Recently, a MEMS gyroscope has been broadly fabricated and used due to development of a micromachining. However, there is a difference between the modeling design and the actual product and this difference can lead to the performance variation of a MEMS gyroscope. A classical design method does not exactly estimate the performance of a MEMS gyroscope. Therefore a design process considering the design variable uncertainty has to be employed to design MEMS gyroscope model. In this paper, the equation of motion of a MEMS gyroscope model is obtained to analyze the performance of a MEMS gyroscope and the effects of the design variables on the MEMS gyroscope performance are investigated. Finally the performance of MEMS gyroscope is estimated through a statistical analysis based on sample statistics.
A rate gyroscope has been used popularly to measure the angular motion of a given vehicle using a symmetric rotor spinning rapidly about its symmetry axis. Since the rapid rotation is required in this type of gyroscope, the motor has been used to make the rotor spin, so that it results in a heavy configuration. The toning-fork gyroscope has been developed to avoid this problem, which utilizes a Coriolis coupling term and vibration about one axis. Due to the Coriolis effect, the vibration of one axis is transferred to other axis when the angular motion along the vibrating axis is given to the system. The concept of a tuning-fork gyroscope was recently realized using MEMS techniques. However, the dynamic characteristics of the tuning-fork gyroscope has not been discussed in detail. In this study. we derived the equations of motion for the tuning-fork type gyroscope using the energy approach and investigated the dynamic characteristics by means of numerical analysis.
Dynamic modeling of an eccentric MEMS gyroscope is presented and the dynamic characteristics of the gyroscope are investigated with the modeling method. It is found that the eccentricity of the MEMS gyroscope affects the dynamic characteristics significantly. Different from conventional MEMS gyroscopes, the zero-rate output is significantly reduced in this gyroscope. To obtain general guidelines of the gyroscope design, dimensionless parameters are first identified and the effects of the parameters on the gyroscope performance measures are investigated.
Since the dimensions of MEMS gyroscope are very small compared to those of conventional gyroscope, MEMS gyroscope should be able to measure charge of pico-coulomb caused by very small change of electrodes gap. However, feed-through signal from driving electrodes to the sensing electrodes due to the electromagnetic coupling is much greater than the sensing signal, which degrades the sensitivity of MEMS gyroscope. This paper introduces the feed-through noise canceling technique using dummy port and confirms the feasibility of feed-through noise canceling experimentally. Experimental results shows that, when driving signal is 6 Vpp, 30 kHz, feed-through signal of vacuum packaged Si Gyroscope decreases from -53.2 dBm to -77.1 dBm by using feed-through reduction technique. Q-factor that could not be measured without noise reduction is measured to be about 2500 and resonance frequency to be 7.018 kHz.
본 논문에서는 우주환경에 사용되는 광섬유자이로(FOG)의 최근 개발동향에 대해 기술하고자 한다. 광섬유자이로는 샤냑효과를 이용하여 각속도를 측정하는 장치로 링레이저자이로(RLG)에 비해 짧은 개발역사를 가지고 있지만, 관련 소자 및 신호처리 방법의 발전으로 인해 고성능의 우주용 관성항법장치로 링레이저자이로를 대체하기에 충분한 것으로 알려져 왔다. 본 논문에서는 광섬유자이로의 개발동향을 현재까지 개발된 광섬유자이로 제품을 바탕으로 각각의 성능과 특징에 대해 알아보고, 앞으로 고성능 우주용 관성항법장치로서의 광섬유자이로의 발전 방향에 대해 살펴보기로 한다.
In this paper, presented is a feedback control performance of vibratory gyroscope at various vacuum levels. Micro gyroscope, whose operation is based on the vibrating motion at the vacuum conditions, is highly influenced by the vacuum level of the operating circumstances. In general, we apply the feedback control scheme to the gyroscope in order to improve the performances of the sensor. And control performances of the gyroscope are related to those vacuum levels. So we need investigate the performances of the closed loop control at various vacuum conditions comparing with those of the open loop. The experimental results show that the sensitivity of the closed loop is less than that of the open loop especially in low vacuum conditions. Therefore, there should be trade-off between sensitivity and other sensor performances such as linearity, bandwidth when we apply feedback control to the gyroscope.
In this paper. we analyse and present electro-mechanical dynamic characteristics of a micro-machined vibrating silicon ring gyroscope which can measure angular velocities about three orthogonal axes. The ring gyroscope has a ring connected to the gyroscope main body by support-ligaments which are arranged with cyclic symmetry. The natural modes of its vibration can be distinguished into the in-plane motion and the out-of-plane motion which are coupled by the gyro-effect due to the rotation of the gyroscope main body. The motions of the ring are electro-statically derived. sensed and balanced by electrodes. The equations of motion are formulated. The measuring method of angular velocities by force-to-rebalance is presented. The dynamic characteristics of a ring gyroscope are calculated and compared.
A planar vibratory gyroscope using electrostatic actuation and electromagnetic detection is proposed. The gyroscope has large sensitivity and can be fabricated by using surface micrimachining, bulk micromachining and conventional machining technology. In this paper, the gyroscope and the electromagnetic detecting system equations are derived to determine the output characteristics for the planar vibratory gyroscope using electrostatic acturation and electromagnetic detection. The maximum output is obtained when the driving frequencyequals to the detecting frequency. The resonant frequencies of the resonator are determined by the beam stiffness, i.e. the material constants and spring dimensions. The dimensions of the beams are determined using the analytic vibration modelling. The expected resonant frequencies are 200Hz both and the sensitivity is 62mV/deg/sec with 4000 electronic circuit amplifying coefficient for an AC drive voltage of 3V bias voltage of 15V and DC field current of 50 mA.
In this paper, we analyse and present mechanical dynamic characteristics of a micro-machined vibrating silicon ring gyroscope which can measure angular velocities about three orthogonal axes. The ring gyroscope has a ring connected to the gyroscope main body by support-ligaments which are arranged with cyclic symmetry. The natural modes of its vibration can be distinguished into the in-plane motion and the out-of-plane motion which are coupled by the gyro-effect due to the rotation of the gyroscope main body. The equations of motion, the response to angular velocities, and the relationships between the natural modes of vibration are derived and compared with the previous studies for the design of a micro three-axis ring gyroscope.
In this paper, we analyse and present electro-mechanical dynamic characteristics of a micro-machined vibrating silicon ring gyroscope which can measure angular velocities about three orthogonal axes. The ring gyroscope has a ring connected to the gyroscope main body by support-ligaments which are arranged with cyclic symmetry. The natural modes of its vibration can be distinguished into the in-plane motion and the out-of-plane motion which are coupled by the gyro-effect due to the notation of the gyroscope main body. The motions of the ring are electro-statically derived, sensed and balanced by electrodes. The equations of motion are formulated. The scheme of angular velocities sensing by force-to-rebalance method is presented. The dynamic characteristics of a ring gyroscope are calculated and compared.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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