JP2016520811A - 摺動平面近接スイッチを用いた慣性センサ - Google Patents
摺動平面近接スイッチを用いた慣性センサ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016520811A JP2016520811A JP2016504286A JP2016504286A JP2016520811A JP 2016520811 A JP2016520811 A JP 2016520811A JP 2016504286 A JP2016504286 A JP 2016504286A JP 2016504286 A JP2016504286 A JP 2016504286A JP 2016520811 A JP2016520811 A JP 2016520811A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- support structure
- proof mass
- time domain
- inertial sensor
- switch
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Images
Classifications
-
- 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
- G01C19/5642—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using vibrating bars or beams
- G01C19/5656—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using vibrating bars or beams the devices involving a micromechanical structure
-
- 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
- G01C19/5607—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using vibrating tuning forks
- G01C19/5621—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using vibrating tuning forks the devices involving a micromechanical structure
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/097—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by vibratory elements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/135—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by making use of contacts which are actuated by a movable inertial mass
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0808—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate
- G01P2015/0811—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for one single degree of freedom of movement of the mass
- G01P2015/0817—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for one single degree of freedom of movement of the mass for pivoting movement of the mass, e.g. in-plane pendulum
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
Description
本願は、2011年6月24日に出願された「振動摂動の時間領域測定のための装置および方法」(海軍事件#100809)と題された米国出願番号第13/168,603号の一部継続出願である、2013年3月20日に出願された「摺動平面近接スイッチを用いた慣性センサ」(海軍事件#101875)と題された、同一人に所有されかつ同時継続中の米国出願番号第13/847,539号の優先権を主張し、その内容全体が本明細書中に引用により援用される。
この本願は合衆国政府に譲渡され、商業目的のための使用許諾に供される。使用許諾に関する問合せおよび技術的事項に関する問合せは、92152、カリフォルニア州サンディエゴ、コード72120、太平洋、宇宙海戦システムセンター(Space and Naval Warfare Systems Center)、研究技術応用局(Office of Research and Technical Applications);音声電話(619)553−5118;[email protected]に対して行なわれ得る。参照海軍事件番号101875。
本開示は時間領域慣性センサの分野に関する。時間領域慣性センサの一例は、調和的に振動するプルーフマスが予め規定された参照位置を通過する時間を測定することによって慣性加速度を定めることができる振動加速度計である。
開示の1つの局面では、時間領域慣性センサが開示される。1つの実施形態では、センサは、x−y−z相互直交座標系のx−y平面に平行な電極平面を備える支持構造を含み、支持構造はx−y平面内にある最も大きな寸法を特徴とし、さらにセンサは、x−y平面に平行な第1の表面を備えるプルーフマスを含む。1つの変形では、プルーフマスは、空隙によって第1の表面が電極平面から分離されるように支持構造に弾性的に(springedly)結合され、センサはさらに、振動の際に空隙が大幅に変動しないようにほぼx方向にのみ支持構造に対して振動するようにプルーフマスを駆動するように構成される駆動体と、プルーフマスが支持構造に対して第1の参照位置にある場合に開いた状態から閉じた状態に切換るように構成される第1の時間領域近接スイッチとを含む。
