CN102057250A - 漂移补偿的惯性旋转传感器 - Google Patents

漂移补偿的惯性旋转传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN102057250A
CN102057250A CN2009801225739A CN200980122573A CN102057250A CN 102057250 A CN102057250 A CN 102057250A CN 2009801225739 A CN2009801225739 A CN 2009801225739A CN 200980122573 A CN200980122573 A CN 200980122573A CN 102057250 A CN102057250 A CN 102057250A
Authority
CN
China
Prior art keywords
multiplexer
processor unit
branch road
resistor
demultiplexer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2009801225739A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102057250B (zh
Inventor
V·拉戈
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Electronics and Defense SAS
Original Assignee
Sagem Defense Securite SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sagem Defense Securite SA filed Critical Sagem Defense Securite SA
Publication of CN102057250A publication Critical patent/CN102057250A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102057250B publication Critical patent/CN102057250B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/567—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using the phase shift of a vibration node or antinode
    • G01C19/5691—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using the phase shift of a vibration node or antinode of essentially three-dimensional vibrators, e.g. wine glass-type vibrators
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces

Abstract

惯性旋转传感器包括振动元件(1)，该振动元件(1)具有构成经由复用器/分用器元件(7)与低阻抗负载电路(9)相关联的可变电容电容器(6)的彼此面对的镀有金属的部分(2，5)。

