包括引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)的微機(jī)械陀螺儀的制作方法
【專利摘要】在此披露了一種陀螺儀。該陀螺儀包括一個(gè)基底；以及一個(gè)引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)。該引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)包括質(zhì)量塊及引導(dǎo)臂。該質(zhì)量塊及該引導(dǎo)臂置于一個(gè)與該基底平行的平面內(nèi)。該質(zhì)量塊耦聯(lián)到該引導(dǎo)臂。該引導(dǎo)臂還通過(guò)一個(gè)彈簧耦聯(lián)到該基底。該引導(dǎo)臂允許該質(zhì)量塊在該平面內(nèi)向一個(gè)第一方向的運(yùn)動(dòng)。該引導(dǎo)臂及該質(zhì)量塊繞一個(gè)第一傳感軸旋轉(zhuǎn)。該第一傳感軸在該平面內(nèi)并且與該第一方向平行。該陀螺儀包括一個(gè)用于在該第一方向上振動(dòng)該質(zhì)量塊的致動(dòng)器。該陀螺儀還包括一個(gè)換能器，該換能器用于響應(yīng)于繞一個(gè)在該平面內(nèi)的并且與該第一方向正交的第一輸入軸的角速度來(lái)感測(cè)該質(zhì)量塊垂直于該平面的運(yùn)動(dòng)。
【專利說(shuō)明】包括引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)的微機(jī)械陀螺儀
發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明總體上涉及角速度傳感器并且更具體地涉及包括引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)的角速度傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]角速度的感測(cè)通常是使用振動(dòng)速率陀螺儀來(lái)進(jìn)行的。振動(dòng)速率陀螺儀普遍上是通過(guò)將傳感器驅(qū)動(dòng)進(jìn)入一個(gè)第一運(yùn)動(dòng)并且響應(yīng)于該第一運(yùn)動(dòng)及待感測(cè)的角速度二者來(lái)測(cè)量該傳感器的一個(gè)第二運(yùn)動(dòng)來(lái)發(fā)揮作用的。
[0003]通常，該傳感器內(nèi)的質(zhì)量(通常稱作質(zhì)量塊)由一個(gè)致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)進(jìn)入振蕩。該傳感器的旋轉(zhuǎn)將科里奧利力傳到與該角速度(或旋轉(zhuǎn)速率)成比例的振蕩質(zhì)量，并且取決于相對(duì)于該質(zhì)量塊的速度矢量的角速度矢量的定向?？评飱W利力、角速度矢量以及質(zhì)量塊速度矢量是相互正交的。例如，一個(gè)在繞Y軸旋轉(zhuǎn)的傳感器內(nèi)在X方向上運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量塊體驗(yàn)到的是Z指向的科里奧利力。類似地，一個(gè)在繞Z軸旋轉(zhuǎn)的傳感器內(nèi)在X方向上運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量塊體驗(yàn)到的是Y指向的科里奧利力。最后，一個(gè)在繞X軸旋轉(zhuǎn)的傳感器內(nèi)在X方向上運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量塊未體驗(yàn)到科里奧利力。傳到該質(zhì)量塊的科里奧利力通常是通過(guò)測(cè)量該傳感器內(nèi)響應(yīng)于這些科里奧利力的運(yùn)動(dòng)來(lái)間接感測(cè)的。
[0004]感測(cè)繞一個(gè)平面內(nèi)軸(如X軸或Y軸)的角速度的常規(guī)陀螺儀可被驅(qū)動(dòng)出平面，并且科里奧利響應(yīng)是在平面內(nèi)感測(cè)的，或者反之亦然。平面外驅(qū)動(dòng)傾向于比平面內(nèi)驅(qū)動(dòng)更為低效，要求額外的制作步驟，并且受到非線性限制。例如，將該質(zhì)量塊驅(qū)動(dòng)出平面外可能要求該質(zhì)量塊下面有一個(gè)大的垂直間隙或空腔，以提供足夠的空間供該質(zhì)量塊振蕩。在該質(zhì)量塊下方形成一個(gè)空腔要求額外的制作步驟并且增加了成本。通常，平行電鍍型的靜電致動(dòng)器被用來(lái)將該質(zhì)量塊驅(qū)動(dòng)出平面外。這些致動(dòng)器在該質(zhì)量塊與該基底之間形成。靜電力取決于該質(zhì)量塊與該基底之間的間隙。由于該質(zhì)量塊在平面外振蕩，該靜電力是非線性的，這傾向于限制裝置的性能。此外，由于在該質(zhì)量塊下方具有大的垂直間隙或空腔的要求，該靜電力被減弱。實(shí)現(xiàn)大的幅值振蕩要求強(qiáng)大的力并且可能要求高電壓致動(dòng)。添加高壓致動(dòng)增加了制作成本以及集成電路的復(fù)雜性。
[0005]此外，常規(guī)多軸陀螺儀可以使用以獨(dú)立頻率振蕩的多個(gè)結(jié)構(gòu)，以感測(cè)角速率。每個(gè)結(jié)構(gòu)要求一個(gè)單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)電路來(lái)振蕩對(duì)應(yīng)的質(zhì)量塊。具有不止一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路增加了成本和功耗。
[0006]相應(yīng)地，期望的是提供一種克服上述問(wèn)題的系統(tǒng)及方法。本發(fā)明解決了此需求。 發(fā)明概述
[0007]披露了一種陀螺儀。在一個(gè)實(shí)施例中，該陀螺儀包括一個(gè)基底；以及一個(gè)引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)。該引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)包括至少一個(gè)質(zhì)量塊以及至少一個(gè)引導(dǎo)臂。該至少一個(gè)質(zhì)量塊及該至少一個(gè)引導(dǎo)臂置于一個(gè)與該基底平行的平面內(nèi)。該至少一個(gè)質(zhì)量塊耦聯(lián)到該至少一個(gè)引導(dǎo)臂。
[0008]該至少一個(gè)引導(dǎo)臂還通過(guò)至少一個(gè)彈簧耦聯(lián)到該基底。該至少一個(gè)引導(dǎo)臂允許該至少一個(gè)質(zhì)量塊在該平面內(nèi)的一個(gè)第一方向上的運(yùn)動(dòng)。該至少一個(gè)引導(dǎo)臂及該至少一個(gè)質(zhì)量塊繞一個(gè)第一傳感軸旋轉(zhuǎn)。該第一傳感軸在該平面內(nèi)并且與該第一方向平行。
[0009]該陀螺儀包括一個(gè)致動(dòng)器，該致動(dòng)器用于在該第一方向上振動(dòng)該至少一個(gè)質(zhì)量塊。該陀螺儀還包括一個(gè)換能器，該換能器用于響應(yīng)于繞一個(gè)該平面內(nèi)的并且與該第一方向正交的第一輸入軸的角速度來(lái)感測(cè)該至少一個(gè)質(zhì)量塊垂直于該平面的運(yùn)動(dòng)。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一種方法及系統(tǒng)提供了 一種以一個(gè)頻率振蕩的機(jī)械結(jié)構(gòu)并且能夠感測(cè)繞多個(gè)軸的角速率。一個(gè)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)僅要求一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路,這降低了成本和功率。本發(fā)明的其他方面及優(yōu)點(diǎn)將在下面的詳細(xì)描述中變得更加明顯，連同附圖通過(guò)示例的方式展示本發(fā)明的原理。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明
[0011]圖1A至圖1C展示了根據(jù)本發(fā)明的一種包括引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)的陀螺儀的實(shí)施例。
[0012]圖2展示了根據(jù)本發(fā)明的一種包括對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)的陀螺儀的實(shí)施例。
[0013]圖3展示了根據(jù)本發(fā)明的一種包括平衡引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)的陀螺儀的實(shí)施例。
[0014]圖4展示了根據(jù)本發(fā)明的一種包括減壓引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)的陀螺儀的實(shí)施例。
[0015]圖5展示了根據(jù)本發(fā)明的一種包括引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)的雙軸陀螺儀的第一實(shí)施例。
