BR112016020351B1

BR112016020351B1 - Método para normalizar os sinais de saída de um giroscópio de coriolis e giroscópio de coriolis

Info

Publication number: BR112016020351B1
Application number: BR112016020351-8A
Authority: BR
Inventors: Wolfram Geiger
Original assignee: Northrop Grumman Litef Gmbh
Priority date: 2014-03-14
Filing date: 2015-01-27
Publication date: 2022-03-08
Also published as: IL247422A0; AU2015230397A1; US20170097245A1; RU2644079C1; KR20160122225A; IL247422B; WO2015135614A1; CN106104205A; AU2015230397B2; CA2942076C; US10260901B2; CN106104205B; BR112016020351A2; EP3117182B1; JP2017513016A; KR101829027B1; DE102014003640A1; EP3117182A1; WO2015135614A8; CA2942076A1

Abstract

método para otimizar o tempo de ligação de um giroscópio de coriolis e giroscópio de coriolis um método para otimizar o tempo de ligação de um giroscópio de coriolis (1) tendo um sistema de massa (100) o qual pode ser excitado até uma oscilação de excitação do giroscópio de coriolis (1) paralelo a um primeiro eixo (x), no qual a deflexão do sistema da massa devido a uma força de coriolis ao longo de um segundo eixo (y) o qual é proporcionado perpendicular ao primeiro eixo (x) pode ser verificada usando um sinal de saída a partir do giroscópio de coriolis, compreende determinar a amplitude (a) da oscilação de excitação do giroscópio de coriolis em um tempo definido, determinar o sinal de saída (s) a partir do giroscópio de coriolis em um tempo definido, e a geração de um sinal de saída normalizado (s0) a partir do giroscópio de coriolis pela multiplicação do sinal de saída determinado (s) pelo quociente da amplitude (a0) da oscilação de excitação do giroscópio de coriolis no estado de equilíbrio e a amplitude determinada (a).

Description

[01] A presente invenção refere-se a um método para otimizar o tempo de ligação de um giroscópio de Coriolis e a um giroscópio de Coriolis adequado para tanto.

[02] Giroscópios de Coriolis (giroscópios de vibração, sensores de taxa de rotação), compreendem um sistema de massa que é de uma peça ou tipicamente de partes múltiplas e é levado a oscilações. Para esta finalidade, um primeiro modo de oscilação (oscilação de excitação) do sistema de massa é excitado para a operação do giroscópio de Coriolis. Se um movimento rotacional do giroscópio de Coriolis ao longo do seu eixo sensível ocorre, as forças de Coriolis ocorrentes excitarão um segundo modo de oscilação do sistema de massa, o qual é tanto medido direta ou indiretamente, durante o qual processo um sinal de saída é obtido que representa o segundo modo de oscilação (oscilação de leitura ou oscilação de detecção). O sinal de leitura é avaliado no que diz respeito a mudanças de amplitude que representa uma medida da taxa de rotação aplicada ao giroscópio de Coriolis. Em um giroscópio de Coriolis de acordo com um sistema de enlace fechado, a amplitude da leitura de oscilação é continuamente re ajustada até um valor, por exemplo, zero, por intermédio de um enlace de controle de tal maneira que a taxa de rotação aplicada é deduzida a partir das forças de restauração necessárias neste processo. O sinal de leitura da operação de enlace fechado é então proporcional à força de Coriolis Fc, ao passo que na operação de enlace aberto, o sinal de leitura é proporcional a amplitude de detecção de oscilação.

[03] Quando um giroscópio de Coriolis é ligado pela primeira vez ou é religado (reset), a amplitude da oscilação de excitação no tempo de ligação t=0 tem um valor de zero e é reajustado a seguir em um valor predeterminado para a oscilação de excitação. Aqui, o tempo até a taxa de equilíbrio da amplitude depois da oscilação de excitação ser alcançada pode ser mais do que 0,1 s, ao passo que o período de medição para determinar o sinal de leitura pode ser muito menor, por exemplo, apenas 10 ms. Em particular, durante o tempo de ligação do giroscópio de Coriolis ao qual uma alta taxa de rotação, por exemplo, de 1000 o/s é aplicada, o sinal de leitura ou o fator de escala de giroscópio pode ser determinado muito rapidamente com uma precisão e exatidão suficiente. Uma vez que durante o tempo de ligação a amplitude da oscilação de excitação ainda não tenha atingido o seu valor no estado de equilíbrio, o sinal de saída dado pelo giroscópio de Coriolis pode representar um valor “errado”, algo que não satisfaz as especificações requeridas do giroscópio de Coriolis.

