(57)【要約】本発明は、自動利得制御ループを使用した力平衡制御システム及び制御方法に関するもので、質量体の速度信号を制御する自動利得制御ループを使用して振動型角速度計の力平衡フィードバック制御を遂行するように構成され、複雑で雑音に敏感な従来のデジタル回路を簡単なアナログ回路で具現することができ、マイクロ角速度計に適用可能であるのみならず、汎用振動型角速度計または慣性センサー、圧力センサー、温度センサーなどの多様なセンサーに拡張可能な効果がある。さらに、本発明の自動利得制御ループを使用した力平衡制御システムを多様なセンサーに適用することで、センサーの動的領域、帯域幅、線形性などの性能向上をはかることができる。
2010534823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動利得制御ループを使用した力平衡制御システムであって、
入力される角速度量による質量体の変位信号を検出して前記質量体の変位を調整する角速度計と、
前記角速度計から検出された変位信号を電圧信号に変換して出力する電荷増幅器と、
前記電荷増幅器から電圧信号として出力される変位信号を基に質量体の速度信号を出力する微分器と、
前記微分器から出力された速度信号と同一な位相、周波数及び単一利得を有する正弦波信号を出力する単位利得基準周波数出力器と、
前記角速度計に印加された角速度量に関係なく一定の大きさの感知軸振動を誘導する基準信号を生成する基準値入力器と、
前記基準値入力器から出力された基準信号を使用して、前記角速度計が一定の振幅で振動するための制御信号を出力する制御器と、
前記単位利得基準周波数出力器から出力される正弦波信号と前記制御器から出力された制御信号の掛け算を行なった後、演算された電圧信号を前記角速度計に印加する掛け算器と
を備えることを特徴とする自動利得制御ループを使用した力平衡制御システム。
【請求項２】
前記角速度計が、
入力される角速度量による質量体の変位信号を検出する感知軸出力部と、
前記質量体の変位を調整する感知軸駆動部と
を含む、請求項１記載の自動利得制御ループを使用した力平衡制御システム。
【請求項３】
前記電荷増幅器が、前記感知軸出力部と連結されて、前記質量体と感知軸出力部電極間の電気容量変化による電荷量変化を電圧信号に変換して出力することを特徴とする、請求項２記載の自動利得制御ループを使用した力平衡制御システム。
【請求項４】
前記掛け算器から出力された電圧信号が、前記感知軸駆動部に印加されることを特徴とする、請求項２記載の自動利得制御ループを使用した力平衡制御システム。
【請求項５】
前記単位利得基準周波数出力器から出力された速度信号が、前記掛け算器フィードバックされることを特徴とする、請求項１記載の自動利得制御ループを使用した力平衡制御システム。
【請求項６】
前記単位利得基準周波数出力器が、
入力信号を高い利得率で増幅する利得部と、
前記入力信号と同一な位相を有する矩形波信号を出力するリミッターと、
前記角速度計の共振周波数に該当する周波数を中心周波数に有する帯域通過フィルターと
を含むことを特徴とする、請求項１記載の自動利得制御ループを使用した力平衡制御システム。
【請求項７】
前記利得部が、演算増幅器（ｏｐ−ａｍｐ）を活用した増幅器で構成されることを特徴とする、請求項６記載の自動利得制御ループを使用した力平衡制御システム。
【請求項８】
前記リミッターが、ｏｐ−ａｍｐを活用した比較器で構成されることを特徴とする、請求項６記載の自動利得制御ループを使用した力平衡制御システム。
【請求項９】
前記自動利得制御ループを使用した力平衡制御システムが、
前記微分器から出力された速度信号を半波整流する整流器と、
前記整流器から半波整流された信号を包絡線信号として出力するローパスフィルターと
をさらに備える、請求項１記載の自動利得制御ループを使用した力平衡制御システム。
【請求項１０】
前記ローパスフィルターから出力された速度信号が、前記制御器にフィードバックされることを特徴とする、請求項９記載の自動利得制御ループを使用した力平衡制御システム。
【請求項１１】
前記制御器が、前記ローパスフィルターから出力された包絡線信号と前記基準値入力器から出力された基準信号を使用して、前記角速度計が一定の振幅で振動するための制御信号を出力することを特徴とする、請求項１０記載の自動利得制御ループを使用した力平衡制御システム。
【請求項１２】
