(57)【要約】      （修正有）【課題】バイアスおよびスケールファクター誤差を実質的に軽減するコリオリ振動ジャイロスコープシステムを提供する。【解決手段】フォーサ電極５４に印加される駆動軸フォーサ信号ＳＩＧＡＮとフォースリバランス電極５６に印加される感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮとに基づいて、共振器５２に周期的運動を静電的に強制し、感知軸ピックオフ信号ＰＯＮおよび駆動軸ピックオフ信号ＰＯＡＮを得る。ジャイロスコープコントローラは、駆動軸ピックオフ信号ＰＯＡＮに基づいて駆動軸フォーサ信号ＳＩＧＡＮを生成し、感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮに基づいて、入力軸７０を中心とした角回転速度を算出する。ジャイロスコープコントローラは、所定の外乱信号成分を感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮ上に変調し、所定の外乱信号成分の検出に基づいて、感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮの変調位相を制御する。【選択図】図２
2016156810.tif 000002
【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コントローラとを備えるコリオリ振動ジャイロスコープ（ＣＶＧ）システムであって、
前記センサシステムは複数の電極を備え、前記複数の電極は、前記複数の電極のうちの第１のセットに印加される駆動軸フォーサ信号と前記複数の電極のうちの第２のセットに印加される感知軸フォースリバランス信号とに基づいて、共振器に略周期的運動を静電的に強制するように、かつ、感知軸ピックオフ信号および駆動軸ピックオフ信号を供給するように構成されており、
前記ジャイロスコープコントローラは、前記駆動軸ピックオフ信号に基づいて前記駆動軸フォーサ信号を生成するように、かつ、前記感知軸フォースリバランス信号に基づいて、入力軸を中心とした前記ＣＶＧシステムの角回転速度を算出するように構成されており、前記ジャイロスコープコントローラはさらに、所定の外乱信号成分を前記感知軸フォースリバランス信号上に変調するように、かつ、前記感知軸フォースリバランス信号における前記所定の外乱信号成分の検出に基づいて、前記感知軸フォースリバランス信号の変調位相を制御してバイアスおよびスケールファクター誤差を実質的に軽減するように構成されている、コリオリ振動ジャイロスコープシステム。
【請求項２】
前記ジャイロスコープコントローラはさらに、前記共振器に関連する共振周波数と略等しい第１の周波数で前記駆動軸フォーサ信号および前記感知軸フォースリバランス信号を供給するように構成され、前記ジャイロスコープコントローラは、前記感知軸ピックオフ信号を復調して速度中間信号および直交位相中間信号を生成するように構成された復調器を備え、前記ジャイロスコープコントローラはさらに、前記第１の周波数で前記速度中間信号および直交位相中間信号を変調するように、かつ、前記速度中間信号および直交位相中間信号を結合して前記感知軸フォースリバランス信号を生成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３】
前記中間信号は直交位相成分および速度成分を含み、前記ジャイロスコープコントローラは信号発生器を備え、前記信号発生器は、正弦信号を用いて前記直交位相成分を変調して第１の信号成分を生成するように、かつ、余弦信号を用いて前記速度成分を変調して第２の信号成分を生成するように、かつ、前記第１の信号成分および第２の信号成分を合計して前記感知軸フォースリバランス信号を生成するように構成されている、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記ジャイロスコープコントローラは、前記所定の外乱信号成分を前記感知軸フォースリバランス信号の前記直交位相成分へと振幅変調するように構成されている、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記感知軸フォースリバランス信号は、前記入力軸を中心としたＣＶＧシステムの前記角回転速度および前記バイアスをフォースリバランスするように構成された速度成分と、直交位相効果に応答して前記共振器をフォースリバランスするように構成された直交位相成分とを含み、前記所定の外乱信号成分は前記直交位相成分上に変調される、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記ジャイロスコープコントローラは、
前記感知軸ピックオフ信号を復調して前記所定の外乱信号成分を検出するように構成された復調器と、
前記感知軸フォースリバランス信号の速度成分における前記所定の外乱信号成分の検出に応答して前記直交位相成分および前記速度成分の変調位相を調節して、直交位相フォースリバランス信号および速度フォースリバランス信号のクロスカップリングによるバイアスおよびスケールファクター誤差を実質的に軽減するように構成された位相コントローラと
を備える、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記復調器は、
第１の周波数で前記感知軸ピックオフ信号を復調して前記角回転速度に対応する中間信号を生成するように構成された第１の復調器と、
第２の周波数で前記中間信号を復調して前記所定の外乱信号成分を検出するように構成された第２の復調器と
を備える、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記位相コントローラは、復調された前記中間信号の大きさおよび極性に基づいて前記直交位相成分および前記速度成分の変調位相を徐々に調節するように構成されている、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記複数の電極は、
前記共振器の周期的運動を維持するように構成された第１セットの電極と、
直交位相効果、バイアス、および前記入力軸を中心とした前記ＣＶＧシステムの回転速度を実質的に測定するように構成された第２セットの電極と
を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１セットの電極は、
前記駆動軸フォーサ信号に基づいて静電力を生成して、前記共振器に前記略周期的運動を静電的に強制するように構成されて対向配置されている一対の駆動軸フォーサ電極と、
前記駆動軸フォーサ電極に直交に配置され、前記駆動軸ピックオフ信号を生成するように構成されて対向配置されている一対の駆動ピックオフ電極と
を備え、
前記第２セットの電極は、
前記駆動軸フォーサ電極に対して４５°に配置され、前記感知軸フォースリバランス信号に基づいて静電力を生成して、直交位相効果、バイアス、および前記角回転速度に基づいて前記略周期的運動の変形を静電的にフォースリバランスするように構成されて対向配置されている一対の感知軸フォーサ電極と、
前記感知軸フォーサ電極に直交に配置され、前記感知軸ピックオフ信号を生成するように構成されて対向配置されている一対の直交位相ピックオフ電極と
を備える、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
コリオリ振動ジャイロスコープ（ＣＶＧ）システムにおけるバイアスおよびスケールファクター誤差を実質的に軽減する方法であって、
第１セットの電極を介して供給される駆動軸ピックオフ信号に基づいて駆動軸フォーサ信号を生成する工程と、
前記駆動軸フォーサ信号を前記第１セットの電極に供給して、共振器に略周期的運動を静電的に強制する工程と、
第２セットの電極を介して供給される感知軸ピックオフ信号に基づいて、直交位相成分、バイアス成分、速度成分、および所定の外乱信号成分を含んだ感知軸フォースリバランス信号を生成する工程と、
前記感知軸フォースリバランス信号を前記第２セットの電極に供給して、前記ＣＶＧシステムの直交位相効果、バイアス、および角回転に基づいて前記略周期的運動の変形を静電的にフォースリバランスする工程と、
前記感知軸フォースリバランス信号の前記速度成分に基づいて前記ＣＶＧの入力軸を中心とした角回転速度を判定する工程と、
前記感知軸フォースリバランス信号の前記速度成分における前記所定の外乱信号成分の検出に基づいて、前記感知軸フォースリバランス信号の前記直交位相成分および前記速度成分の変調位相を制御する工程と
を含む、方法。
【請求項１２】
前記駆動軸フォーサ信号を生成する工程および前記感知軸フォースリバランス信号を生成する工程は、前記共振器に関連する共振周波数と略等しい第１の周波数で前記第１の感知軸フォースリバランス信号を生成する工程を含み、前記方法は、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数で前記所定の外乱信号成分を生成する工程を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記感知軸フォースリバランス信号を生成する工程は、
前記感知軸ピックオフ信号を復調して、直交位相成分、速度成分、およびバイアス成分を含む中間信号を生成する工程と、
前記所定の外乱信号成分を前記直交位相成分上に振幅変調して、変更された直交位相成分を生成する工程と、
前記変更された直交位相成分および前記速度成分を変調して前記感知軸フォースリバランス信号を生成する工程と
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記変更された直交位相成分および前記速度成分を変調する工程は、
前記変更された直交位相成分を正弦信号を用いて変調して第１の信号成分を生成する工程と、
前記速度成分を余弦信号を用いて変調して第２の信号成分を生成する工程と、
前記第１の信号成分および第２の信号成分を合計して前記感知軸フォースリバランス信号を生成する工程と
を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記感知軸ピックオフ信号を復調する工程は、第１の周波数で前記感知軸ピックオフ信号を復調して前記中間信号を生成する工程を含み、前記速度成分は、前記バイアスおよび角回転速度に対応する振幅を有し、前記方法はさらに、
第２の周波数で前記速度成分を復調して前記所定の外乱信号成分の存在を検出する工程と、
