JP2022000628A - マス対を備えたジャイロスコープ - Google Patents
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Abstract
Description
図2aは、xz平面におけるジャイロスコープを概略的に示す。ジャイロスコープは、第1コリオリマス211および第2コリオリマス212と、第3コリオリマス213および第4コリオリマス214とを含むコリオリマスの第1セットを備える。第1中心点は、第1中央アンカーポイント223に位置する。これにより、図2において、y1軸の第1側は、第1中央アンカーポイント223の左側に示され、y1軸の第2側は、第1中央アンカーポイント223の右側に示される。ジャイロスコープは、y軸を中心とする角回転を測定する。言い換えれば、この場合、y軸は、ジャイロスコープの入力軸または測定軸と呼ばれてもよい。
上記のy軸測定について述べた測定原理は、x軸における同時測定まで拡大適用することができる。この場合、ジャイロスコープは、2つの入力軸、y軸およびx軸を有する。図5aは、横x軸および縦y軸の両方を中心とする角回転速度を測定するジャイロスコープを概略的に示す。参照番号511〜514、521〜523、531〜533および591〜592は、それぞれ図2a〜2dの参照番号211〜214、221〜223、231〜233および291〜292に対応する。
図5aに示した、コリオリマスの第1セットおよび第2セットが第1一次振動モードで駆動されるXY実施形態は、コリオリマスの第1セットおよび第2セットが図6に示す第1z軸二次振動モードにも柔軟に順応するように中央懸架部および周囲懸架部を構成することによって、XYZジャイロスコープまで拡大適用することができる。参照番号611〜618および691〜692は、それぞれ図5aの参照番号511〜518および591〜592に対応する。この二次振動モードにおいて、コリオリマス612、613、616および617はすべて、図に示した方向に第1中心点に対して接線方向に動く。振動周期の逆半分では、これらのコリオリマスの各々は逆方向に動く。
図8aおよび図8bに示す両面構造体を用いて、さらなる安定性およびロバスト性を得ることができる。ここで、参照番号811〜818および891〜892は、それぞれ図5aの参照番号511〜518および591〜592に対応する。さらに、図3aおよび図4aに示した周囲懸架部は、図8a〜図8bに示した任意のコリオリ対に実装することができ、図5aに示した周囲ジンバル構造体は、以下に述べるコリオリマス811〜818の第1セットおよび第2セットの周りに、またはコリオリマスの第3セットおよび第4セットの周りに実装されてもよい。
図9aは、上で述べた特徴のうちのいくつかが実装された第1構造体例を示す。ジャイロスコープは、x軸、y軸およびz軸を中心とする角回転速度の測定に適しているが、図示した要素を、これらの軸のうちの1つを中心とする回転を測定するためだけに実装することもできるであろう。このことは、以下で述べる他のすべての例にも適用される。参照番号911〜918および921〜925は、それぞれ図5aの参照番号511〜518および521〜525に対応する。さらに、参照番号911〜914、921〜922、941〜944および95は、それぞれ図3aの参照番号311〜314、321〜322、341〜344および35に対応し、図3aに示したものと同じ周囲懸架部が、第3コリオリ対915+916および第4コリオリ対917+918に対しても実装された。最後に、参照番号931〜934、951〜954および971〜974は、それぞれ図6の参照番号631〜634、641〜644および621〜624に対応する。このジャイロスコープ例は、図5aに示した第1一次振動モードで駆動することができる。対応するx軸二次振動モードおよびy軸二次振動モードは図5bに示し、対応する第1z軸二次振動モードは図6に示した。
Claims (12)
- 休止位置において、横x軸および縦y1軸によって定義された水平xy平面内にあるコリオリマスの第1セットを備える微小電気機械ジャイロスコープであって、前記x軸は、第1中心点で前記y1軸と直交し、垂直z軸は、前記第1中心点で前記x軸および前記y1軸の両方と直交し、
