Gyroscope is a very important core sensor, as a rotation sensor in inertial space, in inertial guidance and navigation system on aeronautics, plane, vessel and so on for civilian and millitary applications. Mechnical gyroscopes, adopting a principle of spinning a top, have been used in many application system. These mechnical gyroscopes need high power consumption, long warming time and complicated peripheral devices. But fiber-optic gyroscopes, based on the Sagnac effect, have novel advantages as small volume. simple scheme, low power consumption and high reliability. So we have developed a Intermediate grade All-fiber Optic Gyroscope, which has open-loop and minimum reciprocal configuration scheme. We have designed feedback circuits for stability of amplitude and phase using four lock-in amplifier(LIA) circuits and also used for noise limitation. This paper describes the scheme of optical part and electronic part and also test results of this all-fiber optic gyroscope. The performance have been achieved as long-term bias drift of $9.54^{\circ}/h$, random walk of $0.0317^{\circ}/\sqrt{h}$ and dynamic range of ${\pm}150\;deg/s$.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.16
no.9
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pp.866-871
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2010
Gait analysis is essential for leg diagnosis and rehabilitation for the patients, the handicapped and the elderly. The use of 3D motion capture device for gait analysis is very common for gait analysis. However, this device has several shortcomings including limited workspace, visibility and high price. Instead, we developed gait estimation system using gyroscopes. This system provides gait information including the number of gaits, stride and walking distance. With four gyroscope (one for each leg's thigh and calf) outputs, the proposed gait modeling estimates the movements of the hip, the knees and the feet. Complete pedestrian localization is implemented with gait information and the heading angle estimated from the rate gyro and the magnetic compass measurements. The developed system is very useful for diagnosis and the rehabilitation of the pedestrian at the hospital. It is also useful for indoor localization of the pedestrians.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.63
no.8
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pp.1075-1079
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2014
In this paper, we describe the analysis and the compensation method of the g-sensitivity error for MEMS vibratory gyroscopes. Usually, the g-sensitivity error has been ignored in the commercial MEMS gyroscope, but it deserves our attention to apply for the missile application as a tactical grade performance. Thus, it is necessary to compensate for the g-sensitivity error to reach a tactical grade performance. Generally, the g-sensitivity error seems intuitively to be a gyroscope bias error proportional to the linear acceleration. However, we assert that the g-sensitivity error mainly causes not a bias error but a scale-factor error. And we verify that the g-sensitivity scale-factor error occurs due to the non-linearity of parallel plate electrodes. Therefore, we propose the compensation method to remove the g-sensitivity scale-factor error. The experimental result showed that a proposed compensation method improved successfully the performance of the MEMS vibratory gyroscope.
Thermal characteristics, such as diffusivity and temperature induced change in the fiber mode index of rotation sensing fiber coil are critical factors which determine the time varying, thermo-optically induced bias drift of interferometric fiber-optic gyroscopes (IFOGs). In this study, temperature dependence of the transient effect is analyzed in terms of the thermal characteristics of the fiber coil at three different temperatures. By applying an analytic model to the measured bias in the experiments, comprehensive thermal factors of the fiber coil could be extracted effectively. The validity of the model was confirmed by the fact that the extracted values are reasonable results in comparison with well known properties of the materials of the fiber coil. Temperature induced changes in the critical factors were confirmed to be essential in compensating the transient effect over a wide temperature range.
Magnetically suspended sensitive gyroscopes (MSSGs) provide an interesting alternative for achieving precious attitude angular measurement. To effectively reduce the measurement error caused by dynamic imbalance, this paper proposes a novel compensation method based on analysis and modeling of the error for a MSSG. Firstly, the angular velocity measurement principle of the MSSG is described. Then the analytical model of dynamic imbalance error has been established by solving the complex coefficient differential dynamic equations of the rotor. The generation mechanism and changing regularity of the dynamic imbalance error have been revealed. Next, a compensation method is designed to compensate the dynamic imbalance error and improve the measurement accuracy of the MSSG. The common issues caused by dynamic imbalance can be effectively resolved by the proposed method in gyroscopes with a levitating rotor. Comparative simulation results before and after compensation have verified the effectiveness and superiority of the proposed compensation method.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.9
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pp.1931-1942
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2002
In this paper a formulation of robust optimization is presented and illustrated by a design example of vibratory micro gyroscopes in order to reduce the effect of variations due to uncertainties in MEMS fabrication processes. For the vibratory micro gyroscope considered it is important to match the resonance frequencies of the vertical (sensing) and lateral (driving) modes as close as possible to attain a high sensing sensitivity. A deterministic optimization in which the difference of both the sensing and driving natural frequencies is minimized as an objective function results in highly enhanced performance but apt to be very sensitive to fabrication errors. The formulation proposed is to attain robustness of the performance by including the sensitivity of the response with respect to uncertain variables as a term of objective function to be minimized. This formulation is simple and practically applicable since no detail statistical information on fabrication errors is required. The geometric variables, beam width, length and thickness of vibratory micro gyroscopes are adopted as design variables and at the same time considered as uncertain variables because here occur the fabrication errors. A robustness test in terms of a percentage yield by using the Monte Carlo simulation has shown that the robust optimum produces twice more acceptable designs than the deterministic optimum. Improvement of robustness becomes bigger as the amount of fabrication errors is assumed larger. Considering that the magnitude of fabrication errors and uncertainties in a MEMS structure are comparatively large, the present method is illustrated to be a viable approach for a robust MEMS design.
Proceedings of the Korean Institute of Intelligent Systems Conference
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2003.09a
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pp.616-619
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2003
In this paper, we develop an input device equipped with accelerometers and gyroscopes. The installed sensors measure the inertial measurements i.e., accelerations and angular rates produced by the movement of the system when a user is writing on the plane surface or in the three dimensional space. The gyroscope measurement are integrated once to give the attitude of the system and consequently used to remove the gravity included in the acceleration measurements. The compensated accelerations bin doubly integrated to yield the position of the system. Due to the integration processes involved in recovering the users'motions, the accuracy of the position estimation significantly deteriorates with time. Among various error sources of the system incorrect estimation of attitude causes the largest portion of the positioning error since the gravity is not fully cancelled. In order to solve this problem, we propose a Kalman filler-based attitude estimation algorithm which fuses measurement data from accelerometers and gyroscopes by fuzzy logic approach. In addition, the online calibration of the gyroscope biases are performed in parallel with the attitude estimation to give more accurate attitude estimation. The effectiveness and the feasibility of the presented system is demonstrated through computer simulations and actual experiments.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.41
no.10
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pp.813-819
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2013
The authors have developed a test system for a hemispherical resonator gyroscope by using NI FPGA equipment. We have verified its suitability for the research of resonator gyroscopes through several tests: deriving resonance, controlling amplitudes, and estimating resonator parameters. The authors have adjusted a vibrating pattern to be aligned with the driving axis (or electromagnets). This pattern alignment is a basic and important operation of the FTR mode, which is one of operating modes for resonant gyroscopes.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.37
no.10
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pp.992-997
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2009
This paper focuses on the calculation of the missile angular velocity under the reduced sensor condition and its verification using the Flight Motion Simulator(FMS). The missile angular velocity is usually measured by the body gyroscopes, but we assume that the inertial sensors on the missile body are in the absence of pitch and yaw gyroscopes. Under this reduced sensor condition, this paper shows the missile angular velocity can be calculated by using the gimbal seeker gyroscope, the roll body gyroscope, the gimbal angle and its rate. The FMS experiment was carried out to verify the proposed algorithm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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