復調された前記中間信号の大きさおよび極性に基づいて前記直交位相成分および前記速度成分の変調位相を徐々に調節する工程と、
復調された前記中間速度信号における前記所定の外乱信号成分が検出されないことに応答して前記直交位相成分および前記速度成分の変調位相を維持する工程と
を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記方法は、
対向配置されている一対の駆動ピックオフ電極を介して前記駆動軸ピックオフ信号を受信する工程と、
前記駆動ピックオフ電極に対して４５°に配置されて対向配置されている一対の感知軸ピックオフ電極を介して前記感知軸ピックオフ信号を受信する工程と
をさらに含み、
前記駆動軸フォーサ信号を供給する工程は、前記駆動軸ピックオフ電極に対して９０°に配置されて対向配置されている一対の駆動軸フォーサ電極に前記駆動軸フォーサ信号を供給する工程を含み、
前記感知軸フォースリバランス信号を供給する工程は、前記感知軸ピックオフ電極に対して直交に配置されて対向配置されている一対の感知軸フォースリバランス電極に前記感知軸フォースリバランス信号を供給する工程を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
センサシステムとジャイロスコープコントローラとを備えるコリオリ振動ジャイロスコープ（ＣＶＧ）システムであって、
前記センサシステムは複数の電極を備え、前記複数の電極は、駆動軸フォーサ信号および感知軸フォースリバランス信号に基づいて共振器に略周期的運動を静電的に強制するように構成されており、前記感知軸フォースリバランス信号は、バイアス成分、速度成分、および直交位相成分を含み、感知軸ピックオフ信号および駆動軸ピックオフ信号を供給するように構成されており、
前記ジャイロスコープコントローラは、
第１の周波数で前記駆動軸フォーサ信号および前記感知軸フォースリバランス信号をそれぞれ生成するとともに、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数で所定の外乱信号成分を生成するように、かつ、前記所定の外乱信号成分を前記感知軸フォースリバランス信号の前記直交位相成分上に変調するように構成された信号発生器と、
前記感知軸ピックオフ信号および前記駆動軸ピックオフ信号を復調するように構成された少なくとも１つの復調器と、
前記感知軸フォースリバランス信号の前記速度成分に基づいて、入力軸を中心とした前記ＣＶＧシステムの角回転速度を算出するように構成されたプロセッサと、
前記感知軸フォースリバランス信号の復調された前記速度成分における前記所定の外乱信号成分の検出に基づいて、前記感知軸フォースリバランス信号の前記速度成分および前記直交位相成分の変調位相誤差を検出するように、かつ、前記速度成分および前記直交位相成分の変調位相を調節してバイアスおよびスケールファクター誤差を実質的に軽減するように構成された位相コントローラと
を備える、コリオリ振動ジャイロスコープシステム。
【請求項１８】
前記位相コントローラは、前記感知軸フォースリバランス信号の復調された前記速度成分における前記所定の外乱信号成分を検出しないことに応答して、前記感知軸フォースリバランス信号の前記速度成分および前記直交位相成分の変調位相を維持する、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの復調器は、
第１の周波数で前記感知軸ピックオフ信号を復調して、速度成分および直交位相成分を含む中間信号を生成するように構成された第１の復調器であって、前記速度成分はバイアスおよび前記角回転速度に対応する振幅を有することと、
第２の周波数で前記速度成分を復調して前記所定の外乱信号成分を検出するように構成された第２の復調器と
を備える、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
前記位相コントローラは、前記直交位相成分および前記速度成分を徐々に調節するように構成されている、請求項１９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概してセンサシステム、特にコリオリ振動ジャイロスコープシステムにおけるバイアスおよびスケールファクター誤差（bias and scale-factor error）の軽減に関する。
【背景技術】
【０００２】
受感軸（たとえば入力軸）を中心とした回転を算出するように構成された様々な種類のジャイロスコープシステムが多数存在している。ジャイロスコープの一種がコリオリ振動ジャイロスコープ（ＣＶＧ）である。ＣＶＧの１つの例は、２つのマス（たとえば叉）が駆動軸に沿った面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、コリオリ力が感知軸に沿って面外で（たとえば、駆動軸に対して９０°）叉を振動させる。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リバランス（再平衡）させるまたは無効にする力は、入力軸を中心として印加される角速度の尺度と対応させることができる。
【０００３】
ＣＶＧのもう１つの例は、「ワイングラス」型の共振器が駆動軸に沿って基本（たとえば、ｎ＝２）共振周波数で振動させられる半球共振器ジャイロスコープ（ＨＲＧ）である。共振器の対称軸（たとえば入力軸）を中心として印加される角回転によって、ハウジングに対する角変位の遅延を振動パターンに引き起こすことができる。開ループ動作（たとえば全角度）におけるハウジングに対する共振器の振動パターン角度の角変位は、ジャイロスコープの角変位の尺度とすることができる。閉ループ動作（たとえばフォースリバランス（力再平衡））では、振動パターンをハウジングに対して固定して維持することができる。感知軸に沿った（たとえば、駆動軸に対して４５°の）振動を無効にするのに必要な力は、入力軸を中心として印加される角速度に比例させることができる。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の一実施形態はＣＶＧシステムを含む。複数の電極は、前記複数の電極のうちの第１のセットに印加される駆動軸フォーサ信号（drive axis forcer signal）と前記複数の電極のうちの第２のセットに印加される感知軸フォースリバランス信号（sense axis force-rebalance signal）とに基づいて、共振器に静電的に周期的運動を強制し、感知軸ピックオフ信号および駆動軸ピックオフ信号を供給する。ジャイロスコープコントローラは、前記駆動軸ピックオフ信号に基づいて前記駆動軸フォーサ信号を生成し、前記感知軸フォースリバランス信号に基づいて、入力軸を中心とした角回転速度を算出する。前記ジャイロスコープコントローラは、所定の外乱信号成分（predetermined disturbance signal component）を前記感知軸フォースリバランス信号上に変調し、前記感知軸フォースリバランス信号における前記所定の外乱信号成分の検出に基づいて、前記感知軸フォースリバランス信号の変調位相を制御してバイアスおよびスケールファクター誤差を実質的に軽減する。
【０００５】
本発明の別の実施形態は、ＣＶＧにおけるバイアスおよびスケールファクター誤差を実質的に軽減する方法を含む。この方法は、第１セットの電極を介して駆動軸ピックオフ信号に基づいて駆動軸フォーサ信号を生成する工程を含む。この方法は、前記駆動軸フォーサ信号を前記第１セットの電極に供給して、共振器に略周期的運動を静電的に強制する工程と、第２セットの電極を介して供給される感知軸ピックオフ信号に基づいて、感知軸フォースリバランス信号を生成する工程とをさらに含む。感知軸フォースリバランス信号は、直交位相成分（quadrature component）、バイアス成分、速度成分、および所定の外乱信号成分を含む。この方法は、前記感知軸フォースリバランス信号を前記第２セットの電極に供給して、前記ＣＶＧシステムの直交位相効果（quadrature effects）、バイアス、および角回転速度に基づいて前記略周期的運動の変形を静電的にフォースリバランスする（electrostatically force-rebalance）工程をさらに含む。この方法は、前記感知軸フォースリバランス信号の前記速度成分に基づいて前記ＣＶＧの入力軸を中心とした角回転速度を判定する工程をさらに含む。この方法は、前記感知軸フォースリバランス信号の前記速度成分における前記所定の外乱信号成分の検出に基づいて、前記感知軸フォースリバランス信号の前記直交位相成分および前記速度成分の変調位相を制御する工程をさらに含む。
【０００６】
本発明の別の実施形態はＣＶＧシステムを含む。このシステムは、駆動軸フォーサ信号および感知軸フォースリバランス信号に基づき共振器に略周期的運動を静電的に強制するように構成された複数の電極を有するセンサシステムを備える。前記感知軸フォースリバランス信号は、バイアス成分、速度成分、および直交位相成分を含み、感知軸ピックオフ信号および駆動軸ピックオフ信号を供給するように構成されている。このシステムはジャイロスコープコントローラも備える。前記ジャイロスコープコントローラは、第１の周波数で前記駆動軸フォーサ信号および前記感知軸フォースリバランス信号をそれぞれ生成するとともに、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数で所定の外乱信号成分を生成するように、かつ、前記所定の外乱信号成分を前記感知軸フォースリバランス信号の前記直交位相成分上に変調するように構成された信号発生器を備える。前記ジャイロスコープコントローラは、前記感知軸ピックオフ信号および駆動軸ピックオフ信号を復調するように構成された少なくとも１つの復調器をさらに備える。前記ジャイロスコープコントローラは、前記感知軸フォースリバランス信号の前記速度成分に基づいて、入力軸を中心とした前記ＣＶＧシステムの角回転速度を算出するように構成されたプロセッサをさらに備える。前記ジャイロスコープコントローラは、前記感知軸フォースリバランス信号の復調された前記速度成分における前記所定の外乱信号成分の検出に基づいて、前記感知軸フォースリバランス信号の前記速度成分および前記直交位相成分の変調位相誤差を検出するように、かつ、前記速度成分および前記直交位相成分の変調位相を調節してバイアスおよびスケールファクター誤差を実質的に軽減するように構成された位相コントローラをさらに備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】コリオリ振動ジャイロスコープ（ＣＶＧ）システムの１つの例を示す。