前記コリオリマスの第1セットは、休止位置において前記y1軸の第1側の前記x軸上に並んだ第1コリオリ対を共に形成する第1コリオリマスおよび第2コリオリマスを含み、前記第2コリオリマスは、前記第1コリオリマスよりも前記y1軸側にあり、
前記コリオリマスの第1セットは、休止位置において前記y1軸の第2側の前記x軸上に並んだ第2コリオリ対を共に形成する第3コリオリマスおよび第4コリオリマスを含み、前記第3コリオリマスは、前記第4コリオリマスよりも前記y1軸側にあり、前記y1軸の第2側は、第1側と反対であり、
前記ジャイロスコープは、また、前記y1軸の第1側の第1周囲アンカーポイントセットと、前記第1周囲アンカーポイントセットから前記第1コリオリ対を懸架する第1周囲懸架部とを備え、前記ジャイロスコープは、また、前記y1軸の第2側の第2周囲アンカーポイントセットと、前記第2周囲アンカーポイントセットから前記第2コリオリ対を懸架する第2周囲懸架部とを備え、前記ジャイロスコープは、さらに、実質的に前記第1中心点に位置する1以上の第1中央アンカーポイントから前記第1コリオリ対および前記第2コリオリ対の両方を懸架する第1中央懸架部を備え、
前記ジャイロスコープは、さらに、前記第1コリオリ対および前記第2コリオリ対を一次振動モードで作動させる1以上の駆動変換器と、前記ジャイロスコープが前記y1軸と平行な軸を中心とする角回転を受ける場合にコリオリ力によって引き起こされるy軸二次振動モードにおける前記第1コリオリ対および前記第2コリオリ対の振動を検出する1以上のy軸センス変換器とを備え、前記第1中央懸架部と、前記第1周囲懸架部および前記第2周囲懸架部とは、前記一次振動モードおよび前記y軸二次振動モードに柔軟に順応し、
前記一次振動モードにおいて、前記コリオリマスの第1セットは、前記第1コリオリマスおよび前記第4コリオリマスが前記第1中心点に向かって前記x軸に沿って線形平行移動で動くと、前記第2コリオリマスおよび前記第3コリオリマスは前記第1中心点から遠ざかるように前記x軸に沿って線形平行移動で動き、その逆も同様であるように振動し、
前記y軸二次振動モードにおいて、前記コリオリマスの第1セットは、前記第1コリオリマス、前記第2コリオリマス、前記第3コリオリマスおよび前記第4コリオリマスが垂直運動を受け、前記第2コリオリマスおよび前記第4コリオリマスが下がると、前記第1コリオリマスおよび前記第3コリオリマスは上がり、その逆も同様であるように振動する
微小電気機械ジャイロスコープ。 - 前記y1軸に対する前記第2コリオリマスの慣性モーメントに前記y1軸に対する前記第3コリオリマスの慣性モーメントを加えたものは、前記y1軸に対する前記第1コリオリマスの慣性モーメントに前記y1軸に対する前記第4コリオリマスの慣性モーメントを加えたものと実質的に等しい
請求項1に記載の微小電気機械ジャイロスコープ。 - 前記y1軸に対する前記第1コリオリマス、前記第2コリオリマス、前記第3コリオリマスおよび前記第4コリオリマスの慣性モーメントは、すべて実質的に等しい
請求項2に記載の微小電気機械ジャイロスコープ。 - 前記第1周囲アンカーポイントセットは、前記x軸から実質的に等距離で前記x軸の両側に配置された2つの第1周囲アンカーポイントを含み、前記第1周囲懸架部は、2つの第1縦シーソーを含み、前記x軸側の端部である各第1縦シーソーの近位端は、前記第2コリオリマスに連結され、前記近位端よりも前記x軸から離れた各第1縦シーソーの遠位端は、前記第1コリオリマスに連結され、
前記第2周囲アンカーポイントセットは、前記x軸から実質的に等距離で前記x軸の両側に配置された2つの第2周囲アンカーポイントを含み、前記第2周囲懸架部は、2つの第2縦シーソーを含み、前記x軸側の端部である各第2縦シーソーの近位端は、前記第3コリオリマスに連結され、前記近位端よりも前記x軸から離れた各第2縦シーソーの遠位端は、前記第4コリオリマスに連結される
