(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサシステムとジャイロスコープ制御部とを備える振動マスジャイロスコープシステムであって、
前記センサシステムは、振動マスおよび複数の電極を備え、前記複数の電極は、前記振動マスに結合されて、前記振動マスの面内運動を容易にするように構成されており、
前記ジャイロスコープ制御部は、駆動信号、力再平衡信号、および直交位相信号を生成するように構成されており、
前記駆動信号は、駆動軸に沿った前記振動マスの面内周期的振動運動を、前記駆動信号に応答して生成された前記駆動軸に沿った駆動軸力に応答してもたらすべく、前記複数の電極のうちの第１のセットに供給され、
前記力再平衡信号は、入力軸を中心とした振動マスジャイロスコープシステムの回転を計算するべく前記複数の電極のうちの第２のセットに供給され、前記力再平衡信号は、前記駆動軸に直角な第２の軸に沿って力再平衡力を生成するように構成され、
前記直交位相信号は、前記振動マスに関連する直交位相効果を実質的に緩和するべく、前記駆動軸および前記第２の軸に対して約４５°に配置されている第３の軸に沿って直交力を生成するように前記複数の電極のうちの第３のセットに供給される、振動マスジャイロスコープシステム。
【請求項２】
前記振動マスは、実質的に平坦な八角形形状で構成され、前記複数の電極は、それぞれ単一の軸に沿って、前記実質的に平坦な八角形形状の周囲の８つの側部に対して直角なそれぞれの方向に前記振動マスを引っ張るように、前記実質的に平坦な八角形形状の周囲の前記側部のうちの１つにそれぞれ配置されている８つの電極シャトルを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記直交位相信号は、第１の直交位相信号および第２の直交位相信号を含み、前記複数の電極のうちの前記第３のセットは、
前記振動マスに対して互いに反対側に配置されて、それぞれが前記第１の直交位相信号を受け取るように構成されている直交位相電極配置の第１のペアと、
前記振動マスに対して互いに反対側に配置され、かつ、前記直交位相電極配置の第１のペアに対して直角に配置されて、それぞれが前記第２の直交位相信号を受け取るように構成されている直交位相電極配置の第２のペアと
を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記ジャイロスコープ制御部はさらに、前記振動マスの前記面内運動の周波数に基づいて、前記直交位相効果の大きさを計算するように構成され、さらに、前記直交位相効果の前記大きさに基づく帰還的方法で前記直交位相効果を実質的に緩和するべく前記直交位相信号の振幅を設定するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記直交位相信号は、前記振動マスに関連する前記直交位相効果を実質的に緩和するのに十分な静電力に対応する所定の振幅を有するＤＣ信号である、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記センサシステムは、
ペアで配置されて、互いに対して実質的に平坦な配置で構成された複数の振動マスと、
前記複数の振動マスの各々の面内運動を容易にするように構成されて、前記複数の振動マスの各々に結合された複数の電極と
を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記ジャイロスコープ制御部は、所与のペアに対して１８０°だけ位相がずれるようにして前記複数の振動マスの各々の面内周期的振動運動をもたらすべく前記駆動信号を生成するように構成され、前記ジャイロスコープ制御部は、所与のペアに対して、前記複数の振動マスの各々のための力再平衡力を互い違いの反対方向に生成するべく前記力再平衡信号を生成するように構成されている、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記複数の振動マスは複数の電極シャトルを備え、前記複数の振動マスの各々の前記複数の電極シャトルのうちの少なくとも１つは、ばね湾曲部を介して、残りの振動マスのうちの少なくとも１つの前記複数の電極シャトルのうちの少なくとも１つに結合されている、請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
前記ジャイロスコープ制御部は、それぞれの駆動軸に沿って前記複数の振動マスの各々に駆動信号を供給して、前記複数の振動マスのそれぞれの面内周期的振動運動をもたらすように、かつ、力再平衡信号を供給して前記複数の振動マスのそれぞれの感知軸に沿って力再平衡力をもたらすように、かつ、前記複数の振動マスの各々に直交位相信号を供給して、前記複数の振動マスのそれぞれの直交位相軸に沿って直交力をもたらすように構成され、前記ジャイロスコープ制御部はさらに、別々の期間の各々において、前記複数の振動マスの各々の前記駆動軸、前記感知軸、および前記直交位相軸のうちの少なくとも２つを周期的に切り替えることに基づいて、前記センサシステムの自己較正処理手順を実施するように構成されている、請求項６に記載のシステム。
【請求項１０】
振動マスジャイロスコープシステムにおける入力軸を中心とした回転を計算するための方法であって、
八角形形状の振動マスに結合されている駆動電極シャトルのセットに関連する駆動ピックオフ信号を監視する工程であって、前記駆動電極シャトルのセットは、駆動軸に沿った単軸の周期運動をもたらすように、前記駆動軸に沿って前記振動マスに対して互いに反対側に配置された駆動電極シャトルのペアを備えることと、
前記駆動電極シャトルのセットに駆動信号を供給して、前記振動マスの面内周期的振動運動をもたらす工程と、
前記振動マスに結合されている感知電極シャトルのセットに関連する力再平衡ピックオフ信号を監視する工程であって、前記感知電極シャトルのセットは、感知軸に沿った単軸の力再平衡をもたらすように、前記駆動軸に対して直角な前記感知軸に沿って前記振動マスに対して互いに反対側に配置された感知電極シャトルのペアを備えることと、
前記力再平衡ピックオフ信号に基づいて前記感知電極シャトルのセットに力再平衡信号を供給して、前記入力軸を中心とした前記振動マスジャイロスコープシステムの回転を計算する工程と、
前記振動マスに結合されている直交位相電極シャトルのセットに直交位相信号を供給して、直交位相効果を実質的に緩和する工程であって、前記直交位相電極シャトルのセットは、第１の直交位相軸に沿った単軸の直交力をもたらすように、前記振動マスに対して互いに反対側に配置されて、かつ、前記駆動軸および前記感知軸に対して略４５°になっている前記第１の直交位相軸に沿って配置された直交位相電極シャトルのペアを備えることと
を含む方法。
【請求項１１】
前記直交位相信号は第１の直交位相信号であり、前記直交位相電極シャトルのペアは、第１の直交位相軸に沿って配置された直交位相電極シャトルの第１のペアであり、前記直交位相信号を供給する工程は、
前記第１の直交位相信号を、前記直交位相電極シャトルの第１のペアに供給する工程と、
前記振動マスに対して互いに反対側に配置されて、かつ、前記第１の直交位相軸に対して直角になっている第２の直交位相軸に沿って配置された直交位相電極シャトルの第２のペアに、第２の直交位相信号を供給する工程と
