(57)【要約】【課題】スケールファクタ及びバイアス誤差をもたらす誤差を実質的に無くす。【解決手段】一実施形態は、加速度計システムの動的な自己較正のための方法を含む。本方法は、第１の方向における加速度計システムのセンサに関連付けられたプルーフマスを第１の所定の位置に強制するステップと、センサの少なくとも１つの力／検出素子を通じて第１の所定の位置におけるセンサに関連付けられた第１の測定値を取得するステップと、を含む。本方法は、また、第２の方向におけるプルーフマスを第２の所定の位置に強制するステップと、センサの少なくとも１つの力／検出素子を通じて第２の所定の位置におけるセンサに関連付けられた第２の測定値を取得するステップと、を含む。本方法は、さらに、第１の測定値及び第２の測定値に基づいて加速度計システムを較正するステップを含む。【選択図】図１
2014077786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速度計システムの動的な自己較正のための方法であって、
第１の方向における前記加速度計システムのセンサに関連付けられたプルーフマスを第１の所定の位置に強制するステップと、
前記センサの少なくとも１つの力／検出素子を通じて前記第１の所定の位置における前記センサに関連付けられた第１の測定値を取得するステップと、
前記第１の方向とは反対の第２の方向における前記プルーフマスを第２の所定の位置に強制するステップと、
前記センサの前記少なくとも１つの力／検出素子を通じて前記第２の所定の位置における前記センサに関連付けられた第２の測定値を取得するステップと、
前記第１の測定値及び前記第２の測定値に基づいて前記加速度計システムを較正するステップと、を含む方法。
【請求項２】
前記第１の測定値及び前記第２の測定値を取得するステップは、
前記少なくとも１つの力／検出素子を通じて前記プルーフマスに加えられる第１の正味の力を測定するステップと、
前記少なくとも１つの力／検出素子を通じて前記プルーフマスに加えられる第２の正味の力を測定するステップと、を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記プルーフマスは、前記加速度計システムの第１のセンサに関連付けられた第１のプルーフマスであり、前記力／検出素子は、第１の少なくとも１つの力／検出素子及び第２の少なくとも１つの力／検出素子を含み、
前記方法は、さらに、前記加速度計システムの第２のセンサを通じて外部加速度の大きさを測定するステップを含み、前記第２のセンサは、第２のプルーフマス、第３の少なくとも１つの力／検出素子及び第４の少なくとも１つの力／検出素子を含み、前記加速度計システムを較正するステップは、前記第１の測定値及び前記第２の測定値並びに前記第２のセンサにより測定された前記外部加速度の大きさに基づいて、前記第１のセンサを較正することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の方向における前記第２のプルーフマスを前記第１の所定の位置に強制するステップと、
前記センサの前記少なくとも１つの第３の力／検出素子及び／又は前記少なくとも１つの第４の力／検出素子を通じて前記第１の所定の位置における前記第２のセンサに関連付けられた第３の測定値を取得するステップと、
前記第２の方向における前記第２のプルーフマスを前記第２の所定の位置に強制するステップと、
前記センサの前記少なくとも１つの第３の力／検出素子及び／又は前記少なくとも１つの第４の力／検出素子を通じて前記第２の所定の位置における前記第２のセンサに関連付けられた第４の測定値を取得するステップと、
前記加速度計システムの第１のセンサを通じて外部加速度の大きさを測定するステップと、
前記第１のセンサにより測定された前記外部加速度の大きさ並びに前記第３の測定値及び前記第４の測定値に基づいて前記第２のセンサを較正するステップと、をさらに含む請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１のセンサは、前記加速度計システムにより測定される外部加速度に対する第１の入力軸を含み、前記第２のセンサは、前記加速度計システムにより測定される前記外部加速度に対する第２の入力軸を含み、前記第１の入力軸及び前記第２の入力軸は、互いに反対の向きを有する請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記第１のプルーフマスは、第１の屈曲部のセットを通じて前記第２のプルーフマスを前記第１のセンサ及び前記第２のセンサのフレームに内部接続する中間プルーフマスとして構成され、前記第２のプルーフマスは、第２の屈曲部のセットを通じて前記中間プルーフマスに単独で結合する独立プルーフマスとして構成される請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記第１のプルーフマスは、ヌル位置での略平面層における前記第２のプルーフマスを囲む略環状のリングとして配置される請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記プルーフマスを強制するステップは、
第１の所定の摂動に応じて静電気的なヌル位置から前記第１の所定の位置への前記第１の方向に前記プルーフマスを強制するステップと、
所定の中心位置について前記第１の所定の位置と対称な第２の所定の摂動に応じて前記静電気的なヌル位置から前記第２の所定の位置への前記第１の方向とは反対の前記第２の所定の位置に前記プルーフマスを強制するステップと、を含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記プルーフマスは、前記加速度計システムの前記センサに関連付けられた第１のプルーフマスであり、
前記方法は、さらに、
第１の安定位置における少なくとも１つの屈曲部を通じて前記第１のプルーフマスに結合される第２のプルーフマスを保持するために加えられる第１の静電気力の大きさを測定するステップであって、前記第１の静電気力は、外部加速度による第１の力、前記屈曲部により加えられる第１のばね力、及び第１の静電バイアス力を含む、ステップと、
第２の安定位置における前記第２のプルーフマスを保持するために加えられる第２の静電気力の大きさを測定するステップであって、前記第２の静電気力は、前記外部加速度による第２の力、前記屈曲部により加えられる第２のばね力、及び第２の静電バイアス力を含む、ステップと、を含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の測定値及び前記第２の測定値を取得するステップは、
少なくとも１つの第１の及び／又は第２の力／検出素子を通じて前記プルーフマスに加えられる第１の正味の力を測定するステップと、
前記少なくとも１つの第１の及び／又は第２の力／検出素子を通じて前記プルーフマスに加えられる第２の正味の力を測定するステップと、を含み、
前記方法は、さらに、
前記第１の測定値と前記第２の測定値との差を算出するステップと、
前記第１の測定値と前記第２の測定値との前記差に基づいて前記静電気的なヌル位置を調整するステップと、を含む請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記静電気的なヌル位置を調整するステップは、前記静電気的なヌル位置における前記少なくとも１つの第１の力／検出素子と前記少なくとも１つの第２の力／検出素子との相対的な信号を調整することを含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記プルーフマスが前記第１及び第２の所定の位置それぞれにあるときに、第１の所定の較正加速度を加えるステップと、
前記プルーフマスが前記第１及び第２の所定の位置それぞれにあるときに、第２の所定の較正加速度を加えるステップと、
前記第２の所定の較正加速度を加えている間に、前記センサの前記少なくとも１つの第１の力／検出素子を通じて前記第１の所定の位置における前記センサに関連付けられた第３の測定値を取得するステップと、
前記第２の所定の較正加速度を加えている間に、前記センサの前記少なくとも１つの第２の力／検出素子を通じて前記第２の所定の位置における前記センサに関連付けられた第４の測定値を取得するステップと、をさらに含み、
前記第１及び第２の測定値を取得するステップは、前記第１の所定の較正加速度を加えている間に、前記第１及び第２の測定値を取得することを含み、
前記加速度計システムを較正するステップは、前記第１、第２、第３及び第４の測定値に基づいて前記加速度計システムを較正することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記加速度計システムを較正するステップは、前較正手順において前記加速度計システムを較正することを含み、
前記前較正手順は、
前記第１、第２、第３及び第４の測定値に基づいて前記加速度計システムの初期スケールファクタを算出するステップと、
別の値を有する複数の所定の加速度及び前記初期スケールファクタに基づいて前記センサに関連付けられた初期動的バイアスを算出するステップと、を含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記初期スケールファクタを算出するステップは、温度の所定範囲における前記初期スケールファクタをモデル化することを含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記初期動的バイアスを算出するステップは、
前記複数の所定の加速度を加えるステップと、
前記初期スケールファクタに基づいて前記複数の所定の加速度それぞれにおいて前記プルーフマスに作用する力を測定するステップと、
前記複数の所定の加速度それぞれにおいて測定された力に基づいてバイアスについて解くステップと、を含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記初期スケールファクタに基づいてリアルタイムスケールファクタを調整するために自己較正手順を周期的に行うステップをさらに含み、前記自己較正手順は、前記プルーフマスをずらすステップと、前記センサに作用するリアルタイム加速度を測定するステップと、を含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
自己較正された動的バイアスを算出するステップは、
複数の別の加速度を加えるステップと、
前記自己較正されたスケールファクタに基づいて前記複数の別の加速度それぞれにおける前記プルーフマスに作用する力を測定するステップと、
前記複数の別の加速度それぞれにおける測定された力に基づいてバイアスについて解くステップと、を含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記加速度計システムは、第１のセンサ及び第２のセンサを含み、前記第１のセンサは、第１のプルーフマスを含み、前記第２のセンサは、第２のプルーフマスを含み、前記初期スケールファクタを算出するステップは、各第１及び第２のセンサに関連付けられる前記第１及び第２のプルーフマスそれぞれに対する初期スケールファクタを算出することを含み、前記初期動的バイアスを算出するステップは、前記複数の所定の加速度及び前記第１及び第２のプルーフマスそれぞれに対する前記初期スケールファクタに基づいて前記第１及び第２のセンサそれぞれに関連付けられた前記初期動的バイアスを算出することを含み、前記自己較正手順を周期的に行うステップは、前記第１及び第２のセンサそれぞれに対する自己較正手順を交互に周期的に行うことを含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記初期スケールファクタを算出するステップ及び前記自己較正手順を周期的に行うステップは、前記第１及び第２のプルーフマスのそれぞれを所定の位置にずらし、前記所定の位置それぞれに関連付けられた力を算出することを含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記自己較正手順を周期的に行うステップは、
第１の時間において前記第１の所定の位置へ前記第１のプルーフマスをずらすステップと、
前記第１の時間において前記第１及び第２のセンサに作用する力を測定するステップと、
第２の時間において前記第２の所定の位置へ前記第１のプルーフマスをずらすステップと、
前記第２の時間において前記第１及び第２のセンサに作用する力を測定するステップと、
差を生成するために前記第１及び第２の時間に前記第１及び第２のセンサに従う力の測定値を差し引くステップと、
前記差を初期の差によって割り、割られた結果を生成するステップと、
前記割られた結果に前記初期スケールファクタを乗じ、前記第１のセンサのリアルタイムスケールファクタを算出するステップと、を含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１及び第２プルーフマスそれぞれをずらすステップは、前記第１及び第２のプルーフマスの各一方の反対側の面に関連付けられた位置検出・力／検出素子のサブセットを無効にし、初期ヌル位置に対する前記第１及び第２のプルーフマスの各一方の位置オフセットを加えることを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１及び第２プルーフマスそれぞれをずらすステップは、前記第１及び第２のプルーフマスの各一方を内部接続する中間プルーフマスを前記第１及び第２のセンサの各一方に関連付けられたフレームへずらす一方で、前記第１及び第２のプルーフマスの各一方の反対側の面に関連付けられた複数のフォーサ・力／検出素子に対するヌル位置において前記第１及び第２のプルーフマスの各一方を維持することを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
