JP2006515928A - 回転数センサ - Google Patents
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Abstract
Description
未公開のドイツ特許願DE10237411.2による回転数センサは、直交補償構造を有する線形運動振動ジャイロスコープである。この形式の回転数センサは、2つの部分構造体が基板表面に対して平行に駆動されることを特徴とする。駆動は、部分構造体の運動方向がそれぞれ反対方向であるように行われる。2つの部分構造体はカップラフィールドにより相互に機械的に結合されている。この形式の直交補償型回転数センサのコリオリ素子には理想的な場合、コリオリ加速度に起因する力だけが検出方向に有効に作用することとなる。検出方向として、それぞれの駆動フレームの運動方向に対して直交し、基板面にある運動方向をあげることができる。しかしカップラフィールドの非線形性のため、コリオリ素子には不所望の振動が励振される。この振動は駆動フレームの振動と同相であり、2倍の周波数を有する。この振動(以下、2f信号と称する)はノイズ信号である。力補償された回転数センサの測定信号を評価するためには、この2f信号は力フィードバックの構成における制約を意味する。なぜなら2f信号は、コリオリ加速度に起因する、評価すべき測定信号よりも大きいからである。従って2f信号を抑圧または補償することが必要である。
本発明は、主請求項の上位概念の構成を備える回転数センサから出発する。回転数センサには基板、駆動素子、およびコリオリ素子が設けられており、コリオリ素子は基板の表面上に配置されている。ここでコリオリ素子(2a,2b)は駆動素子によって、x軸に対して平行に振動励振される。ここでは、x軸に対して実質的に垂直に設けられたy軸でのコリオリ素子の傾斜運動を検出することができる。ここでx軸とy軸は基板の表面に対して平行に設けられている。本発明の回転数センサは力伝達手段を有し、これにより基板とコリオリ素子との間でダイナミックな力作用が伝達される。本発明の要点は、この手段により伝達される力作用の周波数が、x軸に対して平行な駆動素子の振動周波数の整数倍であるようにすることである。このような回転数センサにより、駆動振動周波数の整数倍の周波数であるノイズ信号が補償される。ノイズ信号は例えば2f信号である。
本発明の実施例が図面に示されており、以下詳細に説明する。
図1は、従来技術による直交補償構造を備えるマイクロメカニカル回転数センサを示す。
図2は、ダイナミックな2f信号を付加的電極と電子回路によって抑圧する本発明の回転数センサの概略図である。
図3は、ダイナミックな2f信号を、2f補償電圧が固定されている場合に電子機械的乗算によって抑圧する本発明の回転数センサの概略図である。
図4は、ダイナミックな2f信号を、2f補償電圧が制御される場合に電子機械的乗算によって抑圧する本発明の回転数センサの概略図である。
図5は、ダイナミックな2f信号を、2f補償電圧と直交補償電圧が制御される場合に電子機械的乗算によって抑圧する本発明の回転数センサの概略図である。
以下に説明する実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
Claims (10)
- 基板、駆動素子(1a,1b)およびコリオリ素子(2a,2b)を備える回転数センサであって、
該コリオリ素子は基板表面上に配置されており、
コリオリ素子(2a,2b)は、駆動素子(1a,1b)によって第1の軸(X)に対して平行に振動が励振され、
第1の軸(X)に対して実質的に垂直な第2の軸(Y)におけるコリオリ素子(2a,2b)の傾斜運動が検出され、
第1および第2の軸(X,Y)は基板の表面に対して平行であり、
力伝達手段(8,9,21,22)が設けられており、これによりダイナミックな力作用が基板とコリオリ素子(2a,2b)との間で伝達される形式の回転数センサにおいて、
前記手段(8,9,21,22)によって伝達された力作用は、第1の軸(X)に対して平行な駆動素子の振動周波数の整数倍である周波数を有する、ことを特徴とする回転数センサ。 - 請求項1記載の回転数センサにおいて、前記手段(8,9)は、ダイナミックな力作用を基板とコリオリ素子(2a,2b)との間で直接で伝達するように設けられている。
- 請求項1記載の回転数センサにおいて、前記手段(21,22)は、ダイナミックな力作用を基板とコリオリ素子(2a,2b)との間で間接的に伝達し、直接的な力作用が基板と検出素子(3a,3b)との間で伝達されるように設けられており、
検出素子(3a,3b)はコリオリ素子とバネ(4)によって結合されており、これによりダイナミックな力作用が基板とコリオリ素子(2a,2b)との間で伝達される。 - 請求項1記載の回転数センサにおいて、検出手段(20a,20b)が設けられており、該検出手段によって、第1の軸(X)に対して平行な駆動素子の位置が検出される。
- 請求項1記載の回転数センサにおいて、伝達された力作用は、第1の軸(X)に対して平行な駆動素子の振動と固定的な位相関係を有する。
- 請求項1記載の回転数センサにおいて、手段(8,9)により伝達される力作用の位相は、第1の軸(X)に対して平行な駆動素子の振動を基準にして調整可能である。
- 請求項1記載の回転数センサにおいて、前記手段(8,9)は、力作用の振幅が第2の軸(Y)における検出素子(2a,2b)の傾斜運動により共に定められるように設けられている。
- 請求項1から7までのいずれか一項記載の回転数センサにおいて、相互に対称に配置された2つのコリオリ素子(2a,2b)が設けられており、
当該コリオリ素子(2a,2b)間には機械的な結合部が設けられている。 - 請求項1記載の回転数センサにおいて、伝達される力作用の周波数は電子機械的乗算の積であり、
被乗数は、駆動素子(1a,1b)の振動の周波数を備える信号であり、
乗数は、前記被乗数に対して位相シフトされた、駆動素子(1a,1b)の振動の周波数を備える信号である。 - 請求項1記載の回転数センサにおいて、伝達される力作用の周波数は、駆動素子(1a,1b)の振動周波数の2倍である。
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