Description

漂移补偿的惯性旋转传感器
本发明涉及具有漂移补偿的惯性旋转传感器。
背景技术
已知各向同性振动陀螺仪由具有两个自由度的轴向对称谐振器构成。
其振动的位置由各自由一组固定至外壳的电极构成的两个静电检测器标识。
用于控制振动的控制由各自由一组固定至外壳的电极构成的两个静电驱动器施加。
振动的控制包括：补偿减幅、消除频率各向异性、并且还可能修改振动的方向和/或频率。
在自由陀螺仪模式中，相对于外壳的振动的位置部分地根据应用于装置的角速度确定。在该工作模式中，漂移即因装置的缺陷导致的明显旋转取决于振动相对于外壳的位置。
在由两个检测器构成的参考系中，振动可由其极坐标表征。
极角θ以∏为模定义，因此陀螺仪的漂移是周期为∏的θ的周期函数。
然后陀螺仪的漂移可被测定为由项cos(2nθ)和sin(2nθ)构成的傅里叶级数的形式，其中n指整数集。
平均漂移(傅里叶级数中的常数项)的主要原因是检测器基准点和驱动器基准点的变址(indexing)。
将相同电极用作驱动器和检测器用来第一近似地消除平均漂移。
为了使该过程有效，有必要使检测器增益和驱动器增益的数学表达式相似，从而检测器的实现中的缺陷能由驱动器自然补偿。
在已知设备中，检测信号通过使得每个检测电极与高阻抗负载电路相关联来测量，该高阻抗负载电路即其输入阻抗与相应检测电极的输出阻抗相比极高的电路。在这种情况下，由检测电极递送的电流接近零，而在负载电路的端子上拾取的电压在理论上是气隙调制的线性函数。不幸的是，因制造旋转传感器时的缺陷产生的寄生阻抗使传感器响应的线性度退化。为了使该效应最小化，检测信号一般通过有源屏蔽来传送，而有源屏蔽极为昂贵并且极为笨重。此外，气隙中电场的调制因为杂质引起电损耗，由此以因变于阻尼振动方向的方式对该阻尼振动作出贡献，并由此引起漂移，该漂移本身是相对于外壳的振动的方向的函数。
发明目的
本发明的一个目的是使得漂移的与相对于装置外壳的振动的位置无关的部分最小化。
发明内容
为了实现此目的，本发明提出了一种具有振动元件的惯性旋转传感器，该振动元件具有构成经由复用器/分用器元件与控制电路相关联的可变电容电容器的彼此面对的镀有金属的部分。控制电路被安排成具有驱动工作级和检测工作级，并在这些级上都呈现低阻抗。
复用器系统使得在交替时间周期中将电极用作致动器(驱动级)和检测器(检测级)成为可能。复用器/分用器元件和低阻抗控制电路的这种组合在驱动级和检测级中都用来补偿漂移，由此自动消除与相对于装置外壳的振动的位置无关的漂移项。
附图简述
本发明的其它特征和优点在阅读以下对本发明的惯性旋转传感器的特定实施例的描述时显现。
参照附图，其中：
图1是根据本发明的半球形振动谐振传感器的截面图；以及
图2是与该传感器相关联的处理电路的示图。
发明的具体描述
参照附图，所示振动传感器按常规方式包括由紧固至底部3的杆4支撑的二氧化硅材料帽1。帽1的内表面连同其边缘、还有杆4覆盖有金属层2。底部3支撑电极5。每个电极5与面对的帽1的镀有金属的边缘协作形成可变电容电容器6，该可变电容电容器6通过给出总基准的处理系统16来交替进行控制操作和检测操作。处理系统16包括与构成负载电路的控制电路8相关联的复用器/分用器7。控制电路8具有将复用器/分用器元件7连接至处理器单元10的第一和第二支路9a和9b。处理器单元10具有与帽1的镀有金属边缘相连的另一端子。处理器单元10被安排成将偏压施加至电容器的端子之一，另一端子则短路。处理器单元10测量电极的短路电流。
第一支路9a包括与复用器/分用器7和处理器单元10串联的电阻器11。放大器12与电阻器11并联连接以便于使反相输入连接至复用器/分用器元件7、使非反相输入接地、并使输出连接至处理器单元10。
第二支路9b包括与复用器/分用器7和处理器单元10串联的电阻器13和14。放大器15与电阻器13并联连接以便于使反相输入连接在电阻器13和14之间以供经由电阻器14连接至处理器单元10、使非反相输入接地、并使输出连接至复用器/分用器元件7。
电极5被组织成两组，每一组经由相应通道17.1、17.2连接至复用器/分用器7。
根据本发明，控制电路8(即各个支路9.1和9.2)是低阻抗电路，即它呈现相对于电容器的输出阻抗为低的阻抗。更精确地，该电路满足以下关系：
R/G＜＜1/(Cω0)
其中R是电阻器11、13的电阻值(取决于感兴趣的支路)，G是放大器12、15的增益(取决于感兴趣的支路)，C是可变电容器6的电容，而ω0是在传感器的谐振频率下振动的角频率。放大器12和15放大电压，因此呈现低阻抗。
由此，通过使用同一电路，即控制电路8的支路9.1，对通道17.1、17.2两者执行检测，且通过使用同一电路，即控制电路8的支路9.2，对通道17.1、17.2两者执行驱动(或如图2标示的控制)。
自然，本发明不限于所示实施例，并且易于有可展现给本领域技术人员的实施例变体，而不背离如权利要求所限定的本发明的范围。
具体而言，尽管本发明参照具有振动帽的惯性旋转传感器来描述，但本发明也可应用于任何包括安排成构成交替用作致动器和检测器的可变电容电容器的面对电极的旋转传感器。
尽管给出了负载电路的两个示例，但本发明也适用于使用低阻抗负载电路、即其输出阻抗与可变电容器的输出阻抗相比极小的电路的任何设备。
帽的镀有金属的边缘可以是连续的或不连续的，以便在该边缘上形成彼此分离的电极(从帽的极延伸的蛛状导电层)。

Claims (3)

1.一种包括振动元件(1)的惯性旋转传感器，所述振动元件(1)具有构成经由复用器/分用器元件(7)与控制电路相关联的可变电容电容器(6)的彼此面对的镀有金属的部分(2，5)，所述控制电路被安排成具有驱动工作级和检测工作级，并在这些级上都呈现低阻抗。
2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，镀有金属的部分(5)被组织成两组，每个组通过相应通道(17.1，17.2)连接至复用器/分用器元件(7)。
3.如权利要求1或2所述的传感器，其特征在于，控制电路(8)包括经由第一支路(9.1)和第二支路(9.2)连接至复用器/分用器元件(7)的处理器单元(10)；第一支路(9.1)包括与所述复用器/分用器和所述处理器单元串联的电阻器(11)，并且放大器(12)与所述电阻器并联连接以便于使反相输入连接至所述复用器/分用器元件、使非反相输入接地、并使输出连接至所述处理器单元10；第二支路(9.2)包括与所述复用器/分用器元件和所述处理器单元串联的电阻器(13)，并且放大器(15)与所述电阻器并联连接以便于使反相输入连接至所述处理器单元、使非反相输入接地、并使输出连接至所述复用器/分用器元件。
CN200980122573.9A 2008-06-13 2009-06-12 漂移补偿的惯性旋转传感器 Active CN102057250B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0803302 2008-06-13
FR0803302A FR2932563B1 (fr) 2008-06-13 2008-06-13 Capteur de rotation inertiel a derive compensee.
PCT/FR2009/000700 WO2009150332A2 (fr) 2008-06-13 2009-06-12 Capteur de rotation inertiel a derive compensee