[04] Uma possibilidade para resolver este problema é a de otimizar/aperfeiçoar a largura de banda do controlador principal da unidade de leitura. Uma possibilidade adicional para resolver o problema é a de proporcionar uma fonte de força suficiente de tal maneira que durante a ligação, o sistema de massa é excitado no primeiro modo de oscilação por intermédio de forças, as quais variam consideravelmente além das forças necessárias sob condições normais.

[05] Portanto, o objetivo da invenção é o de proporcionar um método simples para a otimização/aperfeiçoamento do tempo de ligação de um giroscópio de Coriolis, que pode ser combinado com outras medidas para a otimização do tempo de ligação e um giroscópio de Coriolis adequado para tal.

[06] Este objetivo é resolvido de acordo com a presente invenção por intermédio de um método e por intermédio de um giroscópio de Coriolis de acordo com as reivindicações independentes. Realizações vantajosas são definidas nas reivindicações dependentes.

[07] O método para a otimização do tempo de ligação de um giroscópio de Coriolis de acordo com a presente invenção que tem um sistema de massa, o qual pode ser excitado até uma oscilação de excitação do giroscópio de Coriolis paralelo a um primeiro eixo, no qual uma deflexão do sistema de massa devido à força de Coriolis ao longo de um segundo eixo, o qual é proporcionado perpendicular ao primeiro eixo, pode ser verificada por intermédio de um sinal de saída do giroscópio de Coriolis, compreende determinar a amplitude da oscilação de excitação do giroscópio de Coriolis em um tempo definido, determinando o sinal de saída do giroscópio de Coriolis em um tempo definido e gerando um sinal de saída normalizado do giroscópio de Coriolis pela multiplicação do sinal de saída determinado pelo quociente da amplitude da oscilação de excitação do giroscópio de Coriolis em um estado de equilíbrio e a amplitude determinada.

[08] De acordo com uma realização, as etapas de determinação da amplitude, determinar o sinal de saída, e gerar o sinal de saída normalizado são repetidas pelo menos por um número de vezes definido adicionalmente.

[09] De acordo com uma realização, pelo menos uma das vezes definidas é definida quando alcançada por intermédio de um dispositivo temporizador.

[10] De acordo com outra realização, a amplitude da oscilação de excitação do giroscópio de Coriolis é continuamente determinada. Pelo menos uma das vezes definida é definida conforme alcançada, quando a amplitude predeterminada da oscilação de excitação tenha alcançado um valor respectivo predeterminado.

[11] Se a amplitude da oscilação de excitação é continuamente determinada, então o método será interrompido de acordo com uma reivindicação, de a amplitude determinada corresponder à amplitude da oscilação de excitação do giroscópio de Coriolis em um estado de equilíbrio.

[12] De acordo com outra realização, o método é interrompido depois de um tempo predeterminado ter sido atingido.

[13] Um giroscópio de Coriolis de acordo com a presente invenção compreende um sistema de massa que pode ser excitado até uma oscilação de excitação do giroscópio de Coriolis paralelo a um primeiro eixo, no qual uma deflexão do sistema de massa devido a uma força de Coriolis ao longo de um segundo eixo pode ser verificada usando um sinal de saída do giroscópio de Coriolis. Adicionalmente, o giroscópio de Coriolis compreende um dispositivo de leitura, o qual compreende uma primeira unidade de detecção, uma segunda unidade de detecção, e uma unidade de saída. A primeira unidade de detecção é configurada para determinar a amplitude da oscilação de excitação do giroscópio de Coriolis em um tempo definido, ao passo que a segunda unidade de detecção é configurada para determinar o sinal de saída do giroscópio de Coriolis em um tempo definido. A unidade de saída é configurada para gerar um sinal de saída normalizado do giroscópio de Coriolis pela multiplicação do sinal de saída determinado pelo quociente da amplitude da oscilação de excitação do giroscópio de Coriolis em um estado de equilíbrio e a amplitude determinada.

[14] De acordo com uma realização, o giroscópio de Coriolis adicionalmente compreende um dispositivo temporizador que é configurado para definir o tempo definido conforme o mesmo é atingido.

[15] De acordo com outra realização, o giroscópio de Coriolis adicionalmente compreende uma unidade de comparação que é configurada para comparar a amplitude determinada com um valor predeterminado. Breve Descrição dos Desenhos

[16] No que vem aqui a seguir, a invenção será explicada em detalhe com referência as figuras anexas de acordo com realizações exemplares.

