(57)【要約】一例における装置のぶら下がりセンサコンポーネントは、パラメータに反応する。正味の抑制トルクを実質的にゼロにする位置の、ぶら下がりセンサコンポーネントから上記パラメタの値を得る１以上のピックオフセンサ。
2006524344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パラメータに反応するぶら下がりセンサコンポーネントと、
正味の抑制トルクを実質的にゼロにする位置の、ぶら下がりセンサコンポーネントから前記パラメタの値を検知する１以上のピックオフセンサとを備える装置。
【請求項２】
前記パラメタは、回転パラメタを含み、
前記１以上のピックオフセンサは、前記正味の抑制トルクを実質的にゼロにする位置の、前記ぶら下がりセンサコンポーネントから前記回転パラメタの値を得る請求項１の装置。
【請求項３】
前記ぶら下がりセンサコンポーネントの回転を抑制する１以上の抑制器コンポーネントをさらに備え、
前記回転パラメタは、前記ぶら下がりセンサコンポーネントの回転に基く請求項２の装置。
【請求項４】
前記１以上の抑制器コンポーネントのうちの一つ以上が、前記ぶら下がりセンサコンポーネントへの抑制トルクの適用をさせ、
前記１以上のピックオフセンサのうちの一つ以上の位置が前記抑制トルクの低減を促す役目をする請求項３の装置。
【請求項５】
前記ぶら下がりセンサコンポーネントは、感圧性を有し、
前記１以上のピックオフセンサのうちの一つ以上の位置が前記ぶら下がりセンサコンポーネントの感圧性の低減を促す役目をする請求項１の装置。
【請求項６】
前記ぶら下がりセンサコンポーネントは、フレームと連結され、
前記１以上のピックオフセンサのうちの一つ以上が、前記ぶら下がりセンサコンポーネントと前記フレームとの間のキャパシタンスの変化を検知する働きをする１以上のピックオフ電極を有する請求項１の装置。
【請求項７】
前記ぶら下がりセンサコンポーネントは、感圧性を有し、
前記１以上のピックオフ電極のうちの一つ以上が、前記ぶら下がりセンサコンポーネントの感圧性の低減を促すために、前記キャパシタンスの変化を用いる請求項６の装置。
【請求項８】
前記ぶら下がりセンサコンポーネントは、ジョイントを用いて駆動コンポーネントと連結されており、
前記パラメタは、前記ぶら下がりセンサコンポーネントにおけるトルクから導かれるトルクパラメタを含み、
前記ぶら下がりセンサコンポーネントは、前記ジョイントの周りの前記ぶら下がりセンサコンポーネントの１以上の振動を得るために、前記トルクパラメタを採用する請求項１の装置。
【請求項９】
前記１以上のピックオフセンサのうちの一つ以上が、前記ぶら下がりセンサコンポーネントに関する前記トルクパラメタの低減を促すために、前記トルクパラメタの値を検知する請求項８の装置。
【請求項１０】
前記駆動コンポーネントは、振動駆動コンポーネントを備え、
前記ジョイントは、フレキシブル・ジョイント・コンポーネントを有し、
前記振動駆動コンポーネントは、前記トルクパラメタを得るために、前記ぶら下がりセンサコンポーネントに加速度を加える請求項８の装置。
【請求項１１】
前記１以上のピックオフセンサのうちの前記一つ以上が、前記ぶら下がりセンサコンポーネントに加えられる加速度の低減を促す役目をする請求項１０の装置。
【請求項１２】
前記ぶら下がりセンサコンポーネントは、感圧性を有し、
前記１以上のピックオフセンサのうちの一つ以上の位置が前記ぶら下がりセンサコンポーネントの感圧性の低減を促す役目をする請求項１０の装置。
【請求項１３】
前記ぶら下がりセンサコンポーネントは、１以上の溝を備え、
前記１以上の溝のうちの一つ以上が、前記１以上のピックオフセンサのうちの一つ以上の位置を決定する請求項１の装置。
