DE102014105205A1

DE102014105205A1 - Gyroskop-Stoß- und -Störungsmessschaltung

Info

Publication number: DE102014105205A1
Application number: DE201410105205
Authority: DE
Inventors: Massimiliano Forliti; Christian Rosadini
Original assignee: Maxim Integrated Products Inc
Current assignee: Maxim Integrated Products Inc
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2014-04-11
Publication date: 2014-11-13
Also published as: CN104121899B; CN104121899A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft integrierte Schaltungen, und genauer Systeme, Vorrichtungen und Verfahren zum Einbauen einer Gyro-Messschaltung in ein Gyroskop zum Erfassen eines Stoßes oder einer Störung und zum genauen Unterscheiden drehungsbasierter Messsignale von Störsignalen, die durch den Stoß oder die Störung eingebracht sind. Die Gyro-Messschaltung kann in einem differentiellen oder nicht differentiellen Demodulationskonzept ausgeführt sein und umfasst mindestens eine Demodulationseinheit und einen Spitzendetektor. Die mindestens eine Demodulationseinheit demoduliert ein durch das Gyroskop vorgesehenes Gyro-Ausgangssignal mit einem Referenzsignal. In einem demodulierten Gyro-Ausgangssignal ist ein Stoßsignal oder ein Gyro-Störsignal im Wesentlichen gegenüber interessierenden Gyro-Messsignalen isoliert, die verwendet werden, um eine Drehgeschwindigkeit zu messen. Ein Spitzendetektor tastet das modulierte Gyro-Ausgangssignal ab, bestimmt, ob das Signal einen Schwellenpegel VTH überschreitet, und gibt einen Stoß-Indikator aus, der ein entsprechendes Bestimmungsergebnis angibt.

Description

Querverweis auf in Zusammenhang stehende Anmeldung
Diese Anmeldung beansprucht Anmeldungs-Vorrang unter 35 U.S.C. §119(e) vor der vorläufigen Anmeldung Nr. 61/816,419 mit dem Titel „Gyroskop-Stoß- und -Störungsmessschaltung”, eingereicht am 26. April 2013, deren Gegenstand hier in seiner Gesamtheit als Referenz aufgenommen ist.
Hintergrund
A. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft integrierte Schaltungen, und genauer Systeme, Vorrichtungen und Verfahren zum Erfassen eines Stoßes oder einer Störung, die ein Gyroskop erlitten hat, und zum Unterscheiden von drehungsbasierten Messsignalen von Störsignalen, die durch den Stoß oder die Störung eingebracht sind.
B. Hintergrund der Erfindung
Eine mikroelektromechanische Struktur (MEMS) wird weitverbreitet als Sensor zur Messung von Beschleunigung, Drehung, Druck und vielen anderen physikalischen Parametern eingesetzt. Die MEMS-Vorrichtung wird normalerweise auf einem Silizium-Substrat unter Verwendung eines Mikrobearbeitungs-Prozesses ausgebildet, weist charakteristische Strukturgrößen von einigen Mikrometern auf und wandelt mechanische Bewegung in elektrische Signale um, die den Pegel eines interessierenden Parameters angeben können. Insbesondere wurden MEMS-basierte Gyroskopvorrichtungen entwickelt und angewendet, um Drehgeschwindigkeiten der Vorrichtungen bezüglich bestimmter Achsen zu überwachen, und eine Vielzahl von Verbraucher- und Automobilanwendungen verwendete erfolgreich solche MEMS-basierten Gyroskopvorrichtungen. Beispielsweise sind bei vielen Automobilanwendungen die Gyroskopvorrichtungen zur Stabilitätskontrolle, Navigationsunterstützung, Lastausgleichs-/Aufhängungsregelung, Kollisionsvermeidung und Überrollerkennung eingebaut.
Herkömmliche MEMS-basierte Gyroskopvorrichtungen verwenden mechanische Schwingungselemente (Prüfmassen), um eine Drehgeschwindigkeit zu erfassen. 1A stellt ein mechanisches Element 100 dar, das in einem sich drehenden Referenzrahmen angeordnet ist. Das mechanische Element 100 ist in einer ersten orthogonalen Achse (x-Achse) zur Schwingung angetrieben, und wenn sich der Rahmen bezüglich einer zweiten orthogonalen Achse (y-Achse) dreht, wird Schwingungsbewegung aufgrund der Coriolis-Beschleunigung entlang der dritten orthogonalen Achse (z-Achse) induziert. Eine entsprechende Trägheits-Corioliskraft F_C kann dargestellt werden als: F_C = –2 Ωmv (1) wobei Ω die Drehgeschwindigkeit, m die Masse des mechanisches Elements 100 und v die Schwingungsgeschwindigkeit entlang der ersten orthogonalen Achse ist.