[17] A Figura 1 ilustra esquematicamente uma primeira realização do método para a otimização do tempo de ligação de um giroscópio de Coriolis de acordo com a presente invenção;

[18] a Figura 2 mostra uma ilustração esquemática de uma segunda realização do método para a otimização do tempo de ligação de um giroscópio de Coriolis, no qual os tempos definidos são determinados por intermédio de um dispositivo temporizador;

[19] a Figura 3 mostra uma ilustração esquemática de uma terceira realização do método para a otimização do tempo de ligação de um giroscópio de Coriolis de acordo com a presente invenção, no qual os tempos definidos são determinados pela comparação de uma amplitude continuamente determinada com um respectivo valor predeterminado;

[20] a Figura 4 mostra uma ilustração esquemática de um giroscópio de Coriolis como um simples oscilador de duas partes de acordo com uma realização da invenção; e

[21] a Figura 5 mostra uma ilustração esquemática de um giroscópio de Coriolis como um simples oscilador de duas partes de acordo com uma realização adicional da invenção. Descrição Detalhada da Realização Preferida

[22] De uma maneira geral, em um giroscópio de Coriolis o fator de proporcionalidade entre a força de Coriolis e a taxa de rotação que é proporcional a amplitude da oscilação de excitação é chamado de fatos de escala. Aqui é aplicado:

no qual a seguinte equação é aplicada para o derivativo da deflexão x da oscilação de excitação:

[23] Aqui, FC é a força de Coriolis, m é a massa do oscilador de detecção, x é a deflexão da oscilação de excitação, Q é a velocidade angular ou taxa de rotação (por exemplo, o parâmetro de medição), A(t) é a amplitude da deflexão da oscilação de excitação, e w é a frequência de operação da oscilação de excitação, a qual corresponde vantajosamente a frequência de ressonância do oscilador de excitação.

[24] Neste processo, a oscilação de excitação do giroscópio de Coriolis é a oscilação a qual o sistema de massa do giroscópio de Coriolis é excitado paralelo a um primeiro eixo (eixo x). A massa m do oscilador de detecção na equação (1) é a massa do sistema de massa, o qual é excitado devido à força de Coriolis ao longo de um segundo eixo (eixo y) até uma oscilação de detecção. O sistema de massa do giroscópio de Coriolis pode ser formado como um sistema de massa de uma peça ou como um sistema de massa de múltiplas partes. Por exemplo, o sistema de massa pode compreender duas massas parciais (osciladores) que são acopladas, uma a outra, via um sistema de mola e que pode desempenhar um movimento relativo no que diz respeito um ao outro. Para tal sistema de massa de múltiplas partes, apenas a massa da massa parcial é preenchida na equação (1) uma vez que é a massa m do oscilador de detecção que oscila ao longo do segundo eixo.

[25] Se um giroscópio de Coriolis é ligado a partir de um estado de repouso em um tempo t=0, por exemplo, que A(t=0) tem um valor de 0, depois de um a dez por cento (1%-10%) do tempo de ajuste da amplitude da oscilação de excitação, o derivativo da amplitude A(t) no que diz respeito ao tempo pode ser negligenciado/descartados paras os seguintes típicos valores: para um tempo de ajuste da amplitude A(t) maior do que 0.1 s e para uma frequência de operação da oscilação de excitação de w=2πd0000s-1.

[26] A Figura 1 mostra esquematicamente uma primeira realização do método para a otimização do tempo de ligação de um giroscópio de Coriolis.

[27] Aqui, em um tempo definido de ti a amplitude A(ti) da oscilação de excitação assim como o sinal de saída S(ti) do giroscópio de Coriolis em um tempo definido ti é determinado (etapas S10 e S11). O sinal de saída S pode ser o fator de escala aqui acima mencionado ou o sinal de leitura do giroscópio de Coriolis. O sinal de saída S do giroscópio de Coriolis pode ser proporcionado em uma forma já processada. Por exemplo, o sinal de saída pode já ter sido processado por intermédio de conversores análogo/digital, demoduladores, e/ou outros componentes, por exemplo, para compensar influências de temperaturas.

[28] Na etapa 12, um sinal de saída normalizado S0(ti) é gerado para o tempo definido ti, pela divisão do sinal de saída determinado S(ti) pela amplitude determinada A(ti) e pela multiplicação do resultado com a amplitude A0 da oscilação de excitação em um estado de equilíbrio. A amplitude A0 da oscilação de excitação em um estado de equilíbrio é conhecida neste processo a partir de um processo de calibração ou a partir de um valor ajustado em um controlador de enlace fechado para a amplitude. Assim sendo, a seguinte fórmula é aplicada para o sinal de saída normalizado S0(ti) para ser a saída:

[29] Se o sinal de saída S do giroscópio de Coriolis é o fator de escala, o sinal de saída normalizado SO será o fator de escala normalizado que pode ser usado nas seguintes etapas para o cálculo de outros valores ou sinais de saída do giroscópio de Coriolis.

[30] Por intermédio desta normalização para um tempo definido ti que se encontra dentro do tempo de ajuste da oscilação de excitação, um sinal de saída válido que satisfaz todas as especificações pode ser gerado. A princípio, o método também pode ser realizado para tempos definidos ti, os quais são encontrados no lado de fora do tempo ajustado.