前記微分器から出力された速度信号が、前記単位利得基準周波数出力器と整流器にそれぞれ印加されることを特徴とする、請求項９記載の自動利得制御ループを使用した力平衡制御システム。
【請求項１３】
前記制御器が、前記ローパスフィルターから出力された包絡線信号と前記基準値入力器から生成された基準信号間の差異値に比例利得を掛けた値と、前記差異値を積分した後、積分利得を掛けた値を加えて出力することを特徴とする、請求項９記載の自動利得制御ループを使用した力平衡制御システム。
【請求項１４】
前記制御器が、
前記ローパスフィルターから出力された包絡線信号と前記基準値入力器から生成された基準信号間の差異値に対して積分演算を遂行する積分部と、
前記差異値に対して利得値を掛ける比例利得部と、
前記積分部によって積分演算された積分値に対して利得値を掛ける積分利得部と
を含むことを特徴とする、請求項１３記載の自動利得制御ループを使用した力平衡制御システム。
【請求項１５】
自動利得制御ループを使用した力平衡制御方法であって、
角速度計に具備された感知軸の微細変位を検出する第１工程と、
前記検出された微細変位による変位信号を基に質量体の速度信号を生成する第２工程と、
前記速度信号と同一な位相、周波数及び単一利得を有する正弦波信号を生成して、前記角速度計が一定の振幅で振動するための制御信号を生成する第３工程と、
前記正弦波信号と前記制御信号の掛け算を行なって振幅変調信号を生成する第４工程と、
変動した質量体の変位を一定に維持するように前記振幅変調信号を前記角速度計に印加する第５工程と
を備える、自動利得制御ループを使用した力平衡制御方法。
【請求項１６】
自動利得制御ループを使用した力平衡制御方法が、前記第５工程後に前記角速度計に角速度入力がある場合、前記第１工程から前記第５工程を反覆して成り立つ、請求項１５記載の自動利得制御ループを使用した力平衡制御方法。
【請求項１７】
前記第１工程前に角速度計の感知軸及び駆動軸が同一な共振周波数を有しない場合には、同一共振周波数を有するように共振周波数を調整する工程をさらに備える、請求項１５記載の自動利得制御ループを使用した力平衡制御方法。
【請求項１８】
前記速度信号が、前記変位信号を微分した信号であることを特徴とする、請求項１５記載の自動利得制御ループを使用した力平衡制御方法。
【請求項１９】
前記第３工程の制御信号を生成する過程が、
前記速度信号の高周波包絡線信号を検出する第１過程と、
前記角速度計に印加された角速度量に関係なく一定の大きさの感知軸振動を誘導する基準信号を生成する第２過程と、
前記第１過程で検出された包絡線信号と前記基準信号を使用して、前記角速度計が一定の振幅で振動するための制御信号を生成する第３過程と
を含む、請求項１５記載の自動利得制御ループを使用した力平衡制御方法。
【請求項２０】
前記第３過程が、
前記包絡線信号と前記基準信号間の差異値に対して積分演算を行なった後、所定の利得値を掛ける積分利得過程と、
前記包絡線信号と前記基準信号間の差異値に対して所定の利得値を掛ける比例利得過程と
を含む、請求項１９記載の自動利得制御ループを使用した力平衡制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的な角速度計のセンサー性能を高めるための電気的フィードバック制御に関する技術であり、特に、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍ）角速度計のような小型、低電力システムの設計に相応しい自動利得制御ループを使用して力平衡制御（ｆｏｒｃｅ  ｒｅｂａｌａｎｃｅ  ｌｏｏｐ）を具現するシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
主旨のように、角速度計は、回転座標系に存在する慣性物理量である角速度を測定するための計測センサーであり、機械式ジャイロスコープや回転計内で光の経路差を検出する光学式ジャイロスコープがその代表的な例である。
【０００３】