【請求項１４】
パラメータに反応するぶら下がりセンサコンポーネントと、
正味の抑制トルクを実質的にゼロにする位置の、前記ぶら下がりセンサコンポーネントから回転の値を得る１以上のピックオフセンサとを備え、
前記１以上のピックオフセンサの位置が、前記ぶら下がりセンサコンポーネントの感圧性の低減を促す電気機械的ジャイロスコープ。
【請求項１５】
正味の抑制トルクを実質的にゼロにする位置の、ぶら下がりセンサコンポーネントから回転パラメタの値を得るステップと、
前記回転パラメタの値を用いて１以上のピックオフセンサの１以上の位置を決定するステップとを備えた方法。
【請求項１６】
前記ぶら下がりセンサコンポーネントは、１以上の抑制器と連結され、
前記回転パラメタは、抑制トルクを含み、
前記回転パラメタの値を用いて１以上のピックオフセンサの１以上の位置を決定するステップは、
前記１以上の抑制器のうちの一つ以上の前記抑制トルクの値を計測するステップと、
前記抑制トルクの値を用いて前記１以上のピックオフセンサの１以上の位置を決定するステップと、
前記抑制トルクの低減を促すように、前記１以上のピックオフセンサの１以上の位置を決定するステップとを有する請求項１５の方法。
【請求項１７】
前記ぶら下がりセンサコンポーネントは、感圧性を有し、
前記ぶら下がりセンサコンポーネントは、フレームと連結され、
前記１以上のピックオフセンサのうちの一つ以上が、１以上のピックオフ電極を有し、
前記方法は、
前記ぶら下がりセンサコンポーネントと前記フレームとの間のキャパシタンスの変化を検知するステップと、
前記キャパシタンスの変化を用いて、前記ぶら下がりセンサコンポーネントの感圧性の低減を促すステップとをさらに備える請求項１５の方法。
【請求項１８】
前記ぶら下がりセンサコンポーネントは、ジョイントを用いて駆動コンポーネントに連結されており、
前記回転パラメタは、前記ぶら下がりセンサコンポーネントにおけるトルクから導かれるトルクパラメタを含み、
前記正味の抑制トルクを実質的にゼロにする位置の、ぶら下がりセンサコンポーネントから回転パラメタの値を得るステップは、
前記ジョイントの周りの前記ぶら下がりセンサコンポーネントの１以上の振動を得るために、前記駆動コンポーネントによって与えられた前記トルクパラメタを採用するステップと、
前記ぶら下がりセンサコンポーネントにおける前記トルクパラメタの値を計測するステップと、
前記正味の抑制トルクを実質的にゼロにする位置の、ぶら下がりセンサコンポーネントから前記トルクパラメタの値を検知するステップとを備える請求項１５の方法。
【請求項１９】
前記ぶら下がりセンサコンポーネントは、感圧性を有し、
前記駆動コンポーネントは、前記ぶら下がりセンサコンポーネントについての前記トルクパラメタを導くために加速度を生成し、
前記正味の抑制トルクを実質的にゼロにする位置の、ぶら下がりセンサコンポーネントから前記トルクパラメタの値を検知するステップは、
前記ぶら下がりセンサコンポーネントに加えられる加速度の低減を促すように、前記正味の抑制トルクを実質的にゼロにする位置の、ぶら下がりセンサコンポーネントからの前記１以上のピックオフセンサのうちの一つ以上の位置の決定を行うステップと、
前記ぶら下がりセンサコンポーネントの感圧性の低減を促すように、前記１以上のピックオフセンサの１以上の位置を決定するステップとを有する請求項１８の方法。
【請求項２０】
前記ぶら下がりセンサコンポーネントは、１以上の溝を備え、
前記回転パラメタの値を用いて前記１以上のピックオフセンサの１以上の位置を決定するステップは、
前記１以上の溝のうちの一つ以上の位置を決定するステップと、