[31] O método para a otimização do tempo de ligação ilustrado na Figura 1 pode ser realizado para apenas um tempo definido ti dentro do tempo ajustado da oscilação de excitação ou também pode ser realizado para vários tempos ti definidos com i=1 a n, nos quais um, vários, ou todos os tempos definidos tj(i=1..n) podem se encontrar dentro do tempo de ajuste da oscilação de excitação.

[32] Depois do final do tempo de ajuste da oscilação de excitação, o método para a geração de um sinal de saída normalizado pode ser omitido outra vez de tal maneira que é dada a saída de um sinal de saída determinado S(t) por intermédio do giroscópio de Coriolis. Isto corresponde ao processo normal de detecção do giroscópio de Coriolis.

[33] Para determinar o tempo definido ti, duas possibilidades podem ser usadas. Por um lado, um ou vários dos tempos definidos ti podem ser temporariamente predeterminados e podem ser determinados por intermédio de um dispositivo temporizador, por outro lado, um ou vários tempos definidos podem ser definidos quando alcançados se a amplitude da oscilação de excitação tenha atingido um respectivo valor predeterminado.

[34] A Figura 2 mostra uma ilustração esquemática de uma segunda realização do método para a otimização do tempo de ligação de um giroscópio de Coriolis de acordo com a presente invenção, no qual os tempos definidos são definidos conforme alcançados por intermédio de um dispositivo temporizador. Aqui, valores de tempos específicos ti com i=1 a n são predeterminados e correspondem a pontos específicos em tempo dentro e, se necessário, também fora do tempo de ajuste da oscilação de excitação. Por exemplo, t1 pode corresponde a um ponto em tempo no qual a amplitude da deflexão da oscilação de excitação tenha atingido cerca de 10% do seu valor AO no estado de equilíbrio, algo que, por exemplo, chega a 10 μm. Os tempos predeterminados ti adicionais podem, por exemplo, corresponder a pontos em tempo nos quais a amplitude da deflexão da oscilação de excitação tenha atingido 50% ou cerca de 90% do seu valor AO em um estado de equilíbrio. O último valor tn pode, por exemplo, corresponder a um ponto em tempo no qual a amplitude da deflexão da oscilação de excitação tenha atingido o seu valor AO em um estado de equilíbrio. Neste processo, os tempos predeterminados de t1 a tn podem ter como base valores de experiência ou podem ter como base cálculos do processo de oscilação transiente da oscilação de excitação. Os tempos simples ti pode ser distribuídos ordenadamente ou não ordenadamente por todo o tempo de ajuste da oscilação de excitação.

[35] Como valores iniciais para o método de acordo com a Figura 2, o índice i é ajustado para um e o tempo t para ligação do giroscópio de Coriolis é ajustado para zero em uma primeira etapa S20. Por intermédio de um dispositivo temporizador o tempo passado desde t=0, por exemplo, desde o giroscópio de Coriolis ser medido, no qual o tempo medido t é comparado com um valor predeterminado para ti, por exemplo, ti (etapa S21). Quando o valor predeterminado ti tenha sido atingido, para este tempo ti a amplitude A(ti), assim com o sinal de saída S(ti) do giroscópio de Coriolis são determinados (etapas S22 e S23). Na etapa S24 o sinal de saída normalizado So(ti) é gerado e é dada a saída, de acordo com a equação (3) com base na amplitude determinada A(ti)e no sinal de saída S(ti). Então iis aumentado por um (etapa S25) e na etapa S26 são checados se i atingira o valor máximo n+1. Se este for o caso, o método será interrompido na etapa S27, ao passo que de outra forma as etapas S21 a S26 são repetidas. Como um dispositivo temporizador que mede tempo, por exemplo, um relógio ou um gerador de horas conectado a um contador, podem ser usados.

[36] Alternativamente, para a medição do tempo e para a comparação do mesmo com um valor predeterminado, e também de ciclos predeterminados de um gerador de horas, por exemplo, o evento de mudança de um sinal, pode ser usado na etapa S21 para a decisão, se um tempo definido ti fora atingido ou não. Neste caso, a distância temporal entre os simples tempos definidos simples ti são sempre os mesmos.

[37] A Figura 3 ilustra esquematicamente uma terceira realização do método para a otimização do tempo de ligação de um giroscópio de Coriolis de acordo com a presente invenção, no qual os tempos definidos ti são determinados via a medição da amplitude A(t) da oscilação de excitação. Isto significa que, a amplitude A(t) da oscilação de excitação é continuamente determinada e comparada a valores predeterminados, nos quais o ponto em tempo no qual a amplitude A(t) tenha atingido um valor predeterminado Ai é ajustado como um tempo definido ti.