図1は、支持構造12、プルーフマス14、(図2に示される)駆動体16、および第1の時間領域近接スイッチ18を備える時間領域慣性センサ10の一般化された図の正面表示である。支持構造12は、x−y−z相互直交座標系のx−y平面に平行な電極平面20を有する。支持構造12の最も大きな寸法はx−y平面内にある。プルーフマス14は、x−y平面に平行な第1の表面22を有し、プルーフマス14は、第1の表面22が空隙24によって電極平面20から分離されるように支持構造12に弾性的に結合される。駆動体16は、振動の際に空隙24が大幅に変動しないように支持構造12に対してほぼx方向にのみ振動するようにプルーフマス14を駆動するように構成される。第1の近接スイッチ18は、プルーフマス14が支持構造12に対して第1の参照位置にある度に開いた状態から閉じた状態に切換るように配設される。たとえば、図1に示されるセンサ10の実施形態では、第1の近接スイッチ18は、支持構造12の特徴26の下をプルーフマス14が通過する度に閉じた状態に切換るように構成されてもよく、この場合、特徴26の底部が電極平面20を規定する。
Claims (21)
- 時間領域慣性センサであって、
x−y−z相互直交座標系のx−y平面に平行な電極平面を備える支持構造を備え、前記支持構造は前記x−y平面内にある最も大きな寸法を特徴とし、さらに
前記x−y平面に平行な第1の表面を備えるプルーフマスを備え、前記プルーフマスは、空隙によって前記第1の表面が前記電極平面から分離されるように前記支持構造に弾性的に結合され、さらに
前記空隙が振動の際に大幅に変動しないように前記支持構造に対してほぼx方向にのみ振動するように前記プルーフマスを駆動するように構成される駆動体と、
前記プルーフマスが前記支持構造に対して第1の参照位置にある場合に開いた状態から閉じた状態に切換るように構成される第1の時間領域近接スイッチとを備える、時間領域慣性センサ。 - 前記支持構造と前記プルーフマスとはモノリシックに集積され、前記空隙は犠牲材料の除去を介して形成される、請求項1に記載の時間領域慣性センサ。
- 前記第1の近接スイッチは容量性スイッチである、請求項1に記載の時間領域慣性センサ。
- 前記支持構造はキャップウェハを備え、前記容量性スイッチの半分は前記キャップウェハに装着される、請求項3に記載の時間領域慣性センサ。
- 前記第1の近接スイッチは、前記プルーフマスに搭載される第1の半分と、前記支持構造に搭載される第2の半分とを備え、前記第1の近接スイッチの前記閉じた状態は、前記第1の半分と第2の半分との間のピーク容量を特徴とするゼロ交差点において発生するように構成される、請求項3に記載の時間領域慣性センサ。
- 前記第1の近接スイッチは光学スイッチである、請求項1に記載の時間領域慣性センサ。
- 前記第1の近接スイッチは、前記電極平面上の前記支持構造に固く装着されるトンネル端を備える電子トンネル端スイッチであり、
前記電子トンネル端スイッチは、前記プルーフマスが前記第1の参照位置にありかつ前記第1の表面のセクションと前記トンネル端とが前記z方向に整列されると前記第1の表面と前記トンネル端との間の電子トンネリングを可能にするようにさらに構成される、請求項1に記載の時間領域慣性センサ。 - 前記トンネル端は前記z方向にある厚みに電気めっきされ、前記厚みは、それを通って前記プルーフマスが振動する区域の上にわたって前記トンネル端を支持するのに十分なものである、請求項7に記載の時間領域慣性センサ。
- 前記駆動体は、電気信号を生成して共振に対する動作を維持するように構成されるフィードバック回路構成を備える、請求項1に記載の時間領域慣性センサ。
- 前記プルーフマス駆動体は容量性櫛駆動を備える、請求項1に記載の時間領域慣性センサ。
- 複数の時間領域近接スイッチをさらに備え、各々の時間領域近接スイッチは、前記プルーフマスが前記支持構造に対して対応の参照位置にある場合に開いた状態から閉じた状態に切換るように構成される、請求項1に記載の時間領域慣性センサ。
- 前記プルーフマスが前記支持構造に対して第1の参照位置にある場合に開いた状態から閉じた状態に切換るように構成される第2の時間領域デジタル近接スイッチをさらに備える、請求項1に記載の時間領域慣性センサ。
- 前記プルーフマスの前記第1の表面はT字状であり、かつ基部、首部、ならびに第1の自由端および第2の自由端を備え、前記基部は前記支持構造に装着され、前記首部は前記第1の近接スイッチに動作するように結合され、前記第1の自由端は第2の近接スイッチに動作するように結合され、前記第2の自由端は第3の近接スイッチに動作するように結合される、請求項11に記載の時間領域慣性センサ。
- 時間領域慣性センサであって、
x−y−z相互直交座標系のx−y平面に平行な頂面を有する支持構造と、
プルーフマスが実質的に前記x−y平面中でのみ振動するように構成されるように前記支持構造に弾性的に結合されるプルーフマスと、
前記支持構造に対して調和的に振動するように前記プルーフマスを駆動するように構成される駆動体と、
前記プルーフマスの各々の対応のそれぞれのセクションが前記支持構造のセクションの下を通過する際に各々の近接スイッチが開いた状態から閉じた状態に切換るように構成されるように、前記支持構造と前記プルーフマスの複数のそれぞれのセクションとに動作するように結合される複数の近接スイッチとを備える、時間領域慣性センサ。 - 前記複数の近接スイッチはトンネル端スイッチであり、前記プルーフマスがその下を通過する支持構造の前記セクションは、前記支持構造に固く装着されかつ空隙によって前記プルーフマスの頂面から前記z方向に分離される電極であり、前記空隙は前記支持構造からの材料の犠牲層の除去の際に形成され、
前記電子トンネル端スイッチは、前記プルーフマスが前記第1の参照位置にありかつ前記第1の表面のセクションと前記トンネル端とが前記z方向に整列されると前記第1の表面と前記トンネル端との間の電子トンネリングを可能にするようにさらに構成される、請求項14に記載の慣性センサ。 - 前記プルーフマスの前記頂面は、基部、首部、第1の端、および第2の端を備えるT字状であり、
前記駆動体は、前記x方向に振動するように前記首部を駆動するようにさらに構成され、