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102057250A true CN102057250A (zh) 2011-05-11
CN102057250B CN102057250B (zh) 2013-08-21

Family

ID=40352293

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200980122573.9A Active CN102057250B (zh) 2008-06-13 2009-06-12 漂移补偿的惯性旋转传感器

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8210041B2 (zh)
EP (1) EP2288871B1 (zh)
CN (1) CN102057250B (zh)
FR (1) FR2932563B1 (zh)
RU (1) RU2483278C2 (zh)
WO (1) WO2009150332A2 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013185417A1 (zh) * 2012-06-15 2013-12-19 苏州文智芯微系统技术有限公司 半球谐振式微机械陀螺仪及其加工工艺
US10132632B2 (en) 2012-06-15 2018-11-20 Suzhou Wenzhixin Micro System Technology Co., Ltd Hemispherical resonance micromechanical gyroscope and processing method thereof

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2936049B1 (fr) * 2008-09-16 2010-09-17 Sagem Defense Securite Resonateur a metallisation partielle pour detecteur de parametre angulaire.
FR2952426B1 (fr) * 2009-11-12 2012-10-05 Sagem Defense Securite Resonateur a couche metallisee partielle
FR2958030B1 (fr) * 2010-03-23 2012-04-20 Sagem Defense Securite Procede et dispositif de mesure angulaire avec compensation de non linearites
US8631702B2 (en) * 2010-05-30 2014-01-21 Honeywell International Inc. Hemitoroidal resonator gyroscope
FR2991044B1 (fr) * 2012-05-24 2014-05-09 Sagem Defense Securite Centrale inertielle a gyroscopes vibrants montes sur un carrousel et procede de mesure angulaire
RU2546987C1 (ru) * 2013-12-24 2015-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Способ установки кольцевого зазора при сборке волнового твердотельного гироскопа
FR3114146B1 (fr) * 2020-09-17 2022-08-12 Safran Electronics & Defense capteur vibrant avec unité d’hybridation
WO2024077035A1 (en) 2022-10-04 2024-04-11 Enertia Microsystems Inc. Vibratory gyroscopes with resonator attachments

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3656354A (en) * 1969-10-06 1972-04-18 Gen Motors Corp Bell gyro and improved means for operating same
US4951508A (en) * 1983-10-31 1990-08-28 General Motors Corporation Vibratory rotation sensor
US4752949A (en) * 1984-12-05 1988-06-21 Jay Steinbeck Corded/cordless telephone
RU2011168C1 (ru) * 1992-02-17 1994-04-15 Челябинский государственный технический университет Устройство стабилизации амплитуды колебаний полусферического резонатора
DE4406197C2 (de) * 1994-02-25 1996-10-24 Daimler Benz Aerospace Airbus Anschlußelement zur variablen Verlegung und zum Schutz von Leitungen
JP3453724B2 (ja) * 1994-06-03 2003-10-06 アイシン精機株式会社 角速度検出装置
US5817940A (en) * 1996-03-14 1998-10-06 Aisin Seiki Kabishiki Kaisha Angular rate detector
GB2318184B (en) * 1996-10-08 2000-07-05 British Aerospace A rate sensor
US5763780A (en) * 1997-02-18 1998-06-09 Litton Systems, Inc. Vibratory rotation sensor with multiplex electronics
US5892152A (en) * 1997-07-29 1999-04-06 Litton Systems, Inc. Multiple vibratory rotation sensors with multiplexed electronics
US6065340A (en) * 1998-07-29 2000-05-23 Litton Systems Inc. Vibratory rotation sensor with novel electrode placements
US6189382B1 (en) * 1999-11-05 2001-02-20 Litton Systems, Inc. Vibratory sensor with self-calibration and low noise digital conversion
US6467346B1 (en) * 2000-06-14 2002-10-22 Hughes Electronics Corporation Coriolis sensor interface
KR100382766B1 (ko) * 2001-07-02 2003-05-09 삼성전자주식회사 커패시턴스 변화량 측정 장치 및 방법
FR2851041B1 (fr) * 2003-02-06 2005-03-18 Sagem Procede de mise en oeuvre d'un resonateur sous l'effet de forces electrostatiques
JP4590853B2 (ja) * 2003-10-17 2010-12-01 パナソニック株式会社 回転率センサおよび多軸検出型回転率センサ
FR2863709B1 (fr) * 2003-12-11 2006-02-17 Sagem Capteur de rotation inertiel a traitement isotrope