を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記振動マスの面内運動の周波数に基づいて、前記直交位相効果の大きさを計算する工程と、
前記直交位相効果の前記大きさに基づく帰還的方法で前記直交位相効果を実質的に緩和するように、前記直交位相信号の振幅を設定する工程と
をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記振動マスは第１の振動マスであり、前記振動マスジャイロスコープシステムは第２の振動マスを備え、前記方法は、
前記第２の振動マスに結合されている駆動電極シャトルの第２のセットに関連する第２の駆動ピックオフ信号を監視する工程と、
前記駆動電極シャトルの第２のセットに第２の駆動信号を供給して、前記第２の振動マスの面内周期的振動運動をもたらす工程と、
前記第２の振動マスに結合されている感知電極シャトルの第２のセットに関連する第２の力再平衡ピックオフ信号を監視する工程と、
前記第２の力再平衡ピックオフ信号に基づいて、前記感知電極シャトルの第２のセットに第２の力再平衡信号を供給する工程と、
前記力再平衡ピックオフ信号に基づいて、前記直交位相電極シャトルの第２のセットに結合されている直交位相電極シャトルの第２のセットに第２の直交位相信号を供給して、直交位相効果を実質的に緩和する工程と、
前記第１および第２の力再平衡ピックオフ信号の少なくとも一方に基づいて、前記入力軸を中心とした前記振動マスジャイロスコープシステムの前記回転を計算する工程と
をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記駆動信号を供給する工程は、第１の方向において駆動軸に沿って、前記第１の振動マスに関連する前記駆動電極シャトルのセットに前記駆動信号を供給することを含み、前記第２の駆動信号を供給する工程は、前記第１および第２の振動マスの面内周期的運動の位相が１８０°だけずれるように、前記第１の方向と反対の第２の方向において前記駆動軸に沿って、前記第２の振動マスに関連する前記駆動電極シャトルの第２のセットに前記第２の駆動信号を供給することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
センサシステムとジャイロスコープ制御部とを備える振動マスジャイロスコープシステムであって、
前記センサシステムは、複数の振動マスと、前記複数の振動マスの各々に結合されたそれぞれ複数の電極のセットとを備え、実質的に平坦な振動マスの前記複数のセットの各々は、前記複数の振動マスのそれぞれ１つの面内運動を容易にするように構成されており、
前記ジャイロスコープ制御部は、駆動信号、力再平衡信号、および直交位相信号を生成するように構成されており、
前記駆動信号は、駆動軸に沿った前記複数の振動マスのそれぞれの面内周期的振動運動を、前記駆動信号に応答して生成された前記複数の振動マスの各々の前記駆動軸に沿った駆動軸力に応答してもたらすべく、前記電極の複数のセットの各々の電極を駆動するために供給され、
前記力再平衡信号は、入力軸を中心とした前記振動マスジャイロスコープシステムの回転を計算するべく前記電極の複数のセットの各々の感知電極に供給され、前記力再平衡信号は、前記各駆動軸に直角な前記複数の振動マスの各々の第２の軸に沿って力再平衡力を生成するように構成され、
前記直交位相信号は、前記複数の振動マスのそれぞれに関連する直交位相効果を実質的に緩和するべく、当該振動マスの前記駆動軸および前記第２の軸に対して約４５°に配置されている前記複数の振動マスの各々の第３の軸に沿って直交力を生成するように前記電極の複数のセットの各々の直交位相電極に供給される、振動マスジャイロスコープシステム。
【請求項１６】
前記複数の振動マスの各々は、実質的に平坦な八角形形状で構成され、前記電極の複数のセットの各々は、それぞれ単一の軸に沿って、前記実質的に平坦な八角形形状の周囲の８つの側部に対して直角な各方向に前記複数の振動マスのそれぞれ１つを引っ張るように、前記複数の振動マスの各々の前記実質的に平坦な八角形形状の周囲の前記８つの側部のうちの１つにそれぞれ配置されている８つの電極シャトルを備える、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記ジャイロスコープ制御部は、前記複数の振動マスの所与のペアに対して１８０°だけ位相がずれるようにして前記複数の実質的に平坦な振動マスの各々の面内周期的振動運動をもたらすべく前記駆動信号を生成するように構成され、前記ジャイロスコープ制御部は、所与のペアに対して、前記複数の実質的に平坦な振動マスの各々のための力再平衡力を互い違いの反対方向に生成するべく前記力再平衡信号を生成するように構成されている、請求項１５に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、連邦政府契約番号第Ｎ６６００１−１２−Ｃ−４０３５号に従って、政府の支援によって行われた。政府は、この発明において、一定の権利を有している。
この開示は、概してセンサシステム、特に振動マスジャイロスコープシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
受感軸（例えば、入力軸）を中心とした回転を計算するように構成することができる多くの異なる種類の振動マスジャイロスコープシステムがある。１つの種類のジャイロスコープは、コリオリ振動ジャイロスコープ（ＣＶＧ）である。ＣＶＧの一例は、２つのマス（例えば叉）が駆動軸に沿って平面内で振動することができる音叉ジャイロスコープである。音叉の叉に平行な入力軸を中心として印加される角速度に応答して、コリオリ力がそれらの叉を感知軸に沿って（例えば、駆動軸に対して９０°で）面外で振動させる。開ループ機器における面外運動の振幅、すなわち閉ループ機器における面外運動を再平衡（リバランス）させて無効にするのに要する力は、入力軸を中心として印加された角速度の尺度と対応させることができる。
【発明の概要】
【０００３】
本発明の一実施形態は、振動マスジャイロスコープシステムを含む。このシステムは、振動マスと、振動マスに結合されて、振動マスの面内運動を容易にするように構成された複数の電極とを備えるセンサシステムを含む。このシステムはまた、駆動軸に沿った前記振動マスの面内周期的振動運動（in-plane periodic oscillatory motion）をもたらすべく前記複数の電極のうちの第１のセットに供給される駆動信号を生成するように、かつ、入力軸を中心とした前記振動マスジャイロスコープシステムの回転を計算するべく前記複数の電極のうちの第２のセットに供給される力再平衡（フォースリバランス）信号を生成するように、かつ、前記振動マスに関連する直交位相効果（quadrature effects）を実質的に緩和するべく前記複数の電極のうちの第３のセットに供給される直交位相信号（quadrature signal）を生成するように構成されたジャイロスコープ制御部も備える。
【０００４】