現在、ＭＥＭＳ技術を活用した小型、低電力のマイクロジャイロスコープが製作されていて、これらを活用する多様な応用分野が現れている。航空機、宇宙船、ミサイル、潜水艦、船舶などに使用される慣性航法システム分野に適用されるのみならず、車体姿勢安定化、ｒｏｌｌｏｖｅｒ検出、自動車航法、事故記録、衝突回避、荷重レベリング及びサスペンション制御などの自動車分野、コンピュータ入力器機、ゲーム制御器、バーチャルリアリティー入力道具、スポーツユーティリティセンサー、ビデオレコーダ、家庭用ロボットなどの消費電子分野、自律走行及び誘導ロボット、油圧設備姿勢制御などの産業電子分野、そして航空電子、アンテナ方向角制御、無人航空機、小型機自動着陸装置などの小型飛行体システム分野に拡がる趨勢である。最近では、一般制御用角速度測定のためのレート（ｒａｔｅ）級または戦術（ｔａｃｔｉｃａｌ）級角速度計が半導体構造製作工程を活用したマイクロジャイロスコープ形態に製作されている。このようなマイクロジャイロスコープ形態の角速度計は、工程の特性上、小型、低電力及び大量生産の特徴を有する。
【０００４】
振動型角速度計は、回転座標系で角速度入力側と垂直な平面上で振動する質量体に誘導されるコリオリの力を検出する方式を取ることを特徴とする。ここで、角速度計は、コリオリの力によって誘導される変位信号を検出することで、コリオリの力に比例する入力角速度の大きさを計算することができる。
【０００５】
図１は、一般的な角速度計の動作原理を説明するための一例示図で、図のように、質量体１０は、Ｘ軸方向の動力学によって振動し、Ｚ軸に印加される入力角速度によって質量体と角速度量の２倍数に該当するコリオリの力を誘発し、それによるＹ軸変位信号を検出することで、入力される角速度を計算する。ここで、駆動変位及び検出変位は、それぞれ質量体と角速度計のフレームワーク２０間に質量体を支持する駆動軸スプリング３０及び感知軸スプリング４０の弾性係数によって振動幅が決定される。
【０００６】
一方、前記の角速度計動作原理において、開ループ検出方式は、センサーの動的領域が制限されて入出力間の非線形性が増幅され得るので、真空環境など高い周波数選択度を要する環境の場合、帯域幅が非常に制限される短所があるが、これは、センサーの変位信号を一定な平衡状態に維持させる閉ループ方式の力平衡制御方式を応用することで改善可能である。
【０００７】
上述のような閉ループ方式力平衡制御は、複雑な強靭制御あるいは適応制御のアルゴリズムを適用することで角速度計の力平衡制御を具現する。
【０００８】
しかし、これは、マイクロプロセッサーなど複雑な周辺回路を要するので、小型、低価の効率的なセンサー製作には難しさが伴い、入力角速度によって誘発された検出軸の変位信号を完全に抑制する方式を取ることにより、非常に高い制御利得を必要とするので、回路的な具現を難しくしたり、力平衡制御誤差を誘発したりする問題点があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、前記のような問題点を解決するために案出されたもので、質量体の速度信号を制御する自動利得制御ループを使用することで、振動型角速度計の力平衡フィードバック制御を遂行することができるシステム、及びその方法を提供することにその特徴的な目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述した課題を解決するために本発明の自動利得制御ループを使用した力平衡制御システムは、入力される角速度量による質量体の変位信号を検出して前記質量体の変位を調整する角速度計；前記角速度計から検出された変位信号を電圧信号に変換して出力する電荷増幅器；前記電荷増幅器から電圧信号として出力される変位信号を基に質量体の速度信号を出力する微分器；前記微分器から出力された速度信号と同一な位相、周波数及び単一利得（ｕｎｉｔｙ  ｇａｉｎ）を有する正弦波信号を出力する単位利得基準周波数出力器；前記角速度計に印加された角速度量に関係なく一定の大きさの感知軸振動を誘導する基準信号を生成する基準値入力器；前記基準値入力器から出力された基準信号を使用して、前記角速度計が一定の振幅で振動するための制御信号を出力する制御器；及び前記単位利得基準周波数出力器から出力される正弦波信号と前記制御器から出力された制御信号の掛け算を行なった後、演算された電圧信号を前記角速度計に印加する掛け算器；を含む。
【００１１】
ここで、前記角速度計は、入力される角速度量による質量体の変位信号を検出する感知軸出力部；及び前記質量体の変位を調整する感知軸駆動部を含む。
【００１２】
また、前記単位利得基準周波数出力器は、入力信号を高い利得率で増幅する利得部；前記入力信号と同一位相を有する矩形波信号を出力するリミッター；及び角速度計の共振周波数に該当する周波数を中心周波数に有する帯域通過フィルター；を含む。
