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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehratensensor gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Solche Drehratensensoren sind beispielsweise aus der Druckschrift
EP 1 123 484 B1 bekannt und sind zur Bestimmung von Drehraten weit verbreitet. Um eine möglichst hohe Sensitivität zu erzielen, ist es dabei in der Regel wünschenswert, dass die seismische Masse durch die Coriolis-Kraft möglichst weit gegenüber einer Antriebsachse, entlang der die Antriebsbewegung erfolgt, ausgelenkt wird. Dabei hat es sich etabliert, den Druck der Atmosphäre, in der die seismische Masse bewegt wird, zu verkleinern, um die bei der Bewegung der seismischen Masse auftretende Reibung zu reduzieren und damit größere Auslenkungen zu erzielen. Darüber hinaus gewinnen mikromechanische Vorrichtungen an Bedeutung, die neben einem Drehratensensor noch einen Beschleunigungssensor aufweisen. Beschleunigungssensoren werden bevorzugt bei einem ungefähr 500 mal so großen Druck (im Vergleich zum Drehratensensor) betrieben. Teilen sich nun Drehratensensor und Beschleunigungssensor eine Atmosphäre (z.B. in einer gemeinsamen Kavität) bei dem für den Beschleunigungssensor vorgesehenen Druck, wird die Sensitivität des Drehratensensors erheblich reduziert. Daher sieht der Stand des Technik es vor, Drehratensensor und Beschleunigungssensor zwar auf einer mikromechanischen Vorrichtung zu vereinen, aber dafür zu sorgen, dass den seismischen Massen unterschiedliche Atmosphären zur Verfügung stehen, wobei jeweils der Druck in der Kaverne an die Sensorart angepasst ist. Dieses Vorgehen ist in der Regel mit einem Mehr- und Kostenaufwand verbunden, da zusätzlich Getter-Materialien und/oder zusätzliche Strukturierungsmaßnahmen für das mikromechanische Bauelement erforderlich sind.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Drehratensensor zur Verfügung zu stellen, dessen Sensitivität für die Messungen der Drehraten verbessert wird, ohne die Atmosphäre zu ändern.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Drehratensensor mit einem Substrat und einer seismischen Masse, wobei der Drehratensensor eine Haupterstreckungsebene aufweist, die seismische Masse in eine parallel zur Haupterstreckungsebene verlaufende Antriebsrichtung zu einer Antriebsbewegung angetrieben wird und die seismische Masse bei einer Rotation des Drehratensensors mit einer Drehrate durch die von der Corioliskraft verursachte Kraftwirkung in eine senkrecht zur Antriebsrichtung und senkrecht zur Drehrate verlaufenden Detektionsrichtung bewegt wird. Es ist dabei erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Bewegung in Detektionsrichtung eine Auslenkungsamplitude aufweist und der Drehratensensor ein Auslenkungsunterstützungsmittel umfasst, wobei das Auslenkungsunterstützungsmittel so auf die seismische Masse wirkt, dass die Auslenkungsamplitude der seismischen Masse in Detektionsrichtung vergrößert wird, insbesondere im Vergleich zu einem Drehratensensor, der ohne Auslenkungsunterstützungsmittel betrieben wird. Typischerweise ist die seismische Masse über mindestens eine Detektionsfeder und/oder mindestens eine Antriebsfeder mit dem Substrat verbunden.
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Typischerweise umfasst die Bewegung der seismischen Masse in Detektionsrichtung eine Auslenkungsbewegung und eine Rückführungsbewegung, wobei die seismische Masse die Auslenkungsamplitude am Ende der Auslenkungsbewegung und am Anfang der Rückführungsbewegung einnimmt und die Rückführungsbewegung beendet ist, wenn die seismische Masse bei der Rückführungsbewegung die zur Auslenkungsamplitude betragsmäßig gleiche Strecke zurückgelegt hat bzw. wieder zu einer Antriebsachse zurückgeführt wird, entlang der im Wesentlichen die Antriebsbewegung der seismische Masse erfolgt. Wenn die seismische Masse eine Position auf der Antriebsachse einnimmt, wird diese Position im Folgenden als Nullpunktlage bezeichnet. Insbesondere nimmt die seismische Masse dann die Nullpunktlage ein, wenn keine Corioliskraft auf sie wirkt, d.h. keine Drehrate vorliegt.
