(57)【要約】ＭＥＭＳジャイロスコープのダイナミックレンジを拡大するＭＥＭＳジャイロスコープ・システムおよび方法が提供される。ＭＥＭＳジャイロスコープのスケールファクターを調整することによって最高検知速度が上昇し、それがダイナミックレンジを拡大する。スケールファクターは検知用電子回路内の検知用可変バイアスおよび／または自動利得制御ループを使用することによって調整される。
2005524093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの検知板を含むＭＥＭＳジャイロスコープと、
前記少なくとも１つの検知板に接続され、角速度出力を供給する検知用電子回路と、
前記少なくとも１つの検知板に検知用バイアス電圧を印加するように動作可能な検知用可変バイアスと、の組み合わせを備えるＭＥＭＳジャイロスコープのダイナミックレンジを拡大するシステム。
【請求項２】
前記ＭＥＭＳジャイロスコープは音叉ジャイロスコープである、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ＭＥＭＳジャイロスコープは角速度入力を検出するためにコリオリ加速度を利用する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記検知用電子回路は、電流をＤＣ電圧に変換するように動作可能である、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記ＤＣ電圧は、前記ＭＥＭＳジャイロスコープによって検出された角速度入力に比例する、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記角速度出力は、前記ＭＥＭＳジャイロスコープによって検出された角速度入力に比例するＤＣ電圧である、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記検知用可変バイアスは、前記ＭＥＭＳジャイロスコープによって検出された角速度出力に基づいて前記検知用バイアス電圧を調整する、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
少なくとも１つの検知板を含む音叉ジャイロスコープと、
前記少なくとも１つの検知板に接続され、電流をＤＣ電圧に変換するように動作可能であると共に、前記ＤＣ電圧は前記音叉ジャイロスコープによって検出された角速度入力に比例する検知用電子回路と、
検知用バイアス電圧を前記少なくとも１つの検知板に印加するように動作可能であり、音叉ジャイロスコープによって検出された角速度入力に基づいて調整される、検知用可変バイアスと、
の組み合わせを備えるＭＥＭＳジャイロスコープのダイナミックレンジを拡大するシステム。
【請求項９】
検知用可変バイアスを前記ＭＥＭＳジャイロスコープの少なくとも１つの検知板に接続するステップを含み、前記検知用可変バイアスは検知用バイアス電圧を前記少なくとも１つの検知板に印加するように動作可能である、
ＭＥＭＳジャイロスコープのダイナミックレンジを拡大する方法。
【請求項１０】
前記検知用可変バイアスは前記ＭＥＭＳジャイロスコープによって検出された角速度入力に基づいて前記検知用バイアス電圧を調整する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも１つの検知板を含むＭＥＭＳジャイロスコープと、
前記少なくとも１つの検知板に接続され、利得を含む検知用電子回路と、
前記利得と、ＦＦＴスイッチと、マイクロプロセッサとの間の接続によって形成されたフィードバックループである自動利得制御ループと、
を備えるＭＥＭＳジャイロスコープのダイナミックレンジを拡大するシステム。
【請求項１２】
