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革新的調整機構を持ったモードマッチ型MEMS ジャイロスコープ

研究課題

研究課題/領域番号 21J11628
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分20010:機械力学およびメカトロニクス関連
研究機関東北大学

研究代表者

陳 建霖  東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2021-04-28 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
2022年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワードRate integrating gyro / MEMS resonator / triple mass resonator / Triple mass resonator / Anchor loss tuning / Squeeze film damping / Frequency tuning / Mode matched resonator
研究開始時の研究の概要

We would like to design a highly symmetric resonator for frequency modulated (FM) gyroscope, which can further increase the performance of MEMS gyroscope and can be applied to the automotive applications.
The novel gyroscope resonator will be design and fabricated. The device will be evaluated in the vacuum chamber firstly and the electrostatic tuning method to achieve frequency and Q-factor matching will be investigated.
Furthermore, this resonator will be vacuum packaged and applied to the FM system. The performance of this highly symmetric resonator will be characterized in the FM system.

研究実績の概要

This research introduces a novel triple mass resonator (TMR) and a two-axis symmetric resonator with multiple proof masses for improving stiffness sensitivity and tuning capability of MEMS res- onators. The frequencies of the anti-phase (ωanti) and in-phase (ωin) modes have a strong dependency on the suspension and inner stiffness, respectively. Therefore the frequency difference can be electro- statically tuned by either suspension stiffness nor inner stiffness. The amplitude ratio can be adjusted largely by decreasing the inner stiffness, which brings a significant change in Q-factor related to anchor loss or squeeze film damping, while a negligible shift in frequency ωanti. When the frequency ωanti is tuned by decreasing suspension stiffness of two main proof masses, only a slight change in the mode shape, i.e. the amplitude ratio, is observed causing a minor adjustment to Q-factor. Therefore the frequency ωanti and Q-factor can be tuned independently under a little mutual influence.
A two-axis symmetric tuning fork resonator based on TMR technique is applied for QFM/RIG. Two dynamically equivalent proof masses provide a balance dynamic system and four extra-small masses is implemented in between them, which could tune the Q-factor of two anti-phase modes independently with small effect on the frequency. Frequency is mainly affected by suspension stiffness and Q-factor is strongly dependent on the squeeze film damping through the mode coupling between two balanced masses and small masses.

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 5件) 産業財産権 (1件)

  • [国際共同研究] KU Leuven(ベルギー)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] Politecnico di Milano(イタリア)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] Politecnico di Milano/Department of Electronics(イタリア)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] KU Leuven/Department of Electrical Engineering(ベルギー)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] A mechanically coupled three degree-of-freedom resonator with tunable stiffness sensitivity2022

    • 著者名/発表者名
      Chen Jianlin、Tsukamoto Takashiro、Tanaka Shuji
    • 雑誌名

      Sensors and Actuators A: Physical

      巻: 344 ページ: 113713-113713

    • DOI

      10.1016/j.sna.2022.113713

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Triple Mass Resonator for Electrostatic Quality Factor Tuning2022

    • 著者名/発表者名
      Chen Jianlin、Tsukamoto Takashiro、Tanaka Shuji
    • 雑誌名

      Journal of Microelectromechanical Systems

      巻: 31 号: 2 ページ: 194-203

    • DOI

      10.1109/jmems.2021.3138530

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Quad Mass Resonator With Frequency Mismatch of 3 ppm Trimmed by Focused Ion Beam2021

    • 著者名/発表者名
      Chen Jianlin、Tsukamoto Takashiro、Tanaka Shuji
    • 雑誌名

      Journal of Microelectromechanical Systems

      巻: 30 号: 3 ページ: 392-400

    • DOI

      10.1109/jmems.2021.3065720

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Rate Integrating Gyroscope Tuned by Focus Ion Beam Trimming and Independent CW/CCW Modes Control2023

    • 著者名/発表者名
      Jianlin Chen
    • 学会等名
      MEMS 2023
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A Mode Localized Force Transducer with Reduced Feedthrough via 1:2 Internal Resonance Actuation2022

    • 著者名/発表者名
      Jianlin Chen
    • 学会等名
      IEEE MEMS 2022
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A novel three degree-of-freedom resonator with high stiffness sensitivity utilizing mode localization2021

    • 著者名/発表者名
      Jianlin Chen
    • 学会等名
      IEEE MEMS 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Mode-Matched Multi-Ring Disk Resonator Using Single Crystal (100) Silicon2021

    • 著者名/発表者名
      Jianlin Chen
    • 学会等名
      IEEE INERTIAL 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Frequency and Quality Factor Matched 2-Axis Dual Mass Resonator2021

    • 著者名/発表者名
      Jianlin Chen
    • 学会等名
      IEEE SENSORS 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [産業財産権] 音叉型振動子および音叉型振動子の調整方法2021

    • 発明者名
      塚本貴城、田中秀治、チェンジャンリン
    • 権利者名
      塚本貴城、田中秀治、チェンジャンリン
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2021
    • 取得年月日
      2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2021-05-27   更新日: 2024-03-26  

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