本発明の別の実施形態は、振動マスジャイロスコープシステムにおける入力軸を中心とした回転を計算するための方法を含む。この方法は、振動マスに結合されている駆動電極シャトルのセットに関連する駆動ピックオフ信号を監視する工程と、前記駆動電極シャトルのセットに駆動信号を供給して、前記振動マスの面内周期的振動運動をもたらす工程とを含む。この方法はまた、振動マスに結合されている感知電極シャトルのセットに関連する力再平衡ピックオフ信号を監視する工程と、前記力再平衡ピックオフ信号に基づいて前記感知電極シャトルのセットに力再平衡信号を供給して、前記入力軸を中心とした前記振動マスジャイロスコープシステムの回転を計算する工程とを含む。この方法は、振動マスに結合されている直交位相電極シャトルのセットに直交位相信号を供給して、直交位相効果を実質的に緩和する工程をさらに含む。
【０００５】
本発明の別の実施形態は、振動マスジャイロスコープシステムを含む。このシステムは、複数の振動マスと、複数の振動マスの各々に結合されたそれぞれ複数の電極のセットとを備えるセンサシステムを備える。実質的に平坦な振動マスの前記複数のセットの各々は、前記複数の振動マスのそれぞれ１つの面内運動を容易にするように構成することができる。このシステムはさらに、駆動軸に沿った前記複数の振動マスのそれぞれの面内周期的振動運動をもたらすべく前記電極の複数のセットの各々の電極を駆動するために供給される駆動信号を生成するように、かつ、入力軸を中心とした前記振動マスジャイロスコープシステムの回転を計算するべく前記電極の複数のセットの各々の感知電極に供給される力再平衡信号を生成するように、かつ、前記複数の振動マスのそれぞれに関連する直交位相効果を実質的に緩和するべく前記電極の複数のセットの各々の直交位相電極に供給される直交位相信号を生成するように構成されたジャイロスコープ制御部を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】振動マスジャイロスコープシステムの実施例を示す。
【図２】センサシステムの実施例を示す。
【図３】電極シャトルの実施例を示す。
【図４】センサシステムの別の実施例を示す。
【図５】センサシステムの周期運動の実施例を示す。
【図６】振動マスジャイロスコープシステムにおける入力軸を中心とした回転を計算するための方法の実施例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本開示は、概してセンサシステムに関し、特に振動マスジャイロスコープシステムおよび方法に関する。振動マスジャイロスコープシステムは、センサシステムおよびジャイロスコープ制御部を含む。このセンサシステムは、例えば、八角形形状を有することができる実質的に平坦な振動マスとして構成することができる少なくとも１つの振動マスを含むことができる。振動マスは、駆動電極のセットと、感知電極のセットと、力、ひいては振動マスの面内運動をもたらすように実施することができる直交位相電極のセットとを含むことができる。１つの例として、駆動電極、感知電極および直交位相電極のそれぞれのセットは、それぞれの力を供給して、振動マスの面内運動をもたらすように振動マスに結合されている電極シャトルに関連付けることができる。
【０００８】
ジャイロスコープ制御部は、駆動信号と、力再平衡信号（force-rebalance signal）と、駆動電極、感知電極および直交位相電極にそれぞれ供給される少なくとも１つの直交位相信号（quadrature signal）とを生成するように構成することができる。１つの例として、駆動電極シャトルは、駆動電極シャトルに印加された駆動信号に応答して、駆動軸に沿った面内周期運動をもたらすように、振動マスに対して互いに反対側に配置することができる。したがって、駆動信号は、例えば、ハウジングに結合されている駆動電極シャトルに関連する振動マスばねシステムの共振周波数にほぼ等しい周波数で、振動マスの面内周期的振動運動を引き起こす静電力を供給することができる。１つの例として、面内周期的振動運動は、振動マスの所与のペアに対して１８０°だけ位相をずらすことができる。
【０００９】
感知電極シャトルは、感知電極シャトルに印加された力再平衡信号に応答して、駆動軸に直角な感知軸に沿って力再平衡をもたらすように、振動マスに対して互いに反対側に配置することができる。力再平衡信号は、同様に、入力軸を中心としたセンサシステムの回転に応答して、振動マスの力再平衡をもたらすように静電力を供給することができる。力再平衡信号の大きさ、ひいては、感知軸に沿ってピックオフのヌル位置で振動マスを維持するのに必要な静電力は、入力軸を中心としたセンサシステムの回転の速度の組合せに一致させることができる。そのため、力再平衡信号の大きさは、入力軸を中心としたセンサシステムの角回転を計算するために、ジャイロスコープ制御部（例えば、関連する慣性センサプロセッサ）によって実施することができる。
【００１０】
直交位相電極は、直交位相信号を受け取って静電力を生成し、例えば、振動マスの原理弾性軸間のミスマッチから生じる、センサシステムの回転の速度の計算における直交位相効果を実質的に緩和するように構成される。直交位相電極は、振動マスに対して互いに反対側に配置され、および第１の直交位相信号を受け取って、駆動軸および感知軸に対して４５°である第１の直交位相軸に沿って対向する直交力（opposing quadrature forces）を供給する、直交位相電極シャトルの第１のペアとして構成することができる。直交位相電極は、振動マスに対して互いに反対側に配置され、および第２の直交位相信号を受け取って、第１の直交位相軸に対して直角な第２の直交位相軸に沿って対向する直交力を供給する、直交位相電極シャトルの第２のペアも含むことができる。直交位相信号は、例えば、製造／検査から、または、振動マスの面内運動の周波数に基づいて、直交位相効果を判断するように構成されているフィードバックシステムからの、予め決められている振幅を有するＤＣ信号とすることができる。そのため、直交位相効果は、振動マスセンサシステムの回転の速度のより正確な計算をもたらすように実質的に緩和することができる。
【００１１】
図１は、振動マスジャイロスコープシステム１０の実施例を示す。振動マスジャイロスコープシステム１０は、それに関して回転の正確な測定が必要である可能性のある、航空宇宙および船舶航法等のさまざまな用途のいずれかにおいて実施することができる。振動マスジャイロスコープシステム１０は、センサシステム１２およびジャイロスコープ制御部１４を含む。
【００１２】
センサシステム１２は、実質的に平坦な慣性マスとして構成することができる少なくとも１つの振動マス１６を含む。１つの例として、振動マス１６は、偶数個（例えば、４個）の振動マスとして構成することができる。例えば、振動マス１６は、シリコンの層として製造することができ、および例えば、八角形形状において、約４５°で離間されている４つの別々の軸を中心とした面内運動を可能にする形状で製造することができる。図１の実施例において、センサシステム１２は、振動マス１６の各々を、駆動電極１８、感知電極２０および直交位相電極２２の各々のそれぞれのセットと関連付けることができるように、振動マス１６のそれぞれ１つに結合することができる、駆動電極１８の１つ以上のセット、感知電極２０の１つ以上のセットおよび直交位相電極２２の１つ以上のセットを含むことができる。１つの例として、駆動電極１８、感知電極２０および直交位相電極２２のセットは、振動マス１６の面内運動をもたらすように、振動マス１６の周辺に配置されている電極シャトルとして構成することができる。例えば、駆動電極１８、感知電極２０および直交位相電極２２のセットは、各々が、（例えば、駆動電極１８、感知電極２０および直交位相電極２２のセットの部分を含む）固定ハウジングに対して振動マス１６を動かすように、互いに対して誘引静電力を生成するように構成されている容量結合電極ペアを含むことができる。