前記ＭＥＭＳジャイロスコープは音叉ジャイロスコープである、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記ＭＥＭＳジャイロスコープは、角速度入力を検出するためにコリオリ加速度を利用する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記利得の出力は、ＦＥＴスイッチとマイクロプロセッサとに接続される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記マイクロプロセッサは、前記利得の出力にて電圧レベルを検出するように動作可能である、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記マイクロプロセッサは、前記利得の出力にて前記電圧レベルを基準電圧と比較するように動作可能である、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記基準電圧は、前記少なくとも１つの検知板に印加された検知用バイアス電圧とほほ同一である、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記検知用バイアス電圧は、検知用可変バイアスによって発生される、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記検知用可変バイアスは、前記ＭＥＭＳジャイロスコープによって検出された角速度入力に基づいて前記検知用バイアス電圧を調整するように動作可能である、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記マイクロプロセッサは、前記ＦＥＴスイッチを開閉するように動作可能であり、それによって、前記ＭＥＭＳジャイロスコープのスケールファクターを制御する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項２１】
前記ＦＥＴスイッチは、抵抗を介して入力に接続される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項２２】
前記利得の出力は、前記ＦＥＴスイッチのどれが開き、前記ＦＥＴスイッチのどれが閉じるかによって決定される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記マイクロプロセッサは、スケールファクター出力を供給する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項２４】
少なくとも１つの検知板を含む音叉ジャイロスコープと、
前記少なくとも１つの検知板に接続され、利得を含む検知用電子回路と、
前記利得と、ＦＦＴスイッチと、マイクロプロセッサとの間の接続によって形成されたフィードバックループである自動利得制御ループとの組み合わせを備え、前記マイクロプロセッサは前記利得の出力にて電圧レベルを検知し、かつ前記利得の出力にて前記電圧レベルを基準電圧と比較するように動作可能である共に、前記マイクロプロセッサは前記ＦＥＴスイッチを開閉するように動作可能であり、それによって、前記音叉ジャイロスコープのスケールファクターを制御する、
ＭＥＭＳジャイロスコープのダイナミックレンジを拡大するシステム。
【請求項２５】
前記マイクロプロセッサはスケールファクター出力を供給する、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
ＭＥＭＳジャイロスコープに接続された検知用電子回路内に配置された利得の出力を検出するステップと、
前記利得の前記出力を基準電圧と比較するステップと、
前記利得の前記出力を調整し、それによって、前記ＭＥＭＳジャイロスコープのスケールファクターを制御するステップと、
の組み合わせを含むＭＥＭＳジャイロスコープのダイナミックレンジを拡大する方法。
【請求項２７】