[38] Similar a etapa S20 na Figura 2 o índice i é primeiro ajustado em 1 na s etapa S30, todavia, sem a necessidade de determinar ou de fixar o tempo. Na etapa S31 a amplitude A(t) é determinada, a qual é então comparada à amplitude de estado de equilíbrio AO da oscilação de excitação (etapa S32). Se a amplitude A(t) já atingira o valor AO, o método será interrompido diretamente na etapa S39. Se a amplitude A(t) da oscilação de excitação não ainda atingira o valor AO, a amplitude será comparada na etapa S33 a um valor predeterminado Ai, por exemplo, a A1. Se o valor Ai ainda não foi alcançado, as etapas S31 a S33 serão repetidas até que a amplitude A(t) alcance o valor Ai. Se a amplitude A(t) tenha alcançado o valor Ai predeterminado na etapa S34, o tempo t para o qual A(t) = Ai será definido como o tempo definido ti, no qual o tempo t ou o tempo passado não necessita ser realmente determinado. Então o sinal de saída S(ti) é determinado na etapa S35 e o sinal de saída normalizado So(ti) é gerado na etapa S36 de uma maneira similar conforme já descrito no que diz respeito às etapas S23 e S24 na Figura 2. Daqui por diante, o índice i é aumentado por um na etapa S37 e é comparado ao valor n+1 na etapa S38. Se o índice i atingiu o valor n+1, o método será interrompido na etapa S39. Se o valor n+1 ainda não foi atingido, as etapas S31 a S38 serão repetidas.

[39] A etapa S38 também pode ser omitida de tal maneira que depois da etapa S37, as etapas S31 a S37 sejam repetidas até que seja determinada na etapa S32 que a amplitude A(t) corresponde a amplitude AO no estado de equilíbrio. Alternativamente, a etapa S32 também pode ser omitida de tal maneira que as etapas S31 e S33 até a S37 sejam repetidas até que i=n+1 seja alcançado, onde, se necessário, a amplitude A(t) já pode ter alcançado o valor A0.

[40] Também, no método de acordo com a segunda realização (Figura 2), a amplitude A(t) da oscilação de excitação pode ser medida ou continuamente determinada, por exemplo, não apenas se um tempo definido ti é alcançado. Mesmo assim, o sinal de saída S(T) também pode ser continuamente determinado na segunda e na terceira realizações do método. Então, também é possível gerar o sinal de saída normalizado So(t) continuamente. Neste processo, o fator de normalização Ao/A(t) pode, por exemplo, ser calculado nos tempos definidos ti de tal maneira que So(t) é gerado para os tempos t com ti<t<ti+1 com o fator de normalização Ao/A(t).

[41] A princípio, os tempos definidos deveriam ser escolhidos de tal maneira que a distância entre dois tempos consecutivos ti e ti+1 é maior ou é igual aos períodos para a medição da amplitude A(t), o sinal de saída S(t) ou o tempo t, no qual o período mais longo de medição é algo decisivo.

[42] Também, de acordo com uma realização adicional, combinações arbitrárias de componentes da segunda e da terceira realizações são possíveis. Por exemplo, um ou vários dos tempos definidos, por exemplo, o primeiro tempo definido t1, pode ser definido conforme atingido por intermédio de um dispositivo temporizador, ao passo que um ou vários outros tempos definidos, por exemplo, o último tempo definido tn, é determinado pela amplitude medida A(t) e pela comparação da mesma, com um valor predeterminado Ai.

[43] A Figura 4 ilustra esquematicamente um giroscópio de Coriolis em uma realização específica que é adequada para a realização do método de acordo com presente invenção. O giroscópio de Coriolis 1 compreende um sistema de massa 100 e um dispositivo de leitura 200, o qual é conectado ao sistema de massa via linhas de sinais 310, 320, 330.

[44] De acordo com a realização ilustrada na Figura 4, o sistema de massa 100 compreende uma primeira massa parcial 110, a qual constitui uma estrutura operacional, e uma segunda massa parcial 120 que serve como uma massa de detecção. Todavia, as funções das duas massas parciais também podem ser realizadas por intermédio de uma massa de uma peça. A primeira massa parcial 110 é ancorada sobre um substrato via primeiros elementos de mola 115 e pode ser excitada até uma oscilação ao longo de um primeiro eixo (eixo x) por intermédio de eletrodos de excitação fixos 130, os quais são fixamente conectados ao substrato e a eletrodos de excitação móveis 135, os quais são conectados fixamente a primeira massa parcial 110. Para esta finalidade, uma voltagem alternada U(t) é aplicada aos eletrodos de excitação fixos 130 (não ilustrado). A segunda massa parcial 120 é conectada via segundos elementos de mola 125 a primeira massa parcial 110, de tal maneira que a mesma pode ser defletida devido a uma força de Coriolis atuando sobre o sistema de massa 100 ao longo de um segundo eixo (eixo y). O segundo eixo é perpendicular ao primeiro eixo. A deflexão da segunda massa parcial 120 pode ser detectada via um sinal de leitura por intermédio de eletrodos de leitura móveis 140, os quais são fixamente conectados a segunda massa parcial 120, e eletrodos de leitura fixos 145, os quais são conectados fixamente ao substrato.