[0016]圖6展示了根據(jù)本發(fā)明的一種包括引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)的雙軸陀螺儀的第二實(shí)施例。
[0017]圖7展示了根據(jù)本發(fā)明的一種包括引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)的雙軸陀螺儀的第三實(shí)施例。
[0018]圖8展示了根據(jù)本發(fā)明的一種包括引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)的三軸陀螺儀的實(shí)施例。
[0019]圖9展示了根據(jù)本發(fā)明的一種包括平衡引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)的雙軸陀螺儀的第一實(shí)施例。
[0020]圖10展示了根據(jù)本發(fā)明的一種包括平衡引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)的雙軸陀螺儀的第二實(shí)施例。
[0021]圖11展示了根據(jù)本發(fā)明的一種包括多引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)的三軸陀螺儀的第一實(shí)施例。
[0022]圖12A至圖12E展示了根據(jù)本發(fā)明的一種包括減壓多引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)的三軸陀螺儀的第二實(shí)施例。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說(shuō)明
[0023]本發(fā)明總體上涉及角速度傳感器并且更具體地涉及具有至少一個(gè)質(zhì)量塊的平面內(nèi)角速度傳感器。以下描述被展示為使得本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠制作和使用本發(fā)明，并且提供在專利申請(qǐng)及其要求的背景中。對(duì)優(yōu)選實(shí)施例以及在此描述的通用原理及特征作出的各種修改對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是非常明顯的。因此，本發(fā)明并非旨在限定于所示實(shí)施例，而是要符合與在此描述的原理和特征相一致的最廣泛范圍。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的一種方法及系統(tǒng)提供了一種作為陀螺儀的一部分的引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)，該陀螺儀以一個(gè)頻率振蕩并且能夠感測(cè)繞多個(gè)軸的角速率。一個(gè)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)僅要求一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，這降低了成本和功率。為了更加詳細(xì)地描述本發(fā)明的特征，現(xiàn)在結(jié)合附圖參照以下描述。
[0025]圖1A展示了根據(jù)本發(fā)明的一種包括引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)100的陀螺儀的實(shí)施例。該引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)100放置在一個(gè)與一個(gè)基底101平行的X-Y平面內(nèi)。Z方向垂直于該X-Y平面。該引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)100包括引導(dǎo)臂104a及104b，這些引導(dǎo)臂通過(guò)彈簧108a及108b撓性地通過(guò)至少一個(gè)錨點(diǎn)106a耦聯(lián)到該基底101。這兩個(gè)引導(dǎo)臂104a及104b通過(guò)彈簧103a及103b撓性地耦聯(lián)到一個(gè)滾動(dòng)質(zhì)量塊102a。
[0026]該滾動(dòng)質(zhì)量塊102a、引導(dǎo)臂104a及104b、錨點(diǎn)106a、以及彈簧103a、103b、108a及108b形成一個(gè)平面的四連桿結(jié)構(gòu)。每個(gè)彈簧103a、103b、108a及108b都在Z方向上繞一個(gè)軸在平面內(nèi)順應(yīng)，以便每個(gè)引導(dǎo)臂104a及104b可以在質(zhì)量塊102a在X方向上平移時(shí)在平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，如圖1B所示。
[0027]彈簧108a及108b在X方向上繞一個(gè)第一滾動(dòng)傳感軸順應(yīng)，以便引導(dǎo)臂104a及104b可以旋轉(zhuǎn)出平面。彈簧103a及103b在Z方向上是剛性的，由此引導(dǎo)臂104a及104b的平面外旋轉(zhuǎn)使得滾動(dòng)質(zhì)量塊102a隨著引導(dǎo)臂104a及104b平面外運(yùn)動(dòng)，如圖1C所示。
[0028]靜電致動(dòng)器(如梳狀驅(qū)動(dòng)器109a及109b)連接到滾動(dòng)質(zhì)量塊102a以驅(qū)動(dòng)引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)100。在本實(shí)施例中使用了兩個(gè)靜電致動(dòng)器。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員容易地認(rèn)識(shí)到可以提供一個(gè)靜電致動(dòng)器并且使用一個(gè)靜電致動(dòng)器將在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。此外，雖然靜電致動(dòng)器將在本說(shuō)明書中被描述為用于驅(qū)動(dòng)引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)的致動(dòng)器，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到各種各樣的致動(dòng)器可以用于此功能并且此使用將在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。例如，這些致動(dòng)器可以是壓電的、熱的、或電磁的等。
[0029]引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)100可以由耦聯(lián)到致動(dòng)器109a及109b的一個(gè)單一驅(qū)動(dòng)電路以一個(gè)驅(qū)動(dòng)頻率驅(qū)動(dòng)。該驅(qū)動(dòng)頻率可以是引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)100的諧振頻率。當(dāng)引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)100被驅(qū)動(dòng)時(shí)，引導(dǎo)臂104a及104b平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，并且滾動(dòng)質(zhì)量塊102a在X方向上平面內(nèi)平移，如圖1B所示。在該基底的平面內(nèi)并且與X方向正交的Y方向上繞一個(gè)滾動(dòng)輸入軸的角速度將使得科里奧利力在Z方向上作用于滾動(dòng)質(zhì)量塊102a?？评飱W利力使得引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)100繞該第一滾動(dòng)傳感軸平面外旋轉(zhuǎn)。當(dāng)引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)100平面外旋轉(zhuǎn)時(shí)，引導(dǎo)臂104a及104b以及滾動(dòng)質(zhì)量塊102a繞該第一滾動(dòng)傳感軸平面外旋轉(zhuǎn)，如圖1C所示。引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)100的旋轉(zhuǎn)的幅度與繞該滾動(dòng)輸入軸的角速度成比例。滾動(dòng)質(zhì)量塊102a下方的換能器112a被用來(lái)檢測(cè)該引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)100繞該第一滾動(dòng)傳感軸的旋轉(zhuǎn)。此旋轉(zhuǎn)提供了對(duì)繞該滾動(dòng)輸入軸的角速度的測(cè)量。本發(fā)明中可以使用各種類型的換能器。例如，換能器112a可以是電容的、壓電的、或光學(xué)的等，并且其使用將在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