コリオリ力に応答して、前記第1および第2の端は前記y方向に振動するように構成される、請求項14に記載の時間領域慣性センサ。 - 前記複数の近接スイッチのうち少なくとも1つは、前記首部、前記第1の端、および前記第2の端の各々に動作するように結合される、請求項16に記載の時間領域慣性センサ。
- 前記近接スイッチは容量性スイッチであり、各々の容量性スイッチは、前記プルーフマスに搭載される第1の半分と、前記支持構造に搭載される第2の半分とを備え、所与の容量性スイッチの前記閉じた状態は、前記第1の半分と第2の半分との間のピーク容量を特徴とするゼロ交差点で発生するように構成される、請求項14に記載の時間領域慣性センサ。
- 前記近接スイッチのうち各々の前記第1の半分は前記プルーフマスの接地された部分を備える、請求項18に記載の時間領域慣性センサ。
- 慣性を検知する方法であって、
第2の直交する寸法のプルーフマスと支持構造との間の空隙が振動の際に大幅に変動しないように、前記支持構造に対して第1の寸法中でのみ振動するように前記プルーフマスを駆動することと、
前記プルーフマスが前記支持構造に対して第1の参照位置にある場合に開いた状態から閉じた状態に切換ることとを備える、方法。 - 時間領域慣性センサであって、
相互に直交する座標系の第1の平面に平行な電極平面を備える支持構造を備え、前記支持構造は前記第1の平面内にある最も大きな寸法を特徴とし、さらに
前記第1の平面に実質的に平行な第1の表面を備えるプルーフマスを備え、前記プルーフマスは、空隙によって前記第1の表面が前記電極表面から分離されるように前記支持構造に弾性的に結合され、さらに
前記空隙が振動の際に大幅に変動しないように前記支持構造に対してほぼ第1の方向にのみ振動するように前記プルーフマスを駆動するように構成される駆動体と、
前記プルーフマスが前記支持構造に対して第1の参照位置にある場合に開いた状態から閉じた状態に切換るように構成される第1の時間領域近接スイッチとを備える、時間領域慣性センサ。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US13/847,539 US9103673B2 (en) | 2011-06-24 | 2013-03-20 | Inertial sensor using sliding plane proximity switches |
US13/847,539 | 2013-03-20 | ||
PCT/US2013/071076 WO2014149085A1 (en) | 2013-03-20 | 2013-11-20 | Inertial sensor using sliding plane proximity switches |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016520811A true JP2016520811A (ja) | 2016-07-14 |
Family
ID=51580569
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016504286A Ceased JP2016520811A (ja) | 2013-03-20 | 2013-11-20 | 摺動平面近接スイッチを用いた慣性センサ |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP2976597A4 (ja) |
JP (1) | JP2016520811A (ja) |
CN (1) | CN105723184A (ja) |
TW (2) | TW201631298A (ja) |
WO (1) | WO2014149085A1 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9618533B2 (en) | 2014-06-26 | 2017-04-11 | Lumedyne Technologies Incorporated | Systems and methods for determining rotation from nonlinear periodic signals |
US10234476B2 (en) | 2015-05-20 | 2019-03-19 | Google Llc | Extracting inertial information from nonlinear periodic signals |
US10234477B2 (en) * | 2016-07-27 | 2019-03-19 | Google Llc | Composite vibratory in-plane accelerometer |
CN110780088B (zh) * | 2019-11-08 | 2021-08-03 | 中北大学 | 多桥路隧道磁阻双轴加速度计 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5158160B2 (ja) * | 2010-09-10 | 2013-03-06 | 横河電機株式会社 | 振動式トランスデューサ |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050092085A1 (en) * | 2003-11-04 | 2005-05-05 | Shyu-Mou Chen | Solid-state gyroscopes and planar three-axis inertial measurement unit |
US7612424B1 (en) * | 2005-07-22 | 2009-11-03 | Northwestern University | Nanoelectromechanical bistable cantilever device |
EP2899502B1 (en) * | 2006-01-24 | 2017-04-05 | Panasonic Corporation | Inertial force sensor |
JP5536994B2 (ja) * | 2008-06-30 | 2014-07-02 | 株式会社東芝 | 慣性センサ及び慣性検出装置 |
US8347720B2 (en) * | 2010-06-29 | 2013-01-08 | Tialinx, Inc. | MEMS tunneling accelerometer |