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Es ist vorgesehen, dass das Auslenkungsunterstützungsmittel eine Unterstützungs-Kraftwirkung auf die seismische Masse ausübt, wobei die Unterstützungs-Kraftwirkung und die Bewegung der seismischen Masse in Detektionsrichtung zumindest zeitweise in die gleiche Richtung zeigen. Insbesondere ist es vorgesehen, dass sich die seismischen Masse in Detektionsrichtung zwischen einer Nullpunktlage und der Auslenkungsamplitude bewegt, wobei die vom Auslenkungsunterstützungsmittel auf die seismische Masse übertragene Unterstützungs-Kraftwirkung während der Bewegung der seismischen Masse von der Nullpunktlage zur Auslenkungsamplitude in der Summe größer ist als die vom Auslenkungsunterstützungsmittel auf die seismische Masse übertragene Unterstützungs-Kraftwirkung während der Bewegung der seismischen Masse von der Auslenkungsamplitude zur Nullpunktlage, wobei die Richtung der Unterstützung-Kraftwirkung parallel zur Detektionsrichtung verläuft. Dabei kann die Unterstützungs-Kraftwirkung über ein kurzes Zeitintervall und/oder kontinuierlich während der gesamten Bewegung in Detektionsrichtung erfolgen. In dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Auslenkungsamplitude erhöht und deshalb auch auf vorteilhafte Weise die Sensitivität des Drehratensensors verbessert.
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In einer weiteren Ausführungsform wird eine kurzfristig auftretende Unterstützungs-Kraftwirkung während der Auslenkungsbewegung maximal. Alternativ könnte die Unterstützungs-Kraftwirkung bereits während der Rückführungsbewegung maximal sein bzw. erfolgen, um bei der sich anschließenden Auslenkungsbewegung die Auslenkungsamplitude zu vergrößern.
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Vorzugsweise wird die seismische Masse durch zwei entlang der Antriebsrichtung angeordnete Antriebselektroden angetrieben, zwischen denen die seismische Masse angeordnet ist. Üblicherweise weisen die Antriebselektroden Kammantriebsstrukturen auf. Es ist dabei typischerweise vorgesehen, dass sich eine Antriebsspannung an den Antriebselektroden periodisch mit der Antriebsfrequenz ändert, wobei eine erste Antriebsspannung an einer Antriebelektrode um 180° phasenverschoben ist zu einer zweiten Antriebsspannung an einer zweiten Antriebselektrode.
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Üblicherweise umfasst der Drehratensensor ein Detektionsmittel, wobei das Detektionsmittel zwei entlang der Detektionsrichtung angeordnete Detektionselektroden aufweist, zwischen denen die seismische Masse angeordnet ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird die seismische Masse zu einer periodischen Bewegung, insbesondere zu einer periodischen Linearbewegung, mit einer Antriebsfrequenz in Antriebsrichtung angetrieben. In eine besonders bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Vergrößerung der Auslenkungsamplitude durch eine parametrische Verstärkung erzielt wird. Bei einer parametrischen Verstärkung nimmt das Schwingungssystem Energie von außen auf. Ordnet man der Schwingung in Detektionsrichtung eine fiktive Feder zu, kann die Aufnahme der Energie anhand dessen Federsteifigkeit beschrieben werden. Dabei ist es einerseits vorgesehen, dass die Federsteifigkeit während der Auslenkungsbewegung zumindest zeitweise kleiner gemacht wird (im Vergleich zu Federsteifigkeit ohne Auslenkungsunterstützungsmittel) und damit höhere Auslenkungsamplituden erzielt werden können. Andererseits ist es vorgesehen, dass während der Rückholbewegung die Federsteifigkeit zumindest zeitweise größer gemacht wird (im Vergleich zu Federsteifigkeit ohne Auslenkungsunterstützungsmittel) und damit beim Überqueren der Antriebsachse die Geschwindigkeit größer ist. Um eine parametreich Verstärkung über die ganze Periode einer Detektionsschwingung zu erzielen, ist es dabei notwendig, dass die Federsteifigkeit jeweils zweimal hart und zweimal weich wird, d.h. das Auslenkungsunterstützungsmittel weist eine Auslenkungsunterstützungsfrequenz auf, die doppelt so groß ist wie die Antriebsfrequenz.