[45] Na realização ilustrada na Figura 4, os eletrodos de excitação fixos 130 são conectados via uma primeira linha de sinal 310 ao dispositivo de leitura 200, permitindo a transferência de um primeiro sinal VI. O primeiro sinal VI pode, por exemplo, compreender uma amplitude da oscilação de excitação da primeira massa parcial 110.

[46] Todavia, o primeiro sinal VI também pode ser um sinal que permite determinar a amplitude da oscilação de excitação depois de várias etapas de processamento. Na Figura 4 o caso é ilustrado proporcionando que a oscilação de excitação assim como lendo a leitura da amplitude momentânea A da oscilação de excitação é realizado via os mesmos eletrodos, por exemplo, via os eletrodos de excitação 130 e 135. Aqui, o fato é usado que todos os sinais podem ser superpostos.

[47] Por razões de clareza na Figura 4, apenas a leitura do primeiro sinal VI é ilustrado, mas não a função operacional a qual excita a oscilação. Adicionalmente, a primeira linha de sinal 310 não deve necessariamente ser conectada aos eletrodos de excitação fixos 130. Por exemplo, um ou vários pares de eletrodos separados, dos quais uma parte é fixamente conectada ao substrato e outra parte é fixamente conectada a primeira massa parcial 110, pode ser usada para a detecção da oscilação de excitação, por exemplo, da amplitude momentânea da oscilação de excitação, e pode ser conectada a linha de sinal 310. Também é concebível uma detecção ótica da amplitude da oscilação de excitação. Em cada um dos casos, um primeiro sinal VI é obtido e transferido via a linha de sinal 310 para o dispositivo de leitura 200.

[48] Adicionalmente, o giroscópio de Coriolis 1 compreende uma segunda linha de sinal 320 via a qual um segundo sinal V2 pode ser transferido para o dispositivo de leitura 200. Na realização ilustrada na Figura 4, a segunda linha de sinal 320 é fixamente conectada aos eletrodos de leitura fixos 145. Todavia, o segundo sinal V2 também pode ser obtido por intermédio de outro tipo de detecção de movimento da segunda massa parcial de tal maneira que a segunda linha de sinal 320 não necessariamente necessite ser conectada ao eletrodo de leitura fixo 145. O segundo sinal V2 é o sinal de leitura do giroscópio de Coriolis 1.

[49] Adicionalmente, o giroscópio de Coriolis pode compreender uma ou mais linhas de sinais adicionais, por exemplo, uma terceira linha de sinal 330, via a qual, por exemplo, um terceiro sinal V3 entre a unidade de leitura 200 e o sistema de massa 100 pode ser transferido. Por exemplo, a terceira linha de sinal 330 pode ser conectada com um eletrodo adicional 150, o qual serve, por exemplo, para a correção de erros.

[50] De acordo com uma realização ilustrada na Figura 5, as voltagens U1(t) e U2(t) são aplicadas para operar o oscilador de excitação e indiretamente para a detecção de suas oscilações mecânicas. As voltagens são aplicadas entre os terminais dos eletrodos de excitação fixos 130 e o terra/aterramento ou entre o eletrodo adicional 150 e o terra/aterramento. A massa de amostra consistindo dos osciladores de leitura e de excitação condutivamente conectados é sempre mantida em um terra/aterramento virtual via um amplificador de carga 350. As voltagens UI e U2 são aplicadas para gerar os sinais VI e V2. Voltagem é aplicada nos respectivos eletrodos 140, 150 dentro do oscilador de leitura analogicamente as voltagens U1 e U2 (não ilustrado) para obter o sinal V2 via o amplificador de carga 350.

[51] Na saída do amplificador de carga 350, uma imagem da soma da voltagem de todas as voltagens de tempo variável entre os eletrodos 130, 150 e a massa de amostra que é pesada pelas capacidades dependentes de tempo é gerada. Para a separação dos sinais parciais, é proporcionado um demultiplexador 360.

[52] A demultiplexação pode ser conseguida pela aplicação de uma voltagem constante para a detecção em intervalos de tempo predeterminados apenas nos eletrodos predeterminados e pela inversão do sinal de voltagem logo após. Isto proporciona dois valores de amostra que são subtraídos, um a partir do outro, e representam uma forma escalada do movimento mecânico do oscilador de excitação e de leitura.

[53] De acordo com a realização da Figura 5, os sinais V1, V2 e V3 são, portanto, sinais de leitura das mudanças de capacidades escaladas com voltagens e, assim sendo, dos movimentos mecânicos.