前記１以上の溝のうちの一つ以上の位置と前記回転パラメタの値を用いて、前記１以上のピックオフセンサの１以上の位置を決定するステップとを備える請求項１５の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、（「PICKOFF SENSOR OBTAINING OF VALUE OF PARAMETER FROM SUBSTANTIALLY ZERO NET DAMPENING TORQUE LOCATION OF PENDULOUS SENSOR COMPONENT」という発明の名称で、スタンレイ  エフ  ワイズによって、２００３年４月２３日に出願された）米国仮特許出願第60/464,795号に基く優先権を主張する。
【０００２】
加えて、本出願は、本出願と同じ譲受人に譲渡された次の出願の主題に関連する主題を含んでいる。下記の出願は、その全体が、参照により本願に取り込まれる。
【０００３】
共願のロバート  イー  スチュワートによる「HINGE POSITION LOCATION THAT CAUSES PENDULOUS AXIS TO BE SUBSTANTIALLY PARALLEL WITH DRIVE COMPONENT DIRECTION」。
【技術分野】
【０００４】
本発明は、概ね、電気機械システムに関し、さらに詳細に言えば、電気機械システムにおける感圧性の低減に関する。
【背景技術】
【０００５】
ある例における電気機械システムは、パラメタを測定する。例えば、電気機械システムには、回転を計測する、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）のジャイロスコープが含まれている。ある例におけるジャイロスコープは、ぶら下がりセンサコンポーネントと、振動駆動コンポーネントと、ピックオフセンサとを備えている。振動駆動コンポーネントは、振動駆動軸に沿って動き、ぶら下がりセンサコンポーネントを振動に導く。ぶら下がりセンサコンポーネントは、回転に反応する。ピックオフセンサは、ぶら下がりセンサコンポーネントの動きから回転の値を得る。
【０００６】
回転の計測における誤差の原因の一つは、圧力変化に対するバイアス感知性である。もし、圧力が長い時間をかけて変化すると、バイアス調整のモデルは、不正確になるだろう。一般に、ジャイロスコープのＱ値は、１ｍｍＨｇ（１Ｔｏｒｒ）以下の圧力については、圧力に反比例する。バイアスは、ぶら下がりセンサコンポーネントを動かす振動駆動のずれによってジャイロスコープにもたらされる。一例におけるバイアスは、ジャイロスコープの感圧性を増す。一つの欠点として、ジャイロスコープの回転計測の正確さは、感圧性が増すにつれて低くなる。
【０００７】
従って、電気機械システムの感圧性を低減する必要がある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ある実施態様において、本発明は、装置を含む。この装置は、パラメータに反応するぶら下がりセンサコンポーネントを備える。１以上のピックオフセンサは、正味の抑制トルクを実質的にゼロにする位置の、前記ぶら下がりセンサコンポーネントから前記パラメタの値を得る。
【０００９】
別の実施態様においては、本発明は、電気機械的ジャイロスコープを含む。この電気機械的ジャイロスコープは、回転に反応するぶら下がりセンサコンポーネントを備えている。１以上のピックオフセンサは、正味の抑制トルクを実質的にゼロにする位置の、ぶら下がりセンサコンポーネントから前記回転の値を得る。前記１以上のピックオフセンサの位置が前記ぶら下がりセンサコンポーネントの感圧性の低減を促す。
【００１０】