[0030]圖2展示了根據(jù)本發(fā)明的一種包括對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)200的陀螺儀的實(shí)施例。該對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)200包括與引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)100類似的元件和連接，并且這些元件和連接具有類似的參考號(hào)。對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)200包括一個(gè)通過(guò)彈簧103c及103d耦聯(lián)到引導(dǎo)臂104a及104b的附加滾動(dòng)質(zhì)量塊102b。引導(dǎo)臂104a及104b、滾動(dòng)質(zhì)量塊102a及102b、以及耦聯(lián)彈簧103a-d形成一個(gè)平面四連桿結(jié)構(gòu)。附加靜電致動(dòng)器109c及109d連接到附加滾動(dòng)質(zhì)量塊102b，以驅(qū)動(dòng)對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)200。
[0031]對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)200可由一個(gè)耦聯(lián)到致動(dòng)器109a_d的單一驅(qū)動(dòng)電路以一個(gè)驅(qū)動(dòng)頻率驅(qū)動(dòng)。當(dāng)引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)200被驅(qū)動(dòng)時(shí)，引導(dǎo)臂104a及104b各自在Z方向上繞不同的軸平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，并且滾動(dòng)質(zhì)量塊102a及102b沿X方向反相平移。在本說(shuō)明書中，反相是指以相反的方向，而同相是指以相同的方向。繞該滾動(dòng)輸入軸的角速度將使得科里奧利力在Z方向上反相作用于滾動(dòng)質(zhì)量塊102a及102b。這些科里奧利力使得引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)200繞該第一滾動(dòng)傳感軸平面外旋轉(zhuǎn)。當(dāng)引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)200平面外旋轉(zhuǎn)時(shí)，引導(dǎo)臂104a及104b繞該第一滾動(dòng)傳感軸旋轉(zhuǎn)，并且滾動(dòng)質(zhì)量塊102a及102b被引導(dǎo)臂104a及104b驅(qū)使進(jìn)行平面外反相運(yùn)動(dòng)。滾動(dòng)質(zhì)量塊102a及102b下方的換能器112a及112b分別用來(lái)檢測(cè)引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)200繞該第一滾動(dòng)傳感軸的旋轉(zhuǎn)。此旋轉(zhuǎn)提供了對(duì)繞該滾動(dòng)輸入軸的角速度的測(cè)量。
[0032]圖3展示了根據(jù)本發(fā)明的一種包括平衡引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)300的陀螺儀的實(shí)施例。該平衡引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)300包括由耦聯(lián)彈簧302a耦聯(lián)在一起的兩個(gè)對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)200a及200bο安排這兩個(gè)對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng),從而使得滾動(dòng)質(zhì)量塊102a_d都在X方向上運(yùn)動(dòng)。對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)200a繞一個(gè)第一滾動(dòng)傳感軸平面外旋轉(zhuǎn)。對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)200b繞一個(gè)平面內(nèi)的并且平行于該第一滾動(dòng)傳感軸的第二滾動(dòng)傳感軸進(jìn)行平面外旋轉(zhuǎn)。耦聯(lián)彈簧302a連接到滾動(dòng)質(zhì)量塊102b及102c。耦聯(lián)彈簧302a在X方向上是剛性的，以便滾動(dòng)質(zhì)量塊102b及102c在X方向上一起運(yùn)動(dòng)。這樣以這種方式,這兩個(gè)對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)200a及200b被一個(gè)耦聯(lián)到致動(dòng)器109a-h的單一驅(qū)動(dòng)電路以一個(gè)驅(qū)動(dòng)頻率一起驅(qū)動(dòng)。耦聯(lián)彈簧302a在X方向上繞一個(gè)軸扭轉(zhuǎn)地順應(yīng)，從而使得對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)200a及200b可以繞該第一及第二滾動(dòng)傳感軸進(jìn)行平面外反相旋轉(zhuǎn)。耦聯(lián)彈簧302a在Z方向上是剛性的，這阻止了對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)200a及200b進(jìn)行平面外同相旋轉(zhuǎn)。
[0033]平衡引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)300允許對(duì)于繞該滾動(dòng)輸入軸的角速度敏感并且抑制在X方向上繞一個(gè)X輸入軸的角加速度的一個(gè)陀螺儀。繞該滾動(dòng)輸入軸的角速度使得科里奧利力在正和負(fù)Z方向上作用于滾動(dòng)質(zhì)量塊102a-d。這些科里奧利力使得對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)200a及200b繞該第一及第二滾動(dòng)傳感軸進(jìn)行平面外反相旋轉(zhuǎn)。滾動(dòng)質(zhì)量塊102a-d下方的換能器112a_c用來(lái)檢測(cè)對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)200a及200b繞該第一及第二滾動(dòng)傳感軸的旋轉(zhuǎn)。
[0034]外部施加的繞該X輸入軸的角加速度將在對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)200a及200b上產(chǎn)生同相慣性扭矩。然而，這些對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)不進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，因?yàn)轳盥?lián)彈簧302a阻止繞該第一及第二滾動(dòng)傳感軸的同相旋轉(zhuǎn)?？梢赃B接換能器112a及112c，以便不檢測(cè)對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)200a及200b的同相旋轉(zhuǎn)，這提供了對(duì)繞該X輸入軸的外部施加的角加速度的額外抑制。
[0035]圖4展示了根據(jù)本發(fā)明的一種包括減壓引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)400的陀螺儀的實(shí)施例。該減壓引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)400包括一個(gè)耦聯(lián)到減壓框架402的對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)200。該減壓框架402通過(guò)彈簧108a及108b連接到引導(dǎo)臂104a及104b并且環(huán)繞著對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)200。減壓框架402包括兩個(gè)減壓框架構(gòu)件404a及404b，它們分別通過(guò)減壓彈簧408a_d耦聯(lián)到錨點(diǎn)406a及406b。減壓構(gòu)件404a及404b還可以是撓性的。
[0036]由于熱應(yīng)力、封裝壓力、或其他外部施加的壓力，錨點(diǎn)406a及406b可能體驗(yàn)到如平移、擴(kuò)張、剪切的運(yùn)動(dòng)。錨點(diǎn)運(yùn)動(dòng)可在該對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)上引起壓力，如張力，導(dǎo)致如改變硬度和諧振頻率的錯(cuò)誤；錨點(diǎn)運(yùn)動(dòng)還可引起該對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)的多余運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致錯(cuò)誤。減壓框架402減少了對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)200的壓力和多余運(yùn)動(dòng)。