加速度計システムの動的な自己較正のための方法であって、
電気的なヌルの第１の摂動に応じて、静電気的なヌル位置から第１の所定の位置へ第１の方向における前記加速度計システムのセンサに関連付けられた第１のプルーフマスを強制するステップと、
前記センサの少なくとも１つの第１の力／検出素子を通じて前記第１の所定の位置における前記第１のプルーフマスを有する前記センサの第２のプルーフマスと関連付けられた第１の測定値を取得するステップであって、前記第２のプルーフマスが屈曲部のセットを通じて前記第１のプルーフマスと結合される、ステップと、
電気的なヌルの第２の摂動に応じて、前記静電気的なヌル位置から前記第１の所定の位置に対して対称である第２の所定の位置への前記第１の方向とは反対の第２の方向に前記第１のプルーフマスを強制するステップであって、前記第１及び第２の摂動がほぼ等しくかつ向きが反対である、ステップと、
前記センサの少なくとも１つの第２の力／検出素子を通じて前記第２の所定の位置における前記第１のプルーフマスを有する前記センサの前記第２のプルーフマスと関連付けられた第２の測定値を取得するステップと、
前記第１の測定値及び前記第２の測定値に基づいて前記加速度計システムを較正するステップと、を含む方法。
【請求項２４】
前記第１の測定値及び前記第２の測定値を取得するステップは、
前記少なくとも１つの第１の力／検出素子を通じて前記第２のプルーフマスに加えられる第１の正味の力を測定するステップと、
前記少なくとも１つの第２の力／検出素子を通じて前記第２のプルーフマスに加えられる第２の正味の力を測定するステップと、を含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１の測定値及び前記第２の測定値を取得するステップは、前記少なくとも１つの第１の力／検出素子を通じて前記第２のプルーフマスに加えられる第１の正味の力を測定するステップと、前記少なくとも１つの第２の力／検出素子を通じて前記第２のプルーフマスに加えられる第２の正味の力を測定するステップと、を含み、
前記方法は、さらに、
前記第１の測定値と前記第２の測定値との差を算出するステップと、
第１のキャパシタンスと第２のキャパシタンスとの差に基づいて前記静電気的なヌル位置を調整するステップと、を含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記静電気的なヌル位置を調整するステップは、前記静電気的なヌル位置において前記少なくとも１つの第１の力／検出素子と前記少なくとも１つの第２の力／検出素子との相対的な信号を調整することを含む請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
加速度計システムの動的な自己較正のための方法であって、
前較正手順における前記加速度計システムのセンサに関連付けられたプルーフマスに対する前記加速度計システムの初期スケールファクタを算出するステップであって、前較正手順は、前記プルーフマスをずらし、所定の較正加速度を測定することを含む、ステップと、
別の値を有する複数の所定の加速度及び初期スケールファクタに基づいて、前記センサに関連付けられた初期動的バイアスを算出するステップと、
前記初期スケールファクタに基づいてリアルタイムスケールファクタを調整するために自己較正手順を周期的に行うステップであって、前記自己較正手順は、前記プルーフマスをずらし、前記センサに作用するリアルタイム加速度を測定することを含む、ステップと、
複数の別の加速度及び自己較正されたスケールファクタに基づいて、前記センサに関連付けられた動的バイアスを周期的に算出するステップと、を含む方法。
【請求項２８】
前記初期スケールファクタを算出するステップは、所定の温度の範囲において前記初期スケールファクタをモデル化することを含む請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記動的バイアスを算出するステップは、
前記複数の別の加速度を加えるステップと、
前記自己較正されたスケールファクタに基づいて前記複数の別の加速度のそれぞれにおける前記プルーフマスに作用する力を測定するステップと、
前記複数の別の加速度のそれぞれにおける測定された力に基づいてバイアスについて解くステップと、を含む請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記加速度計システムは、第１のセンサ及び第２のセンサを備え、前記第１のセンサは、第１のプルーフマスを有し、前記第２のセンサは、第２のプルーフマスを有し、前記初期スケールファクタを算出するステップは、前記第１及び第２のセンサそれぞれに関連付けられた前記第１及び第２のプルーフマスのそれぞれに対する初期スケールファクタを算出することを含み、前記動的バイアスを算出するステップは、前記第１及び第２のプルーフマスのそれぞれに対する前記複数の別の加速度及び前記自己較正されたスケールファクタに基づいて前記第１及び第２のセンサそれぞれに関連付けられた前記動的バイアスを算出することを含み、前記自己較正を周期的に行うステップは、前記第１及び第２のプルーフマスのそれぞれに対する自己較正手順を交互に周期的に行うことを含む請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
前記自己較正手順を周期的に行うステップは、
第１の時間において前記第１のプルーフマスを第１の所定の位置へずらすステップと、
前記第１の時間において前記第１及び第２のセンサに作用する力を測定するステップと、
第２の時間において前記第１のプルーフマスを第２の所定の位置へずらすステップと、
前記第２の時間において前記第１及び第２のセンサに作用する力を測定するステップと、
前記第１及び第２の時間における前記第１及び第２のセンサに作用する力の測定値を減算して、差を生成するステップと、
前記差を初期の前較正された差により割り、割られた結果を生成するステップと、
前記割られた結果を前記初期スケールファクタに乗じて、前記第１のセンサの前記リアルタイムスケールファクタを算出するステップと、を含む請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記初期スケールファクタを算出し、前記自己較正手順を周期的に行うステップは、前記第１及び第２のプルーフマスのそれぞれを所定の位置へずらし、前記所定の位置のそれぞれに関連付けられた力を算出することを含む請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記第１及び第２のプルーフマスをずらすステップは、前記第１及び第２のプルーフマスの各一方の２つの反対の方向の少なくとも１つと関連付けられた位置検出・力／検出素子のサブセットをずらし、初期ヌル位置に対する前記第１及び第２のプルーフマスの各一方の２つの反対の方向の少なくとも１つにおける電気的なヌル位置の摂動を加えることを含む請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記第１及び第２のプルーフマスをずらすステップは、前記第１及び第２のプルーフマスの各一方を内部接続する中間プルーフマスを前記第１及び第２のセンサの各一方に関連付けられたフレームへずらす一方で、前記第１及び第２のプルーフマスの各一方の上下の複数のフォーサ・力／検出素子に対するヌル位置における前記第１及び第２のプルーフマスの各一方を維持することを含む請求項３２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、契約番号第Ｎ６６００１−０８Ｃ−２０４５号の合衆国政府の支援によりなされたものである。合衆国政府は、この発明において一定の権利を有する。
【０００２】
関連出願
本願は、２０１２年１０月８日に提出された米国仮出願第６１／７１０８９５号の利益を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に援用される。
【０００３】
本発明は、一般的なセンサシステムに関し、特に、加速度計システムの動的な自己較正に関する。
【背景技術】
【０００４】
例えば、加速度計のような力が釣り合っている検出機器では、通常、機器の出力信号は、検出される入力状態に比例することが望まれる。したがって、多くのタイプの静電気的及び電磁気的に力が釣り合っている検出機器では、機器出力と検出された入力との直線関係を得るために特別な技術が必要とされる。静電気的及び電磁気的な機器では、機器のフォーサ（ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ  ｆｏｒｃｅｒ）により加えられる力は、フォーサに供給される電圧又は電流をフィードバックするように直線的に関連していない。さらに、機器自体の最適な動作のために、フィードバック制御ネットワークにより加えられるフィードバック力は、検出される入力と直線関係を有する。よって、このような直線性を得るために特別な技術が採用されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一例として、静電気的に力が平衡状態となった加速度計では、慣性マス又はプルーフマスからの出力を位置付けかつ取得するために、閉じたループシステムにおける静電気的な強制（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ｆｏｒｃｉｎｇ）が採用される。静電気的な強制システムは、シリコン基板からエッチングされた、ぶら下がった部材の各側に容量性のピックオフ／フォーサ（ｐｉｃｋｏｆｆ／ｆｏｒｃｅｒ）電極を採用する。制御パルスは、各電極へ電荷又は電圧の一定量を連続的に印加するために用いられる。可変力（ｖａｒｉａｂｌｅ  ｆｏｒｃｅ）は、時間の量（例えば、デューティサイクル）を変化させることにより、慣性マスへ加えられ、電荷又は電圧は、各プレートに残る。時間の量は、ヌル位置に対する慣性マスのずれに基づく。
【０００６】
加速度計スケールファクタ及びバイアス誤差は、慣性測定及び／又はナビゲーションシステムにおける誤差の主な原因となりうる。バイアス誤差は、オンしたときの過渡状態により、モデル化できない、バイアスの不安定性に対するヒステリシスを含む温度特性を生じることができ、時間経過と共に簡素になる傾向がある。スケールファクタ誤差は、例えば、ウェッジ効果、検出信号の非対称性、材料の検討及び環境条件のような様々な原因から生じうる。特に動的環境での加速度計のスケールファクタ及びバイアス誤差の軽減は、慣性測定及びナビゲーションシステムを著しく向上させることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施形態は、加速度計システムの動的な自己較正のための方法を含む。前記方法は、第１の方向における前記加速度計システムのセンサに関連付けられたプルーフマスを第１の所定の位置に強制するステップと、前記センサの少なくとも１つの力／検出素子を通じて前記第１の所定の位置における前記センサに関連付けられた第１の測定値を取得するステップと、を含む。前記方法は、また、前記プルーフマスを第２の所定の位置に強制するステップと、前記センサの前記少なくとも１つの力／検出素子を通じて前記第２の所定の位置における前記センサに関連付けられた第２の測定値を取得するステップと、を含む。前記方法は、さらに、前記第１の測定値及び前記第２の測定値に基づいて前記加速度計システムを較正するステップを含む。
【０００８】
本発明の別の実施形態は、加速度計システムの動的な自己較正のための別の方法を含む。前記方法は、電気的なヌルの第１の摂動に応じて、静電気的なヌル位置から第１の所定の位置への第１の方向における前記加速度計システムのセンサに関連付けられた第１のプルーフマスを強制するステップを含む。前記方法は、また、前記センサの少なくとも１つの第１の力／検出素子を通じて前記第１の所定の位置における前記第１のプルーフマスを有する前記センサの第２のプルーフマスと関連付けられた第１の測定値を取得するステップであって、前記第２のプルーフマスが屈曲部のセットを通じて前記第１のプルーフマスと結合される、ステップを含む。前記方法は、また、電気的なヌルの第２の摂動に応じて、前記静電気的なヌル位置から前記第１の所定の位置に対して対称である第２の所定の位置への前記第１の方向とは反対の第２の方向に前記第１のプルーフマスを強制するステップであって、前記第１及び第２の摂動がほぼ等しくかつ向きが反対である、ステップを含む。前記方法は、また、前記センサの少なくとも１つの第２の力／検出素子を通じて前記第２の所定の位置における前記第１のプルーフマスを有する前記センサの前記第２のプルーフマスと関連付けられた第２の測定値を取得するステップを含む。前記方法は、さらに、前記第１の測定値及び前記第２の測定値に基づいて前記加速度計システムを較正するステップを含む。
【０００９】
本発明の別の実施形態は、加速度計システムの動的な自己較正のためのさらに別の方法を含む。前記方法は、前較正手順における前記加速度計システムのセンサに関連付けられたプルーフマスに対する前記加速度計システムの初期スケールファクタを算出するステップを含む。前記前較正手順は、前記プルーフマスをずらし、所定の較正加速度を測定することを含む。前記方法は、また、別の値を有する複数の所定の加速度及び初期スケールファクタに基づいて、前記センサに関連付けられた初期動的バイアスを算出するステップを含む。前記方法は、さらに、前記初期スケールファクタに基づいてリアルタイムスケールファクタを調整するために自己較正手順を周期的に行うステップを含む。前記自己較正手順は、前記プルーフマスをずらし、前記センサに作用するリアルタイム加速度を測定することを含む。前記方法は、さらに、複数の別の加速度及び自己較正されたスケールファクタに基づいて前記センサに関連付けられる動的バイアスを周期的に算出するステップを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、加速度計システムの一例を示す。