1B stellt eine beispielhafte Vibrations-Gyroskopvorrichtung 150 dar, die auf elektrostatischer Betätigung und kapazitiver Erfassung zum Aufnehmen der Corioliskraft beruht. Eine Prüfmasse 152 ist durch an zwei gegenüberliegenden Seiten angeordnete Kamm-Antriebe 154 angetrieben, entlang einer x-Achse zu schwingen. Ein Kondensator ist zwischen dem Substrat und der Prüfmasse 152 gebildet. Als Reaktion auf Drehung bezüglich einer y-Achse schwingt die Prüfmasse 152 auf das Substrat zu und von ihm weg, auf dem sich die Gyroskopvorrichtung 150 befindet, und deshalb verändert sich der Spaltabstand des Kondensators, was zu einer kapazitiven Änderung führt, die mit der Corioliskraft assoziiert ist. Eine Schnittstellen-Leseschaltung ist normalerweise in der Gyroskopvorrichtung 150 eingebaut, um diese kapazitive Änderung in ein Gyroskop-Messsignal umzuwandeln, das mit dem Betrag der Corioliskraft und daher mit der entsprechenden Drehgeschwindigkeit verknüpft ist.
Obwohl das Gyroskop-Messsignal interessierende Informationen zur Drehgeschwindigkeit enthält, werden auch Störsignale durch verschiedene Stoß- und Störquellen eingebracht und könnten die Genauigkeit der Drehungsmessung wesentlich verschlechtern. Insbesondere in Automobilanwendungen ist Stoßfestigkeit kritisch und bildet eine Haupteigenschaft, weil strenge Sicherheitsauflagen verhängt werden müssen, um ein ausfallsicheres und robustes System sicherzustellen. In einem solchen Kontext muss ein Auftreten eines Stoßes oder einer Störung indiziert und dazu verwendet werden, anzuzeigen, dass ein unzuverlässiges und unvorhersehbares Drehgeschwindigkeitssignal ausgegeben wird, wenn das Niveau des Stoßes oder der Störung einen durch ein entsprechendes Drehungsmesssystem tolerierbaren Schwellwert überschreitet. Viele bestehende Gyroskopvorrichtungen auf dem Markt wendeten Sensor- oder Gehäuselösungen an, um die Stoßfestigkeit der Vorrichtungen selbst zu verbessern. Jedoch indiziert keine davon das Auftreten von Stoß oder Störung bezüglich einer bestimmten Toleranz und warnt ein Hauptsystem, geeignete Gegenmaßnahmen zu treffen.
Zusammenfassung der Erfindung
Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung betreffen integrierte Schaltungen und genauer Systeme, Vorrichtungen und Verfahren zum Einbauen einer Gyro-Messschaltung in ein Gyroskop, um einen Stoß oder eine Störung zu erfassen, die durch eine Gyroskopvorrichtung erfahren wurden, und drehungsbasierte Gyro-Messsignale von Störsignalen genau zu unterscheiden, die durch den Stoß oder die Störung eingebracht werden. Die Gyro-Messschaltung nutzt speziell die Symmetrie dieser Signale bezüglich einer Kennfrequenz des Gyroskops.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Gyro-Messschaltung auf Grundlage eines differentiellen Demodulationskonzepts ausgeführt. Zwei Demodulationseinheiten werden angewendet, um ein Gyro-Ausgangssignal zu demodulieren, das ein Stoßsignal und eine Vielzahl von Gyro-Messsignalen umfasst. Zwei Referenzsignale, die bezüglich der Kennfrequenz symmetrisch sind, werden für die Demodulation verwendet, und die resultierenden demodulierten Ausgänge werden differentiell in einem Subtrahierer kombiniert, um das Stoßsignal zu isolieren, das asymmetrisch bezüglich der Kennfrequenz liegt. Ein Spitzendetektor bestimmt weiter, ob der kombinierte Gyro-Ausgang einen Schwellenpegel überschreitet, und erzeugt einen Stoß-Indikator, um ein Hauptsystem zu warnen, ob eine anomale Stoß- oder Störungssituation auftritt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Gyro-Messschaltung auf Grundlage eines nicht differentiellen Demodulationskonzepts ausgeführt. Die Gyro-Messschaltung umfasst eine Demodulationseinheit und einen Spitzendetektor. Die Demodulationseinheit wird zuerst gekoppelt, um ein Gyro-Ausgangssignal zu empfangen, das ein Gyro-Messsignal und mindestens eins aus einem Stoßsignal und einer Vielzahl von Gyro-Störsignalen von einem Gyroskop umfasst. Ein solches Gyro-Ausgangssignal wird unter Verwendung eines Referenzsignals demoduliert, sodass das mindestens eine aus dem Stoßsignal und der Vielzahl von Gyro-Störsignalen beibehalten wird, während das Gyro-Messsignal, das sich auf eine interessierende Drehgeschwindigkeit bezieht, unterdrückt wird. Der Spitzendetektor bestimmt, ob der demodulierte Gyro-Ausgang einen Schwellenpegel überschreitet, und erzeugt einen Stoß-Indikator, um ein Hauptsystem zu warnen, ob eine anomale Stoß- oder Störungssituation auftritt.