[0037]圖5展示了根據(jù)本發(fā)明的一種包括引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)500的雙軸陀螺儀的實(shí)施例。該引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)500包括一個(gè)稱聯(lián)到一個(gè)偏航質(zhì)量塊518a的引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)100。該偏航質(zhì)量塊518a通過(guò)偏航彈簧520a-d撓性地連接到滾動(dòng)質(zhì)量塊102a。偏航彈簧520a_d在X方向上是剛性的，這樣使得當(dāng)該引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)被驅(qū)動(dòng)時(shí)，偏航質(zhì)量塊518a也在X方向上隨滾動(dòng)質(zhì)量塊102a平移。
[0038]Z方向上繞一個(gè)偏航輸入軸的角速度將使得科里奧利力在Y方向上作用于偏航質(zhì)量塊518a，導(dǎo)致偏航質(zhì)量塊518a在Y方向上的運(yùn)動(dòng)。換能器522a用于感測(cè)偏航質(zhì)量塊518a在Y方向上的運(yùn)動(dòng)，這提供了對(duì)繞該偏航輸入軸的角速度的測(cè)量。
[0039]圖6展示了根據(jù)本發(fā)明的一種包括引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)600的雙軸陀螺儀的第二實(shí)施例，該引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)被一個(gè)減壓框架402環(huán)繞。該引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)600包括一個(gè)耦聯(lián)到一個(gè)傾斜質(zhì)量塊650a的對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)200。該減壓框架402通過(guò)彈簧108a及108b連接到引導(dǎo)臂104a及104b并且環(huán)繞著對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)200。
[0040]該傾斜質(zhì)量塊650a通過(guò)彈簧652a及652b撓性地連接到兩個(gè)滾動(dòng)質(zhì)量塊102a及102b。彈簧652a及652b扭轉(zhuǎn)地順應(yīng)，以便傾斜質(zhì)量塊650a可以在Y方向上繞一個(gè)傾斜傳感軸平面外旋轉(zhuǎn)。彈簧652a及652b平面內(nèi)順應(yīng)，以便當(dāng)滾動(dòng)質(zhì)量塊102a及102b在X方向上被反相驅(qū)動(dòng)時(shí)，傾斜質(zhì)量塊650a在Z方向上繞一個(gè)軸平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
[0041]繞該傾斜輸入軸的角速度將使得科里奧利力作用于傾斜質(zhì)量塊650a，導(dǎo)致一個(gè)繞該傾斜傳感軸旋轉(zhuǎn)傾斜質(zhì)量塊650a的扭矩。傾斜質(zhì)量塊650a的旋轉(zhuǎn)的幅度與繞該傾斜輸入軸的角速度成比例。換能器660a及660b在傾斜質(zhì)量塊650a下方沿X方向置于相對(duì)面，并且檢測(cè)該傾斜質(zhì)量塊繞該傾斜傳感軸的旋轉(zhuǎn)。此旋轉(zhuǎn)提供了對(duì)繞該傾斜輸入軸的角速度的測(cè)量。
[0042]圖7展示了根據(jù)本發(fā)明的一種包括引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)700的雙軸陀螺儀的第三實(shí)施例。該引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)700包括一個(gè)稱聯(lián)到兩個(gè)偏航質(zhì)量塊518a及518b的對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)200。偏航質(zhì)量塊518a及518b分別通過(guò)彈簧520a_d及520e_h撓性地連接到滾動(dòng)質(zhì)量塊102a及102b。當(dāng)引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)700被驅(qū)動(dòng)時(shí)，偏航質(zhì)量塊518a及518b還在X方向上反相平移。
[0043]繞該偏航輸入軸的角速度將使得科里奧利力作用于偏航質(zhì)量塊518a及518b,導(dǎo)致偏航質(zhì)量塊518a及518b沿Y方向反相運(yùn)動(dòng)。這些偏航質(zhì)量塊沿Y方向的運(yùn)動(dòng)的幅度與該角速度成比例。換能器522a及522b用來(lái)感測(cè)對(duì)應(yīng)的偏航質(zhì)量塊518a及518b沿Y方向的運(yùn)動(dòng)。
[0044]圖8展示了根據(jù)本發(fā)明的一種包括引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)800的三軸陀螺儀的實(shí)施例，該引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)被一個(gè)減壓框架402環(huán)繞。該引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)800包括一個(gè)耦聯(lián)到兩個(gè)偏航質(zhì)量塊518a及518b的引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)600。該減壓框架402通過(guò)彈簧108a及108b連接到引導(dǎo)臂104a及104b并且環(huán)繞著對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)200。偏航質(zhì)量塊518a及518b分別通過(guò)彈簧520a-d及520e-h撓性地連接到滾動(dòng)質(zhì)量塊102a及102b。當(dāng)引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)800被驅(qū)動(dòng)時(shí)，偏航質(zhì)量塊518a及518b還在X方向上反相平移。
[0045]繞該滾動(dòng)輸入軸的角速度將導(dǎo)致科里奧利力在Z方向上反相作用于滾動(dòng)質(zhì)量塊102a及102b上。這些科里奧利力使得引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)800繞該第一滾動(dòng)傳感軸平面外旋轉(zhuǎn)。當(dāng)引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)800平面外旋轉(zhuǎn)時(shí)，引導(dǎo)臂104a及104b繞該第一滾動(dòng)傳感軸旋轉(zhuǎn)，并且滾動(dòng)質(zhì)量塊102a及102b被引導(dǎo)臂104a及104b驅(qū)使進(jìn)行平面外反相運(yùn)動(dòng)。滾動(dòng)質(zhì)量塊102a及102b下方的換能器112a及112b分別用來(lái)檢測(cè)引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)800繞該第一滾動(dòng)傳感軸的旋轉(zhuǎn)。此旋轉(zhuǎn)提供了對(duì)繞該滾動(dòng)輸入軸的角速度的測(cè)量。
[0046]繞該傾斜輸入軸的角速度將使得科里奧利力作用于傾斜質(zhì)量塊650a，導(dǎo)致一個(gè)繞該傾斜傳感軸旋轉(zhuǎn)傾斜質(zhì)量塊650a的扭矩。傾斜質(zhì)量塊650a的旋轉(zhuǎn)的幅度與繞該傾斜輸入軸的角速度成比例。換能器660a及660b在傾斜質(zhì)量塊650a下方沿X方向置于相對(duì)面，并且檢測(cè)該傾斜質(zhì)量塊繞該傾斜傳感軸的旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)提供了對(duì)繞該傾斜輸入軸的角速度的測(cè)量。
[0047]繞該偏航輸入軸的角速度將使得科里奧利力作用于偏航質(zhì)量塊518a及518b，導(dǎo)致偏航質(zhì)量塊518a及518b沿Y方向反相運(yùn)動(dòng)。這些偏航質(zhì)量塊沿Y方向的運(yùn)動(dòng)的幅度與該角速度成比例。換能器522a及522b用來(lái)感測(cè)對(duì)應(yīng)的偏航質(zhì)量塊518a及518b沿Y方向的運(yùn)動(dòng)。
[0048]圖9展示了根據(jù)本發(fā)明的一種包括平衡引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)900的雙軸陀螺儀的實(shí)施例。該引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)900包括由耦聯(lián)彈簧302a耦聯(lián)在一起的兩個(gè)引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)600a及600b。引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)600a及600b通過(guò)彈簧108a_d連接到錨點(diǎn)106a_d。在另一個(gè)實(shí)施例中，引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)600a及600b可以通過(guò)彈簧108a-d耦聯(lián)到減壓框架402。