【図２】図２は、センサシステムの一例を示す。
【図３】図３は、第１の較正位置におけるセンサの図の一例を示す。
【図４】図４は、第２の較正位置におけるセンサの図の一例を示す。
【図５】図５は、センサシステムの別の例を示す。
【図６】図６は、プルーフマス層の一例を示す。
【図７】図７は、プルーフマス層の別の例を示す。
【図８】図８は、第１の較正位置におけるセンサの図の別の例を示す。
【図９】図９は、第２の較正位置におけるセンサの図の別の例を示す。
【図１０】図１０は、スケールファクタ前較正アルゴリズムの一例を示す。
【図１１】図１１は、スケールファクタ前較正アルゴリズムの別の例を示す。
【図１２】図１２は、スケールファクタ自己較正アルゴリズムの一例を示す。
【図１３】図１３は、第１の較正位置におけるセンサの図のさらに別の例を示す。
【図１４】図１４は、第２の較正位置におけるセンサの図のさらに別の例を示す。
【図１５】図１５は、電気的なヌルの自己較正アルゴリズムの一例を示す。
【図１６】図１６は、加速度計システムの動的な自己較正のための方法の一例を示す。
【図１７】図１７は、加速度計システムの動的な自己較正のための方法の別の例を示す。
【図１８】図１８は、加速度計システムの動的な自己較正のための方法のさらに別の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、一般的なセンサシステムに関し、特に、加速度計システムの動的な自己較正に関する。加速度計システムは、２つのセンサを含むセンサシステムを含みうる。センサは、センサ同士が相対する入力軸とほぼ同一となるように配置されうる。前較正手順時に、自己較正コンポーネントは、各センサの弾性的に吊るされたプルーフマスを所定の位置へ強制すること及び所定の位置におけるプルーフマスの加速度バイアスを測定することに基づいて、反復可能な力のオフセット対に沿う各センサシステムに対する初期スケールファクタを求めることができ、反復可能な力のオフセット対は、スケールファクタの変化を観察及び補正するために用いられうる。例えば、所定の位置は、力のリバランスを実装し、加速度の測定をするように構成される力／検出素子（例えば、フォーサ／ピックオフ電極）のサブセット（ｓｕｂｓｅｔ）に関連付けられる電気的なヌル位置に対応しうる。よって、初期スケールファクタ及び繰り返し可能な力のオフセット対の算出は、温度にわたってモデル化されることができ、初期スケールファクタ及びスケールファクタ補正性能は、温度の範囲にわたって正確な加速度の測定のために実装されうる。センサそれぞれの初期及び／又は補正されたスケールファクタを求めると、センサシステムは、バイアス誤差を観察可能にするために動的な加速度較正ステップを受けることができ、バイアスは、加速度計システムの電子機器により実質的に軽減されることができる。
【００１２】
加速度計システムの動作時に、加速度計は、周期的な自己較正手順を受けることができる。一例として、自己較正手順は、２つのセンサの一方が所定の位置へ移動し、所定の位置のそれぞれにおける加速度測定を行う部分を周期的に交互に行うことを含む。加速度測定は、他のセンサの加速度測定と合成されることができ、入力加速度の変化は、加速度測定値において実質的に除去されることができる。繰り返し可能な力の対の間の差の合成測定値は、スケールファクタの測定として機能し、加速度計のスケールファクタを再計算するために初期スケールファクタにより割られうる。スケールファクタが加速度計の両方に対して補正されると、動的な入力加速度の状態は、バイアス誤差の観察及び補正を提供する。その結果、加速度の測定値は、変化からスケールファクタ及びバイアス誤差をもたらす誤差を実質的に無くして行うことができる。
【００１３】
自己較正コンポーネントは、また、加速度の自己較正を周期的に開始するように構成されることができ、電気的なばねバイアスを実質的に軽減する。加速度計システムの動作時に、自己較正コンポーネントは、センサの一方のプルーフマスを第１の所定の位置へ強制することができ、第１の力／検出素子のセットに対するプルーフマスに関連付けられるギャップキャパシタンスを測定することができる。自己較正コンポーネントは、その後、センサのプルーフマスを、認識された電気的なヌル位置に対する第１の所定の位置とは対称的に反対である第２の所定の位置へ強制することができ、第１の力／検出素子とは反対の第２の力／検出素子のセットに対してプルーフマスに関連付けられるギャップキャパシタンスを測定することができる。ギャップキャパシタンス値間の差は、であるばねバイアスに関連付けられることができ、これは、認識された電気的なヌル位置を調整するために自己較正コンポーネントへフィードバックされることができ、電気的なドリフト誤差から生じる電気的なばねバイアスの成分における時間依存ドリフトを実質的に軽減する。
【００１４】
図１は、加速度計システム１０の一例を示す。加速度計システム１０は、ナビゲーションシステム及び／又はガイダンスシステムのような様々な用途で実装されうる。加速度計システム１０は、図１の例に示される、信号ＡＣＣとしての加速度計システムの外部加速度を算出するように構成されうる。本明細書に記載されるように、外部加速度は、加速度計システム１０に加えられる外部力から得られる加速度計システム１０の加速度として定義され、他の外部力から得られる加速度と共に重力を含みうる。本明細書に記載されるように、加速度計システム１０は、算出された加速度ＡＣＣがスケールファクタ及びバイアス誘導誤差から実質的になくなるように、スケールファクタ及びバイアス誤差を実質的に軽減するように構成されうる。
【００１５】
加速度計システム１０は、センサシステム１２を含む。センサシステム１２は、第１のセンサ１４と、第２のセンサ１６と、を含む。第１のセンサ１４は、第１のプルーフマス１８と、対応する第１の力／検出素子のセット（“素子”）２０とを含み、第２のセンサ１６は、第２のプルーフマス２２と、対応する第２の素子のセット２４とを含み、図１の例では、第１のプルーフマス１８及び第１の素子のセット２０は、それぞれプルーフマス１及び素子１として示され、第２のプルーフマス２２及び第２の力／検出素子のセット２４は、それぞれプルーフマス２及び素子２として示され、一例として、第１及び第２のプルーフマス１８及び２２は、第１及び第２のプルーフマス１８及び２２がプロセス及び温度変化に対して実質的に同一に製造されうるように、ＭＥＭＳプロセスにマッチする構成要素で製造されうる。別の例では、第１及び第２の力／検出素子のセット２０及び２４は、静電力を提供する及び／又はプルーフマス２０及び２４のモーションを検出するために、強制／ピックオフとして構成されうる。しかし、電磁気素子及び／又は光学素子のような他のタイプの力／検出素子も実装されうることが理解される。
【００１６】
一例として、第１及び第２のプルーフマス１８及び２２は、外部加速度に応じて第１のプルーフマス１８が第１の方向に強制され、外部加速度に応じて第２のプルーフマス２２が第１の方向とは反対の第２の方向に強制されるように、配置されうる。したがって、第１及び第２のセンサ１４及び１６は、外部加速度に対して反対の入力軸を有しうる。一例として、第１及び第２のプルーフマス１８及び２２は、回転軸と同一線上にあるそれぞれの支点を有することができ、回転軸からの等しくかつ反対向きの距離でオフセットされるそれぞれの質量中心を有することができる。その結果、第１及び第２のプルーフマス１８及び２２は、外部加速度に応じて反対回転方向の支点に対して回転しうる。別の例としては、第１のプルーフマス１８は、整合する電極（ｍａｔｃｈｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ）及びフレームレイヤーコンポーネントが第２のプルーフマス２２に対する第１のプルーフマス１８に対して上下が逆になるように、第２のプルーフマス２２に対して反対に向けられうる。
【００１７】
別の例としては、センサシステム１２は、各素子２０及び２４のセットと共に、第１及び第２のプルーフマス１８及び２２を含む単一の筐体を含むように構成されうる。例えば、第１及び第２のプルーフマス１８及び２２は、屈曲部のセットを通じて互いに結合されることができ、第１及び第２のプルーフマス１８及び２２の一方のみが別々の屈曲部のセットを通じて各筐体に結合される。したがって、第１及び第２のプルーフマス１８及び２２は、それぞれ、独立プルーフマス及び中間プルーフマスとして構成されうる。したがって、第１及び第２のプルーフマス１８及び２２のそれぞれは、各屈曲部のセットを通じて互いに独立していると共に、フレームとは独立して移動することができる。例えば、第１及び第２のプルーフマス１８及び２２は、フレームの長さに対して互いに反対に配置されうる、又はフレームの範囲内で互いに同心であるように配置されうる。
【００１８】
加速度計システム１０は、また、加速度コントローラ２６を含む。加速度コントローラ２６は、信号発生器２８と、プロセッサ３０と、を含む。信号発生器２８は、各素子のセット２０及び２４に提供される信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２を生成するように構成され、力のバランスが取れた状態（リバランス）での実質的に電気的にヌル位置でプルーフマス１８及び２２を維持するための力を生成する。一例として、プロセッサ３０は、プルーフマス１８及び２２の力のリバランス（ｆｏｒｃｅ  ｒｅｂａｌａｎｃｅ）を実行するために、例えば、力のリバランスを行うことに基づいて信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２の振幅、向き（ｐｏｌａｒｉｔｙ）、持続期間及びデューティサイクルの一又はそれ以上を調整することにより、信号発生器２８を制御することができる。したがって、プロセッサ３０は、プルーフマス１８及び２２の作用する力に応じて、ヌル位置へのプルーフマス１８及び２の力のリバランスに基づいて加速度１０の加速度を算出するように構成されうる。
【００１９】
本明細書に記載されるように、ヌル位置は、各第１及び第２のプルーフマス１８及び２２のずれがゼロである第１及び第２のプルーフマス１８及び２２の各一方と関連付けられた他方を説明することができる。一例として、機械的なヌルは、いずれの方向にも機械的な力を加えない第１及び第２のプルーフマス１８及び２２それぞれの関連付けられたフレームへ第１及び第２のプルーフマス１８及び２２を保持する屈曲部において第１及び第２のプルーフマス１８及び２２の位置に対応することができ、電気的なヌルは、プルーフマス１８及び２２の上下の各素子２０及び２４が、ほぼゼロの正味のばね力（例えば、静電ばね力）を互いに第１及び第２のプルーフマス１８及び２２へ加える第１及び第２のプルーフマス１８及び２２の位置に対応することができる。名目上、機械的なヌル及び電気的なヌルは、第１及び第２のプルーフマス１８及び２２の同一の位置に対応しうる。しかし、バイアス誤差の１つの原因は、本明細書に記載されるように、例えば、製造許容範囲及び他の誤差の原因から得られるような機械的なヌルと電気的なヌルとの差に基づきうる。
【００２０】
一例として、信号発生器２８は、大きさ及び極性が実質的に等しいチャージパルスを生成することができ、プロセッサ３０は、所定のシーケンスで素子２０及び２４のセットにチャージパルスを提供するように構成され、各ヌル位置に向って第１及び第２のプルーフマス１８及び２２を加速するため（つまり、第１及び第２のプルーフマス１８及び２２をリバランスするため）の力を生成する。例えば、信号発生器２８は、反対の極性の力を交互に生成するために、信号発生器２８により生成されたチャージパルスを、第１の素子２０のセットの一方、その後第１の素子２０のセットの他方に交互に提供することができる。その結果、第１のプルーフマス１８は、各チャージパルス印加におけるヌル位置へ向かって第１のプルーフマス１８を位置付けるために、第１及び第２の方向に交互に加速される。プロセッサ３０は、その後、反対の向きの力を交互に生成するために、チャージパルスを、第２の素子のセット２４の一方、その後第２の素子のセット２４の他方に交互に提供することができる。その結果、第２のプルーフマス２２は、各チャージパルス印加におけるヌル位置へ向かって第２のプルーフマス２２を位置付けるために、第１及び第２の方向に交互に加速される。外部力に応じて、プロセッサ３０は、第１及び第２のプルーフマス１８及び２２のそれぞれの一方側へ長いリバランス力パルスを加えるために、信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２に対応するパルスのデューティサイクルを変更するように構成されることができ、このような第１及び第２のプルーフマス１８及び２２のそれぞれの一方側は各第１及び第２の素子１４及び１６の反対の入力軸に基づいて逆になる。
【００２１】