請求項1〜3のいずれか1項に記載の微小電気機械ジャイロスコープ。 - 前記第1周囲アンカーポイントセットは、前記x軸から実質的に等距離で前記x軸の両側に配置された2つの第1周囲アンカーポイントを含み、前記第1周囲懸架部は、前記第2コリオリマスに連結された垂直方向に剛性を有する第1縦内側バーを含み、前記第1コリオリマスは、第1部分と第2部分とを含み、前記第1内側バーの第1端部は、前記第1コリオリマスの第1部分の第1端部に連結され、前記第1内側バーの第2端部は、前記第1コリオリマスの第2部分の第1端部に連結され、当該第1部分の第2端部は、横方向に可撓性を有する連結ばねによって当該第2部分の第2端部に連結され、前記第1コリオリマスの当該第1部分および第2部分は、ねじれ可撓性を有する横向きの懸架ばねによってそれぞれの第1周囲アンカーポイントから懸架され、
前記第2周囲アンカーポイントセットは、前記x軸から実質的に等距離で前記x軸の両側に配置された2つの第2周囲アンカーポイントを含み、前記第2周囲懸架部は、前記第3コリオリマスに連結された垂直方向に剛性を有する第2縦内側バーを含み、前記第4コリオリマスは、第1部分と第2部分とを含み、前記第2内側バーの第1端部は、前記第4コリオリマスの第1部分の第1端部に連結され、前記第2内側バーの第2端部は、前記第4コリオリマスの第2部分の第1端部に連結され、前記第4コリオリマスの第1部分の第2端部は、横方向に可撓性を有する連結ばねによって前記第4コリオリマスの第2部分の第2端部に連結され、前記第4コリオリマスの第1部分および第2部分は、ねじれ可撓性を有する横向きの懸架ばねによってそれぞれの第2周囲アンカーポイントから懸架される
請求項1〜3のいずれか1項に記載の微小電気機械ジャイロスコープ。 - 前記ジャイロスコープは、さらに、コリオリマスの第2セットを備え、前記第2セットは、休止位置において前記x軸の第1側の前記y1軸上に並んだ第3コリオリ対を共に形成する第5コリオリマスおよび第6コリオリマスを含み、前記第6コリオリマスは、前記第5コリオリマスよりも前記x軸側にあり、
前記コリオリマスの第2セットは、さらに、休止位置において前記x軸の第2側の前記y1軸上に並んだ第4コリオリ対を共に形成する第7コリオリマスおよび第8コリオリマスを含み、前記第7コリオリマスは、前記第8コリオリマスよりも前記x軸側にあり、前記x軸の第2側は、第1側と反対であり、
前記ジャイロスコープは、また、前記x軸の第1側の第3周囲アンカーポイントセットと、前記第3周囲アンカーポイントセットから前記第3コリオリ対を懸架する第3周囲懸架部とを備え、前記ジャイロスコープは、また、前記x軸の第2側の第4周囲アンカーポイントセットと、前記第4周囲アンカーポイントセットから前記第4コリオリ対を懸架する第4周囲懸架部とを備え、前記第1中央懸架部は、前記第1中央アンカーポイントから前記第3コリオリ対および前記第4コリオリ対の両方を懸架し、
前記1以上の駆動変換器は、また、前記第3コリオリ対および前記第4コリオリ対を前記一次振動モードで作動させ、前記ジャイロスコープは、前記ジャイロスコープが前記x軸を中心とする角回転を受ける場合にコリオリ力によって引き起こされるx軸二次振動モードにおける前記第3コリオリ対および前記第4コリオリ対の振動を検出する1以上のx軸センス変換器を備え、前記第1中央懸架部と、前記第3周囲懸架部および前記第4周囲懸架部とは、前記一次振動モードおよび前記x軸二次振動モードに柔軟に順応し、
前記一次振動モードにおいて、前記コリオリマスの第2セットは、前記第5コリオリマスおよび前記第8コリオリマスが前記第1中心点に向かって前記y1軸に沿って線形平行移動で動くと、前記第6コリオリマスおよび前記第7コリオリマスは前記第1中心点から遠ざかるように前記y1軸に沿って線形平行移動で動き、その逆も同様であるように振動し、
前記一次振動モードにおいて、前記第1コリオリマスが前記第1中心点に近づくと、前記第5コリオリマスは前記第1中心点から遠ざかり、その逆も同様であるか、または、前記第5コリオリマスおよび前記第1コリオリマスは、同時に前記第1中心点から遠ざかり、そして前記第1中心点に近づき、
前記x軸二次振動モードにおいて、前記コリオリマスの第2セットは、前記第5コリオリマス、前記第6コリオリマス、前記第7コリオリマスおよび前記第8コリオリマスが同時に生じる垂直平行移動を受け、前記第6コリオリマスおよび前記第8コリオリマスが下がると、前記第5コリオリマスおよび前記第7コリオリマスは上がり、その逆も同様であるように振動する