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Dabei ist es vorgesehen, dass das zur Änderung der Federsteifigkeit vorgesehene Auslenkungsunterstützungsmittel zwei parallel zueinander und entlang der Detektionsrichtung angeordnete Auslenkungsunterstützungselektroden aufweist, zwischen denen die seismische Masse angeordnet ist. Insbesondere ist es vorgesehen, dass sich eine Auslenkungsunterstützungsspannung zwischen den Auslenkungsunterstützungselektroden periodisch mit der Auslenkungsunterstützungsfrequenz ändert, wobei die Auslenkungsunterstützungsspannung ihr Vorzeichen beibehält.
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Wenn die Auslenkungsunterstützungsspannung für eine Federsteifigkeitsänderung sorgt, ist es besonders vorteilhaft, dass sich die Zeit, in der die Feder weich ist, im Wesentlichen über das Zeitintervall der Auslenkungsbewegung und nur über ein kurzes Zeitintervall der Rückführungsbewegung erstreckt.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Feder während der ganzen Auslenkungsbewegung weich ist und hart, wenn die Rückführungsbewegung stattfindet.
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Erfolgt die Unterstützungs-Kraftwirkung auf die beschriebene Weise, bewirkt dies nicht nur eine Vergrößerung der Auslenkungsamplitude, sondern auch eine Dämpfung eines Quadratursignals. Das Quadratursignal ist Resultat von Imperfektionen des realen Drehratensensors, die bei dessen Herstellung entstehen, und sorgt dafür, dass das gemessene Detektionssignal nicht nur drehratenproportional ist, sondern auch Beiträge vom Quadratursignal beinhaltet. Dabei ist das Quadratursignal in Phase mit der Antriebsbewegung der seismischen Masse, d.h. eine Quadraturauslenkung ist dann am größten, wenn die Antriebsauslenkung maximal wird. Zu diesem Zeitpunkt ist die zur Geschwindigkeit der seismischen Masse proportionale Corioliskraft am geringsten. Gleichzeitig ist es in der Ausführungsform vorgesehen, dass die Unterstützungs-Kraftwirkung dem Quadratursignal, d.h. dessen Quadraturauslenkungsbewegung, entgegengerichtet ist. Dadurch wird in vorteilhafter Weise das Quadratursignal reduziert bzw. gedämpft.