【００１３】
ジャイロスコープ制御部１４は、駆動電極１８および感知電極２０とまとめて関連付けることができるピックオフ信号ＰＯを受け取るように構成されている。また、ジャイロスコープ制御部１４は、例えば、駆動ピックオフ信号ＰＯに応答して、駆動電極１８のセットに供給されて、駆動軸に沿った振動マス１６の面内周期的振動運動をもたらすように静電力を生成する駆動信号ＤＲＶを生成するように構成することもできる。例えば、駆動信号ＤＲＶは、駆動電極１８を含み、および振動マス１６に結合されている駆動電極シャトルに結合された１つ以上のばねに関連する共振周波数にほぼ等しい周波数を有することができる。１つの例として、複数の振動マス１６の実施例では、振動マス１６の相殺運動をもたらすために、振動マス１６の各所与のペアに対して１８０°だけ位相をずらして面内周期的振動運動をもたらすことができる。また、ジャイロスコープ制御部１４は、入力軸を中心としたセンサシステム１２の回転に応答して、例えば、感知ピックオフ信号ＰＯに応答して、感知電極２０のセットのうちの少なくとも１つに供給されて、駆動軸に対して直角な感知軸に沿って静電力を生成し、感知ピックオフおよび振動マス１６の運動を無効にする力再平衡信号ＦＲＢを生成するようにも構成されている。例えば、力再平衡信号ＦＲＢは、駆動信号ＤＲＶの周波数にほぼ等しい（例えば、共振周波数にほぼ等しい）周波数を有することができる。
【００１４】
駆動信号ＤＲＶおよび力再平衡信号ＦＲＢは、図１の実施例において信号ＰＯとして明示されている復調ピックオフ信号に基づく振幅で生成することができる。復調感知ピックオフ信号ＰＯは、力再平衡信号ＦＲＢよりもかなり大きい（例えば、一桁以上大きい）周波数を有することができる。そのため、入力軸を中心としたセンサシステム１２の回転は、駆動電極１８に関連する面内周期的振動運動に対して振動マス１６の運動を直角に生じさせることができる。したがって、力再平衡信号ＦＲＢに応答して感知電極２０によって生成される静電力は、振動マス１６を、感知軸に沿ったヌル位置に維持させることができる。本願明細書に記載されているように、「ヌル位置」という用語は、復調ピックオフ信号に関連する略ゼロ値に相当する、感知軸に沿った振動マス１６の位置に一致する。
【００１５】
ジャイロスコープ制御部１４は、プロセッサ２４と、信号発生器２６と、復調システム２８とを含む。信号発生器２６は、駆動電極１８に供給される駆動信号ＤＲＶと、感知電極２０に供給される力再平衡信号ＦＲＢと、直交位相電極２２に供給される直交位相信号ＱＤＲとを生成するように構成されている。駆動信号ＤＲＶおよび力再平衡信号ＦＲＢの印加に応答して、ピックオフ信号ＰＯが復調システム２８に供給される。１つの例として、ピックオフ信号ＰＯは、振動マス１６の運動に応答して、駆動電極１８および感知電極２０の両方または一方に容量結合されている振幅変調ピックオフ信号に対応させることができる。したがって、ピックオフ信号ＰＯは、復調システム２８を介して復調して、各駆動信号ＤＲＶおよび力再平衡信号ＦＲＢの両方または一方の適切な大きさを決めることができ、例えば、それぞれ、振動マス１６の面内周期的振動運動を維持し、および振動マス１６を感知軸のヌル位置に維持することができる。
【００１６】
したがって、プロセッサ２４は、入力軸を中心としたセンサシステム１２の角回転の速度を示す形で力再平衡信号ＦＲＢの大きさを計算することができる。１つの例として、力再平衡信号ＦＲＢの大きさ、ひいては、振動マス１６を感知軸に沿ったヌル位置に維持するのに必要な静電力は、入力軸を中心としたセンサシステム１２の回転の速度に対応させることができる。そのため、力再平衡信号ＦＲＢの大きさは、入力軸を中心としたセンサシステム１２の角回転を計算するように、プロセッサ２４によって実施することができる。したがって、ジャイロスコープ制御部１４は、入力軸を中心とした回転の角速度の測定結果を出力信号ＲＯＴとして生成することができる。
【００１７】
１つの例として、製造および電子変動は、ばね剛性の変動および振動マス１６の質量による各振動マス１６の駆動軸および感知軸の共振周波数のセパレーションの変化を生じさせる可能性がある。そのような周波数セパレーションの結果として、再変調位相誤差が直交位相効果を感知軸に結合して、生成された力再平衡信号ＦＲＢの大きさに影響を与える可能性がある。力再平衡信号ＦＲＢの大きさは、センサシステム１２の入力軸を中心とした回転に対応させることができるため、このような直交結合（quadrature coupling）は、入力軸を中心とした回転の速度ＲＯＴの計算において誤差を生じさせる可能性がある。したがって、信号発生器２６は、直交位相電極２２に対して負の静電ばね力を供給するように直交位相信号ＱＤＲを生成して、直交位相運動（quadrature motion）、ひいては力再平衡信号ＦＲＢへの直交結合を実質的に緩和するように構成されている。その結果、直交位相電極２２に対する直交位相信号ＱＤＲの印加は、入力軸を中心とした回転の速度ＲＯＴの計算における直交位相ベースの誤差を実質的に緩和することができる。
【００１８】
１つの例として、直交位相信号ＱＤＲは、直交位相効果の所定の大きさ（例えば、直交位相効果による力再平衡信号ＦＲＢの誤差の量）に対応する振幅を有するＤＣ信号とすることができる。１つの例として、原理弾性軸間の周波数ミスマッチ、ひいては直交位相効果の大きさは、振動マスジャイロスコープシステム１０の製造中に決めることができる。したがって、直交位相信号ＱＤＲは、直交位相効果を実質的に緩和するように、振動マスジャイロスコープシステム１０の検査中に決められる振幅を有する１つ以上のＤＣ信号に対応させることができる。別の例として、プロセッサ２８は、振動マス１６の原理弾性軸間の周波数ミスマッチに基づいて、例えば、ピックオフ信号ＰＯの復調に基づいて、振動マスジャイロスコープシステム１０の動作中にリアルタイムで、直交位相効果の大きさを計算するように構成することができる。その結果、振動マスジャイロスコープシステム１０は、直交位相効果を観測可能にすることができ、および直交位相信号ＱＤＲのＤＣ振幅をリアルタイムで計算して、回転速度ＲＯＴの計算に対する直交位相効果を実質的に緩和することができる。
【００１９】
図２は、センサシステム５０の実施例を示す。センサシステム５０は、センサシステム５０を、ＸＹ平面内の実質的に平坦な配置（substantially planar arrangement）として構成できるように、図２の実施例において俯瞰図で明示されている。センサシステム５０は、図１の実施例におけるセンサシステム１２に対応させることができる。そのため、図２の実施例に関する以下の説明においては、図１の実施例が参照される。