[0049]對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)600a繞一個(gè)第一滾動(dòng)傳感軸平面外旋轉(zhuǎn)。對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)600b繞一個(gè)平面內(nèi)的并且與該第一滾動(dòng)傳感軸平行的第二滾動(dòng)傳感軸平面外旋轉(zhuǎn)。耦聯(lián)彈簧302a連接到滾動(dòng)質(zhì)量塊102b及102c。耦聯(lián)彈簧302a繞一個(gè)軸在X方向上扭轉(zhuǎn)地順應(yīng)，以便對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)600a及600b可以繞該第一及第二滾動(dòng)傳感軸進(jìn)行平面外反相旋轉(zhuǎn)。耦聯(lián)彈簧302a在Z方向上是剛性的，這阻止了對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)600a及600b進(jìn)行平面外同相旋轉(zhuǎn)。傾斜質(zhì)量塊650a及650b通過(guò)彈簧652a_d各自撓性地連接到其對(duì)應(yīng)的四個(gè)滾動(dòng)質(zhì)量塊102a-102d。彈簧652a及652b扭轉(zhuǎn)地順應(yīng)，以便傾斜質(zhì)量塊650a可以在Y方向上繞一個(gè)第一傾斜傳感軸平面外旋轉(zhuǎn)，并且彈簧652c及652d扭轉(zhuǎn)地順應(yīng)，以便傾斜質(zhì)量塊650b可以在Y方向上繞一個(gè)第二傾斜傳感軸平面外旋轉(zhuǎn)。
[0050]安排了兩個(gè)對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)600a及600b，從而使得滾動(dòng)質(zhì)量塊102a_d都在X方向上運(yùn)動(dòng)。耦聯(lián)彈簧302a在X方向上是剛性的，以便滾動(dòng)質(zhì)量塊102b及102c在X方向上一起運(yùn)動(dòng)。滾動(dòng)質(zhì)量塊102a及102d在滾動(dòng)質(zhì)量塊102b及102c的對(duì)立面運(yùn)動(dòng)。彈簧652a-d平面內(nèi)順應(yīng)，以便當(dāng)滾動(dòng)質(zhì)量塊102a-d被驅(qū)動(dòng)時(shí)，傾斜質(zhì)量塊650a及650b繞單獨(dú)的軸在Z方向上平面內(nèi)反相旋轉(zhuǎn)。靜電致動(dòng)器109a-h (如梳狀驅(qū)動(dòng)器)連接到滾動(dòng)質(zhì)量塊102a-d，以驅(qū)動(dòng)平衡引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)900。包括滾動(dòng)質(zhì)量塊102a-d和傾斜質(zhì)量塊650a及650b的兩個(gè)引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)600a及600b被一個(gè)I禹聯(lián)到致動(dòng)器109a_h的單一驅(qū)動(dòng)電路以一個(gè)驅(qū)動(dòng)頻率一起驅(qū)動(dòng)。
[0051]X方向上繞該傾斜輸入軸的角速度將使得科里奧利力分別繞該第一及第二傾斜傳感軸作用于傾斜質(zhì)量塊650a及650b。這些科里奧利力使得傾斜質(zhì)量塊650a及650b繞該第一及該第二傾斜傳感軸平面外反相旋轉(zhuǎn)。傾斜質(zhì)量塊650a及650b繞該第一及該第二傾斜傳感軸的旋轉(zhuǎn)的幅度與繞該傾斜輸入軸的角速度成比例。傾斜質(zhì)量塊650a及650b下方的換能器660a-660d用來(lái)檢測(cè)繞該第一及該第二傾斜傳感軸的反相旋轉(zhuǎn)。外部施加的繞該傾斜輸入軸的角加速度將在傾斜質(zhì)量塊650a及650b上產(chǎn)生同相慣性扭矩，使得它們繞該第一及該第二傾斜傳感軸同相旋轉(zhuǎn)?？梢择盥?lián)換能器660a及660d并且可以耦聯(lián)換能器660b及660c,以便不檢測(cè)傾斜質(zhì)量塊650a及650b的同相旋轉(zhuǎn),但是檢測(cè)反相旋轉(zhuǎn)。
[0052]繞該滾動(dòng)輸入軸的角速度將使得科里奧利力在Z方向上作用于滾動(dòng)質(zhì)量塊102a-d。這些科里奧利力使得對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)600a及600b繞該第一及第二滾動(dòng)傳感軸平面外反相旋轉(zhuǎn)。滾動(dòng)質(zhì)量塊102a_d下方的換能器112a_c被用來(lái)檢測(cè)對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)600a及600b的旋轉(zhuǎn)。外部施加的繞該傾斜輸入軸的角加速度將在對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)600a及600b上產(chǎn)生同相慣性扭矩。然而，對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)600a及600b不會(huì)旋轉(zhuǎn)，因?yàn)轳盥?lián)彈簧302a阻止繞該第一及第二滾動(dòng)傳感軸的同相旋轉(zhuǎn)?？梢择盥?lián)換能器112a及112c，從而使得不檢測(cè)對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)600a及600b的同相旋轉(zhuǎn)但檢測(cè)反相旋轉(zhuǎn)。
[0053]圖10展示了根據(jù)本發(fā)明的一種包括平衡引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)1000的雙軸陀螺儀的另一個(gè)實(shí)施例。該引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)1000包括由一個(gè)耦聯(lián)彈簧302a連接的兩個(gè)對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)700a 及 700b。
[0054]安排了這兩個(gè)對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)700a及700b，從而使得滾動(dòng)質(zhì)量塊102a_d都在X方向上運(yùn)動(dòng)。對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)700a繞一個(gè)第一滾動(dòng)傳感軸平面外旋轉(zhuǎn)。對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)700b繞一個(gè)平面內(nèi)的并且與該第一滾動(dòng)傳感軸平行的第二滾動(dòng)傳感軸平面外旋轉(zhuǎn)。耦聯(lián)彈簧302a連接到滾動(dòng)質(zhì)量塊102b及102c。耦聯(lián)彈簧302a在X方向上是剛性的，以便滾動(dòng)質(zhì)量塊102b及102c在X方向上一起運(yùn)動(dòng)。以這種方式，這兩個(gè)引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)700a及700b被一個(gè)耦聯(lián)到致動(dòng)器109a-h的單一驅(qū)動(dòng)電路以一個(gè)驅(qū)動(dòng)頻率一起驅(qū)動(dòng)。耦聯(lián)彈簧302a在X方向上繞一個(gè)軸扭轉(zhuǎn)地順應(yīng)，以便對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)700a及700b可以繞該第一及第二滾動(dòng)傳感軸平面外反相旋轉(zhuǎn)。耦聯(lián)彈簧302a在Z方向上是剛性的，這阻止了對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)700a及700b平面外同相旋轉(zhuǎn)。
[0055]繞該偏航輸入軸的角速度將使得科里奧利力作用于偏航質(zhì)量塊518a_d，導(dǎo)致偏航質(zhì)量塊518a-d沿Y軸的運(yùn)動(dòng)。偏航質(zhì)量塊518a-d的運(yùn)動(dòng)的幅度與繞該偏航輸入軸的角速度成比例。換能器522a-d被用來(lái)感測(cè)對(duì)應(yīng)的偏航質(zhì)量塊518a-d在Y方向上的運(yùn)動(dòng)。