本発明のさらに別の実施態様は、方法を含む。回転パラメタの値は、正味の抑制トルクを実質的にゼロにする位置の、ぶら下がりセンサコンポーネントから得られる。前記回転パラメタの値は、１以上のピックオフセンサの１以上の位置を決定するのに用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１によれば、一例における装置１００は、ハードウェアコンポーネント等の複数のコンポーネントを備えている。装置１００の一例において、多数のこれらのコンポーネントは、結合されることも可能であり、分割されることも可能である。一例における装置１００は、説明の目的のために、ここでは装置１００の一例の方向性を図解する図及び説明を用いているが、いかなる方向性（例えば、水平、斜め、垂直）を備えていてもよい。
【００１２】
一例における装置１００は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）のジャイロスコープ、及び／又はスチュワート等に与えられた米国特許第6,474,160号に開示された加速度計を備えている。なお、この米国特許は、２００２年１１月５日に、「Counterbalanced Silicon Tuned Multiple Accelerometer-Gyro」という発明の名称で、特許査定されて、ノースロップグラマン社に譲渡されたものである。この出願は、その全体が、参照により本願に取り込まれる。例えば、装置１００は、１以上のぶら下がりセンサコンポーネント１０２と、１以上の振動駆動コンポーネント１０４と、１以上のピックオフセンサ１０６、１０８を備えている。
【００１３】
一例において、ぶら下がりセンサコンポーネント１０２は、長方形のプレートを備えている。別の例では、ぶら下がりセンサコンポーネント１０２は、長方形のプレートの上面と下面に１以上の溝２０２を持つ長方形のプレートを備えている（図２参照）。ぶら下がりセンサコンポーネント１０２は、質量（ｍ）と半径（ｒ）を備えている。ぶら下がりセンサコンポーネント１０２は、フレキシブル・ジョイント１１０によって振動駆動コンポーネント１０４から吊るされている。回転（例えば、角速度）に従って、ぶら下がりセンサコンポーネント１０２は、フレキシブル・ジョイント１１０を中心に、振動駆動コンポーネント１０４の動きに直角な方向に振動する。ぶら下がりセンサコンポーネント１０２は、フレーム１１２に比較して、（振動が）減衰させられる。この減衰は、ぶら下がりセンサコンポーネント１０２の長さを超えて分配されるが、複数の抑制器１１４によって示される。抑制器１１４は、抑制係数（Ｄ）を有する。抑制器１１４は、フレーム１１２に比較した、Ｚ軸１１７に沿ったぶら下がり暫定抑制（Ｄｚ＝４Ｄ)を作り出す。抑制器１１４と重心（ＣＧ）との間には、模範となるべき寸法ｄが存在する。振動駆動コンポーネント１０４は、振動駆動軸１１８に沿って動き、ぶら下がりセンサコンポーネントを振動に導く。振動駆動コンポーネント１０４は、ある（振動）周波数（ωｄ）においてＸ軸１１６に沿った面上の位置ずれ（Ｘｄ）分だけ振動する。一例における振動駆動軸１１８は、角１２０（γ）だけずれている。振動駆動軸１１８のずれは、ジャイロスコープにバイアスをもたらす。一例におけるバイアスは、ジャイロスコープの感圧性を増す。ずれ角１２０（γ）は、抑制器１１４と相まって、抑制力がぶら下がりセンサコンポーネント１０２に働くようにさせて、誤差を生じさせる。ずれ角１２０（γ）と抑制器１１４に起因して、振動駆動コンポーネント１０４は、面外の位置ずれ（Ｚｄ＝γＸｄ）分だけ振動する。
【００１４】