請求項1〜5のいずれか1項に記載の微小電気機械ジャイロスコープ。 - 前記y1軸に対する前記第2コリオリマスの慣性モーメントに前記y1軸に対する前記第3コリオリマスの慣性モーメントを加えたものと、
前記y1軸に対する前記第1コリオリマスの慣性モーメントに前記y1軸に対する前記第4コリオリマスの慣性モーメントを加えたものと、
前記x軸に対する前記第6コリオリマスの慣性モーメントに前記x軸に対する前記第7コリオリマスの慣性モーメントを加えたものと、
前記x軸に対する前記第5コリオリマスの慣性モーメントに前記x軸に対する前記第8コリオリマスの慣性モーメントを加えたものとは、実質的に等しい
請求項6に記載の微小電気機械ジャイロスコープ。 - 前記y1軸に対する前記第1コリオリマス、前記第2コリオリマス、前記第3コリオリマスおよび前記第4コリオリマスの慣性モーメントと、前記x軸に対する前記第5コリオリマス、前記第6コリオリマス、前記第7コリオリマスおよび前記第8コリオリマスの慣性モーメントとは、すべて実質的に等しい
請求項7に記載の微小電気機械ジャイロスコープ。 - 前記ジャイロスコープは、前記コリオリマスの第1セットおよび第2セットを取り囲む周囲ジンバル構造体を備え、前記周囲ジンバル構造体は、内側ジンバルフレームおよび外側ジンバルフレームを含み、前記外側ジンバルフレームは、前記x軸である第1ジンバル軸上の前記コリオリマスの第1セットの両側に並んだ2つのジンバルアンカーポイントから2つのジンバルねじりバーによって懸架され、前記内側ジンバルフレームは、前記y1軸である第2ジンバル軸上の前記コリオリマスの第2セットの両側に並んだ追加の2つのジンバルねじりバーによって前記外側ジンバルフレームから懸架され、前記内側ジンバルフレームは、前記第1ジンバル軸上に並んだ前記コリオリ対と、前記第2ジンバル軸上に並んだ前記コリオリ対とに取り付けられる
請求項6〜8のいずれか1項に記載の微小電気機械ジャイロスコープ。 - 前記ジャイロスコープは、さらに、休止位置において縦y2軸の第1側の前記x軸上に並んだ第5コリオリ対を共に形成する第9コリオリマスおよび第10コリオリマスを含むコリオリマスの第3セットを備え、前記第10コリオリマスは、前記第9コリオリマスよりも前記y2軸側にあり、前記x軸は、第2中心点で前記y2軸と直交し、前記コリオリマスの第3セットは、さらに、休止位置において前記y2軸の第2側の前記x軸上に並んだ第6コリオリ対を共に形成する第11コリオリマスおよび第12コリオリマスを含み、前記第11コリオリマスは、前記第12コリオリマスよりも前記y2軸側にあり、前記y2軸の第2側は、第1側と反対であり、
前記ジャイロスコープは、さらに、休止位置において前記x軸の第1側の前記y2軸上に並んだ第7コリオリ対を共に形成する第13コリオリマスおよび第14コリオリマスを含むコリオリマスの第4セットを備え、前記第14コリオリマスは、前記第13コリオリマスよりも前記x軸側にあり、前記コリオリマスの第4セットは、さらに、休止位置において前記x軸の第2側の前記y2軸上に並んだ第8コリオリ対を共に形成する第15コリオリマスおよび第16コリオリマスを含み、前記第15コリオリマスは、前記第16コリオリマスよりも前記y2軸側にあり、
前記ジャイロスコープは、また、前記y2軸の第1側の第5周囲アンカーポイントセットと、前記第5周囲アンカーポイントセットから前記第5コリオリ対を懸架する第5周囲懸架部と、前記y2軸の第2側の第6周囲アンカーポイントセットと、前記第6周囲アンカーポイントセットから前記第6コリオリ対を懸架する第6周囲懸架部と、前記x軸の第1側の第7周囲アンカーポイントセットと、前記第7周囲アンカーポイントセットから前記第7コリオリ対を懸架する第7周囲懸架部と、前記x軸の第2側の第8周囲アンカーポイントセットと、前記第8周囲アンカーポイントセットから前記第8コリオリ対を懸架する第8周囲懸架部とを備え、
前記ジャイロスコープは、さらに、実質的に前記第2中心点に位置する1以上の第2中央アンカーポイントから前記第5コリオリ対、前記第6コリオリ対、前記第7コリオリ対および前記第8コリオリ対を懸架する第2中央懸架部を備え、前記第2中央懸架部と、前記第5周囲懸架部、前記第6周囲懸架部、前記第7周囲懸架部および前記第8周囲懸架部とは、前記一次振動モードならびに前記x軸二次振動モードおよび前記y軸二次振動モードに柔軟に順応し、