US9705450B2 (en) * | 2011-06-24 | 2017-07-11 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Apparatus and methods for time domain measurement of oscillation perturbations |
-
2013
- 2013-11-20 CN CN201380074890.4A patent/CN105723184A/zh active Pending
- 2013-11-20 WO PCT/US2013/071076 patent/WO2014149085A1/en active Application Filing
- 2013-11-20 JP JP2016504286A patent/JP2016520811A/ja not_active Ceased
- 2013-11-20 EP EP13879155.3A patent/EP2976597A4/en not_active Withdrawn
- 2013-11-22 TW TW105100962A patent/TW201631298A/zh unknown
- 2013-11-22 TW TW102142691A patent/TWI528020B/zh not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5158160B2 (ja) * | 2010-09-10 | 2013-03-06 | 横河電機株式会社 | 振動式トランスデューサ |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
TW201631298A (zh) | 2016-09-01 |
TWI528020B (zh) | 2016-04-01 |
EP2976597A4 (en) | 2016-11-16 |
CN105723184A (zh) | 2016-06-29 |
EP2976597A1 (en) | 2016-01-27 |
WO2014149085A1 (en) | 2014-09-25 |
TW201437607A (zh) | 2014-10-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9103673B2 (en) | Inertial sensor using sliding plane proximity switches | |
JP5960257B2 (ja) | 振動摂動の時間領域測定のための装置および方法 | |
US9254992B2 (en) | Method of making a MEMS gyroscope having a magnetic source and a magnetic sensing mechanism | |
KR100652952B1 (ko) | 커플링 스프링을 구비한 멤스 자이로스코프 | |
TWI567393B (zh) | 用於形成、提供、和使用面內單塊慣性裝置以決定旋轉和加速度的系統和方法 | |
TWI512268B (zh) | 陀螺儀以及將時域音叉陀螺儀用於慣性感測的方法 | |
KR20080090340A (ko) | 관성 센서 및 전기 전자 기기 | |
JP2016520811A (ja) | 摺動平面近接スイッチを用いた慣性センサ | |
TW201610392A (zh) | 時域切換陀螺儀 | |
JP6881532B2 (ja) | Mems周波数チューニングばね | |
Frangi et al. | Optimization of sensing stators in capacitive MEMS operating at resonance | |
Andrabi et al. | Study and analysis of materials for design of MEMS capacitive accelerometer | |
Tao et al. | A sandwich-structured MEMS electret power generator for multi-directional vibration energy harvesting | |
JPH04115165A (ja) | 加速度センサ | |
US9449891B1 (en) | Proximity switch fabrication method using angled deposition | |
JP6620886B2 (ja) | 微小電気機械デバイス用の電極 | |
Portelli et al. | Capacitance measurement techniques in MOEMS angular vertical comb-drive actuators | |
KR100631218B1 (ko) | 병진형 mems 자이로스코프 | |
Daeichin | A Capacitive MEMS Accelerometer Based on Repulsive Force | |
Oruganti et al. | Electromagnetic-Mechanical Simulations of Geometrical Features for Developing Design Limits of MEMS Sensors for System on Chip (SoC) Applications | |
KR20010026739A (ko) | 가벼운 현수 구조물의 제조 방법 및 이를 채용한 액츄에이터와관성 센서 | |
JPH0651818U (ja) | ジャイロ装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160802 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20161101 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20161226 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170131 |
|
A045 | Written measure of dismissal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A045 Effective date: 20170530 |