROSCOPE AND CORIOLIS GYROSCOPE SUITABLE THEREFOR}

본 발명은 코리올리 자이로스코프의 스위치 온 시간의 최적화 방법 및 그에 적합한 코리올리 자이로스코프에 관한 것이다.

코리올리 자이로스코프(진동 자이로스코프, 회전비 센서들)들은 일체 또는 일반적으로 다중 부분으로 이루어지며 진동(oscillation)하게 되는 질량계를 포함한다. 이러한 점에서, 질량계의 제1 진동 모드(여기 진동)는 코리올리 자이로스코프의 가동을 위해 여기된다. 만약 코리올리 자이로스코프의 그 감지 축들을 따른 회전 운동이 수행되면, 발생된 코리올리 힘들이 질량계의 제2 진동 모드를 야기할 것이며, 이는 직접 또는 간접적으로 측정되며, 이런 과정 동안에 제2 진동 모드(판독 진동 또는 탐지 진동)를 나타내는 출력 신호가 얻어진다. 판독 신호는 코리올리 자이로스코프에 적용되는 회전비의 척도를 나타내는 진폭의 변화를 기준으로 평가된다. 폐쇄 루프 시스템에 따른 코리올리 자이로스코프에서는 판독 진동의 진폭은 이러한 과정에서 필연적인 복원력으로부터 가해진 회전비가 추론되도록 제어 루프에 의해 지속적으로 고정 값, 예를 들어 0으로 리셋된다. 폐쇄 루프 작동의 판독 신호는 이때 코리올리 힘 F_c에 비례하는 반면, 개방 루프 작동에서 판독 신호는 탐지 진동의 진폭에 비례한다.

코리올리 자이로스코프가 최초로 켜지거나, 다시 켜질 경우(리셋), 여기 진동의 진폭은 스위치-온 시간 t=0에서 0의 값을 가지고, 이후 여기 진동을 위해 기설정된 값으로 조정된다. 여기서, 여기 진동에 도달한 이후 진폭의 정상 상태까지의 시간은 0.1s보다 클 수 있는 반면, 판독 신호를 결정하기 위한 측정 주기는 훨씬 더 작을 수 있어, 예를 들어 고작 10ms일 수 있다. 특히, 높은 회전 비, 예를 들어 1000°/s가 가해지는 코리올리 자이로스코프의 스위치-온 동안, 판독 신호 또는 자이로스코프 환산 계수는 충분한 정밀도로 매우 빠르게 결정될 수 있다. 스위치-온 시간 동안 여기 진동의 진폭은 아직 정상 상태에서의 값에 도달되지 못하므로, 코리올리 자이로스코프에 의해 출력되는 출력 신호는 "잘못된" 값을 나타낼 수 있으며, 이는 코리올리 자이로스코프에 요구되는 사양들을 만족하지 못한다.

이러한 문제를 해결하기 위해 가능한 방법은 판독 유닛의 메인 컨트롤러의 대역폭을 최적화하는 것이다. 문제를 해결하기 위한 다른 가능한 방법으로, 스위치-온 동안 질량계가 표준 상태들 하에서 필요한 힘들을 상당히 넘어서는 범위의 힘들에 의해 제1 진동모드로 여기되도록 충분한 힘 자원이 제공된다.

본 발명의 목적은 따라서 스위치-온 시간을 최적화할 수 있는 다른 측정장치들과 결합될 수 있는 코리올리 자이로스코프의 스위치-온 시간을 최적화하는 간단한 방법과, 거기에 적합한 코리올리 자이로스코프를 제공하는 것이다.

이러한 목적은 본 발명에 따르면, 방법 및 독립항들에 따른 코리올리 자이로스코프에 의해 달성된다. 유리한 실시예들은 종속항들에 정의되어 있다.

본 발명에 따른 코리올리 자이로스코프의 질량의 스위치-온 시간을 최적하기 위한 방법은, 제1 축(x)에 평행한 코리올리 자이로스코프의 여기 진동이 여기될 수 있는 질량계를 구비하며, 코리올리 힘으로 인한 제1 축(x)과 수직하게 마련된 제2 축(y)을 따른 질량계의 편향이 코리올리 자이로스코프의 판독 신호를 이용하여 확인될 수 있는 코리올리 자이로스코프의 질량의 스위치-온 시간을 최적하기 위한 방법으로, 정의된 시간에서 코리올리 자이로스코프의 여기 진동의 진폭 결정, 정의된 시간에서 코리올리 자이로스코프의 출력 신호 결정, 및 결정된 출력 신호에 정상 상태에서의 코리올리 자이로스코프의 진폭을 결정된 진폭으로 나눈 몫을 곱함으로써 코리올리 자이로스코프의 정규화된 출력 신호 생성을 포함한다.