ステップケースファクター出力を供給するステップをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記利得の前記出力は、ＦＥＴスイッチとマイクロプロセッサとに接続される、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記マイクロプロセッサは、前記利得の前記出力にて電圧レベルを検出するように動作可能である、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記マイクロプロセッサは、記利得の出力にて前記電圧レベルを基準電圧と比較するように動作可能である、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記ＦＥＴスイッチは、抵抗を介して前記利得の入力に接続される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記マイクロプロセッサは、前記ＦＥＴスイッチを開閉するように動作可能である、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記利得の前記出力は、前記ＦＥＴスイッチのどれが開き、前記ＦＥＴスイッチのどれが閉じるかによって決定される、請求項３２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、超小型電子機械システム（ＭＥＭＳ）ジャイロスコープに関し、より詳細にはＭＥＭＳジャイロスコープのダイナミックレンジの拡大に関する。
【背景技術】
【０００２】
超小型電子機械システム（ＭＥＭＳ）はマイクロ加工技術を利用して同じシリコン基板上の電気デバイスと機械デバイスとを統合するものである。電気部品は集積回路ステップを利用して製造され、一方、機械部品は集積回路ステップと適合するマイクロ加工ステップを利用して製造される。このような組み合わせによって標準的な製造ステップを利用してチップ上にシステム全体を製造することが可能になる。
【０００３】
ＭＥＭＳの一般的な用途の１つはセンサ装置の設計と製造である。装置の電気機械的部品には検知能力が備えられ、一方、電子部品は電気機械的部品によって得られた情報を処理する。ＭＥＭＳセンサの一例はＭＥＭＳジャイロスコープである。
【０００４】
ある種のＭＥＭＳジャイロスコープはコリオリ加速度の検出によって角速度を検知するために振動素子を使用する。振動素子は基板と平行であるＸ軸（駆動面）内で振動運動にされる。振動素子が振動運動状態になると、基板と平行であるＺ軸（入力面）を支点に回転する基板によって誘発される角速度を検出することが可能である。コリオリ加速度はＸ軸およびＺ軸の双方に対して垂直なＹ軸（検知面）で発生する。コリオリ加速度によって基板の角回転速度に比例する振幅を有する運動が生成される。
【０００５】
角速度検知装置のダイナミックレンジは最高検知速度と最低検知速度との比率である。センサ装置の分解能が損なわれない限りは、通常はダイナミックレンジが大きいほうが望ましい。ある種のＭＥＭＳ振動ジャイロスコープの最高検知角速度は約１０００度／秒であり、これが装置のダイナミックレンジを制限している。
【０００６】
検知装置のスケールファクターとは出力内の変化と入力の単位変化との比率である。例えば、動作電圧が２．５ボルトのＭＥＭＳジャイロスコープについて、ＭＥＭＳジャイロスコープのスケールファクターが０．００２５ボルト／度／秒に設定された場合は、ＭＥＭＳジャイロスコープの出力は２．５ボルトになる。振動式ＭＥＭＳジャイロスコープの最高検知角速度が１０００度／秒であり、角速度が１０００度／秒以上になっても、ＭＥＭＳジャイロスコープの出力は２．５ボルトに留まる。ＭＥＭＳジャイロスコープがより大きいダイナミックレンジを有している必要がある用途には、コンピュータ化された軍事品用の慣性測定ユニットのような多くの用途がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、ＭＥＭＳジャイロスコープのダイナミックレンジを拡大することが望ましい。ＭＥＭＳジャイロスコープのスケールファクターを調整することによって、最高検知角速度を高め、それによって装置のダイナミックレンジを拡大することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第一実施形態によって、ＭＥＭＳジャイロスコープのダイナミックレンジを拡大するシステムおよび方法が提供される。ＭＥＭＳジャイロスコープは少なくとも１つの検知板を含んでいる。検知用電子回路が少なくとも１つの検知板に接続されている。検知用バイアス電圧を印加するように動作可能である検知用可変バイアスも少なくとも１つの検知板に接続されている。検知用電子回路は角速度出力を供給する。角速度出力の最高値は検知用バイアス電圧を変更することによって調整可能であり、それによってＭＥＭＳジャイロスコープのダイナミックレンジが拡大される。