Bestimmte Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung wurden hier allgemein beschrieben; zusätzliche, hier vorgestellte Eigenschaften, Vorteile und Ausführungsformen werden jedoch für einen gewöhnlichen Fachmann angesichts der Zeichnung, der Beschreibung und der Ansprüche davon offensichtlich. Demgemäß sollte verstanden werden, dass der Umfang der Erfindung nicht durch die in diesem zusammenfassenden Abschnitt offenbarten besonderen Ausführungsformen eingeschränkt sein soll.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nun wird Bezug auf Ausführungsformen der Erfindung genommen, von denen Beispiele in den begleitenden Figuren dargestellt sein können. Es ist beabsichtigt, dass diese Figuren nur veranschaulichend, nicht einschränkend sind. Obwohl die Erfindung allgemein im Kontext dieser Ausführungsformen beschrieben ist, versteht es sich, dass nicht beabsichtigt ist, den Umfang der Erfindung auf diese bestimmten Ausführungsformen zu beschränken.
1A stellt ein mechanisches Element dar, das in einem sich drehenden Referenzrahmen angeordnet ist.
1B stellt eine beispielhafte Vibrations-Gyroskopvorrichtung dar, die auf elektrostatischer Betätigung und kapazitiver Erfassung zum Aufnehmen einer Corioliskraft beruht.
2 stellt ein beispielhaftes Drehungsmesssystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen in der Erfindung dar.
3 stellt ein beispielhaftes Blockdiagramm einer Gyro-Messschaltung auf Grundlage eines nicht differentiellen Demodulationskonzepts gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung dar.
4A stellt ein erstes beispielhaftes Spektraldiagramm von Eingängen dar, die in ein Drehungsmesssystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen in der Erfindung gekoppelt sind.
4B stellt ein erstes beispielhaftes Spektraldiagramm von Signalkomponenten in einem Gyro-Ausgangssignal und von einem Referenzsignal dar, die in einer Gyro-Messschaltung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in der Erfindung verwendet sind.
4C stellt ein erstes beispielhaftes Spektraldiagramm dar, das einen Mechanismus zum Trennen eines Stoßsignals von zwei Gyro-Messsignalen in einem Gyro-Ausgangssignal gemäß verschiedenen Ausführungsformen in der Erfindung angibt.
5A stellt ein zweites beispielhaftes Spektraldiagramm von Eingängen dar, die in ein Drehungsmesssystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen in der Erfindung gekoppelt sind.
5B stellt ein zweites beispielhaftes Spektraldiagramm von Signalkomponenten in einem Gyro-Ausgangssignal und von einem Referenzsignal dar, die in einer Gyro-Messschaltung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in der Erfindung verwendet sind.
5C stellt ein beispielhaftes Spektraldiagramm dar, das einen Mechanismus zum Trennen eines von zwei Gyro-Störsignalen von den beiden Gyro-Messsignalen in einem Gyro-Ausgangssignal gemäß verschiedenen Ausführungsformen in der Erfindung angibt.
6 stellt ein beispielhaftes Blockdiagramm einer Gyro-Messschaltung auf Grundlage eines differentiellen Demodulationskonzepts gemäß verschiedenen Ausführungsformen in der Erfindung dar.
7A stellt ein drittes beispielhaftes Spektraldiagramm von Eingängen dar, die in ein Drehungsmesssystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen in der Erfindung gekoppelt sind.
7B stellt ein beispielhaftes Spektraldiagramm von Signalkomponenten in einem Gyro-Ausgangssignal und von zwei Referenzsignalen dar, die in einer Gyro-Messschaltung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in der Erfindung verwendet sind.