[0056]繞該滾動(dòng)輸入軸的角速度將使得科里奧利力在Z方向上作用于滾動(dòng)質(zhì)量塊102a-d。這些科里奧利力使得對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)700a及700b繞該第一及第二滾動(dòng)傳感軸平面外反相旋轉(zhuǎn)。對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)700a及700b的旋轉(zhuǎn)的幅度與該角速度成比例。滾動(dòng)質(zhì)量塊102a-d下方的換能器112a-c用來(lái)檢測(cè)對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)700a及700b的旋轉(zhuǎn)。外部施加的繞該傾斜輸入軸的角加速度將在對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)700a及700b上產(chǎn)生同相慣性扭矩。然而，對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)700a及700b不旋轉(zhuǎn)，因?yàn)轳盥?lián)彈簧302a阻止了繞該第一及第二滾動(dòng)傳感軸的同相旋轉(zhuǎn)。可以耦聯(lián)換能器112a及112c，以便不檢測(cè)對(duì)稱質(zhì)量系統(tǒng)700a及700b的同相旋轉(zhuǎn)但檢測(cè)反相旋轉(zhuǎn)。
[0057]圖11展示了根據(jù)本發(fā)明的一種包括多引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)1100的三軸陀螺儀的實(shí)施例。該多引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)1100包括由耦聯(lián)彈簧302a及302b耦聯(lián)到一個(gè)引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)600的兩個(gè)弓I導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)500a及500b。
[0058]安排了引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)500a、500b及600，從而使得滾動(dòng)質(zhì)量塊102a_d都在X方向上運(yùn)動(dòng)，傾斜質(zhì)量塊650a在Z方向上繞一個(gè)軸旋轉(zhuǎn)，并且偏航質(zhì)量塊518a及518b在X方向上反相運(yùn)動(dòng)。引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)500a繞一個(gè)第一滾動(dòng)傳感軸平面外旋轉(zhuǎn)。對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)600繞一個(gè)平行于該第一滾動(dòng)傳感軸的第二滾動(dòng)傳感軸平面外旋轉(zhuǎn)。引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)500b繞一個(gè)與該第一及第二滾動(dòng)傳感軸平行的第三滾動(dòng)傳感軸平面外旋轉(zhuǎn)。第一耦聯(lián)彈簧302a連接到滾動(dòng)質(zhì)量塊102a及102b。耦聯(lián)彈簧302a在X方向上是剛性的，以便滾動(dòng)質(zhì)量塊102a及102b在X方向上一起運(yùn)動(dòng)。第二耦聯(lián)彈簧302b連接到滾動(dòng)質(zhì)量塊102c及102d。耦聯(lián)彈簧302b在X方向上是剛性的，這樣使得滾動(dòng)質(zhì)量塊102c及102d在X方向上一起運(yùn)動(dòng)。以這種方式，滾動(dòng)質(zhì)量系統(tǒng)500a、500b、及600被一個(gè)耦聯(lián)到致動(dòng)器109a_h的單一驅(qū)動(dòng)電路以一個(gè)驅(qū)動(dòng)頻率一起驅(qū)動(dòng)。[0059]耦聯(lián)彈簧302a在X方向上繞一個(gè)軸扭轉(zhuǎn)地順應(yīng)，從而使得引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)500a及600可以繞該第一及第二滾動(dòng)傳感軸平面外反相旋轉(zhuǎn)。耦聯(lián)彈簧302a阻止對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)500a及600進(jìn)行平面外同相旋轉(zhuǎn)。
[0060]耦聯(lián)彈簧302b還在X方向上繞一個(gè)軸扭轉(zhuǎn)地順應(yīng)，以便引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)500b及600可以繞該第二及第三滾動(dòng)傳感軸平面外反相旋轉(zhuǎn)。耦聯(lián)彈簧302b阻止對(duì)稱引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)500b及600進(jìn)行平面外同相旋轉(zhuǎn)。
[0061]繞該傾斜輸入軸的角速度將使得科里奧利力作用于傾斜質(zhì)量塊650a，導(dǎo)致一個(gè)繞該傾斜傳感軸旋轉(zhuǎn)傾斜質(zhì)量塊650a的扭矩。傾斜質(zhì)量塊650a的旋轉(zhuǎn)的幅度與繞該傾斜輸入軸的角速度成比例。換能器660a及660b在傾斜質(zhì)量塊650a下方沿X方向置于相對(duì)面，并且檢測(cè)該傾斜質(zhì)量塊繞該傾斜傳感軸的旋轉(zhuǎn)。該旋轉(zhuǎn)提供了對(duì)繞該傾斜輸入軸的角速度的測(cè)量。
[0062]繞該滾動(dòng)輸入軸的角速度將使得科里奧利力在Z方向上作用于滾動(dòng)質(zhì)量塊102a及102b并且在相反的Z方向上作用于滾動(dòng)質(zhì)量塊102c及102d。這些科里奧利力使得引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)500a、600、及500b分別繞該第一、第二、及第三滾動(dòng)傳感軸平面外旋轉(zhuǎn)。滾動(dòng)質(zhì)量塊102a及102b下方的換能器112a和滾動(dòng)質(zhì)量塊102c及102d下方的換能器112b被用來(lái)檢測(cè)引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)1100的旋轉(zhuǎn)。此旋轉(zhuǎn)提供了對(duì)繞該滾動(dòng)輸入軸的角速度的測(cè)量。
[0063]繞該偏航輸入軸的角速度將使得科里奧利力作用于偏航質(zhì)量塊518a及518b,導(dǎo)致偏航質(zhì)量塊518a及518b沿Y方向反相運(yùn)動(dòng)。這些偏航質(zhì)量塊沿Y方向的運(yùn)動(dòng)的幅度與該角速度成比例。換能器522a及522b用來(lái)感測(cè)對(duì)應(yīng)的偏航質(zhì)量塊518a及518b沿Y方向的運(yùn)動(dòng)。
[0064]圖12A展示了根據(jù)本發(fā)明的一種包括多引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)1200的三軸陀螺儀的實(shí)施例。該多引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)1200包括耦聯(lián)到一個(gè)減壓框架402的該多引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)1100。
[0065]該減壓框架402分別通過(guò)彈簧108a-f連接到引導(dǎo)臂104a_f并且環(huán)繞著多引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)1100。
[0066]安排了引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)500a、500b及600，從而使得當(dāng)滾動(dòng)質(zhì)量塊102a_d都在X方向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，傾斜質(zhì)量塊650a在Z方向上繞一個(gè)軸旋轉(zhuǎn)，并且偏航質(zhì)量塊518a及518b在X方向上反相運(yùn)動(dòng)，如圖12B所示。引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)500a、500b、及600被一個(gè)耦聯(lián)到致動(dòng)器109a-h的單一驅(qū)動(dòng)電路以一個(gè)驅(qū)動(dòng)頻率一起驅(qū)動(dòng)。
[0067]繞該傾斜輸入軸的角速度將使得科里奧利力作用于傾斜質(zhì)量塊650a，導(dǎo)致一個(gè)繞該傾斜傳感軸旋轉(zhuǎn)傾斜質(zhì)量塊650a的扭矩,如圖12C所示。傾斜質(zhì)量塊650a的旋轉(zhuǎn)的幅度與繞該傾斜輸入軸的角速度成比例。換能器660a及660b在傾斜質(zhì)量塊650a下方沿X方向置于相對(duì)面，并且檢測(cè)該傾斜質(zhì)量塊繞該傾斜傳感軸的旋轉(zhuǎn)。該旋轉(zhuǎn)提供了對(duì)繞該傾斜輸入軸的角速度的測(cè)量。