コリオリの加速度が、Ｚ軸１１７に沿ってぶら下がりセンサコンポーネント１０２に働く。Ｙ軸に沿って（角）速度（Ω）で生み出されたコリオリの加速度は、２ΩωｄＸｄである。コリオリの加速度からぶら下がりセンサコンポーネント１０２に働くトルク（回転力）は、ぶら下がりセンサコンポーネント１０２を無効にするためのリバランス・トルクを要求する。要求されるリバランス・トルクは、ｒｍ（２ΩωｄＸｄ）である。それ故、コリオリの加速度に起因するトルクとバランスを取るために要求されるリバランス・トルクは、角速度（Ω）の尺度となるだろう。
【００１５】
リバランスを要求する可能性のあるもう一つのトルクは、駆動の動きのずれ角１２０（γ）に起因する面外の位置ずれ（Ｚｄ）によって生成される抑制トルクである。ぶら下がりセンサコンポーネント１０２の力学的運動方程式を解くことによって、一例においてリバランスされなければならない抑制トルクが生成されることが示され得る。この抑制トルクは、入力（角）速度（Ω）と解されるであろうが、いかなる実際の入力（角）速度も存在しない。分析から導き出された等式は、
抑制トルク＝ＤＺｒ（ｒ／３−ｅ）ωｄＺｄ／（ｒ＋ｅ）
である。
【００１６】
それ故、生成された抑制トルクとバランスを取るために要求されるリバランス・トルクは、次の等式に基いて判定される入力（角）速度（Ωｍ）と解されるであろう。
抑制トルク＝コリオリのトルク
[ＤＺｒ（ｒ／３−ｅ）ωｄＺｄ]／（ｒ＋ｅ）＝ｒｍ（２ΩｍωｄＸｄ）
Ｄｚ＝４Ｄと、Ｚｄ＝γＸｄとを用いてΩｍについて解くと、
Ωｍ＝[２γ（ｒ／３−ｅ）Ｄ]／ｍ（ｒ＋ｅ）
【００１７】
これにより、ｅ＝ｒ／３の値が、Ωｍ＝０という結果をもたらす。ここで、ｅは、（角）速度誤差（Ωｍ）の低減を促すようにピックオフセンサ１０６、１０８を位置づけるための、ぶら下がりセンサコンポーネント１０２の重心（ＣＧ）からの距離を表す。ｅの模範となるべき値ｒ／３は、ぶら下がりセンサコンポーネント１０２の長方形のプレートバージョンについて求められる。他の模範となるべき値は、ぶら下がりセンサコンポーネント１０２の他のバージョンの部品配置の効用として求められる。ｅ＝ｒ／３に対応する、ぶら下がりセンサコンポーネント１０２の長さ方向に沿ったピックオフセンサ１０６、１０８の位置は、ぶら下がりセンサコンポーネント１０２に働く正味の抑制トルクが、Ｘ軸１１６に沿った振動についての振動周波数において実質的にゼロとなる位置（例えば、ぶら下がりセンサコンポーネント１０２の振動中心及び／又は圧力中心）を含む。１以上のピックオフセンサ１０６、１０８の配置は、バイアス誤差の低減に起因するぶら下がりセンサコンポーネント１０２の感圧性の低減を促す。ぶら下がりセンサコンポーネント１０２の異なった形状のバージョンは、ピックオフセンサ１０６、１０８の配置が、ぶら下がりセンサコンポーネント１０２に働く正味の抑制トルクが実質的にゼロと求められる、ぶら下がりセンサコンポーネント１０２上の位置の僅かに左右の位置であるという結果をもたらす。
【００１８】
ピックオフセンサ１０６及び１０８は、ぶら下がりセンサコンポーネント１０２の動きから回転の大きさを判定する。例えば、ピックオフセンサ１０６及び１０８は、容量ピックオフのためのピックオフ電極を備えている。回転の大きさを判定するために、ピックオフセンサ１０６及び１０８は、ぶら下がり（センサコンポーネント）とフレーム１１２との間のギャップの変化及び／又はキャパシタンスの変化を検知する。それ故、（角）速度誤差（Ωｍ）の低減を促進するために、ピックオフセンサ１０６及び１０８は、ぶら下がりセンサコンポーネント１０２上の他の位置よりも誤った動きを低減させる、ぶら下がりセンサコンポーネント１０２に沿ったある位置に配される。例えば、ピックオフセンサ１０６と１０８とを、ぶら下がりセンサコンポーネント１０２に働く正味の抑制トルクが実質的にゼロとなる、ぶら下がりセンサコンポーネント１０２に沿った位置に配する。一例におけるピックオフ（センサ）の位置の中心は、ぶら下がりセンサコンポーネント１０２の感圧性をさらに減ずるために、サーボ機構によって仮想的にゼロのオフセット量にシフトされ得る。