【０００９】
第二の実施形態によって、ＭＥＭＳジャイロスコープのダイナミックレンジを拡大するシステムおよび方法が提供される。ＭＥＭＳジャイロスコープは少なくとも１つの検知板を有している。検知用電子回路は少なくとも１つの検知板に接続されている。検知用電子回路は角速度出力を供給する。検知用電子回路は利得を含んでいる。利得は自動利得制御ループの一部である。自動利得制御ループは利得と、ＦＥＴスイッチと、マイクロプロセッサとの間の接続によって形成されたフィードバックループである。角速度出力の最高値は自動利得制御ループの利得を変更することによって調整可能であり、それによってＭＥＭＳジャイロスコープのダイナミックレンジが拡大される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
添付図面を参照して現時点で好ましい実施形態を以下に記載する。様々な図面で同様の参照番号は同様の素子を示す。
図１は例示的な実施形態による超小型電子機械システム（ＭＥＭＳ）ジャイロスコープ１００の平面図である。図１はＭＥＭＳジャイロスコープ１００を音叉ジャイロスコープとして示しているが、角速度検知ジャイロスコープのような、回転を検出するためにコリオリ加速度を利用する他のＭＥＭＳジャイロスコープを使用してもよい。ＭＥＭＳジャイロスコープ１００は基板上に形成してもよく、少なくとも１つのプルーフマス１０２ａ、１０２ｂと、複数の支持ビーム１０４と、少なくとも１つの横ビーム１０６ａ、１０６ｂと、少なくとも１つのモータ駆動コーム１０８ａ、１０８ｂと、少なくとも１つのモータピックオフ・コーム１１０ａ、１１０ｂと、少なくとも１つの検知板１１２ａ、１１２ｂと、少なくとも１つのアンカ１１４ａ、１１４ｂとを含んでいてもよい。
【００１１】
少なくとも１つのプルーフマス１０２ａ、１０２ｂはＭＥＭＳジャイロスコープ・システム用に使用するのに適したどのような質量でもよい。好適な実施形態では、少なくとも１つのプルーフマス１０２ａ、１０２ｂはシリコン板である。マイクロ加工技術に適合する他の材料を使用してもよい。図１は２つのプルーフマスを示しているが、１個以上のマスを使用できる。
【００１２】
少なくとも１つのプルーフマス１０２ａ、１０２ｂは少なくとも１つのモータ駆動コーム１０８ａ、１０８ｂと、少なくとも１つのモータピックオフ・コーム１１０ａ、１１０ｂとのほぼ間に配置してよい、少なくとも１つのプルーフマス１０２ａ、１０２ｂは少なくとも１つのモーター駆動コーム１０８ａ、１０８ｂおよび少なくとも１つのモータピックオフ・コーム１１０ａ、１１０ｂの双方の方向に延在する複数個の櫛状の電極を含んでいてもよい。少なくとも１つのプルーフマス１０２ａ、１０２ｂは図１に示すように１０個の電極を有しているが、少なくとも１つのプルーフマス１０２ａ、１０２ｂ上の電極の個数は１０以上でも１０未満でもよい。
【００１３】
少なくとも１つのプルーフマス１０２ａ、１０２ｂは複数個の支持ビーム１０４によって少なくとも１つの検知板１１２ａ、１１２ｂの上方に支持されてもよい。図１では８つの支持ビーム１０４が示されているが、使用される支持ビームの数は１０以上でも１０未満でもよい。複数の支持ビーム１０４はシリコンウエーハからマイクロ加工されたものでよい。複数の支持ビーム１０４はばねとして作用して、少なくとも１つのプルーフマス１０２ａ、１０２ｂが駆動面（Ｘ軸）および検知面（Ｙ軸）内を移動できるようにしてもよい。（軸の情報については図１を参照）。
【００１４】
複数の支持ビーム１０４は少なくとも１つの横ビーム１０６ａ、１０６ｂに接続してもよい。少なくとも１つの横ビーム１０６ａ、１０６ｂを少なくとも１つのアンカ１１４ａ、１１４ｂに接続して、ＭＥＭＳジャイロスコープ１００用のサポートを備えるようにしてもよい。少なくとも１つのアンカ１１４ａ、１１４ｂは下にある基板に接続してもよい。図１には２つのアンカ１１４ａ、１１４ｂが示されているが、アンカの個数は２個以上でも２個未満でもよい。少なくとも１つのアンカ１１４ａ、１１４ｂはＭＥＭＳジャイロスコープ１００のサポートとなる何れかの形で少なくとも１つの横ビーム１０６ａ、１０６ｂに沿って配置してもよい。