【００１３】
前記自動利得制御ループを使用した力平衡制御システムは、前記微分器から出力された速度信号を半波整流する整流器；及び前記整流器から半波整流された信号を包絡線信号で出力するローパスフィルター；をさらに含む。
【００１４】
そして、前記制御器は、前記ローパスフィルターから出力された包絡線信号と前記基準値入力器から生成された基準信号間の差異値に対して積分演算を遂行する積分部；前記差異値に対して利得値を掛ける比例利得部；及び前記積分部によって積分演算された積分値に対して利得値を掛ける積分利得部；を含む。
【００１５】
前記の課題を解決するための本発明の自動利得制御ループを使用した力平衡制御方法は、角速度計に具備された感知軸の微細変位を検出する第１工程；前記検出された微細変位による変位信号を基に質量体の速度信号を生成する第２工程；前記速度信号と同一位相、周波数及び単一利得を有する正弦波信号を生成して、前記角速度計が一定の振幅で振動するための制御信号を生成する第３工程；前記正弦波信号と前記制御信号の掛け算を行なって振幅変調信号を生成する第４工程；及び変動した質量体の変位を一定に維持するように前記振幅変調信号を前記角速度計に印加する第５工程とを含む。
【００１６】
ここで、前記自動利得制御ループを使用した力平衡制御方法は、前記第５工程後で、前記角速度計に角速度入力がある場合、前記第１工程から前記第５工程を反覆する。
【００１７】
また、前記第１工程前に角速度計の感知軸及び駆動軸が同一共振周波数を有しない場合には、同一共振周波数を有するように共振周波数を調整する工程をさらに含む。
【００１８】
そして、前記第３工程の制御信号を生成する過程は、前記速度信号の高周波包絡線信号を検出する第１過程；前記角速度計に印加された角速度量に関係なく一定の大きさの感知軸振動を誘導する基準信号を生成する第２過程；及び前記第１過程で検出された包絡線信号と前記基準信号を使用して、前記角速度計が一定の振幅で振動するための制御信号を生成する第３過程を含む。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、複雑で雑音に敏感な従来のデジタル回路を簡単なアナログ回路で具現することができ、マイクロ角速度計に適用可能であるばかりでなく、汎用振動型角速度計または慣性センサー、圧力センサー、温度センサーなどの多様なセンサーなどに拡張可能な効果がある。
【００２０】
さらに、本発明の自動利得制御ループを使用した力平衡制御システムを多様なセンサーに適用することで、センサーの動的領域、帯域幅、線形性などの性能向上をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】一般的な角速度計の動作原理を説明するための一例示図である。
【図２】本発明の自動利得制御ループを使用した力平衡制御システムの構成図である。
【図３】本発明の単位利得基準周波数出力器に関する詳細構成図である。
【図４】本発明の制御器に関する詳細構成図である。
【図５】本発明の自動利得制御ループを使用した力平衡制御システムの動作及び制御方法を示した順序図である。
【図６】本発明の自動利得制御ループを使用した力平衡制御システムを使用した角速度入力による制御信号を出力したグラフである。
【図７】本発明の自動利得制御ループを使用した力平衡制御システムを使用した角速度入力による角速度信号を出力したグラフである。
【図８】本発明の自動利得制御ループを使用した力平衡制御システムに適用される角速度計を使用して角速度の入力信号と出力信号を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図２は、本発明の自動利得制御ループを使用した力平衡制御システム１００（以下、「力平衡システム」とする）を概念的に示した構成図で、図に示すように、角速度計１１０、電荷増幅器１２０、微分器１３０、単位利得基準周波数出力器１４０、整流器１５０、ローパスフィルター１６０、基準値入力器１７０、制御器１８０及び掛け算器１９０を含む。
【００２３】
角速度計１１０は、入力される角速度量による質量体の変位信号を検出する感知軸出力部１１１及び掛け算器で演算された角速度計制御信号を基に質量体の変位信号を調整する感知軸駆動部１１２を含む。
【００２４】
電荷増幅器１２０は、前記感知軸出力部１１１から検出された変位信号を電圧信号として出力する機能を遂行する。