[54] O serviço de leitura 200 compreende uma primeira unidade de detecção 210, uma segunda unidade de detecção 220 e uma unidade de saída 230. A primeira unidade de detecção 210 é configurada para determinar a partir do primeiro sinal V1 a amplitude A(ti) da oscilação de excitação do giroscópio de Coriolis 1 em um tempo definido ti. A segunda unidade de detecção 220 é configurada para determinar a partir do Segundo sinal V2 o sinal de saída S(ti) no tempo definido ti. A unidade de saída 230 é configurada para gerar um sinal de saída normalizado S0(ti) do giroscópio de Coriolis para o tempo definido ti pela multiplicação do sinal de saída S(ti) determinado pela segunda unidade de detecção 220 pelo quociente da amplitude AO da oscilação de excitação em m estado de equilíbrio e a amplitude A(ti) determinada pela primeira unidade de detecção 210. Isto permite a unidade de leitura 200 do giroscópio de Coriolis 1 dar a saída de um sinal de saída normalizado SO que satisfaz, também durante a fase ligada do giroscópio de Coriolis 1, as especificações requeridas para dados válidos.

[55] Todavia, o sinal de saída normalizado SO também pode ser usado para processamentos de sinais adicionais, os quais resultados finais representam então um sinal de saída do giroscópio de Coriolis. Para esta finalidade, o dispositivo de leitura 200 ou o giroscópio de Coriolis 1 pode compreender componentes adicionais. Por exemplo, o dispositivo de leitura 200 pode compreender componentes para uma compensação de influencias de temperatura sobre o sinal de saída do giroscópio de Coriolis.

[56] Como já foi aqui descrito no que diz respeito ao método da presente invenção, a primeira unidade de detecção 210 ou a primeira detecção 210 e a segunda unidade de detecção 220 pode ser formada de tal maneira que a amplitude A(t) da oscilação de excitação ou a amplitude A(t) e o sinal de saída S(t) sejam continuamente determinados. Então a amplitude A(t) assim como o sinal de saída S(t) podem ser continuamente transferidos para a unidade de saída 230 e ali processados. Todavia, também é possível que apenas os valores da amplitude A(ti) e do sinal de saída S(ti) no tempo definido ti sejam transferidos e processados pela unidade de saída 230.

[57] Conforme é aqui descrito no que diz respeito a segunda e a terceira realização do método de acordo com a presente invenção, os tempos definidos ti podem ser definidos quando atingidos por intermédio de um dispositivo de temporização ou por intermédio de atingir um valor predeterminado Ai da amplitude A(t). Portanto, o dispositivo de leitura 200 pode, adicionalmente, compreender um dispositivo temporizador 240, por exemplo, um relógio ou um gerador de relógio e/ou uma unidade de comparação 215.

[58] Aqui, o dispositivo temporizador 240 define um tempo t como o tempo definido ti, se o tempo passado tenha atingido um valor predeterminado ou se um sinal de relógio fora reconhecido. Então, os tempos definidos ti não são dependentes a partir de uma amplitude medida A(t) da oscilação de excitação. Se um tempo definido ti é reconhecido ou é definido por intermédio do dispositivo temporizador 240 quando atingido, o dispositivo temporizador 240 fará com que a primeira unidade de detecção 210 determine a amplitude A(ti) e fará com que a segunda unidade de detecção determine o sinal de saída S(ti).

[59] Embora nas realizações ilustradas nas Figuras 4 e 5 o dispositivo de leitura 200 compreenda um dispositivo temporizador 240, um sinal temporariamente definido para determinar a amplitude A(ti) e o sinal de saída S(ti) também pode ser gerado por intermédio de um componente no lado de fora do dispositivo de leitura 200 ou até mesmo no lado de fora do giroscópio de Coriolis 1 e pode ser transferido para a primeira unidade de detecção 210 e para a segunda unidade de detecção 220.

[60] A unidade de comparação 215 serve para comparar uma amplitude A(t) da oscilação de excitação continuamente determinada pela primeira unidade de detecção 210 com um valor predeterminado Ai. Se a unidade de comparação 215 reconhece que um valor predeterminado Ai fora atingido, o tempo correspondente será reconhecido ou definido conforme o tempo definido ti e a segunda unidade de detecção 220 será forçada a determinar o sinal de saída S(ti). O valor A(t) = A(ti) = Ai é adicionalmente transferido para a unidade de saída 230 e é usado para gerar o sinal de saída normalizado SOGJ) conforme descrito.