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In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der Drehratensensor ein Antriebsunterstützungsmittel aufweist, wobei das Antriebsunterstützungsmittel eine Antriebsamplitude der Antriebsbewegung der seismischen Masse in Antriebsrichtung vergrößert. Dadurch wird die Auslenkungsamplitude indirekt in ihrer Größe beeinflusst: Es ist vorgesehen, dass die Antriebsbewegung durch das weitere Antriebsunterstützungsmittel im Mittel schneller wird. Eine schnellere Bewegung in Antriebsrichtung vergrößert die Corioliskraft und kann daher zusätzlich zum Auslenkungsunterstützungsmittel dazu beitragen, dass die Auslenkungsamplitude vergrößert wird. Dadurch kann in vorteilhafter Weise dafür gesorgt werden, dass die Auslenkungsamplitude noch größer und der Drehratensensor noch sensitiver wird.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform teilt sich der Drehratensensor eine Kavität/Kaverne mit einem Beschleunigungssensor. Herrscht in der Kavität der Druck, der für den optimalen Betrieb des Beschleunigungssensors vorgesehen ist, kann der Drehratensensor in vorteilhafter Weise den dadurch verursachten Verlust kompensieren, indem er erfindungsgemäß betrieben wird.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung, die mindestens einen Drehratensensor und mindestens einen Beschleunigungssensor umfasst, wobei der Drehratensensor und der Beschleunigungssensor in einer gemeinsamen Atmosphäre, insbesondere in einer Kaverne in der unter demselben Druck Drehratensensor und Beschleunigungssensor angeordnet sind, vorzugsweise gemäß den Anforderungen des Beschleunigungssensors, betrieben werden und der Drehratensensor gemäß einem der erfindungsgemäßen Verfahren.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
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Es zeigen
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1 eine schematische Darstellung eines Drehratensensor, der für das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb des Drehratensensor vorgesehen ist,
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2 tabellarische Darstellung von den Zeitabhängigkeiten einer Auslenkungsbewegung in Detektionsrichtung, einer periodisch variierenden Auslenkungsunterstützungsspannung und eines Quadratursignals, sowie Zustandsbeschreibungen einer fiktiven Feder, die ihre Federsteifigkeit ändert,–
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3 eine Graphik die eine Verstärkung von Auslenkungsamplitude bzw. Quadratursignal in Abhängigkeit von der Phase der Auslenkungsunterstützungsspannung und
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4 eine Vorrichtung, in der sich ein Beschleunigungssensor und ein Drehratensensor eine Kaverne teilen.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung:
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In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
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1 zeigt eine Ausführungsform eines Drehratensensors 1 mit einer Haupterstreckungsebene, der ein Substrat 3 und eine seismische Masse 2 umfasst. Die seismische Masse 2 ist über mindestens eine (in der dargestellten Ausführungsform über zwei) Antriebsfeder 10 und mindestens eine (in der dargestellten Ausführungsform über zwei) Detektionsfeder 11 an das Substrat 3 federnd gekoppelt, wodurch sich die seismische Masse 2 in einer Richtung parallel zur Haupterstreckungsebene relativ zum Substrat 3 bewegen kann. Mit Hilfe eines Antriebsmittels 110 lässt sich die seismische Masse 2 in eine periodische Bewegung, insbesondere eine periodische Linearbewegung, entlang einer Antriebsrichtung versetzen. Die Achse, entlang der sich die seismische Masse 2 in Antriebsrichtung im Wesentlichen bewegt wird, wird hier als Antriebsachse bezeichnet. Dabei kann bei einem realen Drehratensensor in der Regel nicht gewährleistet werden, dass die