일 실시예에 따르면, 진폭(A) 결정, 출력 신호(S) 결정 및 정규화된 출력 신호(S0) 생성을 위한 단계들이 적어도 하나의 추가적인 정의된 시간(t_i+1)에서 반복된다.

일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 정의된 시간이 시한 장치에 의해 도달된 것으로 정의된다.

또 다른 실시예에 따르면, 코리올리 자이로스코프의 여기 진동의 진폭은 연속적으로 결정된다. 여기 진동의 결정된 진폭이 각각 기결정된 값에 도달되었을 때, 적어도 하나의 정의된 시간들이 도달된 것으로 정의된다.

만약 여기 진동의 진폭이 연속적으로 결정된다면, 이때 일 실시예에 따른 방법은 결정된 진폭이 정상 상태에서의 코리올리 자이로스코프의 여기 진동의 진폭에 해당될 때 종료될 것이다.

또 다른 실시예에 따르면, 기결정된 시점에 도달한 후 방법이 종료된다.

본 발명에 따른 코리올리 자이로스코프는, 코리올리 힘 때문에 제1 축에 수직하게 마련되는 제2축을 따른 질량계의 편향이 코리올리 자이로스코프의 출력 신호를 이용하여 확인될 수 있으며, 제1 축에 평행한 코리올리 자이로스코프의 여기 진동이 여기될 수 있는 질량계, 제1 탐지 유닛, 제2 탐지 유닛 및 출력 유닛을 포함하는 판독 장치를 포함하며, 제1 탐지 유닛은 정의된 시간에서 코리올리 자이로스코프의 여기 진동의 진폭을 결정하도록 설정되고, 제2 탐지 유닛은 정의된 시간에서 코리올리 자이로스코프의 출력 신호를 결정하도록 설정되고, 출력 유닛은 결정된 출력 신호를 정상 상태에서의 코리올리 자이로스코프의 여기 진동의 진폭을 결정된 진폭으로 나눈 몫을 곱함으로써 정규화된 출력 신호를 생성하도록 설정된다.

일 실시예에 따른 코리올리 자이로스코프는 도달된 것으로 정의된 시간을 정의하도록 설정된 시한 장치를 더 포함한다.

또 다른 일 실시예에 따르면, 코리올리 자이로스코프는 기결정된 값과 결정된 진폭을 비교하도록 설정되는 비교 유닛을 더 포함한다.

본 발명에 따르면 방법 및 이에 적합한 코리올리 자이로스코프는 환산 계수의 품질 평가 또는 코리올리 자이로스코프의 스위치-온 시간에 이미 코리올리 자이로스코프의 출력 신호 평가를 가능하게 한다. 이는 정상 작동에서, 다시 말해 여기 진동의 정상 상태에서, 소망하는 환산 계수가 도달될 수 있는지, 그리고 따라서 코리올리 자이로스코프가 요구되는 사양들을 만족하는 지, 원하는 대로 작동될 것인지에 대한 평가를 가능하게 한다. 따라서, 최악 시간을 결정하기 위해서나, 코리올리 자이로스코프의 출력 신호가 충분히 정밀한 지를 기다릴 필요가 없다. 이는 예를 들어 100 배 정도의, 코리올리 자이로스코프의 스위치-온 시간의 엄청난 절감으로 이어진다. 또한, 방법 및 코리올리의 필수 부품들은 따라서 쉽게 시행될 수 있고, 스위치-온 시간을 최적하기 위한 다른 측정장치들과 결합될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 코리올리 자이로스코프의 스위치-온 시간을 최적화하기 위한 방법의 제1 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 2는 코리올리 자이로스코프의 스위치-온 시간을 최적화하기 위한 방법의 제2 실시예의 개략도를 보여주며, 정의된 시간들은 시한 장치들에 의해 결정된다.
도 3은 본 발명에 따른 코리올리 자이로스코프의 스위치-온 시간을 최적화하기 위한 방법의 제3 실시예의 개략도를 보여주며, 여기에서 정의된 시간들은 각각 기 결정된 값들과 연속적으로 결정되는 진폭을 비교함으로써 결정된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 두-부분 단일-진동자인 코리올리 자이로스코프의 개략도를 보여준다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 두-부분 단일-진동자인 코리올리 자이로스코프의 개략도를 보여준다.

이하에서, 본 발명이 첨부된 예시적인 실시예들에 따른 도면을 참조로 하여 자세하게 설명될 것이다.

일반적으로, 코리올리 자이로스코프에서 코리올리 힘과 여기 진동의 진폭에 비례하는 회전 비 사이의 비례 계수는 환산 계수(scale factor)라고 불린다. 여기서 적용된다:

(1),

여기 진동의 편향 x의 도함수에 다음의 방정식이 적용된다:

(2).