別の例では、信号発生器２８及びプロセッサ３０は、第１及び第２のプルーフマス１８及び２２の力リバランスを実行するために、電圧制御スキームを実装しうる。例えば、信号発生器２８は、電圧バイアス信号を第１及び第２のプルーフマス１８及び２２へ印加することができ、素子のセット２０及び２４それぞれ（例えば、信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２を通じて）に制御電圧を提供することができる。よって、プルーフマス１８及び２２は、素子２０及び２４のセットそれぞれにおける電圧バイアス信号と制御電圧との差に基づいてヌル位置で実質的に保持されうる。それに替えて、プルーフマス１８及び２２は、信号発生器２８が素子のセット２０及び２４のセットそれぞれへの制御電圧を印加するように構成されうるように、実質的に電気的に接地されてもよい。その結果、プロセッサ３０は、プルーフマス１８及び２２のそれぞれの力リバランスを提供するために、素子のセット２０及び２４における大きさ及び制御電圧の各方向を設定しうる。
【００２２】
チャージパルスがそれぞれの電極に印加される例における素子のセット２０及び２４それぞれと第１及び第２のプルーフマス１８及び２２との容量結合の結果、電圧は、第１及び第２のプルーフマス１８及び２２の相対的なずらしを示すものである素子のセット２０及び２４それぞれにおいて生成される。図１の例では、電圧は、素子のセット２０及び２４それぞれに対する第１及び第２のプルーフマス１８及び２２の容量に関連付けられうる電圧Ｖ１及びＶ２として示される。電圧Ｖ１及びＶ２は、第１及び第２の素子のセット２０及び２４のそれぞれ別の素子（例えば、素子のペア）に対応する複数の電圧にそれぞれ対応しうる。よって、電圧Ｖ１及びＶ２は、素子のセット２０及び２４に対する第１及び第２のプルーフマス１８及び２２のずれ（つまり、容量的なギャップ）にそれぞれ比例しうる。したがって、電圧Ｖ１及びＶ２は、第１及び第２のプルーフマス１８及び２２の相対的なずれの大きさを示すものを提供しうる。
【００２３】
プロセッサ３０は、また、例えば、外部加速度から得られる第１及び第２のプルーフマス１８及び２２のずれに対応する電圧Ｖ１及びＶ２に基づいて、出力信号ＰＭ１及びＰＭ２のセットを生成するようにも構成されうる。図１の例では、出力信号ＰＭ１及びＰＭ２は、加速度コンポーネント３２に提供される。一例として、加速度コンポーネント３２は、カルマンフィルタとして構成されうる。よって、加速度コンポーネント３２は、出力信号ＰＭ１及びＰＭ２に基づいて外部加速度の大きさを算出するように構成されうる。算出された外部加速度は、信号ＡＣＣとして図２の例に示される。
【００２４】
加速度計システム１０では、電圧Ｖ１及びＶ２が外部加速度に応じて互いに反対極性の方向の容量性ギャップに互いに関連付けられるため、電圧Ｖ１及びＶ２は、互いに反対の極性を有する。しかし、例えば、電圧Ｖ１及びＶ２に影響を及ぼす第１及び第２のプルーフマス１８及び２２並びに加速度計コントローラ２６の電子機器によるバイアス誤差は、第１及び第２のプルーフマス１８及び２２のモーションの極性から独立した極性を有する。その結果、加速度コンポーネント３２は、出力信号ＰＭ１の大きさと出力信号ＰＭ２の大きさとの差を算出するように構成されうる。したがって、測定バイアスによる誤差は、得られた差から取り除かれ、外部加速度の大きさのほぼ２倍を示す差を残す。よって、加速度コンポーネント３２は、実際の外部加速度ＡＣＣを算出するために差をリスケール（例えば、２で割ることにより）することができる。
【００２５】
第１及び第２のプルーフマス１８及び２２をリバランスする反対極性の力に関連付けられた大きさを有する出力信号ＰＭ１及びＰＭ２の除算の結果、加速度コンポーネント３２は、静的バイアス誤差（例えば、静的状態での第１次のバイアス）を実質的に軽減する態様で外部加速度ＡＣＣを算出することができる。このような出力信号ＰＭ１及びＰＭ２の差は、各電圧Ｖ１及びＶ２に基づく出力信号ＰＭ１及びＰＭ２の生成のための共通のプロセッサ３０と共に、第１及び第２のセンサ１４及び１６の製造されたマッチングに基づいてセンサシステム１２の２倍の外部加速度に関連付けられることができ、それによって、加速度コンポーネント３２により外部加速度ＡＣＣの簡素な算出がもたらされる。さらに、単一のプルーフマスに替えて第１及び第２のプルーフマス１８及び２２の両方を実装することにより、加速度計システム１０の相関しないノイズは、２の平方根を取ることにより実質的に低減されうる。
【００２６】
前述したように、向かい合う入力軸に対する第１及び第２のセンサ１４及び１６の配置は、静的なバイアス誤差の実質的な軽減をもたらす。しかし、バイアス誤差の別の原因は、動的状態での第１及び第２のセンサ１４及び１６により示されうる。したがって、これらの動的バイアス誤差を観察可能にして、動的バイアス誤差実質的に軽減するために、加速度計コントローラ２６は、自己較正コンポーネント３４と、メモリ３６と、を含む。自己較正コンポーネント３４は、通常動作時の前較正手順及び周期的な自己較正手順のような較正手順を実装するように構成される。較正手順は、第１及び第２のセンサ１４及び１６のスケールファクタを生成するように実装されることができ、スケールファクタ誤差を実質的に軽減し、バイアス誤差を観察可能な状態にする。メモリ３６は、時間にわたってモデル化されるような第１及び第２のセンサ１４及び１６のスケールファクタを記憶するように構成されうる。その結果、スケールファクタから得られる誤差及び温度による誤差は、外部加速度ＡＣＣの算出から実質的に除去されうる。
【００２７】
図２は、センサシステム５０の一例を示す。センサシステム５０は、図１の例におけるセンサシステム１２に対応しうる。したがって、以下の図２の説明では図１の例を参照する。
【００２８】
センサシステム５０は、図２の例の断面図で示される、第１のセンサ５２と、第２のセンサ５４と、を含む。第１の及び第２のセンサ５２及び５４は、第１の及び第２のセンサ５２及び５４がプロセスマッチしたコンポーネントとして実装されうるように、共に製造されうる。第１のセンサ５２は、第１のプルーフマス５６と、第１の電極セット５８と、第２の電極セット６０と、を含む。同様に、第２のセンサ５４は、第２のプルーフマス６２と、第３の電極セット６４と、第４の電極セット６６と、を含む。第１の及び第２のセンサ５２及び５４は、力／検出素子としての電極５８、６０、６４及び６６を実装するが、第１の及び第２のセンサ５２及び５４は、他の力／検出素子（例えば、磁気及び／又は光）を替わりに実装してもよいことが理解される。電極５８、６０、６４及び６６のセットそれぞれは、機能的に別の構成要素に分割され、それぞれ“Ｅ１”及び“Ｅ２”として図２の例にラベル付けされる。一例として、電極５８、６０、６４及び６６のセットそれぞれにおける各センサ５２及び５４のための“Ｅ１”電極は、全て電気的に結合され、電極５８、６０、６４及び６６のセットそれぞれにおける各センサ５２及び５４のための“Ｅ２”電極は、全て電気的に結合されうる。一例として、電極５８、６０、６４及び６６のセットそれぞれは、同心円上に配置されることができ、電極５８、６０、６４及び６６の与えられた１つにおける複数の“Ｅ１”及び“Ｅ２”電極は、単一の外側リング電極に対応しうる。
【００２９】
また、第１のプルーフマス５６は、屈曲部７０を通じて第１のセンサ５２のフレーム６８に結合され、第２のプルーフマス６２は、屈曲部７４を通じて第２のセンサ５４のフレーム７２に結合される。屈曲部７０及び７４は、互いに上下に配置される一対の屈曲部として図２において構成される。したがって、プルーフマス５６及び６２の上下の動きは、実質的に平坦な動きで維持されることができ、電極セット５８及び６０に対するプルーフマス５６と電極セット６４及び６６に対するプルーフマス５８との角度は、名目上ゼロであり、スケールファクタ及び各センサ５２及び５４のバイアスに影響を及ぼしうるウェッジ効果（ｗｅｄｇｅ−ｅｆｆｅｃｔｓ）を実質的に回避するために実質的に一定を維持することができる。しかし、センサ５２及び５４は、それぞれ、複数の屈曲部７０及び７４に下制限されるものではなく、それに替えて、プルーフマス５６及び６２それぞれに対して単一の屈曲部７０及び７４のみを含んでもよい。
【００３０】
一例として、センサシステム５０は、１つの層がプルーフマス５６及び６２を含み、１つの層が第１の電極セット５８及び第４の電極セット６６を含み、１つの層が第２の電極セット６０及び第３の電極セット６４を含むような、３つのウェーハ層で製造されることができる。したがって、プルーフマス５６及び６２、第１の電極セット５８及び第４の電極セット６６、並びに第２の電極セット６０及び第３の電極セット６４は、互いに実質的にプロセスマッチした構成要素として製造される。フレーム６８及び７２は、また、例えば、各フレーム６８及び７２の一部が結合される各層に基づくような、これらのウェーハそれぞれの一部として製造されうる。また、プルーフマス５６及び６２は、互いに逆の態様で方向付けられうる。したがって、第２のセンサ５３は、第１のセンサ５２に対して完全に逆となる態様で方向づけられうる。その結果、センサ５２及び５４両方に対する単一の入力軸７６は、第１及び第２のセンサ５２及び５４に対して反対側に配置されうる。
【００３１】
第１及び第２のセンサ５２及び５４は、第１及び第２のセンサ１４及び１６について前述されたものと実質的に同様に動作されうる。具体的には、信号発生器２８は、力のリバランスの実装に基づいて、電極５８及び６０のセットに加えられうる信号ＳＩＧ１のセット及び電極６４及び６６のセットに加えられうる信号ＳＩＧ２のセットを生成しうる。また、プルーフマス５６及び６２に対する電極５８、６０、６４及び６６のキャパシタンスは、各センサ５２及び５４の加速に応じて各プルーフマス５６及び６２をリバランスするために必要となる測定された力に対応しうる各電圧信号Ｖ１及びＶ２を指示しうる。さらに、前述したように、自己較正コンポーネント３４は、通常動作時に前較正手順及び周期的な自己較正手順のような較正手順を実装するように構成され、第１及び第２のセンサ５２及び５４のスケールファクタを生成し、スケールファクタ誤差を実質的に軽減し、バイアス誤差を観察可能な状態にする。
【００３２】
較正手順を実装するために、自己較正コンポーネント３４は、所定の位置へのプルーフマス５６及び６２のずらしを（信号発生器２８及びプロセッサ３０を通じて）開始することができ、プロセッサ３０は、所定の位置における第１及び第２のプルーフマス５６及び６２に作用する力を算出しうる。所定の位置における算出された力の差は、与えられたセンサ５２及び５４の測定スケールファクタを求めるために実装されうる。
【００３３】
図３は、本発明の位置態様に係る第１の較正位置におけるセンサ１０２の図１００の一例であり、図４は、第２の較正位置におけるセンサ１０２の図１５０の一例である。センサ１０２は、例えば、図２の例における第１のセンサ５２に対応しうる。したがって、以下の図３及び４の説明では図１及び２の例を参照する。
【００３４】
センサ１０２は、屈曲部１０５のセットを通じて結合されるプルーフマス１０４と、電極１０６と、電極のセット１０８と、を含む。電極１０６及び電極のセット１０８は、“Ｅ１”として示され、電極１０６及び１０８は、互いに電気的に結合し、信号ＳＩＧ１又はＳＩＧ２は、電極１０６及び１０８に等しく影響することができる。図３及び４の例では、信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２は、プルーフマス１０４の位置の検出の目的にのみ使用され、プルーフマス１０４の力のリバランスのために印加される信号とは別であってもよい。電極１０６及び１１０並びに電極１０８及び１１２は、それぞれ、力のリバランスのために互いに電気的に結合されてもよい。センサ１０２は、また、互いに電気的に結合され、“Ｅ２”として示される電極セット１１０及び電極１１２を含んでもよい。図１００では、電極１１０及び１１２は、有効ではなく（ｉｎａｃｔｉｖｅ）、電極１１０及び１１２は、プルーフマス位置検出の信号ＳＩＧ１又はＳＩＧ２を受信しない。しかし、電極１１０及び１１２は、前述したように、プルーフマスの力のリバランス信号を受信しうる。逆に、図１５０では、電極１１０及び１１２は、信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２により影響を受け、電極１０６及び１０８は、有効ではなくなり、電極１０６及び１０８は、プルーフマス位置検出の信号ＳＩＧ１又はＳＩＧ２を受信しない。力のリバランスの目的のために電極１０６及び１１０が互いに電気的に結合され、かつ力のリバランスの目的のために電極１０８及び１１２が互いに電気的に結合されるため、その後、これらの電極は、力のリバランス信号を受信することができる。したがって、電極１０６、１０８、１１０及び１１２は、図１００及び１５０におけるプルーフマス１０４の位置の検出の目的のために選択的に有効及び無効になる。
【００３５】
電極１０６、１０８、１１０及び１１２の選択的なアクティベーション及びディアクティベーションの結果、プルーフマス１０４の上下の電極の対応する表面領域は、プルーフマス１０４のプルーフマス位置の検出の目的のために変化されうる。図１００では、電極１０８の表面領域は、電極１０６の表面領域よりも大きくなる。その結果、プルーフマス１０４に対する電極のキャパシタンスは、ギャップが等しいとき、プルーフマス１０４に対する電極のキャパシタンスよりも大きくなる。したがって、ピックオフ電気的ヌルが変化される。したがって、プルーフマス１０４は、プルーフマス１０４に対して電極１０６及び１０８それぞれのほぼ等しいキャパシタンスに対応する新たなヌル位置に対応しうる図１００における第１の位置へずらされる。加速度計コントローラ２６からの力のリバランス信号は、これらのキャパシタンスをほぼ等しく維持する位置におけるプルーフマス１０４を保持するように機能する。具体的には、プルーフマス１０４での電極１０６、１０８、１１０及び１１２により提供される正味の静電気力は、任意の静電気力バイアスの寄与により修正されるような、屈曲部１０５の機械的なばね力の合計値及び任意の入力加速度により提供される力と実質的に等しくかつ向きが反対である。