Antriebsbewegung entlang einer Geraden erfolgt, vielmehr gibt die Antriebsachse einen generellen Verlauf wieder, dem die seismische Masse 2 bei ihrer Antriebsbewegung folgt. In der dargestellten Ausführungsform handelt es sich bei dem Antriebsmittel 110 um Antriebselektroden, die als Paar zueinander so angeordnet sind, dass die seismische Masse 2 zwischen den Antriebselektroden zu finden ist. Insbesondere umfassen die Antriebselektroden 110 in der Regel Kammantriebsstrukturen. Erfährt der Drehratensensor 1 eine Rotationsbewegung mit einer Drehrate senkrecht zur Antriebsrichtung (oder einer Drehrate, die eine Komponente aufweist, die senkrecht zur Antriebsrichtung verläuft), wirkt eine Corioliskraft senkrecht zur Antriebsrichtung und senkrecht zur Drehrate, wodurch eine Detektionsbewegung der seismischen Masse 2 entlang einer Detektionsrichtung verursacht wird. Dabei verläuft die Detektionsrichtung
- – gemäß einer ersten Ausführungsform senkrecht zur Antriebsrichtungsrichtung und in der dargestellten Ausführungsform parallel zur Haupterstreckungsebene und
- ..–.. gemäß einer zweiten Ausführungsform senkrecht zur Antriebsrichtung und senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Drehratensensors 1. Um die Detektionsbewegung quantifizieren zu können, umfasst der Drehratensensor Detektionsmittel 100. Bei den Detektionsmitteln 100 handelt es sich üblicherweise um Elektroden, die Bestandteil von Substrat und seismische Masse sind. Die durch die Coriolis-Kraft verursachte Detektionsbewegung umfasst eine Auslenkungsbewegung und eine Rückführungsbewegung, wobei die Auslenkungsbewegung den Teil der Detektionsbewegung bezeichnet, der die seismische Masse 2 von der Antriebssachse wegführt, während die Rückführungsbewegung die seismische Masse 2 zur Antriebsachse zurückführt. Der maximal eingenommene relative Abstand zur Antriebsachse während der Auslenkungsbewegung wird als Auslenkungsamplitude bezeichnet. Sieht man von möglichen Störeinflüssen (z.B. einer Beschleunigung in Detektionsrichtung oder Quadratursignalen) ab, hängt die Auslenkungsamplitude im Wesentlichen von der Größe der Corioliskraft ab und damit von der Antriebsgeschwindigkeit und der Größe der Drehrate (bzw. der beitragenden Komponente der Drehrate). Damit kann jeder Auslenkungsamplitude eine Drehrate zugeordnet werden, da die Antriebsgeschwindigkeit in der Regel bekannt ist. Dabei gilt: Unterscheiden sich zwei Drehratensensoren(, die die gleiche Antriebsgeschwindigkeit aufweisen,) bei gleicher Corioliskraft in ihrer Auslenkungsamplitude, so wird üblicherweise der Drehratensensor sensitiver sein, dessen Auslenkungsamplitude größer ist. Um die Auslenkungsamplitude bei gleicher Corioliskraft zu vergrößern, weist der Drehratensensor in der dargestellten Ausführungsform erfindungsgemäß ein Auslenkungsunterstützungsmittel 120 auf. Die Aufgabe des Auslenkungsunterstützungsmittels 120 ist es, die Auslenkungsamplitude zu vergrößern. Dabei ist es vorgesehen, dass das Auslenkungsunterstützungsmittel 120 die Bewegung der seismischen Masse in Detektionsrichtung unterstützt. Erfindungsgemäß ist das Auslenkungsunterstützungsmittel 120 so ausgebildet, dass eine von ihm ausgehende Unterstützungs-Kraftwirkung auf die seismische Masse 2 einwirkt, wobei die Kraftwirkung parallel zur Bewegung der seismischen Masse in Detektionsrichtung erfolgt, und deshalb mit ihr zeitlich abgestimmt werden muss. Dabei kann die Unterstützung kontinuierlich erfolgen oder zu einem oder mehreren bestimmten Zeitpunkten während der Auslenkungsbewegung und/oder der Rückführungsbewegung der seismischen Masse. In der in 1 dargestellten Ausführungsform umfasst das Auslenkungsunterstützungsmittel 120 zwei entlang der Detektionsrichtung angeordnete Auslenkungsunterstützungselektroden, zwischen denen die seismische Masse angeordnet ist. Insbesondere können die Auslenkungsunterstützungselektroden weitere Kammantriebsstrukturen aufweisen.