前記一次振動モードにおいて、前記コリオリマスの第3セットは、前記第9コリオリマスおよび前記第12コリオリマスが前記第2中心点に向かって前記x軸に沿って線形平行移動で動くと、前記第10コリオリマスおよび前記第11コリオリマスは前記第2中心点から遠ざかるように前記x軸に沿って線形平行移動で動き、その逆も同様であるように振動し、前記一次振動モードにおいて、前記コリオリマスの第4セットは、前記第13コリオリマスおよび前記第16コリオリマスが前記第2中心点に向かって前記y2軸に沿って線形平行移動で動くと、前記第14コリオリマスおよび前記第15コリオリマスは前記第2中心点から遠ざかるように前記y2軸に沿って線形平行移動で動き、その逆も同様であるように振動し、
前記y軸二次振動モードにおいて、前記コリオリマスの第3セットは、前記第9コリオリマス、前記第10コリオリマス、前記第11コリオリマスおよび前記第12コリオリマスが垂直運動を受け、前記第10コリオリマスおよび前記第12コリオリマスが下がると、前記第9コリオリマスおよび前記第11コリオリマスは上がり、その逆も同様であるように振動し、前記x軸二次振動モードにおいて、前記コリオリマスの第4セットは、前記第13コリオリマス、前記第14コリオリマス、前記第15コリオリマスおよび前記第16コリオリマスが垂直運動を受け、前記第13コリオリマスおよび前記第16コリオリマスが下がると、前記第14コリオリマスおよび前記第15コリオリマスが上がり、その逆も同様であるように振動し、
前記一次振動モードにおいて、前記第4コリオリマスが前記第1中心点に近づくと、前記第9コリオリマスは常に前記第2中心点から遠ざかり、その逆も同様であり、前記第9コリオリマスが前記第2中心点に近づくと、前記第13コリオリマスは前記第1中心点から遠ざかり、その逆も同様であるか、または、前記第13コリオリマスおよび前記第9コリオリマスは、同時に前記第2中心点から遠ざかり、そして前記第2中心点に近づく
請求項6〜8のいずれか1項に記載の微小電気機械ジャイロスコープ。 - 前記y1軸に対する前記第2コリオリマスの慣性モーメントに前記y1軸に対する前記第3コリオリマスの慣性モーメントを加えたものと、
前記y1軸に対する前記第1コリオリマスの慣性モーメントに前記y1軸に対する前記第4コリオリマスの慣性モーメントを加えたものと、
前記x軸に対する前記第6コリオリマスの慣性モーメントに前記x軸に対する前記第7コリオリマスの慣性モーメントを加えたものと、
前記x軸に対する前記第5コリオリマスの慣性モーメントに前記x軸に対する前記第8コリオリマスの慣性モーメントを加えたものと、
前記y2軸に対する前記第10コリオリマスの慣性モーメントに前記y2軸に対する前記第11コリオリマスの慣性モーメントを加えたものと、
前記y2軸に対する前記第9コリオリマスの慣性モーメントに前記y2軸に対する前記第12コリオリマスの慣性モーメントを加えたものと、
前記x軸に対する前記第14コリオリマスの慣性モーメントに前記x軸に対する前記第15コリオリマスの慣性モーメントを加えたものと、
前記x軸に対する前記第13コリオリマスの慣性モーメントに前記x軸に対する前記第16コリオリマスの慣性モーメントを加えたものとは、実質的に等しい
請求項10に記載の微小電気機械ジャイロスコープ。 - 前記y1軸に対する前記第1コリオリマス、前記第2コリオリマス、前記第3コリオリマスおよび前記第4コリオリマスの慣性モーメントと、前記x軸に対する前記第5コリオリマス、前記第6コリオリマス、前記第7コリオリマスおよび前記第8コリオリマスの慣性モーメントと、前記y2軸に対する前記第9コリオリマス、前記第10コリオリマス、前記第11コリオリマスおよび前記第12コリオリマスの慣性モーメントと、前記x軸に対する前記第13コリオリマス、前記第14コリオリマス、前記第15コリオリマスおよび前記第16コリオリマスの慣性モーメントとは、すべて実質的に等しい
請求項11に記載の微小電気機械ジャイロスコープ。
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