【００２５】
具体的に、前記感知軸出力部１１１と連結されて、質量体と感知軸出力部電極間の電気用量変化による電荷量変化を電圧信号に変換して出力する。したがって、電荷増幅器１２０の出力電圧信号は、入力角速度量に比例する変位信号の関数で検出される。
【００２６】
微分器１３０は、電荷増幅器１２０から電圧信号として出力される変位信号を微分演算することによって、質量体の速度信号を出力する機能を遂行する。ここで、微分器１３０から出力された質量体の速度信号は、二つの独立的なフィードバックループに印加され、単位利得基準周波数出力器１４０と整流器１５０にそれぞれ印加される。
【００２７】
まず、単位利得基準周波数出力器１４０は、微分器１３０から出力された速度信号と同一な周波数、位相及び単位利得を有する正弦波信号を出力する機能を遂行し、図３に図に示すように、演算増幅器（ｏｐ−ａｍｐ）を活用した増幅器で構成され、入力信号を高い利得率で増幅する利得部１４１と、入力信号と同一位相を有する矩形波信号を出力するリミッター１４２及び角速度計の共振周波数に該当する周波数を中心周波数に有する帯域通過フィルター１４３で構成される。
【００２８】
すなわち、単位利得基準周波数出力器１４０は、相対的に小さな信号対雑音比（ＳＮＲ）を有する質量体の速度信号に対しても、同一共振周波数を有する矩形波を生成できるようにする。本発明では、前記リミッター１４２を適切なスルーレートを有するｏｐ−ａｍｐを活用した比較器として設定するが、本発明がこれに限定されるのではなく、雑音信号の大きさによってシュミットトリガなどで設定変更可能である。
【００２９】
また、整流器１５０は、微分器１３０から出力された速度信号を半波整流する機能を遂行し、ローパスフィルター１６０は、整流器１５０から半波整流された信号を包絡線（ｅｎｖｅｌｏｐｅ）信号で出力する機能を遂行する。
【００３０】
基準値入力器１７０は、角速度計に印加された角速度量に関係なく一定の大きさの感知軸振動を誘導する基準信号を生成する機能を遂行し、制御器１８０は、ローパスフィルター１６０から出力された包絡線信号、そして基準値入力器１７０から生成された基準信号を使用して、前記角速度計が一定の振幅で振動するための制御信号を出力する機能を遂行する。
【００３１】
図４は、制御器１８０を概念的に示した構成図で、図に示すように、ローパスフィルター１６０から出力された包絡線信号と基準値入力器１７０から生成された基準信号間の差異値に対して積分演算を遂行する積分部１８１、前記差異値と積分演算された積分値に対してそれぞれ利得値を掛ける比例利得部１８２及び積分利得部１８３を含む。
【００３２】
すなわち、ローパスフィルター１６０から出力された包絡線信号と基準値入力器１７０から生成された基準信号間の差を比例利得を掛けた電圧値と積分後、積分利得を掛けた電圧値を加える。
【００３３】
掛け算器１９０は、単位利得基準周波数出力器１４０から出力される正弦波信号と制御器１８０から出力された制御信号の掛け算を行なった後、演算された電圧信号を角速度計１１０の感知軸駆動部１１２に印加する。
【００３４】
整理すると、感知軸駆動部に印加された電圧信号は、コリオリの力によって変動した質量体の振動幅を一定に維持させる力平衡フィードバック制御を遂行する。
【００３５】
本発明の特徴及び利点は、添付図面に基づいた後の詳細な説明で、さらに明確になるだろう。それに先立ち、本明細書及び請求の範囲に使用された用語や単語は、発明者が自身の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に即して、本発明の技術的思想に符合する意味と概念に解釈されなければならない。また、本発明に係わる公知機能及びその構成に対する具体的な説明が、本発明の要旨を不必要な方向に流れると判断され得る場合には、その具体的な説明を省略したことに留意しなければならない。
【００３６】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００３７】
図２は、本発明の自動利得制御ループを使用した力平衡制御システム１００（以下、「力平衡システム」とする）を概念的に示した構成図で、図に示すように、角速度計１１０、電荷増幅器１２０、微分器１３０、単位利得基準周波数出力器１４０、整流器１５０、ローパスフィルター１６０、基準値入力器１７０、制御器１８０及び掛け算器１９０を含む。
【００３８】