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Die 2 stellt eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb des Drehratensensors 1 dar, der in 1 beschrieben wurde. In der vorliegenden Ausführungsvariante ist es vorgesehen, dass die seismische Masse 2 periodisch in die Antriebsrichtung bewegt wird und eine Auslenkungsunterstützungsspannung an den Auslenkungsunterstützungselektroden anliegt, deren Frequenz doppelt so groß ist wie die Antriebsfrequenz. Zur Erklärung der vorteilhaften Wirkung des Verfahrens wird in der 2 die Bewegung der seismischen Masse in Detektionsrichtung 530 in vier Zeitintervalle 410, 420, 430 und 440 unterteilt. Zur Darstellung der Bewegung wird der Abstand der seismischen Masse zur Antriebsachse gegen die Zeit 500 aufgetragen. Während der Zeitintervalle 410 und 430 befindet sich die seismische Masse in einer Auslenkungsbewegung und während der Zeitintervalle 420 und 440 in einer Rückführungsbewegung. Bei den Übergängen zwischen den Zeitintervallen 410 und 420, sowie 430 und 440 (d.h. bei den Übergängen von der Auslenkungsbewegung in die Rückführungsbewegung) nimmt die seismische Masse den maximalen Abstand während der Auslenkungsbewegung (d.h. der Abstand zur Antriebsachse entspricht der Auslenkungsamplitude) an. Für die Bewegung der seismische Masse in Detektionsrichtung 530 sind der 2 zwei Kurven zu entnehmen, wobei die gestrichelte Kurve die Bewegung der seismischen Masse des Drehratensensor 530 ohne die Wirkung des Auslenkungsunterstützungsmittels nachzeichnet und die durchgezogene Kurve die Bewegung repräsentiert, bei der das Auslenkungsunterstützungsmittel auf die seismische Masse wirkt. Der Vergleich der beiden obengenannten Kurven hebt hervor, dass die Auslenkungsamplitude mit dem Auslenkungsunterstützungsmittel in vorteilhafter Weise größer ist als die, die kein Auslenkungsunterstützungsmittel aufweist (hervorgehoben an der mit dem Bezugszeichen 570 gekennzeichneten Stelle). Damit es zu einer vorteilhaften Unterstützung der Auslenkungsbewegung und/oder der Rückführungsbewegung kommen kann, muss die vom Auslenkungsunterstützungsmittel 120 ausgehende Wirkung an die Auslenkungsbewegung der seismischen Masse 2 in Detektionsrichtung angepasst werden. Dabei lässt sich die Unterstützungs-Kraftwirkung vergleichen mit einer Feder, die entlang der Detektionsrichtung ausgerichtet ist und die periodische ihre Federsteifigkeit 510 variiert. Dies zeigt die oberste Zeile in 2 für die vier verschiedenen Zeitintervalle. Während der Zeitintervalle 410 und 430 ist die Feder weich, wodurch es der seismischen Masse 2 erlaubt ist, sich besonders weit von der Antriebsachse zu entfernen. In den Zeitintervalle 420 und 440 hingegen ist die Feder hart, wodurch die Geschwindigkeit der seismischen Masse beim Überschreiten der Antriebsachse in Detektionsrichtung größer ist im Vergleich zu der Situation, in der die Feder die Federsteifigkeit 510 aus den Zeitintervallen 420 und 440 beibehält. Mit anderen Worten: Um eine positive Auswirkung der Unterstützungs-Kraftwirkung auf die Auslenkungsamplitude zu erhalten, ist es vorgesehen, dass die Feder während der Auslenkungs- und der Rückführungsbewegung zweimal ihre Federsteifigkeit 510 ändert. Im realen Drehratensensor wird nicht die Federsteifigkeit 510 geändert, sondern vorzugsweise eine Auslenkungsunterstützungsspannung 520 an Auslenkungsunterstützungselektroden. Die zweite Zeile von oben in 2 zeigt, wie sich beispielsweise die angelegte Auslenkungsunterstützungsspannung 520 mit der Zeit verändert werden muss, damit eine positive Unterstützungs-Kraftwirkung (d.h. eine Wirkung die zur Vergrößerung der Auslenkungsamplitude führt) auf die Auslenkungsamplitude erzielt werden kann. Es ist zu erkennen, dass die Auslenkungsunterstützungsspannung 520 zu keinem Zeitpunkt ihr Vorzeichen wechselt und periodisch mit der Zeit 500 moduliert. Dabei