【００３６】
同様に、図１５０では、電極１１０の表面領域は、電極１１２の表面領域よりも大きくなる。その結果、電極１０６、１０８、１１０及び１１２は、プルーフマス１０４に静電気力を加え、新たなヌル位置に対応しうる図１５０の第２の位置へプルーフマス１０４をずらす。新たなヌル位置は、プルーフマス１０４に対する電極１０６及び１０８それぞれのほぼ等しいキャパシタンスに対応する。
【００３７】
図１及び２の例に戻り、較正手順時に、自己較正コンポーネント３４は、本明細書により詳細に記載されるような理解しやすい図１００及び１５０に示される２つの所定の位置のそれぞれにおけるセンサ５２及び５４のそれぞれを交互に位置付けるように構成されうる。以下に説明されるように、図１００に係るプルーフマス５６及び６２の変位（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）は、“位置１”として示され、図１５０に係るプルーフマス５６及び６２の変位は、“位置２”として示される。また、以下に説明されるように、全ての電極がプルーフマス１０４の位置の検出のために同時に用いられるとき（例えば、図３の例の電極１０６、１０８、１１０及び１１２）、各プルーフマス５６及び６２のヌル位置は、“位置０”として以下に示される。しかし、センサの他の構成は、位置１及び２に対する位置の差をもたらしうる。
【００３８】
図５は、センサシステム２００の別の例を示す。センサシステム２００は、図１の例におけるセンサシステム１２に対応しうる。したがって、図５の例の以下の説明では図１の例を参照する。
【００３９】
センサシステム２００は、図５の例に断面図で示される第１のセンサ２０２と、第２のセンサ２０４と、を含む。第１のセンサ２０２及び第２のセンサ２０４は、第１のセンサ２０２及び第２のセンサ２０４がプロセスマッチしたコンポーネントとして実装されうるように、共に製造されうる。第１のセンサ２０２は、第１の独立プルーフマス２０６と、第１の電極セット２２６と、第２の電極セット２２８と、を含む。第１のセンサ２０２は、さらに、中間プルーフマス２１７と、第３の電極セット２０８と、第４の電極セット２１０と、を含む。同様に、第２のセンサ２０４は、第２の独立プルーフマス２１２と、第５の電極セット２３０と、第６の電極セット２３２と、を含む。同様に、第２のセンサ２０４は、さらに、中間プルーフマス２２１と、第７の電極セット２１４と、第８の電極セット２１６と、を含む。第１及び第２のセンサ２０２及び２０４が、力／検出素子としての電極２０８、２１０、２１４、２１６、２２６、２２８、２３０及び２３２を実装するとき、第１及び第２のセンサ２０２及び２０４は、他の（例えば、磁気及び／又は光）力／検出素子を替わりに実装することもできることがわかる。電極セット２０８、２１０、２１４及び２１６のそれぞれは、機能的に別の構成要素に分割され、それぞれ“Ｅ１”及び“Ｅ２”として図５の例にラベル付けされる。一例として、センサ２０２及び２０４のそれぞれの“Ｅ１”電極は、各プルーフマス２１７及び２２１の位置の検出の目的のために電気的に結合されることができ、センサ２０２及び２０４のそれぞれの“Ｅ２”電極は、各プルーフマス２１７及び２２１の位置の検出の目的のために電気的に結合されることができる。別の例として、電極セット２０８、２１０、２１４、２１６、２２６、２２８、２３０及び２３２のそれぞれは、各プルーフマス２１７、２２１、２０６及び２３２の力のリバランスの目的のために、電極セット２０８、２１０、２１４、２１６、２２６、２２８、２３０及び２３２に対して電気的に結合されることができる。
【００４０】
電極セット２０８及び２１０のセットは、第１の独立プルーフマス２０６を屈曲部２２０のセットを通じてフレーム２１８に内部接続する中間プルーフマス２１７と係合するように配置され、中間プルーフマス２１７は、第２の屈曲部（図示せず）を通じてフレーム２１８に結合される。また、電極セット２１４及び２１６のセットは、第２の独立プルーフマス２１２を屈曲部２２４のセットを通じてフレーム２２２に内部接続する中間プルーフマス２２１と係合するように配置され、中間プルーフマス２２１は、第２の屈曲部（図示せず）を通じてフレーム２１８に接合される。屈曲部２２０及び２２４は、図２の例に説明されたのと同様に、互いに上下に配置される一対の屈曲部として図５の例では構成される。したがって、各プルーフマス５６、６２及び１０４に対する図２−４の例に説明されるものと同様に、電極セット２０８及び２１０のセットは、中間プルーフマス２１７に静電気力を提供することができ、電極２１４及び２１６は、中間プルーフマス２２１に静電気力を提供することができる。図５の例では、第１のセンサ２０２は、また、電極セット２２６及び２２８を含み、第２のセンサ２０４は、また、電極セット２３０及び２３２を含み、各独立プルーフマス２０６及び２１２と係合するようにそれぞれが構成される。したがって、図２−４の例に説明されるものと同様に、電極セット２２６及び２２８は、プルーフマス２０６に静電気力を提供し、電極セット２３０及び２３２は、プルーフマス２１２に静電気力を提供する。
【００４１】
センサシステム２００は、１つの層が独立プルーフマス２０６及び２１２並びに中間プルーフマス２１７及び２２１を含み、１つの層が電極セット２０８、２１６、２２６及び２３２を含み、１つの層が電極セット２１０、２１４、２２８及び２３０を含むような、３つのウェーハ層で製造されることができる。したがって、独立プルーフマス２０６及び２１２、中間プルーフマス２１７及び２２１、電極セット２０８、２１６、２２６及び２３２、並びに電極セット２１０、２１４、２２８及び２３２は、互いに実質的にプロセスマッチした構成要素として製造されうる。フレーム２１８及び２２２は、また、例えば、各フレーム２１８及び２２２の一部が結合される各層に基づくような、これらのウェーハそれぞれの一部として製造されうる。また、重力のオフセット中心構造では、独立プルーフマス２０６及び２１２は、互いに逆の態様で方向付けられうる。したがって、第２のセンサ２０４は、第１のセンサ２０２に対して完全に逆となる態様で方向付けられうる。その結果、センサ２０２及び２０４両方に対する単一の入力軸２３４は、第１及び第２のセンサ２０２及び２０４に対して反対側に配置されうる。
【００４２】
図５の例は、２つの別のセンサ２０２及び２０４を示しているが、センサ２０２及び２０４のそれぞれが２つのプルーフマス（例えば、独立プルーフマス２０６及び中間プルーフマス２１７又は独立プルーフマス２１２及び中間プルーフマス２２１）を含むため、加速度計システム１０は、センサ２０２又は２０４の一方のみを含みうる。例えば、加速度計システム１０は、独立プルーフマス２０６並びに電極２２６及び２２８が加速度計システム１０の第１のセンサ１４に対応することができ、かつ中間プルーフマス２１７並びに電極２０８及び２１０が加速度計システム１０の第２のセンサ１６に対応することができるように、第１のセンサ２０２のみを含みうる。一例として、本明細書に詳細に記載されるように、独立プルーフマス２０６並びに電極２２６及び２２８に関連付けられるセンサ１４は、所与の時間における外部加速度の大きさを算出するように構成されうるが、中間プルーフマス２１７に関連付けられる第２のセンサ１６並びに電極２０８及び２１０は、較正される。したがって、第１及び第２のセンサ２０２及び２０４の与えられた一方は、反対向きの入力軸を有さずに、加速度計システム１０に実装されうる。
【００４３】
図６は、プルーフマス層２５０の一例を示す。プルーフマス層２５０は、製造プロセスにおいて単一のウェーハ層として製造されることができ、図５の例のセンサ２０２及び２０４の一方に対する共通に製造された構成要素に関連付けられるプルーフマスに対応することができる。プルーフマス層２５０は、独立プルーフマス２５２と、中間プルーフマス２５４と、フレーム部２５６と、を含む。独立プルーフマス２５２は、第１の屈曲部のセット２５８を通じてプルーフマス２５４に結合され、中間プルーフマス２５４は、第２の屈曲部のセット２６０を通じてフレーム部２５６に結合される。したがって、独立プルーフマス２５２及び中間プルーフマス２５４のそれぞれは、互いに独立であると共に、屈曲部のセット２５８及び２６０のそれぞれを通じてフレーム部２５６とは独立に移動することができる。図６の例では、独立プルーフマス２５２及び中間プルーフマス２５４は、プルーフマス層２５０の長さに対して互いに反対側に配置される。図６は、独立プルーフマス及び別の中間プルーフマスを含むプルーフマス層の配置の一例を示す。しかし、独立プルーフマス及び別の中間プルーフマスの他の構成が実装されうることが理解される。
【００４４】
図７は、プルーフマス層３００の別の例を示す。プルーフマス層３００は、製造プロセスにおいて単一のウェーハ層として製造されることができ、図５の例のセンサ２０２及び２０４の一方に対する共通に製造された構成要素に関連付けられるプルーフマスに対応することができる。プルーフマス層３００は、独立プルーフマス３０２と、中間プルーフマス３０４と、フレーム部３０６と、を含む。独立プルーフマス３０２は、第１の屈曲部のセット３０８を通じて中間プルーフマス３０４に結合され、中間プルーフマス３０４は、第２の屈曲部のセット３１０を通じてフレーム部３０６に結合される。したがって、独立プルーフマス３０２及び中間プルーフマス３０４のそれぞれは、互いに独立であると共に、屈曲部のセット３０８及び３１０のそれぞれを通じてフレーム部３０６とは独立に移動することができる。図７の例では、独立プルーフマス３０２及び中間プルーフマス３０４は、中間プルーフマス３０４が独立プルーフマス３０２の実質的に周囲を囲むように、配置される。
【００４５】
図５の例に戻り、第１及び第２のセンサ２０２及び２０４は、図２−４の例について前述したものと同様に、自己較正コンポーネント２８により実装される較正手順により較正されることができる。しかし、独立プルーフマス２０６及び２１２をずらすことに替えて、自己較正コンポーネント２８は、中間プルーフマス２１７及び２２１をずらすために、各独立プルーフマス２０６及び２１２を電気的なヌル位置に維持する間に、信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２を提供しうる。例えば、電極セット２２６、２２８、２３０及び２３２は、各独立プルーフマス２０６及び２１２に静電気力を実装し、各中間プルーフマス２１７及び２２１がニュートラル位置にある場合に、入力加速度と屈曲部２２０及び２２４により提供される機械的なばね力との合計値を実質的に打ち消し、ほぼ機械的なヌル位置で独立プルーフマス２０６及び２１２の電気的なヌル位置を維持する。
【００４６】
図８は、本発明の一態様に係る第１の較正位置におけるセンサ３５２の図３５０の別の例を示し、図９は、第２の較正位置におけるセンサ３５２の図４００の別の例を示す。センサ３５２は、例えば、図５の例における第１のセンサ２０２に対応しうる。したがって、図８及び９の例の以下の説明では図１、５及び６の例を参照する。
【００４７】
センサ３５２は、屈曲部のセット３５８、電極３６０及び電極セット３６２を通じて結合される、独立プルーフマス３５４と、中間プルーフマス３５６と、を含む。電極３６０及び電極セット３６２は、“Ｅ１”として示され、電極３６０及び電極セット３６２は、プルーフマス３５６の位置検出の目的のために互いに電気的に結合され、信号ＳＩＧ１又はＳＩＧ２は、電極３６０及び３６２に等しく影響を及ぼしうる。センサ３５２は、また、プルーフマス３５６の位置検出の目的のために共に電気的に結合されうる“Ｅ２”として示される電極セット３６４及び電極３６６を含みうる。図３５０では、電極３６４及び電極３６６は、プルーフマス３５６の位置検出の目的のために非アクティブとなり、電極３６４及び電極３６６は、信号ＳＩＧ１又はＳＩＧ２を受信しない。しかし、電極３６４及び電極３６６は、力のリバランスの目的のために共に結合されることができ、電極３６４及び電極３６６は、力のリバランスの目的のために信号を受信する。したがって、電極３６４及び電極３６６は、力のリバランスの目的のために共に電気的に結合されることができ、電極３６４及び電極３６６は、また、力のリバランスの目的のために信号を受信する。逆に、図４００では、電極３６４及び電極３６６は、信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２により影響を受け、電極３６４及び電極３６６は、有効でなくなり、電極３６０及び電極３６２は、信号ＳＩＧ１又はＳＩＧ２を受信せず、ここで信号ＳＩＧ１又はＳＩＧ２は、力のリバランスではなくプルーフマス３５６の位置検出の目的のためのものである。したがって、電極３６０、３６２、３６４及び３６６は、図３５０及び４００のプルーフマス３５６の位置検出の目的のために選択的に有効及び無効となる。さらに、センサ３５２は、独立プルーフマス３５４の上下に配置される電極３６８及び電極３７０を含み、電極３６８及び３７０は、また、独立プルーフマス３５４に静電気力を提供するために、各力のリバランス信号による影響を受けうる。センサ３５２が力／検出素子としての電極を実装するが、センサ３５２は、他の（例えば、磁気及び／又は光）力／検出素子を替わりに実装することもできる。
【００４８】