【００１９】
バイアス誤差は、次の等式によって判定され得る。
バイアス誤差＝[γωｄ（ｒ／３−ｅ）]／２Ｑ（ｒ＋ｅ）
【００２０】
Ｑについてのバイアス誤差の派生を考えると、感圧性に帰結する。
バイアス誤差における変化＝−（バイアス誤差）＊[（Ｑにおける変化）／Ｑ] 
【００２１】
それ故、上記の等式は、Ｑ値における１％の変化は、バイアスにおける１％の変化を生成することを示す。けれども、もしｅ＝ｒ／３であるならば、バイアス誤差は、ゼロになるだろう。例えば、ピックオフセンサ１０６及び１０８が、ぶら下がりセンサコンポーネント１０２に働く正味の抑制トルクが実質的にゼロとなる、ぶら下がりセンサコンポーネント１０２上の位置にある場合、バイアス誤差は、実質的にゼロになるだろう。逆に、もし、ピックオフセンサ１０６及び１０８が、ぶら下がりセンサコンポーネント１０２の重心に配されるならば、バイアス誤差は、実質的にゼロよりも大きくなるだろう。例えば、γ＝０，００１ラジアン、Ｑ（値）＝１，０００、ωｄ＝２８，９００ラジアン毎秒であるならば、（ｅ＝０とした場合の）バイアス誤差は、γωｄ／６Ｑ＝０，００４８ラジアン毎秒又は９９０度毎時（９９０°／ｈｒ）となる。
【００２２】
図２は、１以上の溝２０２を持つぶら下がりセンサコンポーネント１０２の別の実施形態を図示する。ぶら下がりセンサコンポーネント１０２の１以上の溝２０２は、ピックオフセンサ１０６、１０８の配置が、長方形のプレートについて、ぶら下がりセンサコンポーネント１０２に働く正味の抑制トルクが実質的にゼロと求められる、ぶら下がりセンサコンポーネント１０２上の位置の僅かに左又は右の位置であるという結果をもたらすだろう（例えば、ｅ＝ｒ／３）。
【００２３】
図２及び図３に関して、ぶら下がりセンサコンポーネント１０２は、典型的な属性ｌ、ｗ、ｔ、ｒ、Ｃ．Ｇ．、ｌ１、ｌ２、ｌ３、ｌ４、ＶＢ、ＶＲ、ＶＳ、ＶＴ、ΔＶＰ、θ及びｇを有している。模範となるべき値は、ｌ＝３．６ｍｍ、ｗ＝３．２ｍｍ、ｔ＝０．５ｍｍ、ｒ＝１．８５ｍｍ、ｌ１＝０．６ｍｍ、ｌ２＝１．８ｍｍ、ｌ３＝１．８２ｍｍ、ｌ４＝２．５ｍｍである。
【００２４】
ここに述べられた処置や工程は、例示に過ぎない。本発明の精神から逸脱せずに、これらの処置や操作に多くの変更を行なうことが可能である。例えば、上記の処置は、異なる順序で実行されることが可能であり、また、上記処置は、追加、削除、又は修正され得る。
【００２５】
本明細書において、本発明の例示的な実施態様を詳細に表現し、記述してきたが、本発明の精神から逸脱することなく、様々な修正、追加、置き換え等を行うことができ、それ故、これらの修正、追加、置き換え等が請求項において定義される発明の範囲内にあるとみなされるということは、関連する技術分野の当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
本発明の実施例の特徴は、明細書、請求項、及び次の添付図面から明らかになるだろう。
【図１】１以上のぶら下がりセンサコンポーネントと、１以上の振動駆動コンポーネントと、１以上のピックオフセンサとを備えた装置の一実施例の側断面図。
【図２】図１の装置のぶら下がりセンサコンポーネントにおける１以上の溝を図示する別の態様の斜視図。
【図３】図２の装置のぶら下がりセンサコンポーネントの側断面図。
【図１】
2006524344.tif 000003
【図２】
2006524344.tif 000004
【図３】
2006524344.tif 000005
【国際調査報告】
2006524344.tif 000006
2006524344.tif 000007