【００２０】
センサシステム５０は、図２の実施例において、実質的に平坦な八角形形状を有するように明示されている振動マス５２を含む。１つの例として、振動マス５２は、エッチングされたシリコンから成る層とすることができる。振動マス５２は、振動マス５２の八角形形状の周囲の８つの側部の各々において振動マス５２に結合されている複数の電極シャトルによって実質的に包囲されている。それらの電極シャトルは、振動マス５２のＸ軸に沿って配置された電極シャトル５４から成る第１のペア、振動マス５２のＹ軸に沿って配置された電極シャトル５６から成る第２のペア、第１および第２のペア５４および５６に対して４５°の軸に沿って配置された電極シャトル５８から成る第３のペア、および電極シャトル５８から成る第３のペアに対して直角に配置された電極シャトル６０から成る第４のペアとして図２の実施例に明示されている。１つの例として、電極シャトル５４，５６，５８および６０は、それぞれ少なくとも１つのばねおよびローラアセンブリを介して振動マス５２に結合することができる。また、電極シャトル５４，５６，５８および６０は、それぞれ、振動マス５２を実質的に包囲することができるセンサシステム５０のフレーム部６２に結合されている。したがって、フレーム部６２は、実質的に固定された位置において、センサシステム５０をその中に含めることができる関連する集積回路（ＩＣ）チップのハウジング（例えば、基板）の部分とすることができ、または、該ハウジングと一体化させることができる。したがって、本願明細書に記載されているように、電極シャトル５４の軸方向運動は、ＸＹ平面内の振動マス５２の面内運動に変換することができる。
【００２１】
図３は、電極シャトルシステム１００の実施例を示す。電極シャトルシステム１００は、図２の実施例における電極シャトル５４，５６，５８および／または６０のうちの所与の１つの分解図に対応させることができる。そのため、図３の実施例に関する以下の説明においては、図２の実施例が参照される。電極シャトルシステム１００は、センサシステム５０における電極シャトル５４，５６，５８および／または６０のいずれか１つに対応させることができる電極シャトル１０２を含む。そのため、図２の実施例における電極シャトル５４，５６，５８および６０の各々は、互いに実質的に同じに構成することができる。したがって、電極シャトル５４，５６，５８および／または６０の各々は、図３の実施例に明示されている電極シャトル１０２の構成要素を含むことができる。
【００２２】
図３の実施例において、電極シャトル１０２は、振動マス５２の八角形形状の所与の１つの側部の周辺面に結合されているばねおよびローラアセンブリから成るペア１０４を含む。１つの例として、ばねおよびローラアセンブリから成るペア１０４は、一方向ばね（例えば、Ｕ字状に折り畳まれたビーム湾曲部）として構成することができる。したがって、ばねおよびローラアセンブリから成るペア１０４は、電極シャトル１０２の軸方向運動に応答して、電極シャトル１０２が振動マス５２を押したり引いたりできるように振動マス５２に取り付けられたままの状態で、それぞれの電極シャトル１０２の方向性に対する振動マス５２の横方向運動を可能にするように構成することができる。電極シャトル１０２の方向性の１つの例では、ばねおよびローラアセンブリから成るペア１０４は、Ｙ軸に沿った電極シャトル１０２の軸方向運動に応答して、電極シャトル１０２が振動マス５２を押したり引いたりできるように振動マス５２に取り付けられたままの状態で、Ｘ軸に沿った振動マス５２の横方向運動を可能にするように構成することができる。電極シャトル１０２は、図３の実施例におけるＹ軸に沿うように明示された、フレーム部１０５に対する電極シャトル１０２の軸方向運動を可能にするばねおよびローラアセンブリから成るペア１０６を介して（例えば、フレーム部６２に対応する）フレーム部１０５に結合されているように明示されている。１つの例として、ばねおよびローラアセンブリから成るペア１０４と同様に、ばねおよびローラアセンブリから成るペア１０６は、一方向ばねとして（例えば、Ｕ字状に折り畳まれたビーム湾曲部として）構成することができる。
【００２３】
電極シャトル１０２は、ばねおよびローラアセンブリ１０４と、ピストン部１１０とを相互接続する電極１０８のセットも含んでいる。１つの例として、ピストン部１１０は、例えば、電極シャトル１０２を（例えば、レバーを介して）独立した振動マスに関連する電極シャトルに結合するために、遠位端においてレバー（図示せず）に結合することができ、または、遠位端において分離することができる。電極１０８は、フレーム部６２に固定されている対応する電極（図示せず）と相互に作用して、電極１０８と、電極１０８がそれと相互に作用する対応する電極との間の静電力に基づいて、電極シャトル１０２の軸方向運動をもたらすようにさまざまな方法で構成することができる。１つの例として、電極１０８（および例えば、電極１０８がそれと相互に作用する対応する電極）は、横方向櫛駆動配置（lateral comb-drive arrangement）、歯車駆動配置（tooth-drive arrangement）、平行プレート配置（parallel-plate arrangement）、または、電界を生成することができ、および電極１０８がそれと相互に作用する対応する電極と容量結合することができるさまざまな微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）電極装置（microelectromechanical systems electrode arrangements）のいずれかとして構成することができる。例えば、電極１０８および対応する電極のうちの一方は、（例えば、駆動信号ＤＲＶ、力再平衡信号ＦＲＢまたは直交位相信号ＱＤＲのそれぞれ１つに応答して）ある電位に保持することができ、電極１０８および対応する電極のうちの他方は、低圧レール電位（例えば、アース）に保持することができる。そのため、電極１０８と、対応する電極との間に静電力を生成して、電極シャトル１０２の軸方向運動を容易にすることができる。
【００２４】
図２の実施例に戻って説明すると、駆動信号ＤＲＶを電極シャトル５４から成る第１のペアに供給して、電極シャトル５４から成る第１のペアの電極（例えば、電極１０８）と、フレーム部６２に結合された電極との間に交番静電力を生成することができる。したがって、電極シャトル５４から成る第１のペアは、矢印６４で明示されたＸ軸に沿って軸方向に動いて、駆動軸に対応する大きな双方向矢印６６によって明示されたＸ軸に沿った振動マス５２の単軸の周期的振動運動をもたらすことができる。同様に、力再平衡信号ＦＲＢを、電極シャトル５６から成る第２のペアに供給して、電極シャトル５６から成る第２のペアの電極（例えば、電極１０８）と、フレーム部６２に結合された電極との間に静電力を供給することができる。したがって、電極シャトル５６から成る第２のペアは、感知軸に対応する大きな双方向矢印７０によって明示されたＹ軸に沿った振動マス５２の運動に応答して、矢印６８によって明示されたＹ軸に沿って軸方向に動いて、振動マス５２の単軸力再平衡をもたらす（例えば、振動マス５２をＹ軸のヌル位置に維持する）ことができる。振動マス５２のこのような運動は、Ｚ軸を中心としたセンサシステム５０の回転に基づくことができ、したがって、振動マス５２の力再平衡は、力再平衡信号ＦＲＢの振幅に基づいて、Ｚ軸を中心としたセンサシステム５０の回転の速度ＲＯＴを示すことができる。その結果、電極シャトル５４から成るペアおよび電極シャトル５６から成るペアは、（例えば、Ｘ軸に沿った）電極シャトル５４および（例えば、Ｙ軸に沿った）電極シャトル５６のそれぞれの単軸運動に基づいて、２つの軸における振動マス５２の面内運動をもたらす（例えば、Ｘ軸における周期運動およびＹ軸におけるヌル位置に維持する）ことができる。駆動軸がＸ軸として明示され、および感知軸がＹ軸として明示されているが、図２の実施例において、駆動軸および感知軸は、任意の２つの直交する軸とすることができるという点で、軸の表示は任意であることを理解すべきである。