erfolgt die Modulation mit einer Auslenkungsunterstützungsfrequenz, die doppelt so groß ist wie die Antriebsfrequenz. Erfolgt die Unterstützungs-Kraftwirkung auf die beschriebene Weise, bewirkt dies nicht nur eine Vergrößerung der Auslenkungsamplitude, sondern auch eine Dämpfung eines Quadratursignals 540. Das Quadratursignal ist Resultat von Imperfektionen des realen Drehratensensors, die bei dessen Herstellung entstehen, und sorgt dafür, dass das gemessene Detektionssignal nicht nur drehratenproportional ist, sondern auch Beiträge vom Quadratursignal beinhaltet. Dabei ist das Quadratursignal in Phase mit der Antriebsbewegung der seismischen Masse 2., d.h. eine Quadraturauslenkung ist dann am größten wenn die Antriebsauslenkung maximal wird. Zu diesem Zeitpunkt A, d. h. zum Zeitpunkt, bei dem die seismische Masse den maximalen Abstand während der Auslenkbewegung einnimmt, ist die zur Geschwindigkeit der seismischen Masse proportionale Corioliskraft am geringsten (im Wesentlichen verschwindet sie). Im Bild der entlang der Detektionsrichtung verlaufenden Feder, die ihre Federsteifigkeit ändert, ist die Feder zu der Zeit vor dem Zeitpunkt Ahart und erschwert damit eine Auslenkung in Detektionsrichtung. Dadurch wird in vorteilhafter Weise die Quadraturauslenkung reduziert, d.h. gedämpft. Die unterste Zeile in 2 zeigt diesen Effekt auf das Quadratursignal 540 anhand einer durchgezogenen Kurve und einer gestrichelten Kurve, wobei die durchgezogene Kurve den Fall repräsentiert, wenn eine Auslenkungsunterstützung in Detektionsrichtung erfolgt, und die gestrichelte Kurve den Fall, wenn keine Auslenkungsunterstützung in Detektionsrichtung erfolgt (insbesondere in 2 hervorgehoben durch das Bezugszeichen 580).
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3 stellt ein Diagramm dar, das zeigt, wie die Vergrößerung 600 der Auslenkungsamplitude 601 bzw. die Dämpfung des Quadratursignals 602 abhängt von der zeitlichen Lage der periodisch variierenden Auslenkungsunterstützungsspannung relativ zur Schwingungsbewegung der seismischen Masse 2. Dazu wird eine ganze Schwingung/Periode der Auslenkungsunterstützungsspannung betrachtet. Während dieser Zeit kann die Detektionsschwingung eine halbe Schwingung vollziehen. Um eine relative Lage zwischen den beiden Schwingungen (d.h. Detektionsschwingung und Auslenkungsunterstützungsspannung) festzulegen, wird eine Phase (d.h. der Zeitpunkt innerhalb einer Periode der Auslenkungsunterstützungsspannung) der Auslenkungsunterstützungsspannung auf die x-Achse aufgetragen, bei der jeweils die Detektionsschwingung ihr Maximum, d.h. die Auslenkungsamplitude, einnimmt. Zum Beispiel entspricht die Phase 180° (entspricht dem Bezugszeichen 720) der Situation, bei der die Hälfte der Periode der Auslenkungsunterstützungsspannung vergangen ist und zu diesem Zeitpunkt die Auslenkungsamplitude von der Detektionsschwingung der seismische Masse 2 angenommen wird. Der 3 ist zu entnehmen, dass in diesem Fall (Phase = 180°) die Verstärkung der Auslenkungsamplitude maximal 740 ist und das Quadratursignal am stärksten gedämpft ist (d.h. ein Minimum 750 einnimmt). Entspricht die Phase hingegen 0° (entspricht Bezugszeichen 710) oder 360° (entspricht Bezugszeichen 730) wird die Auslenkungsamplitude sogar gedämpft (nimmt dabei ein Minimum 750 ein) und das Quadratursignal wird maximal verstärkt.
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4 zeigt eine Vorrichtung, in der sich ein Drehratensensor 1 und ein Beschleunigungssensor 5 eine Atmosphäre teilen. Dabei sind Beschleunigungssensor 5 und Drehratensensor 1 innerhalbe einer gemeinsamen Kaverne 6 angeordnet, und vorzugsweise werden Beschleunigungssensor 5 und Drehratensensor 1 gemäß den Anforderungen des Beschleunigungssensors betrieben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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