【図２】センサシステムの１つの例を示す。
【図３】センサの周期的運動の１つの例を示す。
【図４】ジャイロスコープコントローラの１つの例を示す。
【図５】ＣＶＧシステムにおけるバイアスおよびスケールファクター誤差を実質的に軽減する方法の１つの例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本開示は、概してセンサシステムに関し、特にコリオリ振動ジャイロスコープ（ＣＶＧ）システムにおけるバイアスおよびスケールファクター誤差の軽減に関する。ＣＶＧは、センサおよびジャイロスコープコントローラを含むことができる。ジャイロスコープコントローラは、駆動軸駆動軸ピックオフ信号に基づき駆動軸フォーサ信号を生成し、感知軸感知軸ピックオフ信号に基づき感知軸フォースリバランス信号を生成することができる信号発生器を含む。駆動軸フォーサ信号がセンサの第１セットの電極に供給されてセンサの環状共振器の周期的運動を維持し、第１セットの電極が駆動軸駆動軸ピックオフ信号を生成する。感知軸フォースリバランス信号は、ＣＶＧシステムのバイアスおよび角回転から生じる環状共振器の変形をフォースリバランス（力再平衡）するように構成された速度成分と、直交位相効果をフォースリバランスすることができる直交位相成分とを含むことができる。感知軸フォースリバランス信号をセンサの第２セットの電極に供給して、センサの入力軸を中心としたバイアスおよび角回転に基づいて、直交位相効果と環状共振器の変形をフォースリバランスすることができ、第２セットの電極は感知軸感知軸ピックオフ信号を生成する。
【０００９】
ジャイロスコープコントローラは、感知軸フォースリバランス信号の速度成分に基づき入力軸を中心としたセンサの角回転速度を算出するように構成されている。たとえば、ジャイロスコープコントローラは、駆動軸フォーサ信号と略等しい周波数で感知軸感知軸ピックオフ信号を復調することができる復調器システムを含むことができる。復調された感知軸ピックオフ信号は速度成分、バイアス成分、直交位相成分を含むことができる。また、ジャイロスコープコントローラは、速度成分と直交位相成分の変調位相を制御して、直交位相成分の速度成分へのカップリングおよび角速度成分の直交位相成分へのカップリングから生じるバイアスおよびスケールファクター誤差を実質的に軽減するように構成された位相コントローラを含むことができる。１つの例として、信号発生器は所定の外乱信号成分を直交位相成分に注入するように構成され、復調器システムはさらに速度成分を復調することができるため、位相コントローラは感知軸フォースリバランス信号の速度成分における所定の外乱信号成分の存在を検出することができる。位相検出器は、感知軸フォースリバランス信号の速度成分における所定の外乱信号成分の存在、すなわち速度成分における直交位相成分のカップリングの存在に応答して、直交位相成分と速度成分の変調位相を調節して、カップリングをほぼ除去することができる。したがって、直交位相フォースリバランス信号の速度信号へのカップリングおよび速度信号の直交位相信号へのカップリングから生じるバイアスおよびスケールファクター誤差を実質的に軽減することができる。
【００１０】
図１は、コリオリ振動ジャイロスコープ（ＣＶＧ）システム１０の１つの例を示す。ＣＶＧシステム１０は航空機や船舶の航行など、回転の精密な測定を必要とする様々な用途に実装することができる。ＣＶＧ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コントローラ１４を含む。
【００１１】
センサシステム１２は、弾性特性を有し、様々な異なる形状のうちの１つで提供される変形可能な物質として配置することのできる環状共振器１６を含む。たとえば、環状共振器１６は弾性リングまたは弾性半球とすることができる。センサシステム１２は、環状共振器１６に対して内側に配置されている一組のフォーサ電極１８および一組のピックオフ電極２０をさらに含み、環状共振器１６は一組のフォーサ電極１８および一組のピックオフ電極２０をほぼ取り囲む。フォーサ電極１８は、ジャイロスコープコントローラ１４によって供給される信号ＳＩＧに応答して静電力を生成し、環状共振器１６を変形させ、環状共振器１６の周期的運動を提供して環状共振器１６の変形をフォースリバランスするように構成されている。たとえば、環状共振器１６のフォースリバランスは、本文書でさらに詳細に説明するように、直交位相効果に基づいて、入力軸を中心としたセンサシステム１２の角回転による変形をフォースリバランスすることができる。ピックオフ電極２０は、フォーサ電極１８に供給される信号ＳＩＧの大きさを制御するため、環状共振器１６の運動に相当するピックオフ信号ＰＯを供給することができる。図１の例は、フォーサ電極１８とピックオフ電極２０が個別であるように示しているが、センサシステム１２は、それぞれがフォーサおよびピックオフの二重機能を果たす一組の電極を組み込むことができると理解すべきである。
【００１２】
ジャイロスコープコントローラ１４はプロセッサ２２、信号発生器２４、復調器システム２６を含む。信号発生器２４は、プロセッサ２２に供給されるピックオフ信号ＰＯに基づいてフォーサ電極１８に供給される信号ＳＩＧを生成するように構成されている。１つの例として、信号発生器２４によって生成される信号ＳＩＧは、駆動軸フォーサ信号ＳＩＧＡＮと感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮを含むことができる。駆動軸フォーサ信号は、反節点軸に沿って位置合わせされるフォーサ電極１８の第１の部分に供給されて、駆動軸ピックオフ信号ＰＯＡＮに対応するピックオフ信号ＰＯのうちの１つに応答して環状共振器１６の周期的運動を提供する。感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮは、感知軸（たとえば、節点軸）に沿って位置合わせされるフォーサ電極１８の第２の部分に供給されて、直交位相効果と、感知軸ピックオフ信号ＰＯＮに対応するピックオフ信号ＰＯのうちの別の１つに応答してセンサシステム１２のバイアスおよび角回転から生じる環状共振器１６の変形をフォースリバランスすることができる。感知軸ピックオフ信号ＰＯＮは、バイアスと、入力軸を中心としたセンサシステム１２の角回転速度と、直交位相効果とを示す大きさを有することのできるフォーサ平衡信号ＳＩＧＮを生成するプロセッサに供給することができる。よって、ジャイロスコープコントローラ１４は、出力信号ＲＯＴとして、入力軸を中心とした角回転速度の測定値を提供することができる。また、本文書でさらに詳細に説明するように、信号発生器２４は、所定の外乱信号成分を信号ＳＩＧの感知軸フォースリバランス信号の直交位相成分に変調して、直交位相効果の速度信号へのカップリングおよび該速度信号の直交位相信号へのカップリングから生じるバイアスおよびスケールファクター誤差を実質的に軽減するように構成することができる。
【００１３】
図２はセンサシステム５０の１つの例を示す。センサシステム５０は図１の例のセンサシステム１２に対応させることができる。したがって、図２の例の以下の説明では、図１の例を参照する。
【００１４】
センサシステム５０は、複数の電極をほぼ取り囲む環状共振器５２を含む。１つの例として、環状共振器５２は弾性リングまたは弾性半球とすることができる。複数の電極は、対向配置されている一対の反節点フォーサ電極５４、対向配置されている一対の感知軸節点フォースリバランス電極５６、対向配置されている一対の反節点ピックオフ電極５８、対向配置されている一対の節点ピックオフ電極６０を含む。対向配置されている一対の反節点フォーサ電極５４は反節点フォーサ軸６２に沿って配置され、対向配置されている一対の反節点ピックオフ電極５８は反節点フォーサ軸６２に対して直交に配向されている反節点ピックオフ軸６４に沿って配置される。同様に、対向配置されている一対の感知軸節点フォースリバランス電極５６は、反節点フォーサ軸６２およびピックオフ軸６４に対して４５°に配置されている節点フォースリバランス軸６６に沿って配置され、対向配置されている一対の節点ピックオフ電極６０は節点フォースリバランス軸６６に対して直交に配向されている節点ピックオフ軸６８に沿って配置される。本文書で使用する「駆動軸」と「反節点軸」という用語は互換可能であり、「感知軸」と「節点軸」という用語は互換可能である。本文書で使用する電極に関する「対向配置」という用語は、所与の一対の電極が、軸６２、６４、６６、６８に直交し、環状共振器５２の略中心点であるセンサシステム５０の入力軸７０に対向することを指す。したがって、対向配置されている対をなす電極５４、５６、５８、６０のうちのどの対も、角回転が測定されるセンサシステム５０の入力軸７０を中心としてほぼ対称である。
【００１５】
反節点フォーサ電極５４はそれぞれ同時に駆動軸フォーサ信号ＳＩＧＡＮが供給され、フォーサ信号ＳＩＧＡＮは環状共振器５２の共振周波数（たとえば、約４ｋＨｚ）とほぼ等しい周波数で供給される。それに応答して、反節点フォーサ電極５４は、環状共振器５２に作用する静電力を供給することができる。それに応じて、環状共振器５２は、反節点フォーサ軸６２に沿って略均等かつ対向して反節点フォーサ電極５４に静電的に引きつけられ、反節点ピックオフ軸６４に沿って略均等かつ対向して反節点ピックオフ電極５８から遠ざかるように膨張する。駆動軸フォーサ信号ＳＩＧＡＮの印加に応答する環状共振器５２の状態を、図３の例の１００に示す。
【００１６】
環状共振器５２の弾性特性により、環状共振器５２は共振周波数の約半分の期間、反発することができる。それに応答して、環状共振器５２は、反節点フォーサ軸６２に沿って略均等かつ対向して反節点フォーサ電極５４から離れるように収縮し、図２の例に示される状態で最高速度を達成し、反節点ピックオフ軸６４に沿って略均等かつ対向して反節点ピックオフ電極５８に向かって拡張する。約１８０°の反節点フォーサＳＩＧＡＮの所与の期間における環状共振器５２の反発状態が図３の例の１０２に示される。
【００１７】