【００２５】
さらに、直交位相信号ＱＤＲを（例えば、電極１０８を介して）電極シャトル５８から成る第３のペアおよび電極シャトル６０から成る第４のペアのうちの少なくとも一方に供給して、振動マス５２の面内運動の剛性を与えるように振動マス５２の直交力を供給し、それによって、回転の速度ＲＯＴの計算において、直交位相効果を実質的に緩和することができる。１つの例として、第１の直交位相信号ＱＤＲ１を、例えば、電極シャトル５８の各々に対して等しい第１の振幅で（例えば、電極１０８を介して）電極シャトル５８から成る第３のペアに供給して、Ｘ軸とＹ軸の間の４５°の軸と、−Ｘ軸と−Ｙ軸の間の各４５°の軸とにおいて、大きな矢印７２によって明示された実質的に等しい直交力および反対の直交力を供給することができる。同様に、第２の直交位相信号ＱＤＲ２を、例えば、電極シャトル６０の各々に対して等しい、第１の振幅と異なっていてもよい第２の振幅で（例えば、電極１０８を介して）電極シャトル６０から成る第４のペアに供給して、Ｘ軸と−Ｙ軸の間の４５°の軸と、−Ｘ軸とＹ軸の間の各４５°の軸とにおいて、大きな矢印７４によって明示された実質的に等しい直交力および反対の直交力を供給することができる。第１および第２の直交位相信号ＱＤＲ１およびＱＤＲ２のそれぞれの振幅は、振動マス５２の面内運動における十分な剛性をもたらすように、直交位相効果の大きさに基づいて（例えば、製造中の検査に基づいて、または、フィードバックに基づいてリアルタイムで）予め決めて、原理弾性軸の周波数がほぼ等しくなるように設定してもよい。そのため、例えば、より正確なナビゲーションソリューションを実現できるように、原理弾性軸の周波数のミスマッチから生じる直交位相効果を、振動マスジャイロスコープシステム１０の回転の速度ＲＯＴの計算において実質的に緩和することができる。
【００２６】
図４は、センサシステム１５０の別の実施例を示す。センサシステム１５０は、第１の振動マス１５２と、第２の振動マス１５４と、第３の振動マス１５６と、第４の振動マス１５８とを含むクワッド質量センサシステムとして図４の実施例に明示されている。振動マス１５２，１５４，１５６および１５８の各々は、図２の実施例における振動マス５２に対応させることができる。センサシステム１５０は、図１の実施例におけるセンサシステム１２に対応させることができる。そのため、図４の実施例に関する以下の説明においては、図１および図２の実施例が参照される。
【００２７】
センサシステム１５０は、振動マス１５２，１５４，１５６および１５８に対して実質的に平坦な構成で配置することができる。図４の実施例において、振動マス１５２，１５４，１５６および１５８の各々は、実質的に平坦な八角形形状を有するように明示されている。振動マス１５２，１５４，１５６および１５８の各々は、各振動マス１５２，１５４，１５６および１５８の八角形形状の周囲の８つの側部の各々において、各振動マス１５２，１５４，１５６および１５８に結合されている複数の電極シャトルによって実質的に包囲されている。それらの電極シャトルは、各振動マス１５２，１５４，１５６および１５８に対して互いに反対側に配置された駆動電極シャトル１６０のペア、各振動マス１５２，１５４，１５６および１５８に対して互いに反対側に配置された感知電極シャトル１６２のペア、第１および第２のペア１６０および１６２に対して４５°の軸に沿って互いに反対側に配置された直交位相電極シャトル１６４の第１のペア、および電極シャトル１６４の第３のペアに対して直角に配置された直交位相電極シャトル１６６の第２のペアとして図４の実施例に明示されている。したがって、電極シャトル１６０，１６２，１６４および１６６は、図２の実施例における電極５４，５６，５８および６０のペアに対応させることができる。
【００２８】
１つの例として、電極シャトル１６０，１６２，１６４および１６６はそれぞれ、少なくとも１つのばねおよびローラアセンブリを介して各振動マス１５２，１５４，１５６および１５８に結合することができる。また、電極シャトル１５２，１５４，１５６および１５８はそれぞれ、各振動マス１５２，１５４，１５６および１５８を実質的に包囲することができる、センサシステム１５０のフレーム部１６８に結合されている。例えば、電極シャトル１５２，１５４，１５６および１５８の各々は、図３の実施例における電極シャトル１０２と実質的に同様に構成することができる。したがって、フレーム部１６８は、実質的に固定された位置において、例えば、センサシステム１５０をその中に含めることができる関連するＩＣチップのハウジング（例えば、基板）の部分とすることができ、または、該ハウジングと一体化することができる。したがって、電極シャトル５４の軸方向運動を、ＸＹ平面内の各振動マス１５２，１５４，１５６および１５８の面内運動に変換することができる。
【００２９】
駆動信号ＤＲＶは、信号発生器２６から、独立した駆動信号ＤＲＶとして、各振動マス１５２，１５４，１５６および１５８における駆動電極シャトル１６０のペアに供給して、駆動軸に沿った各振動マス１５２，１５４，１５６および１５８の周期的振動運動をもたらすように交番静電力を供給することができる。１つの例として、駆動軸は、各振動マス１５２，１５４，１５６および１５８に対して、実質的に同じ軸とすることができる。同様に、力再平衡信号ＦＲＢは、信号発生器２６から、独立した力再平衡信号ＦＲＢとして、各振動マス１５２，１５４，１５６および１５８の各々における感知電極シャトル１６２のペアに供給して、各振動マス１５２，１５４，１５６および１５８の、感知軸に沿った運動に応答して、各振動マス１５２，１５４，１５６および１５８の力再平衡をもたらすように、交番静電力を供給することができる。各振動マス１５２，１５４，１５６および１５８のこのような運動は、（例えば、駆動軸および感知軸の両方に直角な）入力軸を中心としたセンサシステム１５０の回転に基づくことができ、したがって、各振動マス１５２，１５４，１５６および１５８の力再平衡は、力再平衡信号ＦＲＢの振幅に基づいて、Ｚ軸を中心としたセンサシステム１５０の回転の速度ＲＯＴを示すことができる。
【００３０】