したがって、電極３５６、３６０、３６２、３６４及び３６６の選択的な有効及び無効の結果、中間プルーフマス３５６の上下の電極の相対的な表面領域は、変更されうる。図３５０では、電極３６２の表面領域は、電極３６０の表面領域よりも大きい。その結果、中間プルーフマス３５６に対する電極３６２のキャパシタンスは、ギャップがほぼ等しくなるときに、中間プルーフマス３５６に対する電極３６０のキャパシタンスよりも大きくなる。したがって、電気的なヌルは、中間プルーフマス３５６の機械的なヌル位置に対して変更される。よって、中間プルーフマス３５６は、中間プルーフマス３５６に対する電極３６０及び３６２のほぼ等しいキャパシタンスに対応する新たなヌル位置に対応しうる図３５０の第１の位置へずらされる。加速度計コントローラ２６からの力のリバランス信号は、これらのキャパシタンスをほぼ等しく維持する位置においてプルーフマスを保持するように機能する。具体的には、中間プルーフマス３５６での電極３６２及び３６６により提供される静電気力は、電極３６０及び３６４により提供される静電気力＋屈曲部３５８の機械的なばね力及び入力加速度による力と実質的に等しくかつ向きが反対である。また、電極３６８及び３７０は、中間プルーフマス３５６がニュートラル位置にある場合に、機械的なヌル位置とほぼ同一であり得る電気的なヌル位置において独立プルーフマス３５４を維持するために、独立プルーフマス３５４に静電気力を印加するように実装されることができる。
【００４９】
同様に、図４００では、電極３６４の表面領域は、電極３６６の表面領域よりも大きい。その結果、中間プルーフマス３５６に対する電極３６４のキャパシタンスは、ギャップが等しくなるときに、中間プルーフマス３５６に対する電極３６０のキャパシタンスよりも大きくなる。したがって、電気的なヌルは、中間プルーフマス３５６の機械的なヌル位置に対して変更される。よって、中間プルーフマス３５６は、中間プルーフマス３５６に対する電極３６０及び３６２のほぼ等しいキャパシタンスに対応する新たなヌル位置に対応しうる図４００の第２の位置へずらされる。加速度計コントローラ２６からの力のリバランス信号は、これらのキャパシタンスをほぼ等しく維持する位置においてプルーフマス３５６を保持するように機能する。具体的には、中間プルーフマス３５６での電極３６０及び３６４により提供される静電気力は、電極３６２及び３６６により提供される静電気力＋屈曲部３５８の機械的なばね力及び入力加速度による力と実質的に等しくかつ向きが反対である。また、電極３６８及び３７０は、中間プルーフマス３５６がニュートラル位置にある場合に、機械的なヌル位置とほぼ同一であり得る電気的なヌル位置において独立プルーフマス３５４を維持するために、独立プルーフマス３５４に静電気力を印加するように実装されることができる。
【００５０】
図２の例に戻り、図３及び４の例を参照し、位置０、１及び２のそれぞれにおいて、センサ５２及び５４は、前較正手順時にタンブルテスト（ｔｕｍｂｌｅ  ｔｅｓｔ）を受けることができ、センサ５２及び５４は、位置０、１及び２のそれぞれにおける＋１ｇ及び−１ｇの外部力を受けることができる。一例として、タンブルテストは、前較正手順時に所定の温度の範囲（例えば、約−５５℃から約８５℃）での位置０、１及び２のそれぞれにおいて行われうる。例えば、タンブルテストは、前較正手順時の所定の温度の範囲における複数の別々の温度それぞれでの位置０、１及び２のそれぞれにおいて行われうる。自己較正コンポーネント２８は、その後、別々の温度それぞれに対応する各センサ５２及び５４に対するスケールファクタを算出するために、別々の温度それぞれにおけるスケールファクタ算出アルゴリズムを実装しうる。温度においてモデル化されたスケールファクタは、メモリ３６に記憶されることができ、温度においてモデル化されたスケールファクタは、本明細書により詳細に記載されるように、後続の自己較正手順時にアクセスされることができる。本明細書に記載される自己較正手順は、図２の例におけるセンサシステム５０を参照するが、前較正手順は、図５の例におけるセンサシステム２００と実質的に同等の態様で適用されうることが理解される。
【００５１】
図１０は、スケールファクタ前較正アルゴリズム４５０の一例を示す。図１０の例における前較正アルゴリズム４５０は、図２の例におけるセンサシステム５０の初期スケールファクタを算出するように実装されうる。したがって、図１０の例の以下の説明では図２の例を参照する。図１０の例の以下の説明では、前較正アルゴリズム４５０は、位置０（つまり、ほぼ機械的なヌル）に配置されるセンサ５２の初期スケールファクタを求めるために実装される。しかし、前較正アルゴリズム４５０は、同様に、センサ５４にも実装され、よって、センサ５２及び５４の両方の初期スケールファクタを求めるためにセンサ５２及び５４のそれぞれに対して別々に実装される。前述したように、初期スケールファクタの算出は、温度の範囲にわたってモデル化されることができ、メモリ３０に保存されることができる。
【００５２】
第１のステップ４５２において、センサ５２が各所定の外部力＋１ｇ及び−１ｇを受ける間に、力の別々の測定が（例えば、プロセッサ３０により）行われる。また、センサ５２は、加えられた外部力とは区別することができないバイアス誤差“ｇｂ”を受ける。よって、２つの別々の測定値は、“Ｖａ＋Ｖｂ”及び“−Ｖａ＋Ｖｂ”の生じた電圧測定値として示され、ここで“Ｖａ”は１ｇの力に対応する電圧に対応し、“Ｖｂ”はバイアス誤差に対する出力電圧に対応する。ステップ４５４において、測定値の項は、電圧“２Ｖａ”を生じるように引かれ、よって、差が２倍となり、電圧は、１ｇの力に対応し、バイアス誤差の項は実質的に削除される。ステップ４５６において、差は、２で割られて、１ｇの項当りの電圧“Ｖａ”を生成し、これは、ステップ４５８において示される初期スケールファクタ“ＳＦｉ”に対応する。
【００５３】
ステップ４６０において、測定値の項は、初期スケールファクタＳＦｉで割られ、バイアス誤差を含む初期に加えられた力“ｇａ＋ｇｂ”及び“−ｇａ＋ｇｂ”に対応する別の力の測定値を提供し、ここで“ｇａ”は＋１ｇの力に対応する。ステップ４６２において、初期の力の項は、初期の測定値それぞれのバイアス誤差の合計値に対応する項を生じるように共に加えられ、ステップ４６４において、バイアス誤差の合計値は、２で割られ、加えられた力＋１ｇ及び−１ｇそれぞれでの別の初期測定値のバイアス誤差の平均に対応するバイアス項を生じる。したがって、センサ５２のバイアス誤差は、初期スケールファクタＳＦｉの算出に基づいて観察可能となりうる。
【００５４】
センサシステム５０のスケールファクタは、例えば、様々な環境要因に基づくような時間と共に変化しうる。したがって、自己較正コンポーネント２８は、本明細書に記載されるように、プルーフマス５６及び６２のずらしを含む前較正手順において実装されるような初期スケールファクタに基づいてセンサ５２及び５４のそれぞれに対して自己較正手順を周期的に実装するように構成されうる。また、例えばセンサ５２及び５４のそれぞれに対する前較正手順４５０を実装すると、センサ５２及び５４のそれぞれに対するバイアス誤差“ｇｂ”は、時間と共に（例えば、様々な環境要因に基づいて）変化しうる。自己較正された正確なスケールファクタは、よって、動的な環境におけるセンサシステム５０のバイアス誤差の較正のために実装されることができる。例えば、２つの別の力（例えば、＋１ｇ及び＋２ｇ）のような複数の別の力は、センサシステムに加えられることができ、力の測定を行うことができる。一例として、２つの別々の力のセンサ５２及び５４の別々の測定の結果は、４つの未知の値を有する４つの式を生じることができる（つまり、力の２つの測定値並びにセンサ５２及び５４の各バイアス誤差、各スケールファクタは、自己較正に基づいて事前に算出されている）。したがって、センサ５２及び５４のバイアス誤差を解くことができ、バイアス誤差は、図１の例の加速度ＡＣＣの測定値から実質的に除去されうる。
【００５５】
図１１は、スケールファクタの力基準の前較正アルゴリズム５００の別の一例を示す。図１１の例の前較正アルゴリズム５００は、図２の例におけるセンサシステム５０のための初期スケールファクタの力基準測定値を算出するように実装されることができる。したがって、図１１の例の以下の説明では図２の例を参照する。図１１の例の以下の説明では、前較正アルゴリズム５００は、位置１及び２（つまり、図３及び４の例における図１００及び１５０）における力の測定を合成することに基づいてセンサ５２の初期スケールファクタの力基準測定値を算出するように実装される。しかし、前較正アルゴリズム５００は、同様に、センサ５４のために実装され、よって、センサ５２及び５４の両方に対する初期スケールファクタの力基準測定値を求めるために、センサ５２及び５４のそれぞれに対して別々に実装される。前述したように、初期スケールファクタの力基準測定値の算出は、温度の範囲においてモデル化され、メモリ３０に保存されることができる。
【００５６】
第１のステップ５０２において、位置１におけるプルーフマス５６をずらすことにより開始し、センサ５２が＋１ｇ及び−１ｇの所定の力それぞれを受ける間に、別々の力の測定が（例えば、プロセッサ３０により）行われる。また、センサ５２は、加えられる外部力とは区別することができないプルーフマス５６のずらし＋バイアス誤差“ｇｂ”に基づいて屈曲部７０から力“ｇｆ１”を受ける。よって、２つの別の測定値は、“Ｖａ＋Ｖｂ＋Ｖｆ１”及び“−Ｖａ＋Ｖｂ＋Ｖｆ１”の電圧測定値を生じるように示され、ここで“Ｖｆ１”は第１の位置における力“ｇｆ１”に関連付けられる電圧に対応する。ステップ５０３において、測定値の項は、図１０の例における前較正アルゴリズム４５０により求められる初期スケールファクタ“ＳＦｉ”により割られる。除算の結果は、バイアス誤差を含む初期に加えられる力に対応する別の力の測定値を提供する。ステップ５０６において、初期の力の項は、力“ｇｆ１”及び初期測定値それぞれのバイアス誤差の合計値に対応する項を生じるように共に加えられ、ステップ５０８において、力“ｇｆ１”及びバイアス誤差の合計値は、２で割られ、力“ｇｆ１”並びに加えられる力＋１ｇ及び−１ｇそれぞれにおける別の初期測定値のバイアス誤差の平均に対応する力の項を生じる。
【００５７】
プルーフマス５６は、その後、位置１から位置２へずらされ、ステップ５１０において、力“ｇｆ２”＋バイアス誤差“ｇｂ”と同様に、センサ５２が＋１ｇ及び−１ｇの所定の力それぞれを受ける間に、力の別の測定が（例えば、プロセッサ３０により）行われる。よって、２つの別の測定値は、電圧測定値“Ｖａ＋Ｖｂ＋Ｖｆ２”及び“−Ｖａ＋Ｖｂ＋Ｖｆ２”を生じるように示され、ここで“Ｖｆ２”は、第２の位置における力“ｇｆ２”に関連付けられる電圧に対応する。ステップ５１２において、測定値の項は、図１０における前較正アルゴリズム４５０により求められる初期スケールファクタ“ＳＦｉ”により割られる。除算の結果は、バイアス誤差を含む初期に加えられる力に対応する別の力の測定値を提供する。ステップ５１４において、初期の力の項は、力“ｇｆ２”及び初期測定値それぞれのバイアス誤差の合計値に対応する項を生じるように共に加えられ、ステップ５１６において、力“ｇｆ２”及びバイアス誤差の合計値は、２で割られ、力“ｇｆ２”並びに加えられる力＋１ｇ及び−１ｇそれぞれにおける別の初期測定値のバイアス誤差“ｇｂ”の平均に対応する力の項を生じる。
【００５８】
ステップ５１８において、位置１及び２それぞれにおける力の項“ｇｆ１＋ｇｂ”及び“ｇｆ２＋ｇｂ”は、力の項の減算に基づいて合成される。合成された力の項の差（“ｇｆ１−ｇｆ２”）は、初期スケールファクタ及び実質的に除去されるバイアス誤差を有することに基づく位置１及び２における屈曲部のサスペンションにより加えられる物理的なばね力の差に対応する初期の力の項である。よって、自己較正コンポーネント２８は、図１２の例に詳細に説明されるような、後続の自己較正手順のために初期の力の項を実装しうる。図１１の例では、前較正手順５００は、プルーフマス５６を位置２へずらす前に、プルーフマス５６を位置１へずらすことに制限されず、ずらしの順序は重要でないことがわかる。
【００５９】
図１２は、スケールファクタ自己較正アルゴリズム５５０の一例を示す。図１２の例におけるスケールファクタ自己較正アルゴリズム５５０は、図２の例におけるセンサシステム５０のリアルタイムスケールファクタを算出するために実装されうる。したがって、以下の図１２の例の説明では、図２の例を参照する。以下の図１２の例の説明では、スケールファクタ自己較正アルゴリズム５５０は、センサ５２のリアルタイムスケールファクタフォース測定値を求めるために実装される。しかし、スケールファクタ自己較正アルゴリズム５５０は、同様にしてセンサ５４にも実装され、よって、センサ５２及び５４のそれぞれのリアルタイムスケールファクタを求めるために、センサ５２及び５４のそれぞれに対して周期的かつ交互に行われる態様で別々に実装されることが理解される。また、スケールファクタ自己較正アルゴリズム５５０は、図１２の例において、時間経過と共に左から右へ示され、他のステップよりも左のステップは、その命令が時間内に行われ、図１２の例における左から右に実質的に位置合わせされるステップは、実質的に同時に行われうる。
【００６０】
ステップ５５２において、センサ５２は、プルーフマス５６が位置２にずらされるように操作される。ステップ５５４において、センサ５４は、位置０の電気的なヌルで維持され、センサシステム５０に作用する力の測定を行うことにより正常に動作するように構成される。ステップ５５６において、力の測定は、周囲温度Ｔに対応するセンサ５２の初期スケールファクタＳＦｉ１を用いて時間１での位置２のセンサ５２により行われる。その結果は、力“ｇａ１”（つまり、時間１におけるセンサ５２に作用する力）、力“ｇｂ１”（つまり、センサ５２に関連付けられるバイアス誤差）及び力“ｇｆ２”（つまり、位置２におけるサスペンション７０により加えられる物理的なばね力）の合計に対応する力の項“ｇａ１＋ｇｆ２＋ｇｂ１”である。同様に、ステップ５５８において、力の測定は、周囲温度Ｔに対応するセンサ５４の初期スケールファクタ“ＳＦｉ２”を用いて時間１における位置０のセンサ５４により行われる。その結果は、力の項“−ｇａ１＋ｇｂ２”である。ステップ５６０において、力の項は、互いに加えられ、“ｇｆ２＋ｇｂ１＋ｇｂ２”を提供する。