反節点ピックオフ電極５８は、駆動軸フォーサ信号ＳＩＧＡＮの期間全体を通じた容量変化に基づき、環状共振器５２の運動を容量的に監視するように構成することができる。よって、駆動軸ピックオフ信号ＰＯＡＮは環状共振器５２の運動の大きさを示し、（たとえば、復調器システム２６を介して）プロセッサ２２に印加し、駆動軸フォーサ信号ＳＩＧＡＮの各期間において環状共振器５２の略一定振幅（すなわち、反節点軸６２に沿ってピーク最大変形）を維持することができる。したがって、駆動軸フォーサ信号ＳＩＧＡＮは静電力を提供し、駆動軸フォーサ信号ＳＩＧＡＮの各期間において環状共振器５２の運動を状態１００と状態１０２の間で交替させることができる。したがって、信号発生器２４は、環状共振器５２の共振周波数と略等しい周波数で、環状共振器５２の略一定の周期的運動を維持することができる。
【００１８】
工程公差の不一致のため、環状共振器５２の製造時、環状共振器５２の周囲に材料が不均等に分散される可能性がある。その結果、環状共振器５２は直交基本弾性軸を呈し、その軸に沿って環状共振器５２は、（たとえば、駆動軸フォーサ信号ＳＩＧＡＮが印加される）環状共振器５２の名目共振周波数に対して略最大および略最小の共振周波数を有する。基本弾性軸は、反節点軸６２、６４および節点軸６６、６８に対して任意に配置することができる。基本弾性軸間の共振周波数の差により、駆動軸フォーサ信号ＳＩＧＡＮの印加に応答する環状共振器５２の周期的運動の間、環状共振器５２に作用する直交位相効果が生じ得る。本文書で使用される「直交位相効果」という用語は、駆動軸フォーサ信号ＳＩＧＡＮの印加に応答する環状共振器５２の周期的運動の間、入力軸を中心とした角速度による運動と９０°位相ずれする節点軸６６および６８に沿った環状共振器５２の運動を指す。
【００１９】
感知軸節点フォースリバランス電極５６にはそれぞれ、環状共振器５２の略共振周波数で感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮが供給される。感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮは直交位相成分と約９０°位相をずらして配置されるバイアス成分と速度成分とを含み、速度成分とバイアス成分は駆動軸フォーサ信号ＳＩＧＡＮとほぼ同位相である。それに応答して、感知軸節点フォースリバランス電極５６は環状共振器５２に作用する静電力を供給して環状共振器５２の再平衡を図り、直交位相効果から生じる運動にほぼ対抗し、入力軸７０を中心としたＣＶＧセンサシステム５０のバイアスおよび回転から生じる運動に対抗することができる。それに応答して、環状共振器５２は、節点フォースリバランス軸６６に沿って略均等かつ対向して感知軸節点フォースリバランス電極５６に引きつけられる。
【００２０】
バイアス、角速度、直交位相効果を略相殺するのに必要なフォースリバランスの大きさは、（たとえば、復調器システム２６を介して）感知軸ピックオフ信号ＰＯＮに基づきプロセッサ２２によって判定することができる。たとえば、節点ピックオフ電極６０は、節点フォースリバランスＳＩＧＮの期間全体を通じた容量の変化に基づき環状共振器５２の運動を容量的に監視するように構成することができる。よって、感知軸ピックオフ信号ＰＯＮは、速度成分が入力軸を中心としたセンサシステム５０のバイアスおよび角回転を示し、直交位相成分が環状共振器５２に作用する直交位相効果の大きさを示すように、バイアスおよび速度成分と直交位相成分を提供するように構成することができる。したがって、節点ピックオフ信号ＰＯＮを（たとえば、復調器システム２６を介して）プロセッサ２２に供給して、バイアス、入力軸７０を中心としたセンサシステム５０の角回転、直交位相効果により生じる運動をほぼ相殺することができる。
【００２１】
図１の例に戻ると、ジャイロスコープコントローラ１４が位相コントローラ２８も含む。上述したように、速度およびバイアス成分と直交位相成分とは相互に約９０°位相ずれしており、速度およびバイアス成分は駆動軸フォーサ信号ＳＩＧＡＮとほぼ同位相である。１つの例として、バイアスおよび速度成分と直交位相成分とは、それぞれ余弦信号と正弦信号を介して変調することができる。しかしながら、正弦および余弦変調のわずかな位相誤差は、直交位相成分と速度成分のクロスカップリングをもたらし、入力軸７０を中心としたセンサシステム５０の角回転速度の測定に関連する誤差を引き起こす場合がある。たとえば、直交位相成分の速度成分へのカップリングは、入力軸７０を中心としたセンサシステム５０の角回転速度の測定の際にバイアス誤差を招く可能性がある。また、速度成分の直交位相成分へのカップリングは、入力軸７０を中心としたセンサシステム５０の角回転速度の測定の際にスケールファクター誤差を招く可能性がある。したがって、位相コントローラ２８は、感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮの直交位相成分とバイアスおよび速度成分の変調位相を調節して、感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮの直交位相成分と速度成分のクロスカップリングを実質的に軽減するように構成することができる。
【００２２】
１つの例として、上述したように、信号発生器２４は、所定の外乱信号成分を感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮの直交位相成分上に変調するように構成することができる。よって、復調器システム２６は、節点ピックオフ信号ＰＯＮを（たとえば、環状共振器１６の共振周波数に相当する周波数で）直交位相成分と速度成分に復調することができる。次いで、復調器システム２６は所定の外乱信号成分がフォースリバランス信号ＳＩＧＮの速度成分に存在するか否かを判定するため、所定の外乱信号の略周波数で速度成分を復調することができる。所定の外乱信号成分がフォースリバランス信号ＳＩＧＮの速度成分で検出される場合、それは感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮの直交位相成分と感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮの速度成分のカップリングを示す。したがって、位相コントローラ２８は、たとえば所定の外乱信号成分が感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮの速度成分に検出されなくなるまで、信号発生器２４を介して感知軸節点フォースリバランスＳＩＧＮを生成する際に直交位相成分と速度成分の変調位相を調節することができる。その結果、直交位相成分と速度成分のクロスカップリングから生じる誤差が実質的に軽減されるように角回転速度ＲＯＴの測定を実行することができる。
【００２３】
図４は、ジャイロスコープコントローラ１５０の１つの例を示す。ジャイロスコープコントローラ１５０は図１の例のジャイロスコープコントローラ１４に対応させることができる。したがって、以下の図４の例の説明では図１ならびに図２および図３の例を参照する。
【００２４】
ジャイロスコープコントローラ１５０は、プロセッサ１５２、信号発生器１５４、復調器システム１５６、位相コントローラ１５８を含む。信号発生器１５４は、反節点ピックオフ信号ＰＯＡＮに基づき第１セットのフォーサ電極（たとえば、フォーサ電極５４）に供給される駆動軸フォーサ信号ＳＩＧＡＮを生成し、節点ピックオフ信号ＰＯＮに基づき第２セットのフォーサ電極（たとえば、フォーサ電極５６）に供給される感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮを生成するように構成されている。図４の例では、信号発生器１５４は第１の発振器１６０と変調器１６２を含む。第１の発振器１６０は、環状共振器（たとえば、環状共振器５２）の共振周波数に略相当する第１の周波数を有する第１の信号ＬＯ１を生成する位相ロックループとして構成されている。したがって、信号発生器１５４は、ピックオフ信号ＰＯＡＮおよびピックオフ信号ＰＯＮに基づき変調器１６２を介してそれぞれ変調される駆動軸フォーサ信号ＳＩＧＡＮと節点フォースリバランス信号ＳＩＧＮの両方を生成するように構成することができる。
【００２５】
信号発生器１５４は、第１の周波数（たとえば、約３００〜５００Ｈｚ）よりも小さな範囲とすることができる第２の周波数（たとえば、ランダム周波数）を有する第２の信号ＬＯ２を生成するように構成された第２の発振器１６４をさらに含む。第２の周波数は所定の外乱信号成分の周波数に対応させることができる。１つの例として、感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮはバイアスおよび速度成分と直交位相成分とを含むことができる。よって、変調器１６２は、第１の信号ＬＯ１での変調前に第２の信号ＬＯ２で直交位相成分を変調するように構成することもできる。したがって、直交位相成分はまず第２の信号ＬＯ２で変調し、次いで変調された直交位相成分を第１の信号ＬＯ１で変調することができる。１つの例として、変調された直交位相成分は第１の信号ＬＯ１に基づき正弦信号によって変調し、速度成分は第１の信号ＬＯ１に基づき余弦信号によって変調することで、変調された速度成分と変調された直交位相成分とはたがいに約９０°位相ずれし、速度成分は駆動軸フォーサ信号ＳＩＧＡＮと略同位相となる。信号発生器１５４は、たとえば合計された信号をデジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）で変換して電圧信号として感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮをデジタル的に提供する前に、変調された速度成分と二度変調された直交位相成分とを追加することによって感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮを生成するように構成することができる。
【００２６】
