CN101263364A - 用于运行振动陀螺仪的方法和传感器系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于运行振动陀螺仪的方法以及涉及一种具有振动陀螺仪的传感器系统,该振动陀螺仪构成共振器并且是至少一个控制电路的一部分,该控制电路通过输入激励信号以其固有频率来激励振动陀螺仪,其中从振动陀螺仪获得输出信号,通过过滤和放大而由输出信号导出激励信号,其中,在接通具有所述振动陀螺仪的传感器系统之后,这样来设定激励信号的频率,即在输送所述激励信号之前激励所述振动陀螺仪进行自由振动;测量所述自由振动的频率以及将具有所述测得的频率的所述激励信号输送给所述振动陀螺仪。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于运行振动陀螺仪的方法和一种具有振动陀螺仪的传感器系统,该振动陀螺仪构成共振器并且是至少一个控制电路的一部分,该控制电路通过输入激励信号以振动陀螺仪的固有频率来激励振动陀螺仪,其中从振动陀螺仪获得输出信号,通过过滤和放大而由输出信号导出激励信号。
背景技术
例如在EP 0 461 761 B1中公开了一种旋转速率传感器,在该旋转速率传感器中,振动陀螺仪在两个相对于主轴线而径向指向的轴线中被激励,为此在振动陀螺仪上设置有带有相应转换器的初级和次级控制电路。如果这种在机动车中的旋转速率传感器用于稳定机动车的移动,那么该旋转速率传感器在机动车开始运转后需要立即起作用。但是,这通过控制电路的起振特性(瞬态响应Einschwingverhalten)而被延迟。
发明内容
因此,本发明的目的在于,加速控制电路的起振(Einschwingen)。根据本发明由此实现该目的,即在接通具有振动陀螺仪的传感器系统之后,这样来设定激励信号的频率,即在输送激励信号之前激励振动陀螺仪进行自由振动,测量自由振动的频率以及将具有所测得的频率的激励信号输送给振动陀螺仪。
通过在激励之后的微小阻尼实现了,以e-函数衰减的自由振动存在足够长的时间供频率测量使用。频率测量例如通过对高频脉冲进行计数作为周期时间的测量而进行。
根据本发明的方法的优选设计方案在于,用于激励的信号经过至少一个预定频率范围来激励所述振动陀螺仪,此后切断该信号并且测量所形成的自由振动的频率。
只要固有频率可以处于比预定频率范围大的频率范围中,那么可以这样改进该设计方案,即当没有形成自由振动时,经过另一频率范围。在此可以设计,这样选择这些频率范围,即这些频率范围总体上包括振动陀螺仪的所有可能的固有频率。
但是,也可以采取措施,即对固有频率的搜索限于较小的范围。这例如根据其它的改进方案由此发生,即这样选择这些频率范围,即这些频率范围包括事先测量的并在存储器中存储的固有频率(包括所述固有频率的变化范围在内)。
为了在搜索时不会省略可能的固有频率,根据另一设计方案设计,这些频率范围相重叠。
本发明的另一设计方案在于,这样选择所述频率范围,即所述频率范围包括振动陀螺仪的固有频率,固有频率的数值由所存储的数值、其温度相关性和在接通时测量的温度来计算。所存储的数值是这样的数值,即该数值在振动陀螺仪或包含该振动陀螺仪的传感器系统的校准过程期间在预定温度(例如25℃)中被测量,并且被存储在非易失性存储器中。在此,优选在该存储器中还存储在校准过程期间的温度以及可能还存储温度相关性。
根据本发明的传感器系统通过装置实现该目的,这些装置致使控制电路的快速起振,即所述装置可以如下方式使得所述控制电路快速起振,即在接通所述传感器系统之后这样设定所述激励信号的所述频率,即在输送所述激励信号之前激励所述振动陀螺仪进行自由振动,测量所述自由振动的频率以及将具有所述测得频率的激励信号输送给所述振动陀螺仪。
在根据本发明的传感器系统中有利地设计了,所述装置包括频率测量装置、具有非易失性存储器的微型控制器和频率合成器。
通过其他从属权利要求中提及的方法使得更多有利改进方案以及根据本发明的传感器系统的改良成为可能。
附图说明
本发明允许大量实施例。在图示中参照多个附图示意性地示出其中多个实施例并随后描述这些实施例。示出了:
图1是具有振动陀螺仪的传感器系统的方框图,具有用于实施根据本发明的方法的多个元件,
图2是在根据本发明的方法的第一实施例中设置的频率范围的示意图,
图3是在第二实施例中的频率范围,以及
图4是在第三实施例中的频率范围。
具体实施方式