[61] Nas Figuras 4 e 5 a unidade de comparação 215 é ilustrada como um componente da primeira unidade de detecção 210. Todavia, a unidade de comparação 215 também pode ser arranjada no lado de fora da primeira unidade de detecção 210, no lado de fora do dispositivo de leitura 200, ou até mesmo no lado de fora do giroscópio de Coriolis 1, contanto que a mesma seja adequada para fazer com que a primeira unidade de detecção 210 transfira o valor de amplitude A(ti) para a unidade de saída 230 e para fazer com que a segunda unidade de detecção 220 determine o valor do sinal de saída S(ti) e transfira este valor para a unidade de saída 230.

[62] O método de acordo com a presente invenção e o giroscópio de Coriolis adequado para o mesmo permite uma estimativa da qualidade do fator de escala ou do sinal de saída do giroscópio de Coriolis já durante o tempo de ligação do giroscópio de Coriolis. Isto permite estimar se em operação regular, por exemplo, para um estado de equilíbrio de oscilação de excitação, o fator de escala desejado pode ser atingido e se, desta maneira, o giroscópio de Coriolis satisfará as especificações requeridas e operará conforme desejado. Em conformidade, não é necessário esperar para um caso de pior tempo para decidir, se o sinal de saída do giroscópio de Coriolis é suficientemente preciso. Isto acarreta em uma redução considerável do tempo de ligação de um giroscópio de Coriolis, por exemplo, por intermédio de um fator de 100. Adicionalmente, portanto, o método e os componentes do giroscópio de Coriolis necessários podem ser facilmente implementados e podem ser combinados com outras medidas para a otimização do tempo de ligação.

Claims

1. Método para normalizar os sinais de saída de um giroscópio de Coriolis (1) tendo um sistema de massa (100) que pode ser excitado a uma oscilação de excitação do giroscópio de Coriolis (1) paralela a um primeiro eixo (x), em que uma deflexão do sistema de massa devido a uma força de Coriolis ao longo de um segundo eixo (y), o qual é proporcionado perpendicular ao primeiro eixo (x), pode ser verificada usando um sinal de saída (S) do giroscópio de Coriolis (1), o método compreendendo as etapas de: determinar a amplitude (A) da oscilação de excitação do giroscópio de Coriolis (1) em um tempo definido (ti), determinar o sinal de saída (S) do giroscópio de Coriolis (1) no tempo definido (ti), e gerar um sinal de saída normalizado (SO) do giroscópio de Coriolis (1) pelo multiplicar o sinal de saída determinado (S) pelo quociente da amplitude (AO) da oscilação de excitação do giroscópio de Coriolis (1) em um estado de equilíbrio e a amplitude (A) determinada, em que a amplitude (A) da oscilação de excitação do giroscópio de Coriolis (1) é continuamente determinada, caracterizado pelo fato que o tempo definido (ti) é definido à medida que atingido, quando a amplitude (A) determinada da oscilação de excitação atinge um respectivo valor predeterminado (Ai).

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que adicionalmente compreende repetir as etapas para determinar a amplitude (A), para determinar o sinal de saída (S) e para gerar o sinal de saída normalizado (SO) para pelo menos um tempo definido adicional (ti+1).

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que o método é interrompido quando a amplitude determinada (A) corresponde a amplitude (AO) da oscilação de excitação do giroscópio de Coriolis (1) em um estado de equilíbrio.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato que o método é interrompido depois de atingir um ponto predeterminado em tempo (tn).

5. Giroscópio de Coriolis (1) compreendendo: um sistema de massa (100) que pode ser excitado até uma oscilação de excitação do giroscópio de Coriolis (1) paralela a um primeiro eixo (x), em que uma deflexão do sistema de massa devido a uma força de Coriolis ao longo de um segundo eixo (y), o qual é proporcionado perpendicular ao primeiro eixo (x), pode ser verificada usando um sinal de saída (S) do giroscópio de Coriolis (1), um dispositivo de leitura (200) que compreende uma primeira unidade de detecção (210), uma segunda unidade de detecção (220) e uma unidade de saída (230), em que a primeira unidade de detecção (210) é configurada para determinar a amplitude (A) da oscilação de excitação do giroscópio de Coriolis (1) em um tempo definido (ti), a segunda unidade (220) é configurada para determinar o sinal de saída (S) do giroscópio de Coriolis (1) em um tempo definido (ti), e a unidade de saída (230) é configurada para gerar um sinal de saída normalizado (SO) do giroscópio de Coriolis (1) pelo multiplicar o sinal de saída determinado (S) pelo quociente da amplitude (AO) da oscilação de excitação do giroscópio de Coriolis (1) em um estado de equilíbrio e a determinada amplitude (A); e uma unidade de comparação (215) que é adaptada para comparar a amplitude determinada (A) com um valor predeterminado, caracterizado pelo fato que a amplitude (A) da oscilação de excitação do giroscópio de Coriolis (1) é continuamente determinada, e o tempo definido (ti) é definido à medida que atingido, quando a amplitude (A) determinada da oscilação de excitação atinge um respectivo valor predeterminado (Ai).