【００６１】
ステップ５６２において、センサ５２は、プルーフマス５６が位置１にずらされるように操作される。ステップ５６４において、力の測定は、周囲温度Ｔに対応するセンサ５２の初期スケールファクタ“ＳＦｉ１”を用いて時間２での位置１のセンサ５２により行われる。その結果は、力“ｇａ２”（つまり、時間２におけるセンサ５２に作用する力）、力“ｇｂ１”（つまり、センサ５２に関連付けられるバイアス誤差）及び力“ｇｆ１”（つまり、位置１におけるサスペンション７０により加えられる物理的なばね力）の合計に対応する力の項“ｇａ２＋ｇｆ１＋ｇｂ１”である。同様に、ステップ５６６において、力の測定は、周囲温度Ｔに対応するセンサ５４の初期スケールファクタＳＦｉ２を用いて時間２における位置０のセンサ５４により行われる。その結果は、力の項“−ｇａ２＋ｇｂ２”である。ステップ５６８において、力の項は、互いに加えられ、“ｇｆ１＋ｇｂ２＋ｇｂ１”を提供する。
【００６２】
ステップ５７０において、力の項“ｇｆ２＋ｇｂ１＋ｇｂ２”と“ｇｆ１＋ｇｂ２＋ｇｂ１”とは、減算され、リアルタイムの力の項“ｇｆ１−ｇｆ２”を生成する。ステップ５７２において、リアルタイムの力の項は、周囲温度Ｔでの図１１の例における前較正アルゴリズムにより算出される初期の力の項により割られ、センサ５２に対応する初期スケールファクタ“ＳＦｉ１”に対する補正係数を算出する。補正係数は、その後、ノイズ及び他の誤差源の影響を低減するためにフィルタされ、最終的にセンサ５２の初期スケールファクタ“ＳＦｉ１”を乗じる。その結果は、加速度ＡＣＣの後続の測定値のために実装されるリアルタイムスケールファクタ“ＳＦ”である。したがって、センサシステム５０のスケールファクタは、後続の加速度ＡＣＣの測定値が実質的により正確になるように、スケールファクタへの変化を構成するように周期的に更新されうる。さらに、本明細書に記載される動的な較正及び正確に算出される初期スケールファクタに基づいて、不確実なバイアスは、動的な加速状態下で、前述されたような加速度ＡＣＣの測定から実質的に軽減されうる。
【００６３】
図３、４及び８−１２は、加速度計システム１０の較正の第１の態様を示しており、スケールファクタ較正及びバイアス誤差は、実質的に軽減されうる。しかし、本明細書に記載されるように、加速度計システム１０の自己較正コンポーネント３４は、また、電気的バネバイアスを実質的に軽減するために、異なる態様で加速度計システム１０を較正するように構成されうる。例えば、自己較正コンポーネント３４は、前述されたような、例えば、第１及び第２のセンサ１２及び１４のそれぞれに対する初期スケールファクタを得るために、前較正手順を実装するように構成されることができ、外部加速度ＡＣＣの算出によるバイアス誤差を実質的に軽減する通常動作時の周期的な自己較正手順を行うことができる。
【００６４】
図１３は、第１の較正位置におけるセンサシステム６０２の図６００のさらに別の例を示し、図１４は、第２の較正位置におけるセンサシステム６０２の図６５０の別の例を示す。センサシステム６０２は、図１３及び１４の例において断面図として示され、図７の例におけるプルーフマス層３００を含むように製造されうる。センサシステム６０２は、例えば、図１の例における第１のセンサ１２及び第２のセンサ１４に対応しうる。したがって、図１３及び１４の例の以下の説明では、図１及び６の例を参照する。
【００６５】
センサシステム６０２は、屈曲部のセット６０８を通じて結合される独立プルーフマス６０４及び中間プルーフマス６０６を含む。中間プルーフマス６０６は、また、屈曲部の別のセット（例えば、図１３及び１４には図示されない図７の例の屈曲部３１０）によりセンサシステム６０２のフレームに結合されうる。センサシステム６０２は、また、独立プルーフマス６０４の反対側に対して配置される第１の電極セット６１０及び第２の電極セット６１２を含み、さらに、中間プルーフマス６０６の反対側に対して配置される第３の電極セット６１４及び第４の電極セット６１６を含む。電極セット６１０及び６１２並びに電極セット６１４及び６１６は、図８及び９の例と同様に、独立プルーフマス６０４及び中間プルーフマス６０６それぞれの静電気力への信号ＳＩＧ１又はＳＩＧ２にそれぞれ応答することができる。図１３及び１４の例では、電極セット６１０及び６１２並びに電極セット６１４及び６１６は、フォーサ電極（ｆｏｒｃｅｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ）としての静電気力及びピックオフ電極としての容量測定の両方を実装するように記載される。しかし、電極セット６１０及び６１２並びに電極セット６１４及び６１６それぞれにおける所与の一又はそれ以上の電極は、電極セット６１０及び６１２並びに電極セット６１４及び６１６における一又はそれ以上の電極を維持することに対応する静電気なフォーサ又はピックオフとしての専用の機能を有しうる。さらに、センサ６０２は、力／検出素子としての電極を実装するが、センサ６０２は、他の（例えば、磁気及び／又は光）力／検出素子を替わりに実装することもできる。
【００６６】
図６００では、中間プルーフマス６０６は、電気的なヌル位置に対してずらされるように示されるが、独立プルーフマス６０４は、ほぼ電気的なヌル位置に維持される。自己較正コンポーネント３４は、較正手順時に、信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２を通じて第１の所定の位置へ電気的なヌル位置に対して中間プルーフマス６０６を静電気的にずらすように構成されうる。一例として、第１の所定の位置は、図８及び９の例と同様の態様で電極６１４及び６１６の選択的な無効化（ｄｅａｃｔｉｖａｔｉｏｎ）に基づきうる。中間プルーフマス６０６を第１の所定の位置へ静電気的にずらすと、自己較正コンポーネント３４は、中間プルーフマス６０６の位置０から位置１へのプルーフマス６０４に加えられる力の総計の変化の測定値を取得することができる。
【００６７】
図６５０では、中間プルーフマス６０６は、電気的なヌル位置に対して再び配置されるように示されるが、独立プルーフマス６０４は、ほぼ電気的なヌル位置に維持される。自己較正コンポーネント３４は、較正手順時に、信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２を通じて第２の所定の位置へ電気的なヌル位置に対して中間プルーフマス６０６を静電気的にずらすように構成されうる。一例として、第２の所定の位置は、図８及び９の例と同様の態様で電極６１４及び６１６の選択的な無効化に基づきうる。第２の所定の位置は、例えば、位置１対位置２における電極セット６１４及び６１６の有効な電極の実質的に等しい表面領域率に基づいて、静電気的なヌル位置に対する図６００における第１の所定の位置に実質的に等しくかつ向きが反対となりうる。中間プルーフマス６０６を第２の所定の位置へ静電気的にずらすと、自己較正コンポーネント３４は、中間プルーフマス６０６の位置０から位置２へのプルーフマス６０４に加えられる力の総計の変化の測定値を取得することができる。
【００６８】
前述したように、図６００及び６５０では、独立プルーフマス６０４は、ほぼ電気的なヌル位置で静電気的に保持され、よって、中間プルーフマス６０６のモーションによりサスペンション素子６０８により加えられる物理的なばね力の測定のために実装されることができる。図１２の例で説明されるものと同様に、第２のセンサは、センサシステム６０２の外部加速度の変化を測定するように用いられうる。第２のセンサは、例えば、独立プルーフマス６０４並びに電極６１０及び６１２として実装されることができる。例えば、加速度計システム１０の加速度要素は、ほぼ電気的なヌル位置における独立プルーフマス６０４を実質的に維持するために、独立プルーフマス６０４の力‐リバランスを実装されることができ、信号ＰＭ１及びＰＭ２は、本明細書に記載されるように、外部加速度の指示となりうる。よって、外部加速度は、また、較正手順における自己較正コンポーネント３４により実装されることができる。例えば、較正手順は、加速度計システム１０の通常動作時に周期的に行われうる。その結果、加速度計システム１０は、較正手順時に動作可能に維持されることができ、加速度計システム１０は、外部加速度を受ける間に較正されることができる。よって、図１３及び１４の例において示される較正手順に対して、第２のセンサにより測定される外部加速度から得られる力の変化は、第１及び第２の所定の位置への中間プルーフマス６０６の静電気的なずらしにより提供される物理的なばね力の変化に加えられうる。
【００６９】
独立プルーフマス６０４及び中間プルーフマス６０６に加えられる静電気的なばね力は、独立プルーフマス６０４及び中間プルーフマス６０６のそれぞれと各電極セット６０１、６１２、６１４及び６１６とのギャップに二乗比例する関係を有する（つまり、電気的なバネバイアスが１／ｇａｐ２に比例し、ここで“ｇａｐ”は各電極セット６０１、６１２、６１４及び６１６と独立プルーフマス６０４又は中間プルーフマス６０６との分離に対応する）。しかし、中間プルーフマス６０６のキャパシタンスは、独立プルーフマス６０４又は中間プルーフマス６０６と各電極セット６０１、６１２、６１４及び６１６とのギャップに正比例する（つまり、キャパシタンスは１／ｇａｐに比例する）。よって、プルーフマスのずらしの検出のためのキャパシタンスの測定における小さな誤差は、キャパシタンスの測定における誤差をもたらすプルーフマス６０４のずらしにより静電気的なばね力において比例する大きな誤差をもたらしうる。静電気的なばね力におけるこの誤差は、静電気的なバネ特性の変化によりセンサシステム６０２のためのスケールファクタにおけるオフセット及び非線形性に対応することに付随して生じる。さらに、独立プルーフマス６０４と中間プルーフマス６０６との間のサスペンション素子６０８により加えられる物理的なばね力は、独立プルーフマス６０４に対する中間プルーフマス６０６のずらしと比例する。したがって、中間プルーフマス６０６のずらしにより独立プルーフマス６０４へ加えられる物理的なばね力の変化は、中間プルーフマス６０６の位置０に対する各図６００及び６５０における第１及び第２の所定の位置それぞれとほぼ等しくなり、中間プルーフマス６０４での力の測定された変化は、ギャップに対する静電気的なばね力の非直線関係対ギャップに対するキャパシタンス及び物理的なばね力の直線関係に基づいて中間プルーフマス６０６の第１及び第２の所定の位置のそれぞれにおいて等しくならない。したがって、第１及び第２の所定の位置のそれぞれにおける力の測定された変化のこのような差は、電気的なバネバイアスのような同一の物理現象をもたらしうる。
【００７０】
第１及び第２の所定の位置のそれぞれにおける物理的なばね力の測定を得た後に、自己較正コンポーネント３４は、測定された物理的なばね力の値間での差を算出することができる。よって、第１及び第２の所定の位置のそれぞれにおける物理的なばね力の値間の差は、真の電気的なヌル位置に対する認識された電気的なヌル位置の偏差に対応する電気的なバネバイアスに対応することができる。したがって、自己較正コンポーネント３４は、例えば、信号発生器２８への調整を提供することにより、フィードバックの態様で電気的なヌル位置を再計算することができ、信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２の相対的な大きさを調整し、独立プルーフマス６０４への力のリバランスを提供する。よって、再計算された電気的なヌル位置は、各位置０に対する中間プルーフマス６０６の第１及び第２の所定の位置それぞれに対する独立プルーフマス６０４に加えられる物理的なばね力における絶対的な変化の実質的に等しい測定値を生じるべきである。独立プルーフマス６０４に加えられる物理的なばね力における絶対的な変化の実質的に等しい測定値は、独立プルーフマス６０４が電気的なバネのヌル位置に存在することを示し、よって、正味の電気的なバネを除去し、独立プルーフマス６０４の位置におけるオフセットから生じる不安定性及び非直線性なスケールファクタを除去する。したがって、再計算された電気的なヌル位置に基づいて、加速度計システム１０は、電気的なバネバイアスを実質的に軽減するように較正されることができる。
【００７１】
自己較正コンポーネント３４は、図１３及び１４の例に記載される自己較正手順を実質的に連続的に実装するように構成されることができ、図３、４及び８−１２の例において前述した自己較正に替えて又は加えて実装されることができる。例えば、温度及び／又は環境効果に基づいて、電気的なバネバイアスは、時間と共に変化することができ、較正手順は、例えば、所定の時間間隔のそれぞれにおいて周期的に行うことができる。また、外部加速度は、較正手順時の独立プルーフマス６０４に基づいて算出されることができ、較正手順は、加速度計システム１０の通常動作時に実装されることができる。さらに、図１３及び１４に記載される較正手順は、同様に、外部加速度の測定のために第２のセンサを再び用いて、中間プルーフマス６０６のために実装されることができ、独立プルーフマス６０４及び中間プルーフマス６０６の較正は、交互に行われることができる。
【００７２】