【００１５】
少なくとも１つのモータ駆動コーム１０８ａ、１０８ｂは少なくとも１つのプルーフマス１０２ａ、１０２ｂの方向に延びる複数の櫛状の電極を含んでいてもよい。少なくとも１つのモータ駆動コーム１０８ａ、１０８ｂは図１に示す用に４個の電極を有しているが、少なくとも１つのモータ駆動コーム１０８ａ、１０８ｂは上の電極の個数は４個以上でも４個未満でもよい。少なくとも１つのモータ駆動コーム１０８ａ、１０８ｂは上の電極の個数は少なくとも１つのプルーフマス１０２ａ、１０２ｂ上の電極の個数によって決定してもよい。
【００１６】
少なくとも１つのプルーフマス１０２ａ、１０２ｂの複数の互いにかみ合った櫛状電極と少なくとも１つのモータ駆動コーム１０８ａ、１０８ｂとはコンデンサを形成してもよい。少なくとも１つのモータ駆動コーム１０８ａ、１０８ｂは図１に図示しない駆動用電子回路に接続してもよい。駆動用電子回路は、少なくとも１つのプルーフマス１０２ａ、１０２ｂの複数の互いにかみ合った櫛状電極と、少なくとも１つのモータ駆動コーム１０８ａ、１０８ｂとによって形成されたコンデンサを使用することによって、少なくとも１つのプルーフマス１０２ａ、１０２ｂが駆動面（Ｘ軸）に沿ってほぼ音叉の周波数で振動するようにさせてもよい。
【００１７】
少なくとも１つのモータピックオフ・コーム１１０ａ、１１０ｂは少なくとも１つのプルーフマス１０２ａ、１０２ｂの方向に延びる複数個の櫛状電極を含んでいてもよい。少なくとも１つのモータピックオフ・コーム１１０ａ、１１０ｂは図１に示すように４個の電極を有しているが、少なくとも１つのモータピックオフ・コーム１１０ａ、１１０ｂ上の電極の個数は４個以上でも４個未満でもよい。少なくとも１つのモータピックオフ・コーム１１０ａ、１１０ｂ上の電極の個数は少なくとも１つのプルーフマス１０２ａ、１０２ｂ上の電極の個数によって決定してもよい。
【００１８】
少なくとも１つのプルーフマス１０２ａ、１０２ｂの複数の互いにかみ合った櫛状電極と少なくとも１つのモータピックオフ・コーム１１０ａ、１１０ｂとは、ＭＥＭＳジャイロスコープ１００が駆動面（Ｘ軸）上の運動を検知できるようにするコンデンサを形成してもよい。
【００１９】
少なくとも１つの検知板１１２ａ、１１２ｂは少なくとも１つのプルーフマス１０２ａ、１０２ｂと共に並列コンデンサを形成してもよい。少なくとも１つのプルーフマス１０２ａ、１０２ｂが駆動面（Ｘ軸）に沿って振動している間に入力面（Ｚ軸）に沿ってＭＥＭＳジャイロスコープ１００に角速度入力が付与されると、検知面（Ｙ軸）内での変移または運動としてコリオリ力を検出することができる。並列コンデンサを検知面（Ｙ軸）内での変移または運動を検知するために利用してもよい。
【００２０】
ＭＥＭＳジャイロスコープ１００の出力はキャパシタンスの変化に比例する信号でよい。検知用バイアス電圧が少なくとも１つの検知板１１２ａ、１１２ｂに印加される場合は、信号は電流でよい。少なくとも１つの検知板１１２ａ、１１２ｂは検知用電子回路（図１には図示せず）に接続してもよい。少なくとも１つのプルーフマス１０２ａ、１０２ｂが少なくとも１つの検知板１１２ａ、１１２ｂの方向におよび／またはそれから離れる方向に移動すると、検知用電子回路はキャパシタンスの変化を検出できる。
【実施例１】
【００２１】
図２はＭＥＭＳジャイロスコープ・システム２００の平面図である。ＭＥＭＳジャイロスコープ・システム２００はＭＥＭＳジャイロスコープ２１６、検知用電子回路２１８、および検知用可変バイアス２２２を含んでいてもよい。ＭＥＭＳジャイロスコープ・システム２００はさらに、駆動用電子回路、システム電源、および明解にするために図２には図示していないその他の典型的な動作用電子回路も含んでいてもよい。ＭＥＭＳジャイロスコープ２１６は図１に示したＭＥＭＳジャイロスコープ１００とほぼ同一のものでよい。
【００２２】