传感器系统以及其组成部分虽然被表示为方框图。但是这并不意味着,根据本发明的传感器系统被限制于借助单个相应于方框的电路来实现。而是根据本发明以特别优选的方式借助于高度集成电路来实现传感器系统。此处可以使用微型信息处理器,在合适的编程时执行在方框图示出的处理步骤。
图1示出了具有振动陀螺仪1的传感器系统的方框图,该振动陀螺仪具有用于初级激励信号PD和次级激励信号SD的两个输入端2、3。通过合适的转换器(Wandler)(例如电磁转换器)实现激励。振动陀螺仪还具有用于初级输出信号PO和次级输出信号SO的两个输出端4、5。这些信号反映出在陀螺仪上的空间偏移的多个位置处的各个振动。这种陀螺仪例如在EP 0 307 321 A1中公开并且以科氏力(Corioliskraft)的作用为基础。
振动陀螺仪1构成高品质的滤波器,其中,在输入端2与输出端4之间的区段是初级控制电路6的一部分,以及在输入端3与输出端5之间的区段是次级控制电路的一部分,因为理解本发明不需要对次级控制电路进行解释,所以未示出该次级控制电路。初级控制电路6用于以振动陀螺仪的例如14kHz的谐振频率激励振荡。由此,在振动陀螺仪的一个轴线上实现激励,并且用于次级控制电路中的振荡方向相对于该轴线偏移了90°。在次级控制电路(未示出)中信号SO分成两个分量,其中一个分量在合适的处理之后可以作为与旋转速率成比例的信号被拾取。
在两个控制电路中以数字化的方式实现了大部分信号处理。信号处理所需要的时钟信号在石英控制的数字频率合成器10中产生,该频率合成器的时钟频率在所示出的实例中是14.5MHz。对于应用根据本发明的方法,基本上可以考虑初级控制电路,因此在图1中示出了初级控制电路的实施例。
该控制电路具有用于输出信号PO的放大器11,抑制混淆信号(Anti-Alias)滤波器12和模拟/数字转换器13连接在放大器处。借助于倍增器14、15(载波Ti1和Tq1被输送给该倍增器)来实现分成为同相分量和正交分量。两个分量随后经过各一个(sinx/x)滤波器16、17和一个低通滤波器18、19。已滤过的实部被输送至PID调节器20,该PID调节器控制数字频率合成器,由此闭合相位控制电路,该相位控制电路产生载波Ti1和Tq1的正确相位。还产生了载波Tq2,在电路22中利用另一PID调节器21的输出信号调制该载波,其包括已低通滤过的虚部。将电路22的输出信号输送至振动陀螺仪1的输入端2作为激励信号PD。特别是,根据各种前提条件也可以设置其它调节器,如PI调节器,来代替PID调节器。
为了实施根据本发明的方法设置了另一放大器24、施密特(Schmitt)触发器25和计数器26。它们用作频率测量装置。该微型控制器27控制根据本发明的方法的各个步骤并且对设计为EEPROM的非易失性存储器28进行访问。此外,对于根据本发明的方法使用了在多种传感器电路中均存在的温度传感器,该温度传感器由实际的传感器29和模拟/数字转换器30构成。总线系统31将上述部件彼此连接,并且将上述部件与数字频率合成器10以及与电路22连接。
为了实施根据本发明的方法,微型控制器27这样控制数字频率合成器10和电路22,即之后结合图2至4进一步描述的激励信号被输送至振动陀螺仪1的输入端2。在此例如通过中断时钟Ti1和Tq1来中断控制电路。
在图2中示出的实施例中,将固有频率F0rt占据的整个范围分成多个频率范围FB1至FB(n+1)。每个频率范围从频率Fa延伸至Fb,其中这些范围在阴影示出的部分中相重叠。在接通传感器系统之后,首先经过频率范围Fa1至Fb1,接着经过频率范围Fa2至Fb2,以及随后经过频率范围Fa3至Fb3。在Fa4至Fb4之间的频率范围中才激励具有频率F0rt的自由振动。这借助于计数器26(图1)来确定,该计数器将所测量的频率通知给微型控制器27,接着将频率合成器10调节至该频率。
在固有频率可处于13.5kHz与14.5kHz之间的振动陀螺仪中,例如可以考虑分成十个频率范围,每个频率范围为100Hz,还包括用于重叠的35Hz。对于经过一个频率范围所需的时间,例如10ms被证明是有效的。
在根据图3的实施例中,在制造传感器系统时的校准(Abgleich)过程中,各个在多个试验条件下存在的频率F0rt被测量并存储在EEPROM 28(图1)中。在接通传感器系统且搜索固有频率F0rt时,不再需要考虑固有频率的同型元件差异(Exemplarstreuungen)。因此,搜索过程仅仅还必须要考虑在校准时相对于固有频率的变化。这首先是温度影响或老化现象。因此在根据图3的实施例中仅仅设置了三个频率范围FB1至FB3,该频率范围覆盖了F0tmin与F0tmax之间的固有频率的变化。