여기서, F_C는 코리올리 힘이고, m은 탐지 진동자의 질량이며, x는 여기 진동의 편향이고, Ω는 각속도 또는 회전비(다시 말해, 측정 파라미터), A(t)는 여기 진동의 편향의 진폭, 및 ω는 여기 진동의 작동 주파수이며, 이는 바람직하게는 여기 진동자의 공명 주파수에 해당한다.

이러한 과정에서, 코리올리 자이로스코프의 여기 진동은 코리올리 자이로스코프의 질량계가 제1 축(x축)에 평행하게 여기되는 진동이다. 식(1)에서 탐지 진동자의 질량 m은 질량계의 질량이며, 이는 제2 축(y 축)을 따르는 코리올리 힘 때문에 여기된다. 코리올리 자이로스코프의 질량계는 하나로 이어진 질량계 또는 다중 부분으로 이루어진 질량계로서 형성될 수 있다. 예를 들어, 질량계는 스프링 시스템을 통해 서로 결합되며, 서로에 대해 상대 이동을 수행할 수 있는 두 개의 부분 질량들(발진기들)을 포함할 수 있다. 이러한 다중 부분 질량계를 위해서는 부분 질량의 하나의 질량만이 제2 축을 따라 진동하는 탐지 진동자의 질량 m으로 식(1)에 대입된다.

만약 시간 t=0에서, 다시 말해 A(t=0)가 0dml 값을 가질 때 코리올리 자이로스코프가 휴지 상태로부터 스위치-온 된다면, 여기 진동의 진폭의 설정 시간의 1 내지 10 퍼센트(1% - 10%) 후 시간에 대한 진폭 A(t)의 도함수는 다음의 전형적인 값들에서 무시될 수 있다: 0.1 초 이상의 진폭 A(t)의 설정 시간 및 ω=2π·10000s^-1의 여기 진동의 작동 주파수.

도 1은 코리올리 자이로스코프의 스위치-온 시간의 최적화를 위한 방법의 제1 실시예를 개략적으로 보여준다.

여기서, 정의된 시간 t_i에서 여기 진동의 진폭 A(t_i) 및 정의된 시간 ti_에서 코리올리 자이로스코프의 출력 신호 S(t_i)가 결정된다(S10 및 S11 단계들). 출력 신호 S는 앞서 언급한 환산 계수(scale factor) 또는 코리올리 자이로스코프의 판독 신호일 수 있다. 코리올리 자이로스코프의 출력 신호 S는 기 처리된 형태로 마련될 수 있다. 예를 들어, 출력 신호는 아날로그/디지털 컨버터들, 복조기들 및/또는 예를 들어 온도의 영향들을 보상하기 위한 다른 부품들에 의해 이미 처리되었을 수 있다.

S12 단계에서 정규화된 출력 신호 S₀(t_i)는 정의된 시간 t_i에 대해 결정된 출력 신호S(t_i)를 결정된 진폭 A(t_i)로 나누고, 그 결과를 정상 상태에서 여기 진동의 진폭 A₀와 곱함으로써 얻어진다. 정상 상태에서 여기 진동의 진폭 A₀는 이 과정에서 보정 처리 또는 진폭을 위한 폐쇄 루프 제어기에서 수치 설정으로부터 알 수 있다. 따라서, 출력되어야 할 정규화된 출력 신호 S₀(t_i)를 위해 다음의 식이 적용된다:

(3).

만약 코리올리 자이로스코프의 출력 신호 S가 환산 계수라면, 정규화된 출력 신호 S₀는 코리올리 자이로스코프의 다른 수치들 또는 출력 신호들을 계산하기 위한 뒤따르는 단계들에서 이용될 수 있는 정규화된 환산 계수일 것이다.

여기 진동의 설정 시간 내에 있는 정의된 시간 t_i의 정규화에 의해, 모든 사양들을 만족시키는 유효한 출력 신호가 생성될 수 있다. 이론적으로, 이 방법은 설정 시간 밖에 있는 정의된 시간들 t_i를 위해서도 수행될 수 있다.

도 1에 도시된 스위치-온 시간을 최적화하는 방법은 여기 진동의 설정 시간 내의 오직 하나의 정의된 시간 t_i를 위해서만 수행될 수 있거나, 다수의 정의된 시간들 t_i, i=1 내지 n을 위해 수행될 수도 있으며, 정의된 시간들 t_i(i=1...n) 중 하나, 다수, 또는 모두는 여기 진동의 설정 시간 내에 있다.

여기 진동의 설정 시간 종류 후에, 정규화된 출력 신호를 생성하는 방법은 결정된 출력 신호 S(t)가 코리올리 자이로스코프에 의해 출력되도록 다시 생략될 수 있다. 이것은 코리올리 자이로스코프의 일반적인 탐지 프로세스에 해당한다.

정의된 시간(들) t_i의 결정을 위해, 두 개의 가능한 방법이 이용될 수 있다. 한 편으로, 정의된 시간들 t_i 중 하나 또는 다수가 일시적으로 미리 결정되고, 시한 장치에 의해 결정될 수 있으며, 다른 한 편으로는 정의된 시간들 중 하나 또는 다수가 만약 여기 진동의 진폭이 각각 소정의 값에 도달되었을 때 도달되는 것으로 정의될 수 있다.

도 2는 정의된 시간들이 시한 장치에 의해 도달되는 것으로 정의되는 본 발명에 따른 코리올리 자이로스코프의 스위치-온 시간을 최적화하기 위한 방법의 제2 실시예를 개략적으로 보여준다. 여기서, 특정 시간 값들 t_i, t=1 내지 n,은 미리결정되며, 여기 진동의 설정 시간 내에 필요한 경우 설정 시간 밖의 특정 시점들에 해당한다. 예를 들어, t₁은 여기 진동의 편향의 진폭이 정상 상태에서 그 값 A₀의 대략 10%에 도달하는 시점에 해당할 수 있으며, 이는 예를 들어 10㎛에 달할 수 있다. 나아가 기결정된 시간들 t_i는 예를 들어 여기 진동의 편향의 진폭이 정상 상태에서의 그 값 A₀의 대략 50% 또는 대략 90%에 도달하는 시점들에 해당할 수 있다. 최종값 t_n은 예를 들어 여기 진동의 편향의 진폭이 정상 상태에서 그 값 A₀에 도달한 시점에 해당할 수 있다. 이 프로세스에서, 미리 결정된 시간들 t₁ 내지 t₀는 경험 값들에 근거하거나, 여기 진동의 경과 진동 프로세스의 계산값들에 근거할 수 있다. 단일 시간들 t_i는 여기 진동의 설정 시간에 걸쳐 고르거나 고르지 않게 분포할 수 있다.

도 2에 따른 방법을 위한 초기 값들로서, 지수 i가 1로 설정되고, 코리올리 자이로스코프의 스위치-온을 위한 시간 t는 제1 단계 S20에서 0으로 설정된다. 시한 장치에 의해, t=0으로부터 다시 말해 코리올리 자이로스코프가 스위치-온 된 때로부터의 시간이 측정되고, 측정된 시간 t는 t_i를 위해 기결정된 값, 예를 들어 t₁(단계 S21)과 비교된다. 기결정된 값 t₁에 도달된 때, 이 시간 t_i를 위해 진폭 A(t_i)뿐만 아니라 코리올리 자이로스코프의 출력 신호 S(t_i)가 결정된다(단계 S22 및 S23). 단계 S24에서 정규화된 출력 신호 S₀(t_i)가 생성되고, 결정된 진폭 A(t_i) 및 출력 신호 S(t_i)에 근거하여 식(3)에 따라 출력된다. 이때, i는 1씩 증가되고(단계 S25) 단계 S26에서 i가 최대값 n+1에 도달되었는지 체크된다. 만약 이 경우라면 단계 S27에서 방법이 종료될 것이며, 그렇지 않다면 단계들 S21 내지 S26이 반복될 것이다. 시간을 측정하는 시한 장치로서, 예를 들어 시계나 카운터에 연결된 클록 발생기가 이용될 수 있다.

시간 측정 및 기결정된 값과의 비교 대신, 기결정된 클록 생성기의 사이클들, 다시 말해 신호의 스위칭 동작이 단계 S21에서 정의된 시간 t_i에 도달되었는지 아닌지를 결정하기 위해 이용될 수 있다. 이 경우, 개별적인 정의된 시간들 t_i 사이의 일시적인 거리는 항상 동일하다.

도 3은 본 발명에 따른 코리올리 자이로스코프의 스위치-온 시간의 최적화를 위한 방법의 제3 실시예를 개략적으로 도시하며, 정의된 시간들 t_i는 여기 진동의 진폭 A(t)를 측정함으로써 결정된다. 이것은 여기 진동의 진폭 A(t)가 연속적으로 결정되며, 기결정된 값들과 비교되고, 진폭 A(t)가 기결정된 값 A_i에 도달된 시점이 정의된 시간 t_i로서 설정된다.

도 2에서의 단계 S20과 유사하게, 지수 i는 처음에 단계 S30에서 1로 설정되나, 반드시 시간을 결정하거나 고정할 필요는 없다. 단계 S31에서 진폭 A(t)가 결정되고, 이는 이때 여기 진동의 정상 상태 진폭 A₀와 비교된다(단계 S32). 만약 진폭 A(t)가 이미 값 A₀에 도달한 경우, 방법은 단계 S39에서 곧바로 종료될 것이다. 만약 여기 진동의 진폭 A(t)가 아직 A₀에 도달하지 못한 경우, 진폭이 단계 S33에서 기결정된 값 A_i, 예를 들어 A₁과 비교될 것이다. 만약 값 A_i에 아직 도달되지 않은 경우, 단계들 S31 내지 S33은 진폭 A(t)가 값 A_i에 도달될 때까지 반복될 것이다. 만약 단계 S34에서 진폭 A(t)이 기결정된 값 A_i에 도달된다면, A(t)= A_i인 시간 t가 정의된 시간 t_i로 정의되며, 시간 t 또는 경과 시간이 실제로 결정되어야 할 필요는 없다. 이때, 출력 신호 S(t_i)는 단계 S35에서 결정되고, 정규화된 출력 신호 S₀(t_i)는 도 2에서 단계들 S23 및 S24를 참조로 이미 설명된 것과 비슷한 방법으로 단계 S36에서 생성된다. 이후, 지수 i는 단계 S37에서 1씩 증가되고, 단계 S38에서 값 n+1과 비교된다. 만약 지수 i가 값 n+1까지 도달한다면, 방법은 단계 S39에서 종료될 것이다. 만약 값 n+1에 아직 도달되지 못한다면, 단계들 S31 내지 S38이 반복될 것이다.

단계 S32에서 진폭 A(t)가 정상 상태에서의 진폭 A0에 해당된다고 확정되기까지 단계S37 이후에 단계들 S31 내지 S37이 반복되도록 단계 S38은 생략될 수도 있다. 또는, i=n+1에 도달할 때까지, 또한, 필요한 경우, 진폭 A(t)가 값 A0에 이미 도달한 때인, 단계들 S31 내지 S33 및 S37이 반복되도록 단계 S32도 생략될 수 있다.

또한 제2 실시예(도 2)에 따른 방법에서, 여기 진동의 진폭 A(t)는 연속적으로, 다시 말해 정의된 시간 ti에 도달하지만 않는다면, 측정되거나 결정될 수 있다. 또한, 출력 신호 S(t)는 방법의 제2 및 제3 실시예에서 연속적으로 결정될 수 있다. 이때, 정규화된 출력 신호 S₀(t) 역시 연속적으로 생성될 수도 있다. 이러한 프로세스에서, 예를 들어 S0(t)가 t_i<t<t_i+1인 t에 대해 정규화 계수 A₀/A(t_i)를 이용해 생성되도록 정의된 시간들 t_i에서 정규화 계수 A₀/A(t)가 계산될 수 있다.

이론적으로, 정의된 시간들은 두 개의 연이은 시간들 t_i 및 t_i+1 사이의 간격이 진폭 A(t), 출력 신호 S(t) 또는 시간 t를 측정하기 위한 주기들보다 크거나 같도록 선택되어야 하며, 측정의 가장 긴 주기가 결정적이다.

또 다른 실시예에 따르면, 제2 및 제3 실시예의 부품들의 임의적인 조합들 역시 가능하다. 예를 들어, 하나 또는 다수의 정의된 시간들, 예를 들어 제1 정의 시간 t1, 시한 장치에 의해 도달됨으로서 정의될 수 있는 반면, 예를 들어 최종 정의 시간 tn과 같은 하나 또는 다수의 정의된 시간들은 측정된 진폭 A(t) 및 이를 미리 결정된 값 A_i와 비교함으로써 결정된다.

도 4는 본 발명에 따른 방법을 수행하기 적합한 특정 실시예의 코리올리 자이로스코프를 개략적을 도시한 것이다. 코리올리 자이로스코프(1)는 질량계(100) 및 신호선(310, 320, 330)들을 통해 질량계에 연결된 판독 장치(200)를 포함한다.

도 4에 도시된 실시예에 따르면, 질량계(100)는 구동 프레임을 형성하는 제1 부분 질량(110) 및 탐지 질량 역할을 하는 제2 부분 질량(120)을 포함한다. 하지만, 두 부분 질량들의 기능들은 일체로 이루어진 질량에 의해 실현될 수도 있다. 제1 부분 질량(110)은 제1 스프링 요소(115)에 의해 기판 상에 고정되며(anchored), 기판에 고정 연결된 고정 여기 전극(130)들에 의해 그리고, 제1 부분 질량(110)에 고정 연결된 이동 여기 전극(135)들에 의해 제1 축(x 축)을 따라 진동이 여기될 수 있다. 이러한 방법으로, 교류 전압 U(t)가 고정 여기 전극(130)(미도시)에 가해진다. 제2 부분 질량(120)은 제2 스프링 요소(125)들에 의해 질량계(100) 상에 작용하는 코리올리 힘에 의해 제2 축(y 축)을 따라 편향될 수 있도록 제1 부분 질량(110)에 연결된다. 제2 축은 제1 축에 수직하다. 제2 부분 질량(120)의 편향은 제2 질량(120)에 고정 연결되는 이동 판독 전극(140)들과 기판에 고정 연결되는 고정 판독 전극(145)들에 의해 판독 신호를 통해 탐지될 수 있다.

도 4에 도시된 실시예에서, 고정 여기 전극(130)들은 제1 신호 선(310)을 통해 판독 장치(200)에 연결되고, 제1 신호 V₁의 전달을 허용한다. 제1 신호 V1은 예를 들어 제1 부분 질량(110)의 여기 진동의 진폭을 포함할 수 있다.

하지만, 제1 신호 V₁은 여러 처리 단계들을 거친 후 여기 진동의 진폭을 결정하도록 허용하는 신호일 수도 있다. 도 4에서, 여기 진동의 제공 및 여기 진동의 순간 진폭의 판독이 동일한 전극들, 다시 말해 여기 전극(130, 135)들에 의해 수행되는 경우가 도시되어 있다. 여기서, 모든 신호들이 중첩된다는 사실이 이용되었다.

명료성을 위해 도 4에서는 오직 제1 신호 V₁의 판독만이 도시되었으며, 진동을 여기하는 구동 기능은 도시되지 않았다. 또한, 제1 신호선(310)은 반드시 제1 여기 전극(130)들에 연결되지 않아야 한다. 예를 들어, 그 일부분이 기판에 고정 연결되고, 다른 일부는 제1 부분 질량에 고정 연결되는 하나 또는 다수의 분할 전극쌍들이 여기 진동, 다시 말해, 여기 진동의 순간 진폭의 탐지를 위해 이용될 수 있으며, 신호선(310)에 연결될 수 있다. 또한 여기 진동의 진폭의 광학 탐지도 생각해볼 수 있다. 각 경우, 제1 신호 V1이 획득되고, 신호선(310)을 통해 판독 장치(200)로 전달된다.

코리올리 자이로스코프(1)는 또한 제2 신호 V2를 판독 장치(200)로 전달하는 제2 신호선(320)을 포함한다. 도 4에 도시된 실시예에서, 제2 신호선(320)은 고정 판독 전극(145)들에 고정 연결된다. 하지만, 제2 신호 V₂는 제2 신호선(320)이 고정 판독 전극(145)에 반드시 연결될 필요는 없도록, 제2 부분 질량의 이동의 탐지의 다른 형식에 의해 획득될 수도 있다. 제2 신호 V₂는 코리올리 자이로스코프(1)의 판독 신호이다.

또한, 코리올리 자이로스코프는 하나 또는 다수의 추가 신호선들을 포함할 수 있으며, 예를 들어 판독 유닛(200)과 질량계(100) 사이의 제3 신호 V₃를 전달할 수 있는 제3 신호선(330)이다. 예를 들어, 제3 신호선(330)은 예를 들어 오류 수정을 위해 이용되는 추가 전극(150)과 연결될 수 있다.

도 5에 도시되어 있는 일 실시예에 따르면, 전압들 U₁(t) 및 U₂(t)가 여기 진동자의 구동 및 그 기계적인 진동들의 간접적인 탐지를 위해 가해진다. 전압들은 고정 여기 전극(130)들의 단자와 그라운드 사이, 또는 추가 전극(150)과 그라운드 사이에 가해진다. 도전적으로 연결된 여기 및 판독 진동자들로 이루어지는 표본 질량은 전하 증폭기를 통해 가상의 그라운드 상태를 항상 유지한다. 전압들 U₁ 및 U₂는 신호 V₁ 및 V₃를 생성하기 위해 가해진다. 전압들 U₁ 및 U₂(미도시)와 유사하게 전하 증폭기(350)를 통해 신호 V₂를 획득하기 위해 전압이 판독 진동자 내에서 각각의 전극(140, 145)에 가해진다.

전하 증폭기(350)의 출력에서, 전극(130, 150)들 사이의 모든 시간 변수 전압들의 전압의 총합의 상과 시간 종속 정전 용량들에 의해 가중되는 표본 질량이 생성된다. 부분적인 신호들을 분리하기 위해 디멀티플렉서(360)가 마련된다. 역다중화는 탐지를 위해 일정한 전압을 소정 시간 간격들 동안 오직 소정의 전극들에만 가해줌으로써, 그리고 전압의 부호를 나중에 인버팅함으로써 달성될 수 있다. 이는 서로 제해지는 두 개의 표본 값들을 마련하며, 여기 및/또는 판독 진동자의 기계적인 움직임의 환산형을 나타낸다.

도 5의 실시예에 따르면, 신호들 V1 V2, V3는 따라서 전압으로 환산된 정전 용량들의 변화 및, 따라서 기계적인 움직임들의 판독 신호들이다.

판독 장치(200)는 제1 탐지 유닛(210), 제2 탐지 유닛(220) 및 출력 유닛(230)을 포함한다. 제1 탐지 유닛(210)은 정의된 시간 t_i에서 제1 신호 V₁로부터 코리올리 자이로스코프(1)의 여기 진동의 진폭 A(t_i)를 결정하도록 설정된다. 제2 탐지 유닛(220)은 제2 신호 V₂로부터 정의된 시간 t_i에서 출력 신호 S(t_i)를 결정하도록 설정된다. 출력 유닛(230)은 제2 탐지 유닛(220)에 의해 결정된 출력 신호 S(t_i)를 정상 상태에서 여기 진동의 진폭 A₀를 제1 탐지 유닛(210)에 의해 결정된 진폭 A(t_i)를 나눈 값과 곱함으로써 정의된 시간 t_i를 위한 코리올리 자이로스코프의 정규화된 출력 신호 S₀(t_i)를 생성하도록 설정된다. 이는 코리올리 자이로스코프(1)의 판독 장치(200)가 코리올리 자이로스코프(1)의 스위치-온 단계 동안에도 유효 데이터를 위해 요구되는 사양을 만족하는 정규화된 출력 신호 S₀를 출력하도록 허용한다.

하지만, 정규화된 출력 신호 S₀는 그 종료 결과들이 이때 코리올리 자이로스코프의 출력 신호를 나타내는 추가적인 신호 프로세싱을 위해 이용될 수도 있다. 이러한 이유에서, 판독 장치(200) 또는 코리올리 자이로스코프(1)는 추가적인 부품들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 판독 장치(200)는 코리올리 자이로스코프의 출력 신호에 대한 온도의 영향들을 보상하기 위한 부품들을 포함할 수 있다.

본 발명의 방법에 대해 이미 기술한 바와 같이, 제1 탐지 유닛(210) 또는 제1 탐지 유닛(210)과 제2 탐지 유닛(220)은 여기 진동의 진폭 A(t) 또는 진폭 A(t)와 출력 신호 S(t)를 연속적으로 결정하도록 형성될 수 있다. 이때, 진폭 A(t) 및 출력 신호 S(t)는 연속적으로 출력 유닛(230)으로 전송되어 거기서 처리될 수 있다. 하지만, 정의된 시간 t_i에서 오직 진폭 A(t_i) 값들 및 출력 신호 S(t_i) 값들만 출력 유닛(230)으로 전송되어 처리될 수도 있다.

본 발명에 따른 방법의 제2 및 제3 실시예를 참고로 설명된 바와 같이, 정의된 시간들 ti는 시한 장치에 도달되는 것으로 정의되거나 또는 진폭 A(t)의 기 결정된 값 Ai에 도달하는 것에 의해 정의된다. 따라서, 판독 장치(200)는 시한 장치(240)를 더 포함할 수 있으며, 예를 들어 시계 또는 클록 발생기 및/또는 비교 유닛(215)이다.

여기서, 만약 경과 시간이 기 결정된 값에 도달되었거나, 만약 클록 신호가 인식되었다면, 시한 장치(240)는 정의된 시간 t_i로 시간을 정의한다. 이때, 정의된 시간들 t_i는 여기 진동의 측정된 진폭 A(t)에 의존적이지 않다. 만약 정의된 시간 t_i가 감지되거나, 시한 장치(240)에 의해 도달되어 정의되면, 시한 장치(240)는 제1 탐지 유닛(210)이 진폭 A(t_i)를 결정하게 하고, 제 탐지 유닛(220)은 출력 신호 S(t_i)를 결정하게 한다.

도 4 및 5에 도시된 실시예들은 판독 장치(200)가 시한 장치(240)를 포함하나, 진폭 A(ti)를 결정하기 위해 일시적으로 정의된 신호 및 출력 신호 S(ti)가 판독 장치(200) 외부의 부품, 심지어 코리올리 자이로스코프(1)의 외부의 부품에 의해서 생성될 수도 있고, 제1 탐지 유닛(210) 및 제2 탐지 유닛(220)으로 전송될 수 있다.

비교 유닛(210)은 제1 탐지 유닛(210)에 의해 결정된 여기 진동의 진폭 A(t)을 연속적으로 미리 결정된 값 A_i와 비교하는 역할을 한다. 만약 비교 유닛(215)이 기 결정된 값 A_i에 도달되었다는 것을 감지하면, 해당 시간은 정의된 시간 t_i로 인식되거나 정의되며, 제2 탐지 유닛(220)은 출력 신호 S(t_i)를 결정하게 된다. 나아가 값 A(t) = A(t_i) = A_i가 출력 신호(230)로 전송되어, 설명한 것과 같은 정규화된 출력 신호 S₀(t_i)를 생성하기 위해 이용된다.

도 4 및 5에서, 비교 유닛(215)이 제1 탐지 유닛(210)의 부품으로 도시되어 있다. 하지만, 제1 탐지 유닛(210)이 진폭 값 A(ti)를 출력 유닛(230)으로 전송하도록 하고, 제2 탐지 유닛(220)이 출력 신호 S(ti)의 값을 결정하고 이 값을 출력 유닛(230)으로 전송하게 하는데 적합하기만 하면, 비교 유닛(215)은 제1 탐지 유닛(210)의 외부, 판독 장치(200)의 외부, 또는 심지어 코리올리 자이로스코프(1)의 외부에 배치될 수도 있다.

Claims (9)

1. 제1 축(x)에 평행한 코리올리 자이로스코프(1)의 여기 진동이 여기될 수 있는 질량계(100)를 구비하며, 코리올리 힘으로 인한 제1 축(x)과 수직하게 마련된 제2 축(y)을 따른 질량계의 편향이 코리올리 자이로스코프(1)의 판독 신호(S)를 이용하여 확인될 수 있는 코리올리 자이로스코프(1)의 질량의 스위치-온 시간을 최적하기 위한 방법으로,
   정의된 시간(t_i)에서 코리올리 자이로스코프(1)의 여기 진동의 진폭(A) 결정,
   정의된 시간(t_i)에서 코리올리 자이로스코프(1)의 출력 신호(S) 결정, 및
   결정된 출력 신호(S)에 정상 상태에서의 코리올리 자이로스코프(1)의 진폭(A₀)을 결정된 진폭(A)으로 나눈 몫을 곱함으로써 코리올리 자이로스코프(1)의 정규화된 출력 신호(S₀) 생성을 포함하는 코리올리 자이로스코프(1)의 질량의 스위치-온 시간을 최적하기 위한 방법.
2. 제1항에 있어서,
   적어도 하나의 추가적인 정의된 시간(t_i+1)을 위해 진폭(A) 결정, 출력 신호(S) 결정 및 정규화된 출력 신호(S₀) 생성을 위한 단계들의 반복을 더 포함하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   적어도 하나의 정의된 시간(t_i, t_i+1)이 시한 장치(240)에 의해 도달된 것으로 정의되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   코리올리 자이로스코프(1)의 여기 진동의 진폭(A)은 연속적으로 결정되고,
   여기 진동의 결정된 진폭(A)이 각각 기결정된 값(A_i, A_i+1)에 도달되었을 때, 적어도 하나의 정의된 시간(t_i, t_i+1)들이 도달된 것으로 정의되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제4항에 있어서,
   결정된 진폭(A)이 정상 상태에서의 코리올리 자이로스코프(1)의 여기 진동의 진폭(A₀)에 해당될 때 방법이 종료되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   기결정된 시점(t_n)에 도달한 후 방법이 종료되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 코리올리 힘 때문에 제1 축(x)에 수직하게 마련되는 제2축(y)을 따른 질량계의 편향이 코리올리 자이로스코프(1)의 출력 신호(S)를 이용하여 확인될 수 있으며, 제1 축(x)에 평행한 코리올리 자이로스코프(1)의 여기 진동이 여기될 수 있는 질량계(100),
   제1 탐지 유닛(210), 제2 탐지 유닛(220) 및 출력 유닛(230)을 포함하는 판독 장치(200)를 포함하며,
   제1 탐지 유닛(210)은 정의된 시간(t_i)에서 코리올리 자이로스코프(1)의 여기 진동의 진폭(A)을 결정하도록 설정되고,
   제2 탐지 유닛(220)은 정의된 시간(t_i)에서 코리올리 자이로스코프(1)의 출력 신호(S)를 결정하도록 설정되고,
   출력 유닛(230)은 결정된 출력 신호(S)를 정상 상태에서의 코리올리 자이로스코프(1)의 여기 진동의 진폭(A₀)을 결정된 진폭(A)으로 나눈 몫을 곱함으로써 정규화된 출력 신호(S₀)를 생성하도록 설정되는 코리올리 자이로스코프(1).
8. 제7항에 있어서,
   도달된 것으로 정의된 시간(t_i)을 정의하거나 정의된 시간(t_i)에서 여기 진동의 진폭 및 코리올리 자이로스코프의 출력 신호의 결정을 개시하도록 설정된 시한 장치(240)를 더 포함하는 코리올리 자이로스코프(1).
9. 제7항 또는 8항에 있어서,
   기결정된 값과 결정된 진폭(A)을 비교하도록 설정되는 비교 유닛(215)을 더 포함하는 코리올리 자이로스코프(1).

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