検知用電子回路は少なくとも１つの検知板２１２ａ、２１２ｂに接続されてもよい。検知用電子回路２１８はＡＣ電流をＤＣ電圧に変換するように動作可能な信号調整用電子回路の任意の組み合わせでよい。少なくとも１つのプルーフマス２０２ａ、２０２ｂが前記少なくとも１つの検知板２１２ａ、２１２ｂの方向におよび／またはそれから離れる方向に移動すると、検知用電子回路２１８はキャパシタンスの変化によって生成される電流をＭＥＭＳジャイロスコープ２１６によって検出された角速度に比例するＤＣ電圧に変換するように動作可能である。
【００２３】
角速度出力２２０は検知用電子回路２１８の出力であってよい。角速度出力２２０はＭＥＭＳジャイロスコープ２１６によって検出された角速度入力に比例するＤＣ電圧であってよい。ＭＥＭＳジャイロスコープ２１６のスケールファクターは角速度出力２２０の最大値を制限することができる。スケールファクターはＭＥＭＳジャイロスコープ２１６によって検出された角速度入力と角速度出力２２０にＤＣ信号との相関であってよい。スケールファクターは少なくとも１つの検知板２１２ａ、２１２ｂに印加される検知用バイアス電圧に比例するものでよい。例えば、典型的なＭＥＭＳジャイロスコープ用の検知用バイアス電圧は＋／−５ボルトでよい。検知用バイアス電圧を変更することによって、スケールファクターを修正できる。
【００２４】
角速度出力２２０の最大値はＭＥＭＳジャイロスコープ・システム２００のダイナミックレンジを制限することができる。例えば、角速度出力２２０の最高電圧が２．５ボルトである場合は、スケールファクターは０．００２５ボルト／度／秒であり、１０００度／秒以上の角速度入力がＭＥＭＳジャイロスコープに付され、１０００度／秒以上のいずれの角速度入力も２．５ボルトの出力を生成できる。
【００２５】
検知用可変バイアス２２２は少なくとも１つの検知板２１２ａ、２１２ｂに検知用バイアス電圧を印加するように動作可能な装置、または装置の組み合わせでよい。例えば、検知用可変バイアス２２２は可変電源に接続された１組のスイッチでよい。検知用可変バイアス２２２を備えることによって、ＭＥＭＳジャイロスコープ２１６への角速度入力に基づいて検知用バイアス電圧を調整してもよい。例えば、検知用可変バイアス２２２は＋５ボルトから−５ボルトの範囲の電圧を印加するように動作可能であってよい。
【００２６】
例えば、角速度入力が１０００度／秒未満である場合は、検知用バイアス電圧はほぼ＋／−５ボルトであってよい。しかし、角速度入力が実質的に１０００度／秒より上である場合は、検知用可変バイアス２２２によって検知用バイアス電圧を変更してもよい。検知用バイアス電圧を変更することによって、スケールファクターを変更でき、それによってＭＥＭＳジャイロスコープは１０００度／秒より上の角速度入力を検出することが可能になり、それによってＭＥＭＳジャイロスコープ２１６のダイナミックレンジが拡大する。
【実施例２】
【００２７】
図３は検知用電子回路３００の簡略化したブロック図である。検知用電子回路３００はＭＥＭＳジャイロスコープ１００（図１を参照）の出力を、慣性測定ユニットのような他の電子装置によって使用できる信号へと返還するように動作可能な信号調整を行うことができる。検知用電子回路３００はさらに、フィードバック信号を駆動用電子回路に供給することのような他の機能を果たすこともできる。
【００２８】
検知用電子回路３００はＡＣ利得３０６と、デモジュレータ３０８と、低域フィルタ３１０と、ＤＣ利得３１２とを含んでいてもよい。検知用電子回路３００の構成部品は、多様な異なる電子装置、または電子装置を検知用電子回路３００に含まれる各構成部品用に使用できることを表すために簡単な形状で示されている。図３には示していないその他の回路を検知用電子回路３００に含めてもよい。
【００２９】
検知用電子回路３００への入力は、少なくとも１つのプルーフマス１０２ａ、１０２ｂが少なくとも１つの検知板１１２ａ、１１２ｂの方向におよび／またはそれから離れる方向に移動すると、キャパシタンスの変化によって生成される電流でよい。検知板３０２はＭＥＭＳジャイロスコープ１００の少なくとも１つの検知板１１２ａ、１１２ｂとほぼ同一である。図３には１つの検知板しか示されていないが、検知用電子回路３００はＭＥＭＳジャイロスコープ１００に使用されている各々の追加の検知板ごとに複製されてもよい。あるいは、１つ以上の検知板用に調整された信号を供給するように検知用電子回路３００を設計してもよい。