図１５は、電気的なヌルの自己較正アルゴリズム７００の一例を示す。図１５の例の較正アルゴリズム７００は、図１３及び１４の例で説明したように加速度計システム１０における電気容量的なヌル（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ  ｎｕｌｌ）と静電的に強制するヌル（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ｆｏｒｃｉｎｇ  ｎｕｌｌ）との物理的な位置での差に関連付けられたバイアス及びスケールファクタ誤差を実質的に軽減するように実装されうる。したがって、図１５の以下の説明では、図１、１３及び１４の例を参照する。図１５の例の以下の説明では、自己較正アルゴリズム７００は、センサ１６（例えば、独立プルーフマス６０４、電極６１０及び６１２）の電気的なヌル位置を実質的に較正するように実装される。しかし、自己較正アルゴリズム７００は、同様に、センサ１４のために実装されうることができ、よって、センサ１４及び１６のそれぞれの電気的ヌルを実質的に較正するために、センサ１４及び１６のそれぞれに対して周期的かつ交互に行う態様で別々に実装されうる。また、自己較正アルゴリズム７００は、図１５の例において、時間経過と共に左から右へ示され、他のステップよりも左のステップは、その命令が時間内に行われ、図１５の例における左から右に実質的に位置が合わせられているステップは、実質的に同時に行われうる。
【００７３】
ステップ７０２において、センサシステム６０２は、独立プルーフマス６０４（例えばセンサ１）が、電極６１０及び６１２を通じて加えられる静電気力“ｇｆ１＿０”に基づいて位置０における容量的なヌルで維持されるように、操作される。静電気力“ｇｆ１＿０”は、容量的なヌル位置における独立プルーフマス６０４を維持することが必要である、静電気力に対応しうる。したがって、独立プルーフマス６０４は、通常、センサシステム６０２に作用する力の測定を行うことにより動作されるように構成される。ステップ７０４において、加速度の測定は、時間０での位置０の独立プルーフマス６０４により行われ、加速度の測定は、図１５の例では、“ｇａ１”（例えば、時間１でのセンサシステム６０２に作用する外部力）として表される。
【００７４】
ステップ７０６において、中間プルーフマス６０６は、位置１に配置され、例えば、図１３の例の図６００の第１の所定の位置に対応する。ステップ７０６における位置１への中間プルーフマス６０６の移動は、図１３及び１４の例で上述したような電極６１４及び６１６の選択的な無効化に対応する新たな容量的なヌルに基づきうる。屈曲部６０８により提供される中間プルーフマス６０６と独立プルーフマス６０４とのバネサスペンション結合は、屈曲部６０８のバネ定数及び中間プルーフマス６０６のずらしの大きさに基づいて独立プルーフマス６０４に加えられる力の総計の変更をもたらす。ばね力は、ステップ７０４において測定されたセンサシステム６０２に作用する力“ｇａ１”へ加えられる。ステップ７０８において、力測定値“ｇａ２”は、時間２でのピックオフ電極（例えば、電極６１０及び６１２）に基づいて位置０における独立プルーフマス６０４のためのセンサシステム６０２により取得される。よって、時間２での独立プルーフマス６０４の測定値は、位置１への中間プルーフマス６０６の移動に基づいて屈曲部６０８からの独立プルーフマス６０４に作用するばね力も含む。
【００７５】
ステップ７１０において、中間プルーフマス６０６は、中間プルーフマス６０６の電気的なヌル（つまり、容量的なヌル）位置に対して実質的に反対の位置１である位置２へずらされ、例えば、図１４の例の図６５０の第２の所定の位置に対応する。ステップ７１２における位置２への中間プルーフマス６０６の移動は、図１３及び１４の例で上述したような電極６１４及び６１６の選択的な無効化に対応する新たな容量的なヌルに基づきうる。ステップ７１２において、力測定値“ｇａ３”は、時間３でのピックオフ電極（例えば、電極６１０及び６１２）に基づいて位置０での独立プルーフマス６０４のためのセンサシステム６０２により取得される。中間プルーフマス６０６と独立プルーフマス６０４とのバネサスペンション結合は、結合サスペンションのバネ定数及び中間プルーフマス６０６の第２のずらしの大きさに基づいて独立プルーフマス６０４に加えられる力の総計の第２の変更をもたらす。この第２のずらしは、中間プルーフマス６０６の位置０に関連付けられた容量的なヌルに対する実質的に反対の位置１であり、よって、独立プルーフマス６０４に加えられる屈曲部６０８のばね力の第２の変更を適用し、これは、中間プルーフマス６０６の位置１で加えられるばね力の変更に対する大きさと実質的に等しく、かつ向きは実質的に反対である。よって、時間３での独立プルーフマス６０４の測定は、また、位置２への中間プルーフマス６０６の移動に基づいて屈曲部６０８からの独立プルーフマス６０４に作用するばね力を含む。したがって、“ｇａ１”と“ｇａ２”との力の合計を２分の１した値と、第１の測定された力“ｇａ１”との正味の差は、ほぼゼロに等しい。
【００７６】
ステップ７１４において、力の項“ｇａ２”と“ｇａ３”とが加えられて、２で割られ、力“ｇａ１”は、この値から引かれて、差を生成する。差がゼロである場合には、独立プルーフマス６０４は、中間プルーフマス６０６の第１及び第２の位置における独立プルーフマス６０４に加えられる実質的に等しく、向きが反対のばね力に基づいて、実質的にゼロの電気的なヌル（つまり、静電気的に強制するヌル（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ｆｏｒｃｉｎｇ  ｎｕｌｌ））にある。しかし、“ｇａ２＋ｇａ３”の合計の力を２で割ったものと、力“ｇａ１”との差がゼロではない場合には、電気ばね力に対するギャップの非線形従属性及び容量に対するギャップの線形従属性に基づいて、独立プルーフマス６０４の電気的なヌル（つまり、電気的に強制するヌル）と容量的なヌルとの物理的な隔たりを示すことができる。ステップ７１６において、独立プルーフマス６０４のための電気的なヌル位置は、強制電極（ｆｏｒｃｅｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ）（例えば、電極６１０及び６１２）又は容量的なヌル位置に加えられうる測定のオフセット信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２の少なくとも１つを調整することに基づいて調整され、電気的なヌル位置（つまり、静電的に強制するヌル）における独立プルーフマス６０４を実質的に維持する。ステップ７１６に続いて、この方法は、中間プルーフマス６０６に対しても再び実装されることができ、ステップ７０２、７０４、７０８、７１２及び７１２は、中間プルーフマス６０６に対して実装されることができ、ステップ７０６及び７１０は、独立プルーフマス６０４に対して実装されることができる。したがって、自己較正アルゴリズム７００は、加速度計システム１０の通常動作時に、繰り返し、交互に実行されうる。
【００７７】
上述した上記の構造及び機能的特徴を考慮して、本発明の様々な態様に係る方法は、図１６−１８を参照して、よりよく理解されるであろう。一方で、説明の簡素化のために、図１６−１８の方法は、直列に実行するように示されかつ記載されるが、本発明は、図示された順序に制限されず、本発明に係るいくつかの態様としては、本明細書に示されかつ記載される他の態様と異なる順序及び／又は同時に行われてもよいことが理解される。また、本発明の一態様に係る方法を実装するために要求される全ての機能が図示されるわけではない。
【００７８】
図１６は、加速度計システムの動的な自己較正のための方法７５０の一例を示す。ステップ７５２において、加速度計システムのセンサに関連付けられたプルーフマスは、第１の所定の位置への第１方向に静電的に強制される。静電的な強制は、プルーフマスの反対側の各電極セットでの電極のサブセットを無効化することに基づくことができ、新たな電気的なヌル位置を生成する。ステップ７５４において、第１の所定の位置におけるセンサに関連付けられた第１の測定値は、センサの少なくとも１つの電極を通じて取得される。測定値は、プルーフマスサスペンション素子による物理的なばね力及びプルーフマスに加えられる静電バイアスによる静電ばね力のような、プルーフマス位置に関連付けられた追加の力により修正されるような加速度計システムに作用する外部加速度の測定値でありうる。
【００７９】
ステップ７５６において、プルーフマスは、第２の位置に静電的に強制される。静電的な強制は、プルーフマスの反対側の各電極セットの電極のサブセットを無効化することに基づくことができ、新たな電気的なヌル位置を生成する。この新たな電気的なヌル位置は、プルーフマスを、所定の中心位置に対して第１の所定の位置と実質的に等しくかつ向きが反対の第２の所定の位置へ強制するように構成されうる。ステップ７５８において、第２の所定の位置におけるセンサに関連付けられた第２の測定値は、センサの少なくとも１つの電極を通じて取得される。測定値は、プルーフマスサスペンション素子による物理的なばね力及びプルーフマスに加えられる静電バイアスによる静電ばね力のような、プルーフマス位置に関連付けられた追加の力により修正されるような加速度計システムに作用する外部加速度の測定値でありうる。ステップ７６０において、加速度計システムは、第１及び第２の測定値に基づいて較正される。較正は、スケールファクタ較正及び／又は電気的なヌル較正でありうる。
【００８０】
図１７は、加速度計システムの動的な自己較正のための方法８００の一例を示す。ステップ８０２において、加速度計システムのセンサに関連付けられたプルーフマスに対する加速度計システムの初期スケールファクタは、前較正手順で算出され、前較正手順は、プルーフマスをずらし、所定の較正加速度を測定することを含む。プルーフマスは、反対の入力軸を有する２つのセンサの各一方における２つのプルーフマスの１つでありうる。前較正手順は、プルーフマスが位置０に保持される間に、初期スケールファクタを算出することを含むことができ、位置１及び２にずらされるプルーフマスの力の差である力の項は、初期スケールファクタに基づいて求められうる。
【００８１】
ステップ８０４において、センサに関連付けられた初期動的バイアスは、別の値を有する複数の所定の加速度及び初期スケールファクタに基づいて算出される。自己較正手順は、ある時間にセンサの１つのプルーフマスをずらし、センサに作用する力を測定することを含む。測定された力は、リアルタイム自己較正スケールファクタを求めるために、初期スケールファクタに基づいて生成される初期の力の項に基づいて合成及び調整される。ステップ８０６において、自己較正手順は、初期スケールファクタに基づいてリアルタイムスケールファクタを調整するために周期的に行われ、自己較正手順は、プルーフマスをずらし、センサのリアルタイム加速度を測定することを含む。ステップ８０８において、センサに関連付けられた動的バイアスは、複数の別の加速度及び自己較正されたスケールファクタに基づいて周期的に算出される。動的バイアスは、複数の別の力を加えること、及び自己較正されたスケールファクタに基づいて測定された力を用いて未知のバイアス誤差について解くことに基づいて算出されうる。
【００８２】
図１８は、加速度計システムの動的な自己較正のための方法８５０の一例を示す。ステップ８５２において、加速度計システムのセンサに関連付けられた第１のプルーフマスは、静電気的なヌルの第１の摂動（ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ）に応じて、静電気的なヌル位置から第１の所定の位置への第１の方向に静電気的に強制される。静電気的な強制は、第１のプルーフマスを第１の所定の位置へ強制するために、電気的ヌルの位置を変更するためのプルーフマス位置検出を目的として、電極のセットのサブセットの選択的な無効化に基づくことができる。ステップ８５４において、第１の所定の位置における第１のプルーフマスを有する第２のプルーフマスに関連付けられた第１の測定値は、センサの少なくとも１つの第１の電極を通じて取得され、第２のプルーフマスは、屈曲部のセットを通じて第１のプルーフマスと結合される。
【００８３】
ステップ８５６において、第１のプルーフマスは、電気的ヌルの第２の摂動に応じて、第１の所定の位置に対して対称な静電気的なヌル位置から第２の所定の位置への第１の方向とは反対の第２の方向に静電気的に強制され、第１及び第２の摂動は、ほぼ等しくかつ向きが反対である。静電気的な強制は、第１のプルーフマスを、ほぼ等しくかつ向きが反対である摂動に基づいて第１の所定の位置とほぼ等しくかつ向きが反対の第２の所定の位置へ強制するために、電気的ヌルの位置を変更するためのプルーフマス位置検出を目的として、電極のセットのサブセットの選択的な無効化に基づくことができる。ステップ８５８において、第２の所定の位置における第１のプルーフマスを有するセンサの第２のプルーフマスに関連付けられた第２の測定値は、センサの少なくとも１つの第２の電極を通じて取得される。ステップ８６０において、加速度計システムは、第１及び第２の測定値に基づいて較正される。較正は、第１の測定値と第２の測定値とを減算し、それに従って、静電気的なヌル位置を調整することに基づいて電気的なヌル較正を行うことができる。
【００８４】
上記の記載は、本発明の例示である。勿論、本発明を説明するための構成要素の考えられる全ての組み合わせ又は方法を記載することはできないが、当業者は、本発明が多くのさらなる組み合わせ及び置換が可能であることを理解するであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲内に含まれる全ての変更、修正及び変動を容認することを意図するものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
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