[0068]繞該滾動(dòng)輸入軸的角速度將使得科里奧利力在Z方向上作用于滾動(dòng)質(zhì)量塊102a及102b并且在相反的Z方向上作用于滾動(dòng)質(zhì)量塊102c及102d。這些科里奧利力使得引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)500a、600、及500b分別繞該第一、第二、及第三滾動(dòng)傳感軸平面外旋轉(zhuǎn)，如圖12D所示。滾動(dòng)質(zhì)量塊102a及102b下方的換能器112a和滾動(dòng)質(zhì)量塊102c及102d下方的換能器112b被用來(lái)檢測(cè)引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)1100的旋轉(zhuǎn)。此旋轉(zhuǎn)提供了對(duì)繞該滾動(dòng)輸入軸的角速度的測(cè)量。[0069]繞該偏航輸入軸的角速度將使得科里奧利力作用于偏航質(zhì)量塊518a及518b,導(dǎo)致偏航質(zhì)量塊518a及518b沿Y方向的運(yùn)動(dòng)，如圖12E所示。這些偏航質(zhì)量塊沿Y方向的運(yùn)動(dòng)的幅度與該角速度成比例。換能器522a及522b用來(lái)感測(cè)對(duì)應(yīng)的偏航質(zhì)量塊518a及518b沿Y方向的運(yùn)動(dòng)。
縫
[0070]根據(jù)本發(fā)明的一種陀螺儀包括一個(gè)或多個(gè)引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)，該一個(gè)或多個(gè)引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)以一個(gè)頻率振蕩并且能夠繞多個(gè)軸感測(cè)角速率。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，一個(gè)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)僅要求一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，這降低了成本和功率。盡管已經(jīng)根據(jù)所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易地認(rèn)識(shí)到，可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行變更并且那些變更將在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。相應(yīng)地，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以作出許多修改。
【權(quán)利要求】
1.一種陀螺儀，包括； 一個(gè)基底； 一個(gè)引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)，該引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)包括至少一個(gè)質(zhì)量塊以及至少一個(gè)引導(dǎo)臂；其中，該至少一個(gè)質(zhì)量塊以及該至少一個(gè)引導(dǎo)臂置于一個(gè)與該基底平行的平面內(nèi)；該至少一個(gè)質(zhì)量塊耦聯(lián)到該至少一個(gè)引導(dǎo)臂；該至少一個(gè)引導(dǎo)臂通過(guò)至少一個(gè)彈簧耦聯(lián)到該基底；其中，該至少一個(gè)引導(dǎo)臂允許該至少一個(gè)質(zhì)量塊在該平面內(nèi)的一個(gè)第一方向上的運(yùn)動(dòng)；其中，該至少一個(gè)引導(dǎo)臂以及該至少一個(gè)質(zhì)量塊能夠繞一個(gè)第一傳感軸旋轉(zhuǎn)出該平面，該第一傳感軸在該平面內(nèi)并且與該第一方向平行； 一個(gè)致動(dòng)器，用于在該第一方向上振動(dòng)該至少一個(gè)質(zhì)量塊；以及 一個(gè)換能器，用于響應(yīng)于繞該平面內(nèi)的并且與該第一方向正交的一個(gè)第一輸入軸的角速度來(lái)感測(cè)該至少一個(gè)質(zhì)量塊垂直于該平面的運(yùn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的陀螺儀，其中，該至少一個(gè)質(zhì)量塊包括至少兩個(gè)質(zhì)量塊，該至少兩個(gè)質(zhì)量塊耦聯(lián)到至少一個(gè)引導(dǎo)臂，該至少一個(gè)引導(dǎo)臂通過(guò)至少一個(gè)彈簧耦接到該基底；其中，該至少一個(gè)引導(dǎo)臂允許該至少兩個(gè)質(zhì)量塊沿一個(gè)第一方向的反相運(yùn)動(dòng)以及該至少兩個(gè)質(zhì)量塊垂直于該平面的反相運(yùn)動(dòng)。
3.如權(quán)利要求1所述的陀螺儀，進(jìn)一步包括: 耦聯(lián)到該至少一個(gè)質(zhì)量塊的至少另外一個(gè)質(zhì)量塊，其中，當(dāng)該至少一個(gè)質(zhì)量塊振動(dòng)時(shí)該至少另外一個(gè)質(zhì)量塊振動(dòng)；以及 至少另外一個(gè)換能器，用于響應(yīng)于繞一個(gè)不是該第一輸入軸的軸的角速度來(lái)感測(cè)該至少另外一個(gè)質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)。
4.如權(quán)利要求2所述的陀螺儀，包括: 耦聯(lián)到該至少一個(gè)質(zhì)量塊的至少另外一個(gè)質(zhì)量塊，其中，當(dāng)該至少一個(gè)質(zhì)量塊振動(dòng)時(shí)該至少另外一個(gè)質(zhì)量塊平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)；以及 一個(gè)第二換能器，用于響應(yīng)于一個(gè)繞平面內(nèi)的并且與該第一輸入軸正交的第二輸入軸的角速度來(lái)檢測(cè)該至少另外一個(gè)質(zhì)量塊繞一個(gè)與該第一傳感軸正交的第二傳感軸的旋轉(zhuǎn)。
5.如權(quán)利要求1所述的陀螺儀，包括: 耦聯(lián)到該至少一個(gè)質(zhì)量塊的至少另外一個(gè)質(zhì)量塊，其中，當(dāng)該至少一個(gè)質(zhì)量塊振動(dòng)時(shí)，該至少另外一個(gè)質(zhì)量塊在該第一方向上并且響應(yīng)于該陀螺儀繞一個(gè)與該平面正交的第二輸入軸的角旋轉(zhuǎn)而進(jìn)行平移，該至少另外一個(gè)質(zhì)量塊在與該第一方向正交的該平面內(nèi)平移；以及 一個(gè)第二換能器，用于檢測(cè)該至少另外一個(gè)質(zhì)量塊在與該第一方向正交的該平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。
6.一種陀螺儀，包括； 一個(gè)基底； 一個(gè)引導(dǎo)質(zhì)量系 統(tǒng)，該引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)包括一個(gè)第一質(zhì)量塊以及至少一個(gè)引導(dǎo)臂；其中，該第一質(zhì)量塊以及該至少一個(gè)引導(dǎo)臂置于一個(gè)與該基底平行的平面內(nèi)；該第一質(zhì)量塊耦聯(lián)到該至少一個(gè)引導(dǎo)臂；該至少一個(gè)引導(dǎo)臂通過(guò)至少一個(gè)彈簧耦聯(lián)到該基底；其中，該至少一個(gè)引導(dǎo)臂允許該第一質(zhì)量塊在該平面內(nèi)的一個(gè)第一方向上的運(yùn)動(dòng)；其中，該至少一個(gè)引導(dǎo)臂以及該第一質(zhì)量塊能夠繞一個(gè)第一傳感軸旋轉(zhuǎn)出該平面，該第一傳感軸在該平面內(nèi)并且與該第一方向平行； 耦聯(lián)到該第一質(zhì)量塊的一個(gè)第二質(zhì)量塊，其中，當(dāng)?shù)谝毁|(zhì)量塊在該第一方向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，該第二質(zhì)量塊在平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)； 耦聯(lián)到該第一質(zhì)量塊的一個(gè)第三質(zhì)量塊，其中，當(dāng)該第一質(zhì)量塊在該第一方向上運(yùn)動(dòng)時(shí),該第三質(zhì)量塊在該第一方向上運(yùn)動(dòng)。 一個(gè)致動(dòng)器，用于在該第一方向上振動(dòng)該第一質(zhì)量塊； 一個(gè)第一換能器，用于響應(yīng)于繞一個(gè)該平面內(nèi)的并且與該第一方向正交的第一輸入軸的角速度來(lái)感測(cè)該第一質(zhì)量塊垂直于該平面的運(yùn)動(dòng)； 一個(gè)第二換能器，用于響應(yīng)于繞一個(gè)平面內(nèi)的并且與該第一輸入軸正交的第二輸入軸的角速度來(lái)檢測(cè)該第二質(zhì)量塊繞一個(gè)與該第一輸入軸正交的第二輸入軸的旋轉(zhuǎn)；以及一個(gè)第三換能器，用于響應(yīng)于該陀螺儀的繞一個(gè)垂直于該平面的第三輸入軸的角旋轉(zhuǎn)來(lái)檢測(cè)該第三質(zhì)量塊平面內(nèi)的并且與該第一方向正交的運(yùn)動(dòng)。