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013185417A1 (zh) * 2012-06-15 2013-12-19 苏州文智芯微系统技术有限公司 半球谐振式微机械陀螺仪及其加工工艺
US10132632B2 (en) 2012-06-15 2018-11-20 Suzhou Wenzhixin Micro System Technology Co., Ltd Hemispherical resonance micromechanical gyroscope and processing method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
FR2932563B1 (fr) 2010-06-18
FR2932563A1 (fr) 2009-12-18
US8210041B2 (en) 2012-07-03
RU2011100808A (ru) 2012-07-20
WO2009150332A3 (fr) 2010-02-18
EP2288871A2 (fr) 2011-03-02
CN102057250B (zh) 2013-08-21
RU2483278C2 (ru) 2013-05-27
US20110083508A1 (en) 2011-04-14
WO2009150332A2 (fr) 2009-12-17
EP2288871B1 (fr) 2013-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102057250B (zh) 漂移补偿的惯性旋转传感器
US8272267B2 (en) Angular velocity sensor
CA2787212C (en) Coriolis gyroscope having correction units and method for reducing the quadrature bias
US5616864A (en) Method and apparatus for compensation of micromachined sensors
EP2474811B1 (en) Capacitance type physical quantity sensor and angular velocity sensor
FI93579C (fi) Sähköstaattisen voiman avulla takaisinkytketty kapasitiivinen anturi ja menetelmä sen aktiivisen elementin muodon ohjaamiseksi
EP2781924B1 (en) Capacitance detection circuit
US8746033B2 (en) Angular velocity sensor
JP2000009474A (ja) 角速度センサ
JP2010519503A (ja) ジャイロスコープ又はその改善
KR20130052059A (ko) 평행판 전극 타입 공진형 센서의 온도 보상 방법과 온도 및 공진 제어루프 시스템
EP2006636A2 (en) Angular velocity detecting device
JP2001343240A (ja) 静電容量型外力検出装置
WO2014101943A1 (en) Driver circuit for capacitive gap sensor
JP2015072277A (ja) 磁気感度が低減されたｍｅｍｓジャイロスコープ
JP2019060794A (ja) 物理量測定装置、電子機器及び移動体
Park et al. Detection of cyclic-fold bifurcation in electrostatic MEMS transducers by motion-induced current
Wang et al. A universal high-sensitivity area-variation capacitive displacement transducer (CDT) based on fringe effect
RU2344374C1 (ru) Электродная структура для микромеханического гироскопа и микромеханический гироскоп с этой структурой (варианты)
CN102458693B (zh) 机电变换器和用于检测机电变换器的灵敏度变化的方法
KR20100086059A (ko) 각속도 센서
EP4075096B1 (en) Sensor and electronic device
Xu et al. Comparison study of high-sensitivity area-changed capacitive displacement transducers with low-impedance and high-impedance readout circuits
RU2282151C1 (ru) Микромеханический гироскоп
CN117665419A (zh) 一种抗离子流干扰的谐振式静电场传感器及测量装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant