JPH0618543A - 速度センサ - Google Patents
速度センサInfo
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- JPH0618543A JPH0618543A JP5064242A JP6424293A JPH0618543A JP H0618543 A JPH0618543 A JP H0618543A JP 5064242 A JP5064242 A JP 5064242A JP 6424293 A JP6424293 A JP 6424293A JP H0618543 A JPH0618543 A JP H0618543A
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- JP
- Japan
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- speed sensor
- pick
- vibration
- vibrating
- transducer
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
- G01C19/567—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using the phase shift of a vibration node or antinode
- G01C19/5677—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using the phase shift of a vibration node or antinode of essentially two-dimensional [2D] vibrators, e.g. ring-shaped vibrators
- G01C19/5684—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using the phase shift of a vibration node or antinode of essentially two-dimensional [2D] vibrators, e.g. ring-shaped vibrators the devices involving a micromechanical structure
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 静電ピック−オフを共振器にごく接近して配
置することによるセンサの動作可能性の低減及びトラン
スデューサ間の精巧な塵埃除去を必要としない駆動及び
ピック−オフの形態を備えた速度センサを提供する。 【構成】 静電励磁装置（10）は振動速度センサ（18）
を備え、それによってより大きな空気間隙（Ｇ）を電磁
駆動及び静電ピック−オフトランスデューサ（30, 60,
62, 92）間に備えることができる、より大きな空気間隙
は恐らく静電駆動に対抗するように電磁作用によって発
生する振動のより大きなマグニチュードによるものであ
る。そして粘性減衰及び塵埃除去の問題を避けるベく援
助する。
置することによるセンサの動作可能性の低減及びトラン
スデューサ間の精巧な塵埃除去を必要としない駆動及び
ピック−オフの形態を備えた速度センサを提供する。 【構成】 静電励磁装置（10）は振動速度センサ（18）
を備え、それによってより大きな空気間隙（Ｇ）を電磁
駆動及び静電ピック−オフトランスデューサ（30, 60,
62, 92）間に備えることができる、より大きな空気間隙
は恐らく静電駆動に対抗するように電磁作用によって発
生する振動のより大きなマグニチュードによるものであ
る。そして粘性減衰及び塵埃除去の問題を避けるベく援
助する。
Description
【０００１】本発明は速度センサ、特に、速度センサの
駆動とピックオフの形態を含むものに関する。英国特許
第２０２１２６６号及び英国特許第２１５６５２３号に
開示されているような速度センサは静電気的な駆動とピ
ック−オフの組み合わせを使用している。このような装
置は、適正な駆動力を創出できるように構成されるべく
駆動電極と高電圧間に達成される小間隙セパレーション
を必要とする不利益を有する。その間隙セパレーション
は４００Ｖが普通である。小間隙は間隙をふさぎ、かつ
共振器の自由な機械的振動を妨げる塵埃粒子のようなも
のの汚染除去の要求はいうまでもなく、断片部分の寸法
強度と安定性に関して問題を提供する。加うるに、もし
空気のような粘性媒体がコンデンサ板の１つは共振器の
部分を形成するコンデンサ板間の小間隙に充満するなら
ば、共振器の厳しい減衰は共振しているコリオリ速度セ
ンサの基本的感度を減ずるものである。粘性減衰のこの
理由として、上述速度センサの共振噐は真空環境におい
て作動されなければならない。真空環境はセンサの複雑
さとコスト高を加え、かつ限られた放置寿命しかもたな
い。
駆動とピックオフの形態を含むものに関する。英国特許
第２０２１２６６号及び英国特許第２１５６５２３号に
開示されているような速度センサは静電気的な駆動とピ
ック−オフの組み合わせを使用している。このような装
置は、適正な駆動力を創出できるように構成されるべく
駆動電極と高電圧間に達成される小間隙セパレーション
を必要とする不利益を有する。その間隙セパレーション
は４００Ｖが普通である。小間隙は間隙をふさぎ、かつ
共振器の自由な機械的振動を妨げる塵埃粒子のようなも
のの汚染除去の要求はいうまでもなく、断片部分の寸法
強度と安定性に関して問題を提供する。加うるに、もし
空気のような粘性媒体がコンデンサ板の１つは共振器の
部分を形成するコンデンサ板間の小間隙に充満するなら
ば、共振器の厳しい減衰は共振しているコリオリ速度セ
ンサの基本的感度を減ずるものである。粘性減衰のこの
理由として、上述速度センサの共振噐は真空環境におい
て作動されなければならない。真空環境はセンサの複雑
さとコスト高を加え、かつ限られた放置寿命しかもたな
い。
【０００２】上述の静電ピック−オフと関連する問題の
１つはそれらが共振器に非常に近接して配置されなけれ
ばならず、その結果、静電駆動トランスデューサによっ
て発生する比較的小さな振動振幅を感知する。共振器に
対してピックオフトランスデューサの極端な接近は静電
駆動トランスデューサと関連する問題がまた静電ピック
オフトランスデューサとともに経験されているところで
ある。このようにさらにセンサの動作可能性を減ずる。
上記に加えて、それは望ましくないクロストークのかな
りの量が静電励磁とピックオフトランスデューサ間に生
じ、それはトランスデューサ間が精巧な塵埃除去の必要
となる。上述の問題をかなり解消し減ずる駆動及びピッ
クオフの形態を備えた速度センサを提供することが本発
明の目的である。
１つはそれらが共振器に非常に近接して配置されなけれ
ばならず、その結果、静電駆動トランスデューサによっ
て発生する比較的小さな振動振幅を感知する。共振器に
対してピックオフトランスデューサの極端な接近は静電
駆動トランスデューサと関連する問題がまた静電ピック
オフトランスデューサとともに経験されているところで
ある。このようにさらにセンサの動作可能性を減ずる。
上記に加えて、それは望ましくないクロストークのかな
りの量が静電励磁とピックオフトランスデューサ間に生
じ、それはトランスデューサ間が精巧な塵埃除去の必要
となる。上述の問題をかなり解消し減ずる駆動及びピッ
クオフの形態を備えた速度センサを提供することが本発
明の目的である。
【０００３】したがって、本発明は、軸Ｘの周りに振動
する振動構体を有するリング或いはフープ共振器、前記
振動構体における励磁振動の振動装置と、前記振動構体
における振動を検出する振動検出装置、振動を発生させ
るように前記励磁装置と共働する前記振動構体上におけ
る磁気力と常磁性領域に発生する励磁装置よりなる振動
装置と受信用の振動構体及び動きの静電信号指示用振動
構体に隣接する一個以上の静電ピック−オフトランスデ
ューサよりなる振動検出器を提供する。静電励磁よりは
むしろ電磁励磁を備えることによって大きな振動の振幅
を得ることができ、そしてより大きな空気間隙が駆動ト
ランスデューサと共振器の間に構成される。より大きな
振動の振幅はこれらが以前に構成されたものよりはより
大きな空気間隙セパレーションを構成する容量性ピック
−オフトランスデューサによって感知できる。このよう
にしてさらに粘性減衰と汚染と関連する問題を減少させ
ている。さらに、容量性ピック−アップは交流磁界に衝
突するのに対して比較的鈍感である。センサの作用は大
きな間隙が共振器振動等の粘性減衰の受容できる低い水
準において生ずるが故に７８０mmHg（１bar)の空気圧に
おいてこのように大きい。共振器用の共振の機械的Ｑ−
常数は非常に低いものが受容される。この装置の別の特
徴は励磁とピック−オフトランスデューサ間の直接のク
ロストークにおけるかなりの減少が得られるということ
である。
する振動構体を有するリング或いはフープ共振器、前記
振動構体における励磁振動の振動装置と、前記振動構体
における振動を検出する振動検出装置、振動を発生させ
るように前記励磁装置と共働する前記振動構体上におけ
る磁気力と常磁性領域に発生する励磁装置よりなる振動
装置と受信用の振動構体及び動きの静電信号指示用振動
構体に隣接する一個以上の静電ピック−オフトランスデ
ューサよりなる振動検出器を提供する。静電励磁よりは
むしろ電磁励磁を備えることによって大きな振動の振幅
を得ることができ、そしてより大きな空気間隙が駆動ト
ランスデューサと共振器の間に構成される。より大きな
振動の振幅はこれらが以前に構成されたものよりはより
大きな空気間隙セパレーションを構成する容量性ピック
−オフトランスデューサによって感知できる。このよう
にしてさらに粘性減衰と汚染と関連する問題を減少させ
ている。さらに、容量性ピック−アップは交流磁界に衝
突するのに対して比較的鈍感である。センサの作用は大
きな間隙が共振器振動等の粘性減衰の受容できる低い水
準において生ずるが故に７８０mmHg（１bar)の空気圧に
おいてこのように大きい。共振器用の共振の機械的Ｑ−
常数は非常に低いものが受容される。この装置の別の特
徴は励磁とピック−オフトランスデューサ間の直接のク
ロストークにおけるかなりの減少が得られるということ
である。
【０００４】好ましくは、センサは前記軸Ｘ周りの前記
構体の回転を検出する前記振動構体の半径方向の外側に
位置した静電ピック−オフトランスデューサを含む。有
利には、センサは一対の静電ピック−オフトランスデュ
ーサを含み、その第１の上部部分は前記振動構体の第１
側に隣接して位置しており、その第２の低部部分はそれ
らに対して前記軸Ｘ及び／又は垂直の方向における前記
振動構体の運動を検出するための前記振動構体の第２側
に隣接して位置される。便利なことには、そのセンサは
振動装置駆動用の振動体を含んでいる。振動装置は互い
に振動体の反対側に位置した２つは駆動トランスデュー
サから構成できる。有益なことには、センサは前記振動
構体を通じて電流を通過するために接続された電位電源
を包含する。オシレータはコントロールループとアナロ
グフィルターをロックした位相を含むことができる。こ
れに加えて、オシレータは一定振幅に対して第１のバッ
ファピック−オフ信号を保持するためにゲインコントロ
ール要素を包含できる。同期復調器は前記第２のピック
−オフトランスデューサからの信号を受け、一つの信号
を発生し、その信号からセンサ回転速度に相当する信号
が導出される。
構体の回転を検出する前記振動構体の半径方向の外側に
位置した静電ピック−オフトランスデューサを含む。有
利には、センサは一対の静電ピック−オフトランスデュ
ーサを含み、その第１の上部部分は前記振動構体の第１
側に隣接して位置しており、その第２の低部部分はそれ
らに対して前記軸Ｘ及び／又は垂直の方向における前記
振動構体の運動を検出するための前記振動構体の第２側
に隣接して位置される。便利なことには、そのセンサは
振動装置駆動用の振動体を含んでいる。振動装置は互い
に振動体の反対側に位置した２つは駆動トランスデュー
サから構成できる。有益なことには、センサは前記振動
構体を通じて電流を通過するために接続された電位電源
を包含する。オシレータはコントロールループとアナロ
グフィルターをロックした位相を含むことができる。こ
れに加えて、オシレータは一定振幅に対して第１のバッ
ファピック−オフ信号を保持するためにゲインコントロ
ール要素を包含できる。同期復調器は前記第２のピック
−オフトランスデューサからの信号を受け、一つの信号
を発生し、その信号からセンサ回転速度に相当する信号
が導出される。
【０００５】以下、本発明を添付図面を参照して実施例
に基づいて説明する。図１は本発明の一態様による無極
性磁石付振動励磁型トランスデューサの模式図である。
図２は永久磁石極付振動励磁型トランスデューサの模式
図である。図３及び図４は本発明による速度センサ上に
位置する種々のピック−オフトランスデューサを示す。
図５ないし図７は本発明の種々の特徴を備えた単軸速度
センサの模式図である。今、図１と２について端的にい
えば、通常１０で示される振動装置は磁気力（Ｆm ）発
生用励磁装置１２と通常１２で示される速度センサの振
動構体１６上にある常磁性領域１４からなる。励磁装置
１２は図１に示すような１個の芯からなるか或いは１個
以上の芯部分２２からなる。その１個以上は磁気的に極
性を有し、図２に示すように永久磁石である。電流供給
装置（図示しない）は直流成分及び無極性の芯が使用さ
れる交流成分、或いは単に極性を有する芯の交流成分を
備えていてその極性を有する芯は振動が二重に重なって
も耐えられるようになっている。それ故、Ｆm はこの位
置における電流Ｉの進む方向に関係がない。もし、間隙
幅Ｘの抵抗が大きく磁気回路の抵抗を制限するならば、
磁気力Ｆmは Ｆm ＝μ（Ｈ0 ＋（ｎＩ／２Ｘ））2 Ａ …式１ ここでＨO は芯の磁気分極作用と共働する芯の磁化力、
ｎは芯１２の周りのワイヤーの巻数、Ａはほぼ板として
図２に示す常磁性部分１４に面する芯端２２の略の面
積、かつμは間隙領域ｇに付与する中位透磁率である。
この励磁方法の利点はその力がコイル電流Ｉと磁化力Ｈ
0 によって決まる。Ａ及びＸのような幾何学的パラメー
タは安定する傾向があり、μは磁気発散を何ら生じなけ
れば、一定である。
に基づいて説明する。図１は本発明の一態様による無極
性磁石付振動励磁型トランスデューサの模式図である。
図２は永久磁石極付振動励磁型トランスデューサの模式
図である。図３及び図４は本発明による速度センサ上に
位置する種々のピック−オフトランスデューサを示す。
図５ないし図７は本発明の種々の特徴を備えた単軸速度
センサの模式図である。今、図１と２について端的にい
えば、通常１０で示される振動装置は磁気力（Ｆm ）発
生用励磁装置１２と通常１２で示される速度センサの振
動構体１６上にある常磁性領域１４からなる。励磁装置
１２は図１に示すような１個の芯からなるか或いは１個
以上の芯部分２２からなる。その１個以上は磁気的に極
性を有し、図２に示すように永久磁石である。電流供給
装置（図示しない）は直流成分及び無極性の芯が使用さ
れる交流成分、或いは単に極性を有する芯の交流成分を
備えていてその極性を有する芯は振動が二重に重なって
も耐えられるようになっている。それ故、Ｆm はこの位
置における電流Ｉの進む方向に関係がない。もし、間隙
幅Ｘの抵抗が大きく磁気回路の抵抗を制限するならば、
磁気力Ｆmは Ｆm ＝μ（Ｈ0 ＋（ｎＩ／２Ｘ））2 Ａ …式１ ここでＨO は芯の磁気分極作用と共働する芯の磁化力、
ｎは芯１２の周りのワイヤーの巻数、Ａはほぼ板として
図２に示す常磁性部分１４に面する芯端２２の略の面
積、かつμは間隙領域ｇに付与する中位透磁率である。
この励磁方法の利点はその力がコイル電流Ｉと磁化力Ｈ
0 によって決まる。Ａ及びＸのような幾何学的パラメー
タは安定する傾向があり、μは磁気発散を何ら生じなけ
れば、一定である。
【０００６】上述の装置は代表的には、０．５mmの間隙
離間が得られ、かつ高電圧を発生する必要を避けるため
のかなり大きな力を許容する別の利点を有する。さらに
狭い間隙における塵埃汚染の問題は回避され空気排除の
効果も減じることができ、その結果、適正な感度が真空
囲壁内の共振器を作動させる必要もなく達成できる。そ
れは以下のようにして導き出される。即ち Ｆm ／Ｆθ＝（μ／εＶ2 )(２Ｘ2 Ｈ0 2 ＋ｎ2 Ｉ2 ／２＋２Ｈ0 ｎＩＸ） …式２ 間隙幅Ｘは式１において増加するように見られ、磁気力
Ｆm は静電力Ｆｅよりさらに意味あるようになり、ま
た、Ｆm は多数の巻数（大きさｎ）と強く磁化された芯
（大きさＨ0 ）を使用することによって増加される。励
磁装置を近付けると、特に高電圧であるときには、静電
励磁の場合に存在する放電の危険もまた避けられる。英
国特許第９１０５０６．９号明細書に述べられている速
度センサ１８を振動させるものを励磁するために、共振
器の大部分の材料は強い常磁性体或いは図５から７に示
すような速度センサの振動部分Ｉにおける適当な位置に
接着或いは配置されたニッケル、鉄或いは希土元素のよ
うな材料の強い常磁性のターゲット１４であるのが望ま
しい。その代わりに非強磁性の振動部分１６は励磁装置
としてそれを使用するためにニッケルのような強磁性材
料１４の完全な層で一様に被覆或いはメッキされること
ができる。もし強磁性材料１４のターゲットが用いられ
るならば、その数は速度センサの形態によるであろう
し、かつそれらの位置はともに振動部分１６或いはそれ
らが関連する支持ビーム２４上に配置されるであろう。
励磁装置を構成する振動速度センサにとって、振動部分
は鉄、ニッケル、固いベリリウム銅、ガラス或いはシリ
コンのような比較的高い機械的Ｑ−常数（＞４００）の
材料で製造されねばならない。もし、金属が振動部分と
して選択されれば、これは金属シートからエッチング或
いは打抜きによって製造される。エッチング方法はより
大きな耐久性管理が達成されるが故に好まれ、付加的応
力は加工部分には及ばない。もしエッチングが金属振動
部分の加工方法として使用されれば、振動部分の特徴が
適当なマスクを使用してさらされる光電性合成樹脂フィ
ルムにおける金属シートを被覆することが必要である。
防食剤で被覆されたシートはそのとき、酸化或いは塩化
鉄のようなものを含む化学槽の中でエッチングされ、エ
ッチング行程が終ったままの状態の形態成分が残ってい
る。その成分はすすがれ、残った防食剤は移送される。
シートからその成分をエッチングする代わりの方法は直
接レーザ切断をすることである。（アップレーション或
いはレーザ補助によるプラズママシーニングによる）上
述のような振動部分としてシリコン或いはガラスを使用
することがまた可能である。これらの材料のエッチング
はフッ化水素酸或い水酸化カリウムに基ずく方法を使用
して達成される。ガスのようなプラズマエッチング或い
はレーザマシーニングのようなさらに平凡な方法はガラ
ス或いはシリコンから共振器を形成するように構成され
る。しかしながら、これらの方法は単にぬらした化学的
エッチングよりも高価である傾向がある。
離間が得られ、かつ高電圧を発生する必要を避けるため
のかなり大きな力を許容する別の利点を有する。さらに
狭い間隙における塵埃汚染の問題は回避され空気排除の
効果も減じることができ、その結果、適正な感度が真空
囲壁内の共振器を作動させる必要もなく達成できる。そ
れは以下のようにして導き出される。即ち Ｆm ／Ｆθ＝（μ／εＶ2 )(２Ｘ2 Ｈ0 2 ＋ｎ2 Ｉ2 ／２＋２Ｈ0 ｎＩＸ） …式２ 間隙幅Ｘは式１において増加するように見られ、磁気力
Ｆm は静電力Ｆｅよりさらに意味あるようになり、ま
た、Ｆm は多数の巻数（大きさｎ）と強く磁化された芯
（大きさＨ0 ）を使用することによって増加される。励
磁装置を近付けると、特に高電圧であるときには、静電
励磁の場合に存在する放電の危険もまた避けられる。英
国特許第９１０５０６．９号明細書に述べられている速
度センサ１８を振動させるものを励磁するために、共振
器の大部分の材料は強い常磁性体或いは図５から７に示
すような速度センサの振動部分Ｉにおける適当な位置に
接着或いは配置されたニッケル、鉄或いは希土元素のよ
うな材料の強い常磁性のターゲット１４であるのが望ま
しい。その代わりに非強磁性の振動部分１６は励磁装置
としてそれを使用するためにニッケルのような強磁性材
料１４の完全な層で一様に被覆或いはメッキされること
ができる。もし強磁性材料１４のターゲットが用いられ
るならば、その数は速度センサの形態によるであろう
し、かつそれらの位置はともに振動部分１６或いはそれ
らが関連する支持ビーム２４上に配置されるであろう。
励磁装置を構成する振動速度センサにとって、振動部分
は鉄、ニッケル、固いベリリウム銅、ガラス或いはシリ
コンのような比較的高い機械的Ｑ−常数（＞４００）の
材料で製造されねばならない。もし、金属が振動部分と
して選択されれば、これは金属シートからエッチング或
いは打抜きによって製造される。エッチング方法はより
大きな耐久性管理が達成されるが故に好まれ、付加的応
力は加工部分には及ばない。もしエッチングが金属振動
部分の加工方法として使用されれば、振動部分の特徴が
適当なマスクを使用してさらされる光電性合成樹脂フィ
ルムにおける金属シートを被覆することが必要である。
防食剤で被覆されたシートはそのとき、酸化或いは塩化
鉄のようなものを含む化学槽の中でエッチングされ、エ
ッチング行程が終ったままの状態の形態成分が残ってい
る。その成分はすすがれ、残った防食剤は移送される。
シートからその成分をエッチングする代わりの方法は直
接レーザ切断をすることである。（アップレーション或
いはレーザ補助によるプラズママシーニングによる）上
述のような振動部分としてシリコン或いはガラスを使用
することがまた可能である。これらの材料のエッチング
はフッ化水素酸或い水酸化カリウムに基ずく方法を使用
して達成される。ガスのようなプラズマエッチング或い
はレーザマシーニングのようなさらに平凡な方法はガラ
ス或いはシリコンから共振器を形成するように構成され
る。しかしながら、これらの方法は単にぬらした化学的
エッチングよりも高価である傾向がある。
【０００７】電磁駆動トランスデューサによって発生さ
れた比較的大きな振動の振幅は大きな空気間隙を構成す
る容量性ピック−オフトランスデューサを図３と４に示
すように構成することができる。図３において回転速度
ピック−オフトランスデューサ３０はセンサ１８の振動
構体３２に隣接して配置され、しかも３００μｍほどの
比較的大きな間隙Ｇによってそれらから離間している。
電位差Ｖβはピック−オフトランスデューサ３０と振動
構体が面する振動構体のエッジ３４間に要求される。偏
奇発生器４６はトランスデューサ３０と電導的振動構体
３２間に正（或いは負）の電位を提供するものを有す
る。断熱層４８は構体３２と支持ベース５０間に設けら
れる。客量性ピック−オフトランスデューサの作用は周
知技術であるので以下には詳述しない。しかしながら、
端的にいって振動部分３２の回転はトランスデューサに
よって検出されるコンデンサー効果を生む。この効果の
大きさは回転速度の表示であり、それ故、トランスデュ
ーサ３０からの出力はセンサ回転速度を決定するのに使
用される。トランスデューサ３０からの出力を緩和する
ために電荷振幅５２を含むことができる。振動構体を妨
害するために、偏奇電位Ｖβは振動部分の中心取付領域
５２に供給される。懸吊リング或いはフープのような共
振器は多軸慣性センサとして用いられる。この感知機能
を達成するために、図４に示すように静電ピック−オフ
トランスデューサを配置することが必要である。図４に
おいてピック−オフトランスデューサ６０，６２は振動
構体３２の上と下に位置している。もしトランスデュー
サ６０，６２は大きさと振動構体３２からの距離は全く
同一であれば、加算信号ＡとＢはＰ軸内における構体の
動きの検出を許容し、その上減算信号ＡとＢはＱ方向の
動きを感知できる。
れた比較的大きな振動の振幅は大きな空気間隙を構成す
る容量性ピック−オフトランスデューサを図３と４に示
すように構成することができる。図３において回転速度
ピック−オフトランスデューサ３０はセンサ１８の振動
構体３２に隣接して配置され、しかも３００μｍほどの
比較的大きな間隙Ｇによってそれらから離間している。
電位差Ｖβはピック−オフトランスデューサ３０と振動
構体が面する振動構体のエッジ３４間に要求される。偏
奇発生器４６はトランスデューサ３０と電導的振動構体
３２間に正（或いは負）の電位を提供するものを有す
る。断熱層４８は構体３２と支持ベース５０間に設けら
れる。客量性ピック−オフトランスデューサの作用は周
知技術であるので以下には詳述しない。しかしながら、
端的にいって振動部分３２の回転はトランスデューサに
よって検出されるコンデンサー効果を生む。この効果の
大きさは回転速度の表示であり、それ故、トランスデュ
ーサ３０からの出力はセンサ回転速度を決定するのに使
用される。トランスデューサ３０からの出力を緩和する
ために電荷振幅５２を含むことができる。振動構体を妨
害するために、偏奇電位Ｖβは振動部分の中心取付領域
５２に供給される。懸吊リング或いはフープのような共
振器は多軸慣性センサとして用いられる。この感知機能
を達成するために、図４に示すように静電ピック−オフ
トランスデューサを配置することが必要である。図４に
おいてピック−オフトランスデューサ６０，６２は振動
構体３２の上と下に位置している。もしトランスデュー
サ６０，６２は大きさと振動構体３２からの距離は全く
同一であれば、加算信号ＡとＢはＰ軸内における構体の
動きの検出を許容し、その上減算信号ＡとＢはＱ方向の
動きを感知できる。
【０００８】図５から図７について言及する。特に図５
は開ループ単軸旋回速度センサ用の最も簡単な形態を示
す。その図において平面振動モードにおける“ cos２
θ”を使用すると仮定し、関連した高オーダーの振動モ
ードは理論的に使用される。ピック−オフトランスデュ
ーサ３０，６０，６２，９２は振動構体３２の周りの４
５°の点に配置され、第１のピック−オフ３０は振動装
置１０に対して垂直である。ピック−オフ３０における
検出された第１モード振動はバッファ増幅器６８によっ
て増幅され、そして励磁振動装置を導出するオシレータ
７０に導出される。その結果、構体３２の振動は維持さ
れる。オシレータ７０はフェイズ−ロックド−ループの
ような成分を含み、しかし単なるアナログフィルタは最
も単純な器具にとって好ましく、それ故、特にこのトラ
ンスデューサ装置と結合された振動構体は“ cos２θモ
ード”内における１つの顕著な共振を表わしがちであ
る。オシレータ７０はまた一定の振幅に対してピック−
オフ信号をバッファーした第１モードを維持するために
ゲイン−コントロール成分を含んでいる。図５に模式的
に示された振動構体がＸ軸周りに回転すると、コリオリ
の力は第１モード振動を第２のトランスデューサ９２が
配置される第２軸に結合する。検出された第２モード振
動は増幅器７２によって増幅され、同期復調器７４を通
過し、センサ旋回速度に相当するそれからの信号は導き
出される。２つの振動装置は互いに対向側に位置でき、
そのために事実、振動構体内における振動を励起させ
る。その振動構体は適当なものであり、より安価でかつ
よりコンパクトな装置を備えている。
は開ループ単軸旋回速度センサ用の最も簡単な形態を示
す。その図において平面振動モードにおける“ cos２
θ”を使用すると仮定し、関連した高オーダーの振動モ
ードは理論的に使用される。ピック−オフトランスデュ
ーサ３０，６０，６２，９２は振動構体３２の周りの４
５°の点に配置され、第１のピック−オフ３０は振動装
置１０に対して垂直である。ピック−オフ３０における
検出された第１モード振動はバッファ増幅器６８によっ
て増幅され、そして励磁振動装置を導出するオシレータ
７０に導出される。その結果、構体３２の振動は維持さ
れる。オシレータ７０はフェイズ−ロックド−ループの
ような成分を含み、しかし単なるアナログフィルタは最
も単純な器具にとって好ましく、それ故、特にこのトラ
ンスデューサ装置と結合された振動構体は“ cos２θモ
ード”内における１つの顕著な共振を表わしがちであ
る。オシレータ７０はまた一定の振幅に対してピック−
オフ信号をバッファーした第１モードを維持するために
ゲイン−コントロール成分を含んでいる。図５に模式的
に示された振動構体がＸ軸周りに回転すると、コリオリ
の力は第１モード振動を第２のトランスデューサ９２が
配置される第２軸に結合する。検出された第２モード振
動は増幅器７２によって増幅され、同期復調器７４を通
過し、センサ旋回速度に相当するそれからの信号は導き
出される。２つの振動装置は互いに対向側に位置でき、
そのために事実、振動構体内における振動を励起させ
る。その振動構体は適当なものであり、より安価でかつ
よりコンパクトな装置を備えている。
【０００９】多軸慣性センシングとして、多数のピック
−オフトランスデューサの形態は英国特許第９１０５０
６０．９号に記載されているようなものが可能である。
以下に述べるような励磁装置として、開ループセンサは
線型加速度センシング（Ｙ，Ｘ）の２軸を備え旋回速度
センシング（Ｘ）の１軸と角加速度センシング（Ｚ）の
１軸はそのとき図６に示すように形成される。混合マト
リックス６は、Ｚ 線加速度(LINEAR ACCELERATION）、
Ｙ 線加速度(LINEAR ACCERATION）、Ｚ 角加速度（AN
GULAR ACCERATION）、Ｘ 旋回速度（TURNING RATE）の
ようなセンサの特殊な動きを孤立化するためにピック−
オフ信号のアナログ加算と減算を行う。閉ループ単軸旋
回速度センサは図７に示すように２つの駆動振動装置１
０を構成することによって器具となりうる。振動装置１
０は主軸に沿って“ cos２θ”（或いは特に選択すれば
より高いモード）の振動モードを励磁する。そして減衰
ユニット７８は第２のピック−オフ信号の位相を移動さ
せるように共働され、その結果、第２軸に旋回速度によ
って結合される如何なる cos２θモード振動（或いは高
モード）をなくする駆動信号“Ｋ”を提供する。主ピッ
ク−オフ信号“ｈ”は復調器８２用のゲート信号として
使用される前に位相整合装置８０における角度θの位相
で移動される。そしてそのとき復調器８２からは旋回速
度出力信号が得られる。この閉ループの形態は検出され
た旋回速度測定バンド幅の増加の利益を提供する。位相
転移ユニット８０は同期復調器８２が望ましい旋回速度
信号を識別できることを保証する。閉ループ旋回速度検
出器を提供している多軸慣性センサは図６と７に示され
た模式回路を結合することによって得られる。そこでの
加速度信号は開ループで感知され、旋回速度は閉ループ
で感知される。
−オフトランスデューサの形態は英国特許第９１０５０
６０．９号に記載されているようなものが可能である。
以下に述べるような励磁装置として、開ループセンサは
線型加速度センシング（Ｙ，Ｘ）の２軸を備え旋回速度
センシング（Ｘ）の１軸と角加速度センシング（Ｚ）の
１軸はそのとき図６に示すように形成される。混合マト
リックス６は、Ｚ 線加速度(LINEAR ACCELERATION）、
Ｙ 線加速度(LINEAR ACCERATION）、Ｚ 角加速度（AN
GULAR ACCERATION）、Ｘ 旋回速度（TURNING RATE）の
ようなセンサの特殊な動きを孤立化するためにピック−
オフ信号のアナログ加算と減算を行う。閉ループ単軸旋
回速度センサは図７に示すように２つの駆動振動装置１
０を構成することによって器具となりうる。振動装置１
０は主軸に沿って“ cos２θ”（或いは特に選択すれば
より高いモード）の振動モードを励磁する。そして減衰
ユニット７８は第２のピック−オフ信号の位相を移動さ
せるように共働され、その結果、第２軸に旋回速度によ
って結合される如何なる cos２θモード振動（或いは高
モード）をなくする駆動信号“Ｋ”を提供する。主ピッ
ク−オフ信号“ｈ”は復調器８２用のゲート信号として
使用される前に位相整合装置８０における角度θの位相
で移動される。そしてそのとき復調器８２からは旋回速
度出力信号が得られる。この閉ループの形態は検出され
た旋回速度測定バンド幅の増加の利益を提供する。位相
転移ユニット８０は同期復調器８２が望ましい旋回速度
信号を識別できることを保証する。閉ループ旋回速度検
出器を提供している多軸慣性センサは図６と７に示され
た模式回路を結合することによって得られる。そこでの
加速度信号は開ループで感知され、旋回速度は閉ループ
で感知される。
【図１】本発明の一態様による無極性磁石付振動励起型
トランスデューサの模式図である。
トランスデューサの模式図である。
【図２】永久磁石の有極振動励起型トランスデューサの
模式図である。
模式図である。
【図３】本発明による速度センサ上の種々のピック−オ
フトランスデューサである。
フトランスデューサである。
【図４】本発明による速度センサ上の種々のピック−オ
フトランスデューサである。
フトランスデューサである。
【図５】本発明の種々の特徴を合わせ備えた単軸速度セ
ンサの模式図である。
ンサの模式図である。
【図６】本発明の種々の特徴を合わせ備えた単軸速度セ
ンサの模式図である。
ンサの模式図である。
【図７】本発明の種々の特徴を合わせ備えた単軸速度セ
ンサの模式図である。
ンサの模式図である。
１２ 振動装置 １４ 常磁性領域 １６ 振動構体 １８ 速度センサ ３０ 振動検出装置 ３２ 振動構体 ５２ 電荷増幅器 ６０ 振動検出装置 ６２ 振動検出装置 ７４ 同期復調器 ７６ 加算装置、減算装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 テイモテイ・スヴエイン・ノリス イギリス国．エスジイ１・２デイビイ．ハ ートフオードシヤー．ステイーブンエイ ヂ．グネルスウツド・ロード（番地その他 表示なし）．ブリテツシユ・エアロスペー ス・システムズ・アンド・エクイプメン ト・リミテツド内 (72)発明者 ジエームス・マツキンズ イギリス国．エスジイ１・２デイビイ．ハ ートフオードシヤー．ステイーブンエイ ヂ．グネルスウツド・ロード（番地その他 表示なし）．ブリテツシユ・エアロスペー ス・システムズ・アンド・エクイプメン ト・リミテツド内
Claims (15)
- 【請求項１】 振動装置（12）は磁気力発生用励磁装置
（12）と、振動を励起するための励磁装置（12）と共働
する振動構体（32）上の常磁性領域（14）からなり、か
つ振動検出装置（30，60，62）は受信用及び前記振動構
体（16）の動きの静電信号表示用振動構体（32）に隣接
せる一個或いは複数個の静電ピック−オフトランスデュ
ーサからなる速度センサにおいて、軸Ｘの周りに振動す
る振動構体（32）、前記振動構体（32）における振動励
起用振動装置（12）と前記振動構体（16）における振動
検出用振動検出装置（30，60，62）を有するリング或い
はフープ共振器からなることを特徴とする速度センサ。 - 【請求項２】 軸Ｘ周りに前記構体の回転検出用振動構
体（32）の外側に向かって放射状に配置された静電ピッ
ク−オフトランスデューサ（30）を包含することを特徴
とする請求項１に記載の速度センサ。 - 【請求項３】 一対の静電ピック−オフトランスデュー
サ（60，62）を含み、その第１（60）は上部のものが前
記振動構体の第１側に隣接して配置され、かつ第２（6
2）の下部のものが、前記軸Ｘ及び／又はそれに対して
垂直方向における前記振動構体の動きを検出する前記振
動構体の第２側に隣接して配置されていることを特徴と
する請求項１或いは２に記載の速度センサ。 - 【請求項４】 前記１個或いは複数個の静電ピック−オ
フ（30，60，62）からのピック−オフ信号をバッファす
る１個或いは複数個の電荷増幅器（52）を包含すること
を特徴とする請求項１〜３の何れかの１項に記載の速度
センサ。 - 【請求項５】 上部及び下部の静電ピック−オフトラン
スデューサ（60，62）からの静電信号を加算するための
加算装置（76）を包含することを特徴とする請求項３或
いは４に記載の速度センサ。 - 【請求項６】 上部及び下部の静電ピック−オフトラン
スデューサ（60，62）からの静電信号を減算するための
減算装置（76）を包含することを特徴とする請求項３或
いは４に記載の速度センサ。 - 【請求項７】 振動構体（32）の振動を維持するように
振動装置（12）を駆動するものを備えている第１のピッ
ク−オフトランスデューサと前記振動構体（32）の動き
に相当する第２のモード振動を検出するものを備えてい
る第２ピック−オフトランスデューサとを包含すること
を特徴とする請求項１〜６の何れかの１項に記載の速度
センサ。 - 【請求項８】 振動装置（12）を駆動するオシレータ装
置（70）を包含することを特徴とする請求項１〜７の何
れかの１項に記載の速度センサ。 - 【請求項９】 振動装置（12）が互いに振動構体（32）
の反対側に位置する２個の駆動トランスデューサ（12）
からなることを特徴とする請求項１〜８の何れかの１項
に記載の速度センサ。 - 【請求項１０】 振動構体（32）を通じて電流を通過さ
せるように接続された電位電源を包含することを特徴と
する請求項１〜９の何れかの１項に記載の速度センサ。 - 【請求項１１】 オシレータ（70）が位相をロックする
コントロールループを包含することを特徴とする請求項
８に記載の速度センサ。 - 【請求項１２】 前記オシレータ（70）はアナログフィ
ルタを包含することを特徴とする請求項８に記載の速度
センサ。 - 【請求項１３】 オシレータ（70）は一定の振幅に対し
て第１のバッファピック−オフ信号を維持するためにゲ
イン−コントロール成分を包含することを特徴とする請
求項８、１１或いは１２の何れかの１項に記載の速度セ
ンサ。 - 【請求項１４】 前記第２のピック−オフトランスデュ
ーサ（30，60，62）からの信号を受信するための同期復
調器（74）を包含していることを特徴とする請求項７〜
１３の何れかの１項に記載の速度センサ。 - 【請求項１５】 速度センサ加速度及び回転速度を同時
に決めるようにピック−オフ信号のアナログ加算及び減
算を実行する混合マトリックス（76）を包含することを
特徴とする請求項１〜１４の何れかの１項に記載の速度
センサ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9207148:9 | 1992-04-01 | ||
| GB9207148A GB9207148D0 (en) | 1992-04-01 | 1992-04-01 | Planar rate sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0618543A true JPH0618543A (ja) | 1994-01-25 |
Family
ID=10713266
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5064272A Pending JPH0618544A (ja) | 1992-04-01 | 1993-03-23 | 速度センサ |
| JP5064242A Pending JPH0618543A (ja) | 1992-04-01 | 1993-03-23 | 速度センサ |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5064272A Pending JPH0618544A (ja) | 1992-04-01 | 1993-03-23 | 速度センサ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (2) | EP0564175A1 (ja) |
| JP (2) | JPH0618544A (ja) |
| GB (5) | GB9207148D0 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002509615A (ja) * | 1998-03-14 | 2002-03-26 | ビーエイイー システムズ パブリック リミテッド カンパニー | ジャイロスコープ |
| JP2002510398A (ja) * | 1998-03-14 | 2002-04-02 | ビーエイイー システムズ パブリック リミテッド カンパニー | ２軸ジャイロスコープ |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19528961C2 (de) * | 1995-08-08 | 1998-10-29 | Daimler Benz Ag | Mikromechanischer Drehratensensor (DRS) und Sensoranordnung |
| US5656777A (en) * | 1996-06-13 | 1997-08-12 | Alliedsignal, Inc. | Miniature box vibrating gyroscope |
| GB2318184B (en) * | 1996-10-08 | 2000-07-05 | British Aerospace | A rate sensor |
| GB2322196B (en) * | 1997-02-18 | 2000-10-18 | British Aerospace | A vibrating structure gyroscope |
| GB9817347D0 (en) | 1998-08-11 | 1998-10-07 | British Aerospace | An angular rate sensor |
| US6272925B1 (en) | 1999-09-16 | 2001-08-14 | William S. Watson | High Q angular rate sensing gyroscope |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3307409A (en) * | 1959-02-26 | 1967-03-07 | Jr George C Newton | Method of and apparatus for measuring angular motion |
| US3113463A (en) * | 1960-06-08 | 1963-12-10 | United States Time Corp | Inertial angular velocity sensing instrument |
| DE1798394A1 (de) * | 1965-05-21 | 1972-02-24 | Litton Industries Inc | Kreisel mit Schwingrotor |
| US4598585A (en) * | 1984-03-19 | 1986-07-08 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Planar inertial sensor |
| US4793195A (en) * | 1986-10-20 | 1988-12-27 | Northrop Corporation | Vibrating cylinder gyroscope and method |
| GB8917223D0 (en) * | 1989-07-29 | 1990-04-25 | British Aerospace | Attitude sensor |
| DE69102590T2 (de) * | 1990-05-18 | 1994-10-06 | British Aerospace | Trägheitssensoren. |
-
1992
- 1992-04-01 GB GB9207148A patent/GB9207148D0/en active Pending
- 1992-05-01 GB GB9209480A patent/GB9209480D0/en active Pending
- 1992-05-01 GB GB9209445A patent/GB9209445D0/en active Pending
-
1993
- 1993-03-23 JP JP5064272A patent/JPH0618544A/ja active Pending
- 1993-03-23 JP JP5064242A patent/JPH0618543A/ja active Pending
- 1993-03-25 EP EP93302331A patent/EP0564175A1/en not_active Withdrawn
- 1993-03-25 EP EP93302333A patent/EP0581407A1/en not_active Withdrawn
- 1993-03-26 GB GB9306358A patent/GB2265714A/en not_active Withdrawn
- 1993-03-26 GB GB9306359A patent/GB2265715A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002509615A (ja) * | 1998-03-14 | 2002-03-26 | ビーエイイー システムズ パブリック リミテッド カンパニー | ジャイロスコープ |
| JP2002510398A (ja) * | 1998-03-14 | 2002-04-02 | ビーエイイー システムズ パブリック リミテッド カンパニー | ２軸ジャイロスコープ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB9207148D0 (en) | 1992-05-13 |
| GB9306358D0 (en) | 1993-06-02 |
| GB2265714A (en) | 1993-10-06 |
| GB9209445D0 (en) | 1992-06-17 |
| GB9306359D0 (en) | 1993-05-19 |
| GB2265715A (en) | 1993-10-06 |
| EP0564175A1 (en) | 1993-10-06 |
| EP0581407A1 (en) | 1994-02-02 |
| JPH0618544A (ja) | 1994-01-25 |
| GB9209480D0 (en) | 1992-06-17 |
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