7.如權(quán)利要求2所述的陀螺儀，進(jìn)一步包括: 一個(gè)減壓框架，其 中，該至少一個(gè)引導(dǎo)臂通過(guò)該至少一個(gè)彈簧撓性地耦聯(lián)到該減壓框架，其中該減壓框架耦聯(lián)到該基底，其中該減壓框架不由該致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)；其中該減壓框架對(duì)來(lái)自該至少一個(gè)彈簧的那些基底耦聯(lián)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行去耦，以防止對(duì)該至少一個(gè)彈簧的壓力。
8.一種陀螺儀，包括: 一個(gè)基底； 一個(gè)第一引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)，該第一引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)包括至少一個(gè)質(zhì)量塊以及至少一個(gè)引導(dǎo)臂；其中，該至少一個(gè)質(zhì)量塊以及該至少一個(gè)引導(dǎo)臂與該基底平行放置；該至少一個(gè)質(zhì)量塊耦聯(lián)到該至少一個(gè)引導(dǎo)臂；該至少一個(gè)引導(dǎo)臂通過(guò)至少一個(gè)彈簧耦聯(lián)到該基底；其中，該至少一個(gè)引導(dǎo)臂允許該至少一個(gè)質(zhì)量塊在與該基底平行的平面內(nèi)向一個(gè)第一方向的運(yùn)動(dòng)；其中，該至少一個(gè)引導(dǎo)臂以及該至少一個(gè)質(zhì)量塊繞一個(gè)第一傳感軸旋轉(zhuǎn)，該第一傳感軸在平面內(nèi)并且與該第一方向平行； 一個(gè)第一彈簧； 一個(gè)第二引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)，該第二引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)由該第一彈簧耦聯(lián)到該第一引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)；該第二引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)包括至少一個(gè)質(zhì)量塊以及至少一個(gè)引導(dǎo)臂；其中，該至少一個(gè)質(zhì)量塊以及該至少一個(gè)引導(dǎo)臂與該基底平行放置；該至少一個(gè)質(zhì)量塊耦聯(lián)到該至少一個(gè)引導(dǎo)臂；該至少一個(gè)引導(dǎo)臂通過(guò)至少一個(gè)彈簧耦聯(lián)到該基底；其中，該至少一個(gè)引導(dǎo)臂允許該至少一個(gè)質(zhì)量塊向該第一方向的運(yùn)動(dòng)；其中，該至少一個(gè)引導(dǎo)臂以及該至少一個(gè)質(zhì)量塊繞一個(gè)第二傳感軸旋轉(zhuǎn)，該第二傳感軸在平面內(nèi)并且與該第一方向平行； 其中，該第一引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)響應(yīng)于角速率繞該第一軸旋轉(zhuǎn)，該第二引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)響應(yīng)于角速率繞該第二軸旋轉(zhuǎn)，并且該第一及第二引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)響應(yīng)于角速率反相旋轉(zhuǎn)； 一個(gè)致動(dòng)器，用于在該第一方向上振動(dòng)該至少一個(gè)質(zhì)量塊中的每一個(gè)；以及一個(gè)換能器，用于響應(yīng)于與該基底平行的并且與該第一方向正交的角速度來(lái)感測(cè)垂直于該基底的至少一個(gè)質(zhì)量塊運(yùn)動(dòng)。
9.如權(quán)利要求8所述的陀螺儀，進(jìn)一步包括: 一個(gè)減壓框架，其中，該至少一個(gè)引導(dǎo)臂通過(guò)該第一及第二引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)的該至少一個(gè)彈簧撓性地耦聯(lián)到該減壓框架，其中該減壓框架耦聯(lián)到該基底，其中該減壓框架不由該致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)；其中該減壓框架對(duì)來(lái)自該至少一個(gè)彈簧的那些基底耦聯(lián)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行去耦，以防止對(duì)該至少一個(gè)彈簧的壓力。
10.如權(quán)利要求8所述的陀螺儀，進(jìn)一步包括: 一個(gè)第二彈簧； 一個(gè)第三引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)，該第三引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)由該第二彈簧耦聯(lián)到該第一引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)；該第三引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)包括至少一個(gè)質(zhì)量塊以及至少一個(gè)引導(dǎo)臂；其中，該至少一個(gè)質(zhì)量塊以及該至少一個(gè)引導(dǎo)臂與該基底平行放置；該至少一個(gè)質(zhì)量塊耦聯(lián)到該至少一個(gè)引導(dǎo)臂；該至少一個(gè)引導(dǎo)臂通過(guò)至少一個(gè)彈簧耦聯(lián)到該基底；其中，該至少一個(gè)引導(dǎo)臂允許該至少一個(gè)質(zhì)量塊向該第一方向的運(yùn)動(dòng)；其中，該至少一個(gè)引導(dǎo)臂以及該至少一個(gè)質(zhì)量塊繞一個(gè)第三傳感軸旋轉(zhuǎn)，該第三傳感軸在平面內(nèi)并且與該第一方向平行； 其中，該第二引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)響應(yīng)于角速率繞該第一軸旋轉(zhuǎn)，該第三引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)響應(yīng)于角速率繞該第二軸旋轉(zhuǎn)，并且該第二及第三引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)響應(yīng)于角速率反相旋轉(zhuǎn)；
11.如權(quán)利要求10所述的陀螺儀，進(jìn)一步包括: 一個(gè)減壓框架，其中，該至少一個(gè)引導(dǎo)臂通過(guò)該第一、第二及第三引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)的該至少一個(gè)彈簧撓性地耦聯(lián)到該減壓框架，其中該減壓框架耦聯(lián)到該基底，其中該減壓框架不由該致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)；其中該減壓框架對(duì)來(lái)自該至少一個(gè)彈簧的那些基底耦聯(lián)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行去耦，以防止對(duì)該至少一個(gè)彈簧的壓力。
12.—種陀螺儀，包 括； 一個(gè)基底； 一個(gè)引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)，該引導(dǎo)質(zhì)量系統(tǒng)包括至少兩個(gè)質(zhì)量塊以及至少一個(gè)引導(dǎo)臂；其中，該至少兩個(gè)質(zhì)量塊以及該至少一個(gè)引導(dǎo)臂置于一個(gè)與該基底平行的平面內(nèi)；該至少兩個(gè)質(zhì)量塊耦聯(lián)到該至少一個(gè)引導(dǎo)臂；該至少一個(gè)引導(dǎo)臂通過(guò)至少一個(gè)彈簧耦聯(lián)到該基底；其中，該至少一個(gè)引導(dǎo)臂允許該至少兩個(gè)質(zhì)量塊在該平面內(nèi)沿一個(gè)第一方向的反相運(yùn)動(dòng)； 耦聯(lián)到該至少兩個(gè)質(zhì)量塊的至少另外一個(gè)質(zhì)量塊，其中，當(dāng)該至少兩個(gè)質(zhì)量塊在該第一方向上反相運(yùn)動(dòng)時(shí)該至少另外一個(gè)質(zhì)量塊平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)；以及 一個(gè)致動(dòng)器，用于在該第一方向上反相振動(dòng)該至少兩個(gè)質(zhì)量塊；以及 一個(gè)換能器，用于響應(yīng)于繞一個(gè)在平面內(nèi)的并且與該第一方向平行的輸入軸的角速度來(lái)檢測(cè)該至少另外一個(gè)質(zhì)量塊繞一個(gè)在該平面內(nèi)的并且與該第一方向正交的傳感軸的旋轉(zhuǎn)。
【文檔編號(hào)】G01C19/5755GK103797331SQ201280045067
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2012年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月16日
【發(fā)明者】約瑟夫·西格, 奧贊·阿納奇 申請(qǐng)人:因文森斯公司