復調器システム１５６は、たとえば反節点ピックオフ電極５８から駆動軸ピックオフ信号ＰＯＡＮを、たとえば節点ピックオフ電極６０から感知軸ピックオフ信号ＰＯＮを受信するように構成することができる。復調器システム１５６は、第１の信号ＬＯ１を介して駆動軸ピックオフ信号ＰＯＡＮと感知軸ピックオフ信号ＰＯＮを復調するように構成された第１の復調器１６６を含む。よって、駆動軸ピックオフ信号ＰＯＡＮと感知軸ピックオフ信号ＰＯＮはそれぞれ、環状共振器の共振周波数と略等しい周波数で別々に復調される。第１の復調器１６６は、速度成分ＤＰＯＮ＿Ｒと直交位相成分ＤＰＯＮ＿Ｑの２つのピックオフ信号成分によって形成される復調された駆動軸ピックオフ信号ＤＰＯＡＮおよび中間信号（intermediate signal）を供給するように構成されている。１つの例として、感知軸ピックオフ信号ＰＯＮは第１の信号ＬＯ１に基づき余弦信号によって復調して速度成分ＤＰＯＮ＿Ｒを供給し、第１の信号ＬＯ１に基づき正弦信号によって復調して直交位相成分ＤＰＯＮ＿Ｑを供給することができる。したがって、速度成分ＤＰＯＮ＿Ｒと直交位相成分ＤＰＯＮ＿Ｑは感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮの速度成分と直交位相成分にそれぞれ対応させることができる。
【００２７】
プロセッサ１５２は、復調された駆動軸ピックオフ信号ＤＰＯＡＮならびに速度成分ＤＰＯＮ＿Ｒおよび直交位相成分ＤＰＯＮ＿Ｑも受信するように構成されている。それに応答して、プロセッサ１５２は、一組の一以上の信号ＳＲＶとして示される、環状共振器のフォースリバランスに関する指示を生成するように構成されている。信号ＳＲＶは（たとえば、復調された駆動軸ピックオフ信号ＤＰＯＡＮを介して）駆動軸フォーサ信号ＳＩＧＡＮの振幅に関するデータを提供することができるため、信号発生器１５４は信号ＳＲＶに基づき駆動軸フォーサ信号ＳＩＧＡＮを生成するように構成することができる。別の例として、信号ＳＲＶは、センサシステム（たとえば、速度成分ＤＰＯＮ＿Ｒを介してセンサシステム５０）の角回転から生じる環状共振器の変形、および／または（たとえば、直交位相成分ＤＰＯＮ＿Ｑを介して）直交位相効果から生じる環状共振器の変形を略無効にするのに必要なフォースリバランスの大きさに関するデータを提供することができるため、信号発生器１５４は信号ＳＲＶに基づき感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮを生成するように構成することができる。また、プロセッサ１５２は速度成分ＤＰＯＮ＿Ｒに基づきセンサシステムの角回転速度を算出して、センサシステムのバイアスおよび角回転速度に対応する信号ＲＯＴを生成するように構成することができる。
【００２８】
復調器システム１５６は、第２の信号ＬＯ２を介して速度成分ＤＰＯＮ＿Ｒを復調するように構成された第２の復調器１６８も含む。よって、速度成分ＤＰＯＮ＿Ｒは、所定の外乱信号成分の周波数と略等しい周波数で復調される。第２の復調器１６８は、位相コントローラ１５８に供給される復調された速度成分ピックオフ信号ＤＤＰＯＮ＿Ｒを供給するように構成されている。位相コントローラ１５８は、復調された速度成分ピックオフ信号ＤＤＰＯＮ＿Ｒがたとえば感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮの速度成分と直交位相成分のクロスカップリングを示す所定の外乱信号成分を含むか否かを検出するように構成することができる。１つの例として、復調された速度成分ピックオフ信号ＤＤＰＯＮ＿Ｒは、感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮの速度成分と直交位相成分に関して位相誤差の極性を示す極性を含むことができる。したがって、復調された速度成分ピックオフ信号ＤＤＰＯＮ＿Ｒ内の所定の外乱信号成分の存在の検出に応答して、位相コントローラ１５８は位相誤差の極性を示す信号ＰＨＳを信号発生器１５４に供給するように構成することができる。その結果、信号発生器１５４は、復調された速度成分ピックオフ信号ＤＤＰＯＮ＿Ｒの極性に基づき感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮの速度成分と直交位相成分の変調位相に対して直交位相成分の位相を正方向または負方向に徐々に調節するように構成することができる。よって、位相コントローラ１５８は、所定の外乱信号成分が復調された速度成分ピックオフ信号ＤＤＰＯＮ＿Ｒにおいて検出されるまで、速度成分に対する直交位相成分の位相を反復的に補正することができる。また、位相コントローラ１５８が復調された速度成分ピックオフ信号ＤＤＰＯＮ＿Ｒ内に所定の外乱信号成分を検出しないことに応答して、位相コントローラ１５８は直交位相成分と速度成分の変調位相を維持し、たとえば、信号ＲＯＴによって供給されるセンサシステムの角回転速度の測定誤差を実質的に軽減することができる。
【００２９】
上述の構造上および機能上の特徴を考慮して、本発明の各種側面にかかる方法は図５を参照することでよりよく認識されるであろう。説明の簡易化のため、図５の方法は連続的に実行されるように図示および説明しているが、本発明に係る他の側面では本文書に図示および説明される順番と異なる順番で実行する、および／または同時に実行することができるため、本発明は図示される順番に限定されないと理解すべきである。さらに、本発明の１側面にかかる方法を実行するのに必ずしもすべての例示の特徴が必要であるとは限らない。
【００３０】
図５は、ＣＶＧシステム（たとえば、ＣＶＧシステム１０）におけるバイアスおよびスケールファクター誤差を実質的に軽減する方法２００の１つの例を示す。２０２で、駆動軸フォーサ信号（たとえば、駆動軸フォーサ信号ＳＩＧＡＮ）が第１セットの電極（たとえば、電極５８）を介して供給される駆動軸ピックオフ信号（たとえば、駆動軸ピックオフ信号ＰＯＡＮ）に基づき生成される。２０４で、駆動軸フォーサ信号が第１セットの電極（たとえば、電極５４）に供給されて、共振器（たとえば、環状共振器１６）に略周期的運動を静電的に強制する。２０６で、感知軸フォースリバランス信号（たとえば、感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮ）が第２セットの電極（たとえば、電極６０）を介して供給される感知軸ピックオフ信号（たとえば、感知軸ピックオフ信号ＰＯＮ）に基づき生成され、感知軸フォースリバランス信号は直交位相成分、バイアス成分、速度成分、所定の外乱信号成分を含む。２０８で、感知軸フォースリバランス信号が第２セットの電極（たとえば、電極５６）に供給されて、バイアス、直交位相効果、ＣＶＧシステムの角回転に基づいて略周期的運動の変形を静電的にフォースリバランスする。２１０で、ＣＶＧの入力軸を中心とした角回転速度が感知軸ピックオフ信号の速度成分に基づき判定される。２１２で、感知軸フォースリバランス信号の直交位相成分と速度成分の変調位相が、感知軸ピックオフ信号（たとえば、位相コントローラ１６８）における速度成分の所定の外乱信号成分の検出に基づき制御される。
【００３１】
上記の内容は本発明の例である。当然ながら、本発明を説明するために成分または方法の考え得る組み合わせをすべて挙げることはできないが、当業者であれば、本発明の他の組み合わせまたは変更を多数認識するであろう。したがって、本発明は、添付の請求項の趣旨と範囲に属するすべての変更、修正、変形を包含することが意図される。
【図１】
2016156810.tif 000003
【図２】
2016156810.tif 000004
【図３】
2016156810.tif 000005
【図４】
2016156810.tif 000006
【図５】
2016156810.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成28年2月29日(2016.2.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概してセンサシステム、特にコリオリ振動ジャイロスコープシステムにおけるバイアスおよびスケールファクター誤差（bias and scale-factor error）の軽減に関する。
【背景技術】
【０００２】
受感軸（たとえば入力軸）を中心とした回転を算出するように構成された様々な種類のジャイロスコープシステムが多数存在している。ジャイロスコープの一種がコリオリ振動ジャイロスコープ（ＣＶＧ）である。ＣＶＧの１つの例は、２つのマス（たとえば叉）が駆動軸に沿った面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、コリオリ力が感知軸に沿って面外で（たとえば、駆動軸に対して９０°）叉を振動させる。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リバランス（再平衡）させるまたは無効にする力は、入力軸を中心として印加される角速度の尺度と対応させることができる。
【０００３】
ＣＶＧのもう１つの例は、「ワイングラス」型の共振器が駆動軸に沿って基本（たとえば、ｎ＝２）共振周波数で振動させられる半球共振器ジャイロスコープ（ＨＲＧ）である。共振器の対称軸（たとえば入力軸）を中心として印加される角回転によって、ハウジングに対する角変位の遅延を振動パターンに引き起こすことができる。開ループ動作（たとえば全角度）におけるハウジングに対する共振器の振動パターン角度の角変位は、ジャイロスコープの角変位の尺度とすることができる。閉ループ動作（たとえばフォースリバランス（力再平衡））では、振動パターンをハウジングに対して固定して維持することができる。感知軸に沿った（たとえば、駆動軸に対して４５°の）振動を無効にするのに必要な力は、入力軸を中心として印加される角速度に比例させることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７２４０５３３号明細書
【特許文献２】米国特許第７２４６５１２号明細書
【特許文献３】米国特許第７３１８３４７号明細書
【特許文献４】米国特許第７３３７６６５号明細書
【発明の概要】
【０００５】
本発明の一実施形態はＣＶＧシステムを含む。複数の電極は、前記複数の電極のうちの第１のセットに印加される駆動軸フォーサ信号（drive axis forcer signal）と前記複数の電極のうちの第２のセットに印加される感知軸フォースリバランス信号（sense axis force-rebalance signal）とに基づいて、共振器に静電的に周期的運動を強制し、感知軸ピックオフ信号および駆動軸ピックオフ信号を供給する。ジャイロスコープコントローラは、前記駆動軸ピックオフ信号に基づいて前記駆動軸フォーサ信号を生成し、前記感知軸フォースリバランス信号に基づいて、入力軸を中心とした角回転速度を算出する。前記ジャイロスコープコントローラは、所定の外乱信号成分（predetermined disturbance signal component）を前記感知軸フォースリバランス信号上に変調し、前記感知軸フォースリバランス信号における前記所定の外乱信号成分の検出に基づいて、前記感知軸フォースリバランス信号の変調位相を制御してバイアスおよびスケールファクター誤差を実質的に軽減する。