角速度計１１０は、入力される角速度量による質量体の変位信号を検出する感知軸出力部１１１及び掛け算器から演算された角速度計制御信号を基に質量体の変位信号を調整する感知軸駆動部１１２を含む。
【００３９】
電荷増幅器１２０は、前記感知軸出力部１１１から検出された変位信号を電圧信号として出力する機能を遂行する。
【００４０】
具体的に、前記感知軸出力部１１１と連結されて、質量体と感知軸出力部電極間の電気用量変化による電荷量変化を電圧信号に変換して出力する。したがって、電荷増幅器１２０の出力電圧信号は、入力角速度量に比例する変位信号の関数で検出される。
【００４１】
微分器１３０は、電荷増幅器１２０から電圧信号として出力される変位信号を微分演算するもので、質量体の速度信号を出力する機能を遂行する。ここで、微分器１３０から出力された質量体の速度信号は、二つの独立的なフィードバックループに印加され、単位利得基準周波数出力器１４０と整流器１５０にそれぞれ印加される。
【００４２】
まず、単位利得基準周波数出力器１４０は、微分器１３０から出力された速度信号と同一な周波数、位相及び単位利得を有する正弦波信号を出力する機能を遂行する。図３に図に示すように、演算増幅器（ｏｐ−ａｍｐ）を活用した増幅器で構成されて入力信号を高い利得率で増幅する利得部１４１と、入力信号と同一位相を有する矩形波信号を出力するリミッター１４２及び角速度計の共振周波数に該当する周波数を中心周波数に有する帯域通過フィルター１４３で構成される。
【００４３】
すなわち、単位利得基準周波数出力器１４０は、相対的に小さな信号対雑音比（ＳＮＲ）を有する質量体の速度信号に対しても同一共振周波数を有する矩形波を生成する。本発明では、前記リミッター１４２を適切なスルーレートを有するｏｐ−ａｍｐを活用した比較器として設定するが、本発明がこれに限定されるのではなく、雑音信号の大きさによってシュミットトリガなどで設定変更可能である。
【００４４】
また、整流器１５０は、微分器１３０から出力された速度信号を半波整流する機能を遂行して、ローパスフィルター１６０は、整流器１５０から半波整流された信号を包絡線信号で出力する機能を遂行する。
【００４５】
基準値入力器１７０は、角速度計に印加された角速度量に関係なく一定の大きさの感知軸振動を誘導する基準信号を生成する機能を遂行して、制御器１８０は、ローパスフィルター１６０から出力された包絡線信号、そして基準値入力器１７０から生成された基準信号を使用して、前記角速度計が一定の振幅で振動するための制御信号を出力する機能を遂行する。
【００４６】
図４は、制御器１８０を概念的に示した構成図で、図に示すように、ローパスフィルター１６０から出力された包絡線信号と基準値入力器１７０から生成された基準信号間の差異値に対して積分演算を遂行する積分部１８１、前記差異値と積分演算された積分値に対してそれぞれ利得値を掛ける比例利得部１８２及び積分利得部１８３を含む。
【００４７】
すなわち、ローパスフィルター１６０から出力された包絡線信号と基準値入力器１７０から生成された基準信号間の差を比例利得を掛けた電圧値と積分後、積分利得を掛けた電圧値を加える。
【００４８】
掛け算器１９０は、単位利得基準周波数出力器１４０から出力される正弦波信号と制御器１８０から出力された制御信号の掛け算を行なった後、演算された電圧信号を角速度計１１０の感知軸駆動部１１２に印加する。
【００４９】
整理すると、感知軸駆動部に印加された電圧信号は、コリオリの力によって変動された質量体の振動幅を一定に維持させる力平衡フィードバック制御を遂行する。
【００５０】
以下、図５を参照して本発明の自動利得制御ループを使用した力平衡制御システムの動作及び自動利得制御ループを使用した力平衡制御方法を説明する。
【００５１】
まず、角速度計の感知軸及び駆動軸が同一な共振周波数を有しない場合には同一共振周波数を有するように共振周波数を調整する前処理過程を遂行する（Ｓ１０、Ｓ１１）。
【００５２】
次に、角速度が角速度計に入力されると、角速度計に具備された感知軸の微細変位を検出する（Ｓ２０）。
【００５３】
微細変位が検出されると、前記検出された微細変位による変位信号を基に質量体の速度信号を生成する（Ｓ３０）。
【００５４】
この速度信号は、前記変位信号を微分した微分信号である。
【００５５】
次に、前記速度信号と同一な位相、周波数及び単一利得を有する正弦波信号を生成する過程（Ｓ４０）と、前記角速度計が一定の振幅で振動するための制御信号を生成する過程（Ｓ５１、Ｓ５２、Ｓ５３）が成り立つ。