さらに、直交位相信号ＱＤＲは、信号発生器２６から、独立した直交位相信号ＱＤＲ１およびＱＤＲ２として、各振動マス１５２，１５４，１５６および１５８における直交位相電極シャトル１６４および１６６の各第１および第２のペアに供給して、各振動マス１５２，１５４，１５６および１５８の各直交力を供給し、回転の速度ＲＯＴの計算における直交位相効果を実質的に緩和することができる。１つの例として、各振動マス１５２，１５４，１５６および１５８に関連する独立した製造および電気的許容差に基づいて、第１および第２の直交位相信号ＱＤＲ１およびＱＤＲ２は、各振動マス１５２，１５４，１５６および１５８に対して別々の振幅を有するＤＣ信号として供給することができる。そのため、各振動マス１５２，１５４，１５６および１５８は、各振動マス１５２，１５４，１５６および１５８の駆動軸および感知軸から４５°だけオフセットされている直角直交位相軸（orthogonal quadrature axes）の各々に沿って実質的に等しくかつ反対側の直交力を受ける可能性がある。各振動マス１５２，１５４，１５６および１５８の各第１および第２の直交位相信号ＱＤＲ１およびＱＤＲ２の振幅は、各振動マス１５２，１５４，１５６および１５８の原理弾性軸の周波数がほぼ等しくなるように設定するために、直交位相効果の大きさに基づいて予め決めてもよい。そのため、関連する振動マスジャイロスコープシステム（例えば、振動マスジャイロスコープシステム１０）の回転の速度ＲＯＴの計算において、直交位相効果を実質的に緩和することができる。
【００３１】
図４の実施例において、振動マス１５２および１５４と、振動マス１５６および１５８は、駆動電極シャトル１６０のそれぞれ１つを介して、それぞれのレバーアセンブリ１７０によって結合されている。同様に、振動マス１５２および１５６と、振動マス１５４および１５８は、感知電極シャトル１６２のそれぞれ１つを介して、それぞれのレバーアセンブリ１７２によって結合されている。さらに、振動マス１５２および１５４と、振動マス１５６および１５８は、感知電極シャトル１６２のそれぞれ１つを介して、それぞれのレバーアンカーアセンブリ１７４によって結合されている。同様に、振動マス１５２および１５６と、振動マス１５４および１５８は、駆動電極シャトル１６０のそれぞれ１つを介して、それぞれのレバーアンカーアセンブリ１７６によって結合されている。したがって、レバーアセンブリ１７０および１７２と、レバーアンカーアセンブリ１７４および１７６は、例えば、駆動信号ＤＲＶおよびセンサシステム１５０の感知軸を中心とした回転に応答して、振動マス１５２，１５４，１５６および１５８間の運動を変換して、振動マス１５２，１５４，１５６および１５８の面内周期運動および力再平衡において実質的に等しい周波数を維持することができる。同様に、レバーアンカーアセンブリ１７４および１７６はそれぞれ、フレーム部１６８に結合され、それによって、結合された振動マス１５２，１５４，１５６および１５８に対して安定性をもたらしている。したがって、レバーアセンブリ１７０および１７２と、レバーアンカーアセンブリ１７４および１７６は、結合された振動マス１５２，１５４，１５６および１５８の面内運動の相関運動を容易にすることができる。
【００３２】
図５は、センサシステム１５０の実施例の略図２００を示す。略図２００は、駆動信号ＤＲＶ、力再平衡信号ＦＲＢおよび直交位相信号ＱＤＲに応じた振動マス１５２，１５４，１５６および１５８のそれぞれの運動を明示し、それによって、図４の実施例におけるセンサシステム１５０に対してより単純化された方法で明示されている。そのため、図５の実施例に関する以下の説明においては、図４の実施例が参照される。
【００３３】
センサシステム１５０は、ペアで構成されている第１の振動マス１５２と、第２の振動マス１５４と、第３の振動マス１５６と、第４の振動マス１５８とを含む。図５の実施例において、第１の振動マス１５２と第２の振動マス１５４は、実質的に同様に構成されているが、互いに対して反対方向の運動を実施する振動マスの第１のペアであり、第３の振動マス１５６と第４の振動マス１５８は、実質的に同様に構成されているが、互いに対して反対方向の運動を実施し、および第１および第２の振動マス１５２および１５４に対して１８０°だけ位相がずれている振動マスの第２のペアである。
【００３４】
１つまたは２つの各駆動信号ＤＲＶに応答して、第１および第２の振動マス１５２および１５４は、任意の時点で、例えば、互いに対して１８０°だけ位相がずれている、図５の実施例においてＸ軸として明示されている駆動軸に沿って反対方向で面内周期振動的に動くように構成することができる。さらに、１つまたは２つの各力再平衡信号ＦＲＢに応答して、第１および第２の振動マス１５２および１５４は、任意の時点で反対方向に、例えば、互いに対して１８０°だけ位相がずれて印加される静電力に基づいて、図５の実施例においてＹ軸として明示されている感知軸に沿ってヌル位置に維持するように構成することができる。図５の実施例において、第１および第２の振動マス１５２および１５４の面内周期運動は、実線矢印で明示されているが、第１および第２の振動マス１５２および１５４の力再平衡運動は、点線矢印で明示されている。
【００３５】
同様に、駆動信号ＤＲＶに応答して、第３および第４の振動マス１５６および１５８は、任意の時点で、例えば、互いに対して１８０°だけ位相がずれている駆動軸に沿って反対方向で面内周期振動的に動くように構成することができる。さらに、１つまたは２つの各力再平衡信号ＦＲＢに応答して、第３および第４の振動マス１５６および１５８は、任意の時点で反対方向に、例えば、互いに対して１８０°だけ位相がずれて印加される静電力に基づいて、感知軸に沿ってヌル位置に維持するように構成することができる。上記と同様に、第３および第４の振動マス１５６および１５８の面内周期運動および力再平衡運動は、それぞれ実線矢印および点線矢印で明示されている。したがって、第１の振動マス１５２は、第４の振動マス１５８と同相であり、および第２および第３の振動マス１５４および１５６に対しては位相がずれており、また、第２の振動マス１５４は、第３の振動マス１５６と同相であり、および第１および第４の振動マス１５２および１５８に対しては位相がずれている。したがって、振動マス１５２，１５４，１５６および１５８の反対の運動に基づいて、センサシステム１５０は、任意の時点でセンサシステム１５０のほぼ中心を通る入力軸に関して実質的にバランスをとることができる。
【００３６】
さらに、各振動マス１５２，１５４，１５６および１５８に対する１つまたは２つの各直交位相信号ＱＲＤに応答して、各振動マス１５２，１５４，１５６および１５８は、図５の実施例において点線矢印で明示されている、各振動マス１５２，１５４，１５６および１５８の駆動軸および感知軸に対して４５°だけ位相がずれて、各振動マス１５２，１５４，１５６および１５８から外側に延びている直交力を受ける。各振動マス１５２，１５４，１５６および１５８のさまざまな製造および電気的許容差のため、直交位相効果の大きさは、振動マス１５２，１５４，１５６および１５８間で変化する可能性がある。そのため、各振動マス１５２，１５４，１５６および１５８に供給される各直交位相信号ＱＤＲの大きさ（例えば、ＤＣの大きさ）も同様に変化して、（例えば、駆動軸および力再平衡軸の両方に沿って）振動マス１５２，１５４，１５６および１５８の面内運動の十分な剛性をもたらすことができる。例えば、各振動マス１５２，１５４，１５６および１５８に供給される各直交位相信号ＱＤＲの振幅は、振動マスジャイロスコープシステム１０の製造検査段階で、または、フィードバックを介して（例えば、ピックオフ信号ＰＯを介して）リアルタイムで決めることができる。そのため、振動マス１５２，１５４，１５６および１５８の面内運動の十分な剛性は、力再平衡信号ＦＲＢの生成時、およびそれに伴って、各振動マスジャイロスコープシステム１０の回転の速度ＲＯＴの計算時における直交位相効果を実質的に緩和することができる。