此外,在根据图4的实施例中,除了校准时的振动陀螺仪的固有频率之外还要考虑其温度系数和在接通时的温度。由此在所示的情况下仅需要经过各一个频率范围,其对于中间温度Rt、对于最小温度tmin和最大温度tmax的位置在图4中示出,这分别通过频率F0、Fa和Fb的指数可识别。阴影区域表示各个控制电路(PLL电路)的覆盖区域(Fangbereich)。
Claims (15)
1.一种用于运行振动陀螺仪的方法,所述振动陀螺仪构成共振器并且是至少一个控制电路的一部分,所述控制电路通过输入激励信号以其固有频率来激励所述振动陀螺仪,其中从所述振动陀螺仪获得输出信号,通过过滤和放大而由所述输出信号导出所述激励信号,其特征在于,在接通具有所述振动陀螺仪的传感器系统之后,这样来设定激励信号的频率,即在输送所述激励信号之前激励所述振动陀螺仪进行自由振动;测量所述自由振动的频率以及将具有所述测得的频率的所述激励信号输送给所述振动陀螺仪。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,用于激励的信号经过至少一个预定频率范围来激励所述振动陀螺仪,此后切断所述信号并且测量所形成的自由振动的所述频率。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,当没有形成自由振动时,经过另一频率范围。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,这样选择这些频率范围,即这些频率范围总体上包括所述振动陀螺仪的所有可能的固有频率。
5.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,这样选择这些频率范围,即这些频率范围包括事先测量的并在存储器中存储的固有频率,并且包括所述固有频率的变化范围在内。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法,其特征在于,这些频率范围相重叠。
7.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,这样选择所述频率范围,即所述频率范围包括所述振动陀螺仪的固有频率,所述固有频率的数值由所存储的数值、其温度相关性和在接通时测量的温度来计算。
8.一种传感器系统,所述传感器系统具有振动陀螺仪,所述振动陀螺仪构成共振器并且是至少一个控制电路的一部分,所述控制电路通过输入激励信号以其固有频率来激励所述振动陀螺仪,其中从所述振动陀螺仪获得输出信号,通过过滤和放大而由所述输出信号导出所述激励信号,其特征在于,包括装置(24至30),所述装置可以如下方式使得所述控制电路(11至22)快速起振,即在接通所述传感器系统(1、6)之后这样设定所述激励信号的频率,即在输送所述激励信号之前激励所述振动陀螺仪(1)进行自由振动,测量所述自由振动的频率以及将具有所述测得频率的激励信号输送给所述振动陀螺仪(1)。
9.根据权利要求8所述的传感器系统,其特征在于,所述装置包括频率测量装置(24、25、26)、具有非易失性存储器(28)的微型控制器(27)和频率合成器(10)。
10.根据权利要求8或9中任一项所述的传感器系统,其特征在于,用于激励的信号经过至少一个预定频率范围来激励所述振动陀螺仪(1),此后切断所述信号并且测量所形成的自由振动的所述频率。
11.根据权利要求10所述的传感器系统,其特征在于,当没有形成自由振动时,经过另一频率范围。
12.根据权利要求11所述的传感器系统,其特征在于,这样选择这些频率范围,即这些频率范围总体上包括所述振动陀螺仪(1)的所有可能的固有频率。
13.根据权利要求11所述的传感器系统,其特征在于,这样选择这些频率范围,即这些频率范围包括事先测量的并在存储器(28)中存储的固有频率并且包括所述固有频率的变化范围在内。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的传感器系统,其特征在于,这些频率范围相重叠。
15.根据权利要求10所述的传感器系统,其特征在于,这样选择所述频率范围,即所述频率范围包括所述振动陀螺仪(1)的固有频率,所述固有频率的数值由所存储的数值、其温度相关性和在接通时测量的温度来计算。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20080910 |