【００３０】
ＡＣ利得３０６は電流をＡＣ電圧に変換するように動作可能な任意の装置でよい。ＡＣ利得３０６はフィードバック抵抗およびキャパシタンスを有する演算増幅器であってよい。しかし、他の種類の増幅器を使用してもよい。ＡＣ利得３０６は検出された電流を検知板３０２の出力からＡＣ電圧に変換するように動作可能であってもよい。ＡＣ利得３０６は電流を積分して、積分の結果を増幅し、ＡＣ電圧を生成できる。
【００３１】
デモジュレータ３０８はＡＣ利得３０６の出力をクロック信号と乗算するように動作可能な任意の装置でよい。クロック信号は駆動用電子回路によって発生されることができ、実質的に少なくとも１つのプルーフマス１０２ａ、１０２ｂの音叉周波数であってよい。デモジュレータ３０８はＡＣ利得３０６の出力をＤＣ電圧に変換できる。ＤＣ電圧はＭＥＭＳジャイロスコープ１００によって検出される角速度入力に比例するものでよい。
【００３２】
低域フィルタ３１０は折点周波数を設定するために利用できる。低域フィルタ３１０を使用することによって、より高い周波数を有する不要な信号をブロックできる。例えば、折点周波数を１００ヘルツに設定することによって、検知用電子回路３００は１００ヘルツまたはそれ未満の周波数を有する信号だけがフィルタ３１０を経てＤＣ利得３１２へと通過できるようにする。
【００３３】
ＤＣ利得３１２は低域フィルタ３１０の出力を増幅できる。ＤＣ利得３１２はフィードバック抵抗とキャパシタンスとを有する演算増幅器でよい。しかし、他の種類の演算増幅器を使用してもよい。ＤＣ利得３１２の出力は角速度出力３０４でよい。
【００３４】
角速度出力３０４はＭＥＭＳジャイロスコープ１００によって検出される角速度入力に比例するものでよい。しかし、角速度出力３０４はＭＥＭＳジャイロスコープ１００のスケールファクターによって制限されることがあり得る。例えば、角速度出力３０４の最高電圧が２．５ボルトであり、スケールファクターが０．００２５ボルト／度／秒であり、角速度入力が１０００度／秒以上である場合は、１０００度／秒以上のどの角速度も２．５ボルトの角速度出力信号を発生できる。この例では、ＭＥＭＳジャイロスコープの出力信号は１０００度／秒以上には変化して、センサが基本的に機能不良になることはないであろう。
【００３５】
スケールファクターを調整することによって、ＭＥＭＳジャイロスコープ１００は１０００度／秒を超える角速度入力を検出することができる。スケールファクターを調整するために、ＡＣ利得３０６および／またはＤＣ利得３１２の出力を変更するように動作可能な自動利得制御ループを使用してもよい。
【００３６】
図４は自動利得制御ループ４００の概略図である。自動利得制御ループ４００はＡＣ利得３０６またはＤＣ利得３１２に統合してもよい。好適な実施形態では、自動利得制御ループ４００はＤＣ利得３１２に統合してもよい。自動利得制御ループ４００は利得４０４と、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）スイッチ４０８と、マイクロプロセッサ４１０との間の接続によって形成されるフィードバックループでよい。利得４０４は実質的に図３に示したＡＣ利得３０６またはＤＣ利得３１２と同一のものである。ＦＥＴスイッチ４０８はＶｉｓｈａｙ  Ｓｉｌｉｃｏｎｉｘ社またはその他の集積回路メーカーから市販されているＤＧ２０１アナログスイッチでよい。
【００３７】
検知板４０２はＭＥＭＳジャイロスコープ１００（図１を参照）の少なくとも１つの検知板１１２ａ、１１２ｂとほぼ同じものでよい。利得４０４がＡＣ利得３０６と実質的に同一であるならば、抵抗を経て検知板４０２の出力を利得４０４の入力に接続してもよい。しかし、利得４０４がＤＣ利得３１２とほぼ同一である場合は、検知板４０２と利得４０４との間に付加的な信号調整部品があってもよい。
【００３８】
角速度出力４０６は図３に示した角速度出力３０４とほぼ同じものでよい。利得４０４がＤＣ利得３１２とほぼ同一である場合は、利得４０４の出力は角速度出力４０６を供給できる。しかし、利得４０４がＡＣ利得３０６とほぼ同一である場合は、角速度出力４０６の前の利得４０４の出力上で付加的な信号調整が行われてもよい。