【０００６】
本発明の別の実施形態は、ＣＶＧにおけるバイアスおよびスケールファクター誤差を実質的に軽減する方法を含む。この方法は、第１セットの電極を介して駆動軸ピックオフ信号に基づいて駆動軸フォーサ信号を生成する工程を含む。この方法は、前記駆動軸フォーサ信号を前記第１セットの電極に供給して、共振器に略周期的運動を静電的に強制する工程と、第２セットの電極を介して供給される感知軸ピックオフ信号に基づいて、感知軸フォースリバランス信号を生成する工程とをさらに含む。感知軸フォースリバランス信号は、直交位相成分（quadrature component）、バイアス成分、速度成分、および所定の外乱信号成分を含む。この方法は、前記感知軸フォースリバランス信号を前記第２セットの電極に供給して、前記ＣＶＧシステムの直交位相効果（quadrature effects）、バイアス、および角回転速度に基づいて前記略周期的運動の変形を静電的にフォースリバランスする（electrostatically force-rebalance）工程をさらに含む。この方法は、前記感知軸フォースリバランス信号の前記速度成分に基づいて前記ＣＶＧの入力軸を中心とした角回転速度を判定する工程をさらに含む。この方法は、前記感知軸フォースリバランス信号の前記速度成分における前記所定の外乱信号成分の検出に基づいて、前記感知軸フォースリバランス信号の前記直交位相成分および前記速度成分の変調位相を制御する工程をさらに含む。
【０００７】
本発明の別の実施形態はＣＶＧシステムを含む。このシステムは、駆動軸フォーサ信号および感知軸フォースリバランス信号に基づき共振器に略周期的運動を静電的に強制するように構成された複数の電極を有するセンサシステムを備える。前記感知軸フォースリバランス信号は、バイアス成分、速度成分、および直交位相成分を含み、感知軸ピックオフ信号および駆動軸ピックオフ信号を供給するように構成されている。このシステムはジャイロスコープコントローラも備える。前記ジャイロスコープコントローラは、第１の周波数で前記駆動軸フォーサ信号および前記感知軸フォースリバランス信号をそれぞれ生成するとともに、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数で所定の外乱信号成分を生成するように、かつ、前記所定の外乱信号成分を前記感知軸フォースリバランス信号の前記直交位相成分上に変調するように構成された信号発生器を備える。前記ジャイロスコープコントローラは、前記感知軸ピックオフ信号および駆動軸ピックオフ信号を復調するように構成された少なくとも１つの復調器をさらに備える。前記ジャイロスコープコントローラは、前記感知軸フォースリバランス信号の前記速度成分に基づいて、入力軸を中心とした前記ＣＶＧシステムの角回転速度を算出するように構成されたプロセッサをさらに備える。前記ジャイロスコープコントローラは、前記感知軸フォースリバランス信号の復調された前記速度成分における前記所定の外乱信号成分の検出に基づいて、前記感知軸フォースリバランス信号の前記速度成分および前記直交位相成分の変調位相誤差を検出するように、かつ、前記速度成分および前記直交位相成分の変調位相を調節してバイアスおよびスケールファクター誤差を実質的に軽減するように構成された位相コントローラをさらに備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】コリオリ振動ジャイロスコープ（ＣＶＧ）システムの１つの例を示す。
【図２】センサシステムの１つの例を示す。
【図３】センサの周期的運動の１つの例を示す。
【図４】ジャイロスコープコントローラの１つの例を示す。
【図５】ＣＶＧシステムにおけるバイアスおよびスケールファクター誤差を実質的に軽減する方法の１つの例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示は、概してセンサシステムに関し、特にコリオリ振動ジャイロスコープ（ＣＶＧ）システムにおけるバイアスおよびスケールファクター誤差の軽減に関する。ＣＶＧは、センサおよびジャイロスコープコントローラを含むことができる。ジャイロスコープコントローラは、駆動軸駆動軸ピックオフ信号に基づき駆動軸フォーサ信号を生成し、感知軸感知軸ピックオフ信号に基づき感知軸フォースリバランス信号を生成することができる信号発生器を含む。駆動軸フォーサ信号がセンサの第１セットの電極に供給されてセンサの環状共振器の周期的運動を維持し、第１セットの電極が駆動軸駆動軸ピックオフ信号を生成する。感知軸フォースリバランス信号は、ＣＶＧシステムのバイアスおよび角回転から生じる環状共振器の変形をフォースリバランス（力再平衡）するように構成された速度成分と、直交位相効果をフォースリバランスすることができる直交位相成分とを含むことができる。感知軸フォースリバランス信号をセンサの第２セットの電極に供給して、センサの入力軸を中心としたバイアスおよび角回転に基づいて、直交位相効果と環状共振器の変形をフォースリバランスすることができ、第２セットの電極は感知軸感知軸ピックオフ信号を生成する。
【００１０】
ジャイロスコープコントローラは、感知軸フォースリバランス信号の速度成分に基づき入力軸を中心としたセンサの角回転速度を算出するように構成されている。たとえば、ジャイロスコープコントローラは、駆動軸フォーサ信号と略等しい周波数で感知軸感知軸ピックオフ信号を復調することができる復調器システムを含むことができる。復調された感知軸ピックオフ信号は速度成分、バイアス成分、直交位相成分を含むことができる。また、ジャイロスコープコントローラは、速度成分と直交位相成分の変調位相を制御して、直交位相成分の速度成分へのカップリングおよび角速度成分の直交位相成分へのカップリングから生じるバイアスおよびスケールファクター誤差を実質的に軽減するように構成された位相コントローラを含むことができる。１つの例として、信号発生器は所定の外乱信号成分を直交位相成分に注入するように構成され、復調器システムはさらに速度成分を復調することができるため、位相コントローラは感知軸フォースリバランス信号の速度成分における所定の外乱信号成分の存在を検出することができる。位相検出器は、感知軸フォースリバランス信号の速度成分における所定の外乱信号成分の存在、すなわち速度成分における直交位相成分のカップリングの存在に応答して、直交位相成分と速度成分の変調位相を調節して、カップリングをほぼ除去することができる。したがって、直交位相フォースリバランス信号の速度信号へのカップリングおよび速度信号の直交位相信号へのカップリングから生じるバイアスおよびスケールファクター誤差を実質的に軽減することができる。
【００１１】
図１は、コリオリ振動ジャイロスコープ（ＣＶＧ）システム１０の１つの例を示す。ＣＶＧシステム１０は航空機や船舶の航行など、回転の精密な測定を必要とする様々な用途に実装することができる。ＣＶＧ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コントローラ１４を含む。
【００１２】
センサシステム１２は、弾性特性を有し、様々な異なる形状のうちの１つで提供される変形可能な物質として配置することのできる環状共振器１６を含む。たとえば、環状共振器１６は弾性リングまたは弾性半球とすることができる。センサシステム１２は、環状共振器１６に対して内側に配置されている一組のフォーサ電極１８および一組のピックオフ電極２０をさらに含み、環状共振器１６は一組のフォーサ電極１８および一組のピックオフ電極２０をほぼ取り囲む。フォーサ電極１８は、ジャイロスコープコントローラ１４によって供給される信号ＳＩＧに応答して静電力を生成し、環状共振器１６を変形させ、環状共振器１６の周期的運動を提供して環状共振器１６の変形をフォースリバランスするように構成されている。たとえば、環状共振器１６のフォースリバランスは、本文書でさらに詳細に説明するように、直交位相効果に基づいて、入力軸を中心としたセンサシステム１２の角回転による変形をフォースリバランスすることができる。ピックオフ電極２０は、フォーサ電極１８に供給される信号ＳＩＧの大きさを制御するため、環状共振器１６の運動に相当するピックオフ信号ＰＯを供給することができる。図１の例は、フォーサ電極１８とピックオフ電極２０が個別であるように示しているが、センサシステム１２は、それぞれがフォーサおよびピックオフの二重機能を果たす一組の電極を組み込むことができると理解すべきである。
【００１３】
ジャイロスコープコントローラ１４はプロセッサ２２、信号発生器２４、復調器システム２６を含む。信号発生器２４は、プロセッサ２２に供給されるピックオフ信号ＰＯに基づいてフォーサ電極１８に供給される信号ＳＩＧを生成するように構成されている。１つの例として、信号発生器２４によって生成される信号ＳＩＧは、駆動軸フォーサ信号ＳＩＧＡＮと感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮを含むことができる。駆動軸フォーサ信号は、反節点軸に沿って位置合わせされるフォーサ電極１８の第１の部分に供給されて、駆動軸ピックオフ信号ＰＯＡＮに対応するピックオフ信号ＰＯのうちの１つに応答して環状共振器１６の周期的運動を提供する。感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮは、感知軸（たとえば、節点軸）に沿って位置合わせされるフォーサ電極１８の第２の部分に供給されて、直交位相効果と、感知軸ピックオフ信号ＰＯＮに対応するピックオフ信号ＰＯのうちの別の１つに応答してセンサシステム１２のバイアスおよび角回転から生じる環状共振器１６の変形をフォースリバランスすることができる。感知軸ピックオフ信号ＰＯＮは、バイアスと、入力軸を中心としたセンサシステム１２の角回転速度と、直交位相効果とを示す大きさを有することのできるフォーサ平衡信号ＳＩＧＮを生成するプロセッサに供給することができる。よって、ジャイロスコープコントローラ１４は、出力信号ＲＯＴとして、入力軸を中心とした角回転速度の測定値を提供することができる。また、本文書でさらに詳細に説明するように、信号発生器２４は、所定の外乱信号成分を信号ＳＩＧの感知軸フォースリバランス信号の直交位相成分に変調して、直交位相効果の速度信号へのカップリングおよび該速度信号の直交位相信号へのカップリングから生じるバイアスおよびスケールファクター誤差を実質的に軽減するように構成することができる。