【００５６】
ここで、前記角速度計が一定の振幅で振動するための制御信号を生成する過程を具体的に説明すると、まず、前記速度信号の高周波包絡線信号を検出する（Ｓ５１）。また、それと共に前記角速度計に印加された角速度量に関係なく一定の大きさの感知軸振動を誘導する基準信号を生成する（Ｓ５２）。
【００５７】
次に、前記検出された包絡線信号と前記基準信号を使用して、前記角速度計が一定の振幅で振動するための制御信号を生成する（Ｓ５３）。
【００５８】
前記二つの信号を使用して制御信号を生成することを具体的に説明すると、一旦、前記包絡線信号と前記基準信号間の差異値を求める。
【００５９】
次に、前記差異値に対して積分演算を行なった後、所定の利得値を掛ける過程と前記差異値に対して積分せずに所定の利得値を掛ける過程が同時に成立する。
【００６０】
そのように求められた前記二つの過程の結果値を加えて、制御信号を生成する。
【００６１】
次に、前記速度信号と同一な位相、周波数及び単一利得を有する正弦波信号と前記制御信号を掛け算して振幅変調信号を生成する（Ｓ６０）。
【００６２】
振幅変調信号が生成されると、変動した質量体の変位を一定に維持するように前記振幅変調信号を前記角速度計１１０の感知軸駆動部１１２に印加する（Ｓ７０）。
【００６３】
このように感知軸駆動部に印加された電圧信号は、コリオリの力によって変動した質量体の振動幅を一定に維持させる力平衡フィードバック制御を遂行するようになる。
【００６４】
以後、角速度計に角速度が入力されると、角速度計に具備された感知軸の微細変位を検出する過程から反覆して行なう（Ｓ８０）。
【００６５】
一方、図６は、本発明の力平衡制御システムを使用した角速度入力による制御信号（振動信号）を出力したグラフで、図に示すように、０．０５秒に１０ｄｅｇ／ｓｅｃの角速度が入力される時、制御器を通じて出力される制御信号は、１０ｍｓｅｃの上昇時間特性を有して入力角速度信号を追従することが分かる。
【００６６】
図７は、本発明の力平衡制御システムを使用した角速度入力による角速度信号（変位信号）を出力したグラフで、図に示すように、０．０５秒に１０ｄｅｇ／ｓｅｃの大きさの角速度が入力される時、同一振幅を維持することが分かり、約２０ｍｓｅｃ以内で定常状態に収斂速度を示している。
【００６７】
図８は、本発明の力平衡制御システムに適用される角速度計を使用して角速度の入力信号と出力信号を示すグラフで、ａは約１００ｄｅｇ／ｓｅｃ、１Ｈｚの正弦波角速度入力信号を示し、ａ’はそれによる出力信号であり、角速度が入力されても信号の歪曲なしに同一波形を出力することが分かる。
【００６８】
以上で本発明の技術的事項を例示するための好ましい実施例と係わって説明して図示したが、本発明は、このように図示され、説明されたとおりの構成及び作用にのみ限られるのではなく、技術的思想の範疇を逸脱することなしに、本発明に対して多数の変更及び修正が可能であることを当業者たちはよく理解することができるだろう。したがって、そのようなすべての適切な変更及び修正と均等物も本発明の範囲に属すると見なされなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、汎用振動型角速度計または慣性センサー、圧力センサー、温度センサーなどの多様なセンサーなどに拡張可能であり、センサーの動的領域、帯域幅、線形性などの性能向上をはかることができ、センサーが使用される多様な産業分野で活用することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１１０：角速度計
１２０：電荷増幅器
１３０：微分器
１４０：単位利得基準周波数出力器
１５０：整流器
１６０：ローパスフィルター
１７０：基準値入力器
１８０：制御器
１９０：掛け算器
【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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【図７】
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【図８】
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