【００３９】
利得４０４のシステムはマイクロプロセッサ４１０およびＦＥＴスイッチ４０８に接続されてもよい。マイクロプロセッサ４１０は利得４０４の出力にて電圧レベルを検出するように動作可能である。利得４０４がＡＣ利得３０６とほぼ同一である場合は、電圧レベルはＡＣ電圧レベルでよく、または利得４０４がＤＣ利得３１２とほぼ同一である場合は、電圧レベルはＤＣ電圧レベルでよい。
【００４０】
マイクロプロセッサ４１０は利得４０４のシステムを基準電圧４１２と比較できる。基準電圧４１２は検知用バイアス電圧とほぼ同一でよい。典型的なＭＥＭＳジャイロスコープ・システムの場合、検知用バイアス電圧は＋／−５ボルトでよい。しかし、他の基準電圧を使用してもよい。例えば、基準電圧は図２に示されているＭＥＭＳジャイロスコープ・システム２００の検知用可変バイアス２２２によって発生される検知用バイアス電圧であってよい。
【００４１】
マイクロプロセッサ４１０の出力はＦＥＴスイッチ４０８に接続してもよい。角速度入力を検出できるようにスケールファクターを調整する必要があることをマイクロプロセッサ４１０が判定すると、マイクロプロセッサ４１０は各ＦＥＴスイッチ４０８を開閉するように動作可能であってよい。どのスイッチが開閉するかを選択することによって、マイクロプロセッサ４１０はスケールファクターの値を制御できる。
【００４２】
ＦＥＴスイッチ４０８は抵抗を経て利得４０４の入力に接続できる。利得４０４のフィードバック抵抗はどのＦＥＴスイッチ４０８が開き、どのＦＥＴスイッチ４０８が閉じるかによって決定されることがあり得る。例えば、全てのスイッチが閉じている場合は、フィードバック抵抗は全てのスイッチが開いて場合の１００倍も大きいことがある。利得４０４の出力はフィードバック抵抗の量によって決定されることがあり得る。利得４０４の出力が調整されると、マイクロプロセッサ４１０は変更を検出し、フィードバックループが繰り返される。
【００４３】
マイクロプロセッサ４１０はスケールファクター出力４１４を供給することもできる。ファクター出力４１４はスケールファクターの値を別の装置に転送するデジタル信号でよい。ファクター出力４１４は、自動利得制御ループ４００が利得４０４の出力を調整すると変更されることがあり得る。例えば、マイクロプロセッサ４１０はファクター出力４１４を慣性測定ユニットに転送できる。
【００４４】
自動利得制御ループ４００を備えることによって、ＭＥＭＳジャイロスコープ１００への角速度入力に基づいてスケールファクターを調整できる。例えば角速度入力は１０００度／秒以上である場合は、スケールファクターを低減してもよい。スケールファクターを調整することによって、ＭＥＭＳジャイロスコープ１００のダイナミックレンジを拡大することができる。自動利得制御ループ４００は、ＭＥＭＳジャイロスコープ・システム２００の検知用可変バイアス２２２と共に使用してもよい。
【００４５】
図示した実施形態は例示したに過ぎず、本発明の範囲を限定するものと解釈されるものではないことを理解されたい。本発明を説明するためにＭＥＭＳ音叉ジャイロスコープを使用したが、本発明は回転を検出するためにコリオリ加速度を利用する他のＭＥＭＳ振動ジャイロスコープ、およびＭＥＭＳ振動ジャイロスコープを含む任意の装置にも応用可能である。特許請求の範囲はその作用に言及しない限り、記載した順序または要素に限定して読まれるべきではない。したがって、特許請求の範囲と趣旨に含まれる全ての実施形態およびその均等物が発明として特許請求される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】例示的な実施形態ＭＥＭＳジャイロスコープの平面図である。
【図２】例示的な実施形態ＭＥＭＳジャイロスコープ・システムの平面図である。
【図３】例示的な実施形態検知用電子回路の簡略ブロック図である。
【図４】例示的な実施形態自動利得制御ループの概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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