【００１４】
図２はセンサシステム５０の１つの例を示す。センサシステム５０は図１の例のセンサシステム１２に対応させることができる。したがって、図２の例の以下の説明では、図１の例を参照する。
【００１５】
センサシステム５０は、複数の電極をほぼ取り囲む環状共振器５２を含む。１つの例として、環状共振器５２は弾性リングまたは弾性半球とすることができる。複数の電極は、対向配置されている一対の反節点フォーサ電極５４、対向配置されている一対の感知軸節点フォースリバランス電極５６、対向配置されている一対の反節点ピックオフ電極５８、対向配置されている一対の節点ピックオフ電極６０を含む。対向配置されている一対の反節点フォーサ電極５４は反節点フォーサ軸６２に沿って配置され、対向配置されている一対の反節点ピックオフ電極５８は反節点フォーサ軸６２に対して直交に配向されている反節点ピックオフ軸６４に沿って配置される。同様に、対向配置されている一対の感知軸節点フォースリバランス電極５６は、反節点フォーサ軸６２およびピックオフ軸６４に対して４５°に配置されている節点フォースリバランス軸６６に沿って配置され、対向配置されている一対の節点ピックオフ電極６０は節点フォースリバランス軸６６に対して直交に配向されている節点ピックオフ軸６８に沿って配置される。本文書で使用する「駆動軸」と「反節点軸」という用語は互換可能であり、「感知軸」と「節点軸」という用語は互換可能である。本文書で使用する電極に関する「対向配置」という用語は、所与の一対の電極が、軸６２、６４、６６、６８に直交し、環状共振器５２の略中心点であるセンサシステム５０の入力軸７０に対向することを指す。したがって、対向配置されている対をなす電極５４、５６、５８、６０のうちのどの対も、角回転が測定されるセンサシステム５０の入力軸７０を中心としてほぼ対称である。
【００１６】
反節点フォーサ電極５４はそれぞれ同時に駆動軸フォーサ信号ＳＩＧＡＮが供給され、フォーサ信号ＳＩＧＡＮは環状共振器５２の共振周波数（たとえば、約４ｋＨｚ）とほぼ等しい周波数で供給される。それに応答して、反節点フォーサ電極５４は、環状共振器５２に作用する静電力を供給することができる。それに応じて、環状共振器５２は、反節点フォーサ軸６２に沿って略均等かつ対向して反節点フォーサ電極５４に静電的に引きつけられ、反節点ピックオフ軸６４に沿って略均等かつ対向して反節点ピックオフ電極５８から遠ざかるように膨張する。駆動軸フォーサ信号ＳＩＧＡＮの印加に応答する環状共振器５２の状態を、図３の例の１００に示す。
【００１７】
環状共振器５２の弾性特性により、環状共振器５２は共振周波数の約半分の期間、反発することができる。それに応答して、環状共振器５２は、反節点フォーサ軸６２に沿って略均等かつ対向して反節点フォーサ電極５４から離れるように収縮し、図２の例に示される状態で最高速度を達成し、反節点ピックオフ軸６４に沿って略均等かつ対向して反節点ピックオフ電極５８に向かって拡張する。約１８０°の反節点フォーサＳＩＧＡＮの所与の期間における環状共振器５２の反発状態が図３の例の１０２に示される。
【００１８】
反節点ピックオフ電極５８は、駆動軸フォーサ信号ＳＩＧＡＮの期間全体を通じた容量変化に基づき、環状共振器５２の運動を容量的に監視するように構成することができる。よって、駆動軸ピックオフ信号ＰＯＡＮは環状共振器５２の運動の大きさを示し、（たとえば、復調器システム２６を介して）プロセッサ２２に印加し、駆動軸フォーサ信号ＳＩＧＡＮの各期間において環状共振器５２の略一定振幅（すなわち、反節点軸６２に沿ってピーク最大変形）を維持することができる。したがって、駆動軸フォーサ信号ＳＩＧＡＮは静電力を提供し、駆動軸フォーサ信号ＳＩＧＡＮの各期間において環状共振器５２の運動を状態１００と状態１０２の間で交替させることができる。したがって、信号発生器２４は、環状共振器５２の共振周波数と略等しい周波数で、環状共振器５２の略一定の周期的運動を維持することができる。
【００１９】
工程公差の不一致のため、環状共振器５２の製造時、環状共振器５２の周囲に材料が不均等に分散される可能性がある。その結果、環状共振器５２は直交基本弾性軸を呈し、その軸に沿って環状共振器５２は、（たとえば、駆動軸フォーサ信号ＳＩＧＡＮが印加される）環状共振器５２の名目共振周波数に対して略最大および略最小の共振周波数を有する。基本弾性軸は、反節点軸６２、６４および節点軸６６、６８に対して任意に配置することができる。基本弾性軸間の共振周波数の差により、駆動軸フォーサ信号ＳＩＧＡＮの印加に応答する環状共振器５２の周期的運動の間、環状共振器５２に作用する直交位相効果が生じ得る。本文書で使用される「直交位相効果」という用語は、駆動軸フォーサ信号ＳＩＧＡＮの印加に応答する環状共振器５２の周期的運動の間、入力軸を中心とした角速度による運動と９０°位相ずれする節点軸６６および６８に沿った環状共振器５２の運動を指す。
【００２０】
感知軸節点フォースリバランス電極５６にはそれぞれ、環状共振器５２の略共振周波数で感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮが供給される。感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮは直交位相成分と約９０°位相をずらして配置されるバイアス成分と速度成分とを含み、速度成分とバイアス成分は駆動軸フォーサ信号ＳＩＧＡＮとほぼ同位相である。それに応答して、感知軸節点フォースリバランス電極５６は環状共振器５２に作用する静電力を供給して環状共振器５２の再平衡を図り、直交位相効果から生じる運動にほぼ対抗し、入力軸７０を中心としたＣＶＧセンサシステム５０のバイアスおよび回転から生じる運動に対抗することができる。それに応答して、環状共振器５２は、節点フォースリバランス軸６６に沿って略均等かつ対向して感知軸節点フォースリバランス電極５６に引きつけられる。
【００２１】
バイアス、角速度、直交位相効果を略相殺するのに必要なフォースリバランスの大きさは、（たとえば、復調器システム２６を介して）感知軸ピックオフ信号ＰＯＮに基づきプロセッサ２２によって判定することができる。たとえば、節点ピックオフ電極６０は、節点フォースリバランスＳＩＧＮの期間全体を通じた容量の変化に基づき環状共振器５２の運動を容量的に監視するように構成することができる。よって、感知軸ピックオフ信号ＰＯＮは、速度成分が入力軸を中心としたセンサシステム５０のバイアスおよび角回転を示し、直交位相成分が環状共振器５２に作用する直交位相効果の大きさを示すように、バイアスおよび速度成分と直交位相成分を提供するように構成することができる。したがって、節点ピックオフ信号ＰＯＮを（たとえば、復調器システム２６を介して）プロセッサ２２に供給して、バイアス、入力軸７０を中心としたセンサシステム５０の角回転、直交位相効果により生じる運動をほぼ相殺することができる。
【００２２】
図１の例に戻ると、ジャイロスコープコントローラ１４が位相コントローラ２８も含む。上述したように、速度およびバイアス成分と直交位相成分とは相互に約９０°位相ずれしており、速度およびバイアス成分は駆動軸フォーサ信号ＳＩＧＡＮとほぼ同位相である。１つの例として、バイアスおよび速度成分と直交位相成分とは、それぞれ余弦信号と正弦信号を介して変調することができる。しかしながら、正弦および余弦変調のわずかな位相誤差は、直交位相成分と速度成分のクロスカップリングをもたらし、入力軸７０を中心としたセンサシステム５０の角回転速度の測定に関連する誤差を引き起こす場合がある。たとえば、直交位相成分の速度成分へのカップリングは、入力軸７０を中心としたセンサシステム５０の角回転速度の測定の際にバイアス誤差を招く可能性がある。また、速度成分の直交位相成分へのカップリングは、入力軸７０を中心としたセンサシステム５０の角回転速度の測定の際にスケールファクター誤差を招く可能性がある。したがって、位相コントローラ２８は、感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮの直交位相成分とバイアスおよび速度成分の変調位相を調節して、感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮの直交位相成分と速度成分のクロスカップリングを実質的に軽減するように構成することができる。
【００２３】
１つの例として、上述したように、信号発生器２４は、所定の外乱信号成分を感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮの直交位相成分上に変調するように構成することができる。よって、復調器システム２６は、節点ピックオフ信号ＰＯＮを（たとえば、環状共振器１６の共振周波数に相当する周波数で）直交位相成分と速度成分に復調することができる。次いで、復調器システム２６は所定の外乱信号成分がフォースリバランス信号ＳＩＧＮの速度成分に存在するか否かを判定するため、所定の外乱信号の略周波数で速度成分を復調することができる。所定の外乱信号成分がフォースリバランス信号ＳＩＧＮの速度成分で検出される場合、それは感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮの直交位相成分と感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮの速度成分のカップリングを示す。したがって、位相コントローラ２８は、たとえば所定の外乱信号成分が感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮの速度成分に検出されなくなるまで、信号発生器２４を介して感知軸節点フォースリバランスＳＩＧＮを生成する際に直交位相成分と速度成分の変調位相を調節することができる。その結果、直交位相成分と速度成分のクロスカップリングから生じる誤差が実質的に軽減されるように角回転速度ＲＯＴの測定を実行することができる。
【００２４】
図４は、ジャイロスコープコントローラ１５０の１つの例を示す。ジャイロスコープコントローラ１５０は図１の例のジャイロスコープコントローラ１４に対応させることができる。したがって、以下の図４の例の説明では図１ならびに図２および図３の例を参照する。