【００３７】
センサシステム１５０の略図２００の周期運動および動作に加えて、センサシステム１５０は、振動マス１５２，１５４，１５６および１５８の運動に基づいて、自己較正処理手順を実施するように構成することもできる。例えば、センサシステム１５０は、各駆動軸および感知軸を切り替えることに基づいて、第１の較正処理手順を実施するように構成することができる。１つの例として、センサシステム１５０は、第１の期間内に、駆動信号ＤＲＶに応答して、駆動軸に対応するＸ軸に沿って振動マス１５２，１５４，１５６および１５８の周期運動をもたらすように構成することができ、その結果、センサシステム１５０は、力再平衡信号ＦＲＢに応答して、感知軸に対応するＹ軸に沿って振動マス１５２，１５４，１５６および１５８のヌル位置に維持するように構成することができる。その後、センサシステム１５０は、センサシステム１５０を、その間に、駆動信号ＤＲＶに応答して、駆動軸に対応するＹ軸に沿った振動マス１５２，１５４，１５６および１５８の周期運動をもたらすように構成することができ、およびセンサシステム１５０を、その間に、力再平衡信号ＦＲＢに応答して、感知軸に対応するＸ軸に沿って振動マス１５２，１５４，１５６および１５８のヌル位置に維持するように構成することができる第２の期間に切り替えることができる。したがって、駆動信号ＤＲＶおよび力再平衡信号ＦＲＢは、第１および第２の期間の各々において、電極シャトル１６０および１６２の交互セットに印加される。
【００３８】
別の例として、センサシステム１５０は、駆動軸と、感知軸と、直交位相軸とが、振動マス１５２，１５４，１５６および１５８の各々の周りで連続して回転されるように、パターン角度変調に基づいて、第２の較正処理手順を実施するように構成することができる。１つの例として、センサシステム１５０は、上記と同様に、第１の期間中に、Ｘ軸に沿った振動マス１５２，１５４，１５６および１５８の周期運動をもたらすように、および、Ｙ軸に沿った振動マス１５２，１５４，１５６および１５８のヌル位置に維持するように構成することができる。その後、センサシステム１５０は、各振動マス１５２，１５４，１５６および１５８の駆動軸、感知軸および直交位相軸の各々が、各振動マス１５２，１５４，１５６および１５８の周りで４５°だけ回転するその後の期間に切り替えることができる。ＸＹ軸に沿って（例えば、Ｘ軸およびＹ軸の各々に対して４５°で）配置された駆動軸の周期的振動が、振動マス１５４および１５６が互いに向かって動きつつも振動マス１５２および１５８が互いから離れて動くように（逆もまた同様に）するよう、各振動マス１５２，１５４，１５６および１５８の各々の駆動軸、感知軸および直交位相軸の回転時に、駆動信号ＤＲＶ、力再平衡信号ＦＲＢおよび直交位相信号ＱＲＤから生じるそれぞれの力を、振動マス１５２，１５４，１５６および１５８の各々のそれぞれ反対側に配置されたものに対して反対方向に印加することができる。
【００３９】
自己較正処理手順（例えば、本願明細書に記載されている第１および第２の自己較正処理手順）の結果として、プロセッサ２４は、センサシステム１５０を構成するように、例えば、バイアス誤差およびスケール因子誤差の両方または一方を緩和するように構成することができる。例えば、プロセッサ２４は、各期間内で感知軸が変化する際に、異なる感知軸の各々において、力再平衡信号ＦＲＢの一連の測定値を取得するように構成することができる。異なる感知軸は、互いに対して、およびそれぞれの駆動軸に対して規定された関係を有しているため、バイアス誤差およびスケール因子誤差の両方または一方は、別々の期間の各々の測定期間にわたって、力再平衡信号ＦＲＢの振幅において識別することができる。そのため、バイアス誤差およびスケール因子誤差の両方または一方は、各期間の間の変化のサイクルにわたって観測可能にすることができる。したがって、別々の期間にわたる力再平衡信号ＦＲＢの振幅は、バイアス誤差およびスケール因子誤差の両方または一方を観測可能にすること、および入力軸を中心としたセンサシステム１５０の回転の計算時に、力再平衡信号ＦＲＢの測定された振幅からの誤差を相殺することと、に基づいて、センサシステム１５０を実質的に連続的に較正するように実施することができる。
【００４０】
上述の構造的および機能的特徴を考慮して、本発明のさまざまな態様による方法は、図６を参照すれば、より良好に認識されるであろう。説明を簡単にするために、図６の方法は、連続的に実行するように図示され、および記載されているが、本発明は、図示されている順序によって限定されず、いくつかの態様は、本発明に従って、本願明細書に図示および記載されているのとは異なる順番でおよび他の態様と同時に、または異なる順番でもしくは他の態様と同時に存在することができることを理解すべきであり、および正しく認識すべきである。さらに、図示されている形状構成は、本発明の態様による方法を実施するのにすべて必要なわけではない。
【００４１】
図６は、振動マスジャイロスコープシステム（例えば、振動マスジャイロスコープシステム１０）における入力軸を中心とした回転を計算するための方法２５０の実施例を示す。２５２において、振動マス（例えば、振動マス１６）に結合されている駆動電極シャトル（例えば、駆動電極１８）のセットに関連する駆動ピックオフ信号（例えば、ピックオフ信号ＰＯ）が監視される。２５４において、駆動信号（例えば、駆動信号ＤＲＶ）が駆動電極シャトルのセットに供給されて、振動マスの面内周期的振動運動がもたらされる。２５６において、振動マスに結合されている感知電極シャトル（例えば、感知電極２０）のセットに関連する力再平衡ピックオフ信号（例えば、ピックオフ信号ＰＯ）が監視される。２５８において、入力軸を中心とした振動マスジャイロスコープシステムの回転を計算するために（例えば、計算された回転の速度ＲＯＴ）、力再平衡ピックオフ信号に基づいて、力再平衡信号（例えば、力再平衡信号ＦＲＢ）が感知電極シャトルのセットに供給される。２６０において、直交位相信号（例えば、直交位相信号ＱＤＲ）が、振動マスに結合されている直交位相電極シャトル（例えば、直交位相電極２２）のセットに供給されて、直交位相効果が実質的に緩和される。
【００４２】
上述してきたことは、本発明の実施例である。当然のことながら、本発明を説明するために、構成要素または方法の考えられる限りのあらゆる組合せについて記載することは不可能であるが、当業者は、本発明のさらに多くの組合せおよび置換が可能であることを認識するであろう。したがって、本発明は、添付クレームの趣旨および範囲内にあるそのようなすべての変更、修正および変形を包含することが意図されている。
【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６】
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