【００２５】
ジャイロスコープコントローラ１５０は、プロセッサ１５２、信号発生器１５４、復調器システム１５６、位相コントローラ１５８を含む。信号発生器１５４は、反節点ピックオフ信号ＰＯＡＮに基づき第１セットのフォーサ電極（たとえば、フォーサ電極５４）に供給される駆動軸フォーサ信号ＳＩＧＡＮを生成し、節点ピックオフ信号ＰＯＮに基づき第２セットのフォーサ電極（たとえば、フォーサ電極５６）に供給される感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮを生成するように構成されている。図４の例では、信号発生器１５４は第１の発振器１６０と変調器１６２を含む。第１の発振器１６０は、環状共振器（たとえば、環状共振器５２）の共振周波数に略相当する第１の周波数を有する第１の信号ＬＯ１を生成する位相ロックループとして構成されている。したがって、信号発生器１５４は、ピックオフ信号ＰＯＡＮおよびピックオフ信号ＰＯＮに基づき変調器１６２を介してそれぞれ変調される駆動軸フォーサ信号ＳＩＧＡＮと節点フォースリバランス信号ＳＩＧＮの両方を生成するように構成することができる。
【００２６】
信号発生器１５４は、第１の周波数（たとえば、約３００〜５００Ｈｚ）よりも小さな範囲とすることができる第２の周波数（たとえば、ランダム周波数）を有する第２の信号ＬＯ２を生成するように構成された第２の発振器１６４をさらに含む。第２の周波数は所定の外乱信号成分の周波数に対応させることができる。１つの例として、感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮはバイアスおよび速度成分と直交位相成分とを含むことができる。よって、変調器１６２は、第１の信号ＬＯ１での変調前に第２の信号ＬＯ２で直交位相成分を変調するように構成することもできる。したがって、直交位相成分はまず第２の信号ＬＯ２で変調し、次いで変調された直交位相成分を第１の信号ＬＯ１で変調することができる。１つの例として、変調された直交位相成分は第１の信号ＬＯ１に基づき正弦信号によって変調し、速度成分は第１の信号ＬＯ１に基づき余弦信号によって変調することで、変調された速度成分と変調された直交位相成分とはたがいに約９０°位相ずれし、速度成分は駆動軸フォーサ信号ＳＩＧＡＮと略同位相となる。信号発生器１５４は、たとえば合計された信号をデジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）で変換して電圧信号として感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮをデジタル的に提供する前に、変調された速度成分と二度変調された直交位相成分とを追加することによって感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮを生成するように構成することができる。
【００２７】
復調器システム１５６は、たとえば反節点ピックオフ電極５８から駆動軸ピックオフ信号ＰＯＡＮを、たとえば節点ピックオフ電極６０から感知軸ピックオフ信号ＰＯＮを受信するように構成することができる。復調器システム１５６は、第１の信号ＬＯ１を介して駆動軸ピックオフ信号ＰＯＡＮと感知軸ピックオフ信号ＰＯＮを復調するように構成された第１の復調器１６６を含む。よって、駆動軸ピックオフ信号ＰＯＡＮと感知軸ピックオフ信号ＰＯＮはそれぞれ、環状共振器の共振周波数と略等しい周波数で別々に復調される。第１の復調器１６６は、速度成分ＤＰＯＮ＿Ｒと直交位相成分ＤＰＯＮ＿Ｑの２つのピックオフ信号成分によって形成される復調された駆動軸ピックオフ信号ＤＰＯＡＮおよび中間信号（intermediate signal）を供給するように構成されている。１つの例として、感知軸ピックオフ信号ＰＯＮは第１の信号ＬＯ１に基づき余弦信号によって復調して速度成分ＤＰＯＮ＿Ｒを供給し、第１の信号ＬＯ１に基づき正弦信号によって復調して直交位相成分ＤＰＯＮ＿Ｑを供給することができる。したがって、速度成分ＤＰＯＮ＿Ｒと直交位相成分ＤＰＯＮ＿Ｑは感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮの速度成分と直交位相成分にそれぞれ対応させることができる。
【００２８】
プロセッサ１５２は、復調された駆動軸ピックオフ信号ＤＰＯＡＮならびに速度成分ＤＰＯＮ＿Ｒおよび直交位相成分ＤＰＯＮ＿Ｑも受信するように構成されている。それに応答して、プロセッサ１５２は、一組の一以上の信号ＳＲＶとして示される、環状共振器のフォースリバランスに関する指示を生成するように構成されている。信号ＳＲＶは（たとえば、復調された駆動軸ピックオフ信号ＤＰＯＡＮを介して）駆動軸フォーサ信号ＳＩＧＡＮの振幅に関するデータを提供することができるため、信号発生器１５４は信号ＳＲＶに基づき駆動軸フォーサ信号ＳＩＧＡＮを生成するように構成することができる。別の例として、信号ＳＲＶは、センサシステム（たとえば、速度成分ＤＰＯＮ＿Ｒを介してセンサシステム５０）の角回転から生じる環状共振器の変形、および／または（たとえば、直交位相成分ＤＰＯＮ＿Ｑを介して）直交位相効果から生じる環状共振器の変形を略無効にするのに必要なフォースリバランスの大きさに関するデータを提供することができるため、信号発生器１５４は信号ＳＲＶに基づき感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮを生成するように構成することができる。また、プロセッサ１５２は速度成分ＤＰＯＮ＿Ｒに基づきセンサシステムの角回転速度を算出して、センサシステムのバイアスおよび角回転速度に対応する信号ＲＯＴを生成するように構成することができる。
【００２９】
復調器システム１５６は、第２の信号ＬＯ２を介して速度成分ＤＰＯＮ＿Ｒを復調するように構成された第２の復調器１６８も含む。よって、速度成分ＤＰＯＮ＿Ｒは、所定の外乱信号成分の周波数と略等しい周波数で復調される。第２の復調器１６８は、位相コントローラ１５８に供給される復調された速度成分ピックオフ信号ＤＤＰＯＮ＿Ｒを供給するように構成されている。位相コントローラ１５８は、復調された速度成分ピックオフ信号ＤＤＰＯＮ＿Ｒがたとえば感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮの速度成分と直交位相成分のクロスカップリングを示す所定の外乱信号成分を含むか否かを検出するように構成することができる。１つの例として、復調された速度成分ピックオフ信号ＤＤＰＯＮ＿Ｒは、感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮの速度成分と直交位相成分に関して位相誤差の極性を示す極性を含むことができる。したがって、復調された速度成分ピックオフ信号ＤＤＰＯＮ＿Ｒ内の所定の外乱信号成分の存在の検出に応答して、位相コントローラ１５８は位相誤差の極性を示す信号ＰＨＳを信号発生器１５４に供給するように構成することができる。その結果、信号発生器１５４は、復調された速度成分ピックオフ信号ＤＤＰＯＮ＿Ｒの極性に基づき感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮの速度成分と直交位相成分の変調位相に対して直交位相成分の位相を正方向または負方向に徐々に調節するように構成することができる。よって、位相コントローラ１５８は、所定の外乱信号成分が復調された速度成分ピックオフ信号ＤＤＰＯＮ＿Ｒにおいて検出されるまで、速度成分に対する直交位相成分の位相を反復的に補正することができる。また、位相コントローラ１５８が復調された速度成分ピックオフ信号ＤＤＰＯＮ＿Ｒ内に所定の外乱信号成分を検出しないことに応答して、位相コントローラ１５８は直交位相成分と速度成分の変調位相を維持し、たとえば、信号ＲＯＴによって供給されるセンサシステムの角回転速度の測定誤差を実質的に軽減することができる。
【００３０】
上述の構造上および機能上の特徴を考慮して、本発明の各種側面にかかる方法は図５を参照することでよりよく認識されるであろう。説明の簡易化のため、図５の方法は連続的に実行されるように図示および説明しているが、本発明に係る他の側面では本文書に図示および説明される順番と異なる順番で実行する、および／または同時に実行することができるため、本発明は図示される順番に限定されないと理解すべきである。さらに、本発明の１側面にかかる方法を実行するのに必ずしもすべての例示の特徴が必要であるとは限らない。
【００３１】
図５は、ＣＶＧシステム（たとえば、ＣＶＧシステム１０）におけるバイアスおよびスケールファクター誤差を実質的に軽減する方法２００の１つの例を示す。２０２で、駆動軸フォーサ信号（たとえば、駆動軸フォーサ信号ＳＩＧＡＮ）が第１セットの電極（たとえば、電極５８）を介して供給される駆動軸ピックオフ信号（たとえば、駆動軸ピックオフ信号ＰＯＡＮ）に基づき生成される。２０４で、駆動軸フォーサ信号が第１セットの電極（たとえば、電極５４）に供給されて、共振器（たとえば、環状共振器１６）に略周期的運動を静電的に強制する。２０６で、感知軸フォースリバランス信号（たとえば、感知軸フォースリバランス信号ＳＩＧＮ）が第２セットの電極（たとえば、電極６０）を介して供給される感知軸ピックオフ信号（たとえば、感知軸ピックオフ信号ＰＯＮ）に基づき生成され、感知軸フォースリバランス信号は直交位相成分、バイアス成分、速度成分、所定の外乱信号成分を含む。２０８で、感知軸フォースリバランス信号が第２セットの電極（たとえば、電極５６）に供給されて、バイアス、直交位相効果、ＣＶＧシステムの角回転に基づいて略周期的運動の変形を静電的にフォースリバランスする。２１０で、ＣＶＧの入力軸を中心とした角回転速度が感知軸ピックオフ信号の速度成分に基づき判定される。２１２で、感知軸フォースリバランス信号の直交位相成分と速度成分の変調位相が、感知軸ピックオフ信号（たとえば、位相コントローラ１６８）における速度成分の所定の外乱信号成分の検出に基づき制御される。
【００３２】
上記の内容は本発明の例である。当然ながら、本発明を説明するために成分または方法の考え得る組み合わせをすべて挙げることはできないが、当業者であれば、本発明の他の組み合わせまたは変更を多数認識するであろう。したがって、本発明は、添付の請求項の趣旨と範囲に属するすべての変更、修正、変形を包含することが意図される。
【外国語明細書】
2016156810000001.pdf