7C stellt ein beispielhaftes Spektraldiagramm dar, das einen differentiellen Demodulationsmechanismus zum Trennen eines Stoßsignals von Gyro-Mess- und -Störsignalen in einem Gyro-Ausgangssignal gemäß verschiedenen Ausführungsformen in der Erfindung angibt.
8 stellt ein weiteres beispielhaftes Blockdiagramm einer Gyro-Messschaltung auf Grundlage eines differentiellen Demodulationskonzepts gemäß verschiedenen Ausführungsformen in der Erfindung dar.
9A stellt ein beispielhaftes Flussdiagramm eines Verfahrens zum Indizieren einer Störung oder eines Stoßes dar, die/den ein Drehungsmesssystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen in der Erfindung erleidet.
9B stellt ein weiteres beispielhaftes Flussdiagramm eines Verfahrens zum Indizieren eines Stoßes dar, den ein Drehungsmesssystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen in der Erfindung erleidet.
Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
In der folgenden Beschreibung sind zum Zweck der Erläuterung besondere Einzelheiten dargelegt, um ein Verständnis der Erfindung vorzusehen. Einem Fachmann wird jedoch offensichtlich sein, dass die Erfindung ohne diese Einzelheiten umgesetzt werden kann. Ein Fachmann wird erkennen, dass unten beschriebene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in einer Vielfalt von Weisen und unter Verwendung einer Vielfalt von Mitteln durchgeführt werden können. Fachleute werden auch erkennen, dass zusätzliche Modifikationen, Anwendungen und Ausführungsformen in ihrem Umfang liegen, ebenso zusätzliche Gebiete, auf denen die Erfindung Nutzen bringen kann. Demgemäß sind die unten beschriebenen Ausführungsformen erläuternd für bestimmte Ausführungsformen der Erfindung und sind dazu gedacht, Verschleiern der Erfindung zu vermeiden.
Bezugnahme in der Beschreibung auf „eine Ausführungsform” bedeutet, dass ein in Verbindung mit der Ausführungsform beschriebenes bestimmtes Merkmal, ein Aufbau, eine Eigenschaft oder Funktion in mindestens einer Ausführungsform der Erfindung enthalten ist. Das Erscheinen des Ausdrucks „in einer Ausführungsform” oder dergleichen an verschiedenen Stellen in der Beschreibung muss sich nicht unbedingt immer auf dieselbe Ausführungsform beziehen.
Weiter sind Verbindungen zwischen Bauteilen oder zwischen Verfahrensschritten in den Figuren nicht auf Verbindungen beschränkt, die direkt betroffen sind. Stattdessen können in den Figuren dargestellte Verbindungen zwischen Bauteilen oder Verfahrensschritten abgeändert oder anderweitig durch Hinzufügen von Zwischen-Bauteilen oder -Verfahrensschritten verändert werden, ohne von den Lehren der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung betreffen integrierte Schaltungen und genauer Systeme, Vorrichtungen und Verfahren zum Einbauen einer Gyro-Messschaltung in ein Gyroskop, um einen Stoß oder eine Störung zu erfassen, den/die eine Gyroskopvorrichtung erleidet, und drehungsbasierte Gyro-Messsignale von Störsignalen genau zu unterscheiden, die durch Stoß oder Störung eingebracht sind. Zusätzlich zu den drehungsbasierten Gyro-Messsignalen können Gyro-Störsignale oder ein Stoßsignal in einem Gyro-Ausgangssignal enthalten sein, das die Gyroskopvorrichtung der Gyro-Messschaltung liefert, aber diese Signale weisen unterschiedliche Beträge und Eigenschaften auf. Wenn das Stoßsignal einen Schwellenpegel überschreitet, ist das Gyro-Ausgangssignal fehlerhaft, und eine von dem Gyro-Ausgangssignal abgeleitete Drehgeschwindigkeit ist nicht mehr zuverlässig. Manchmal wird das Gyro-Ausgangssignal auch als fehlerhaft betrachtet, wenn eins der Gyro-Störsignale den Schwellenpegel überschreitet.
Gemäß der Erfindung ist die Gyro-Messschaltung nach einem differentiellen oder nicht differentiellen Demodulationskonzept konfiguriert und wendet mindestens ein Referenzsignal an, um das Gyro-Ausgangssignal zu demodulieren. Die Referenzfrequenz des mindestens einen Referenzsignals ist gemäß den Frequenzen des Stoßsignals oder der Gyro-Störsignale so gewählt, dass die Stoß- oder Gyro-Störsignale von den drehungsbasierten Gyro-Messsignalen im Gyro-Ausgangssignal getrennt werden können. Die Stoß- oder Störsignale werden ständig überwacht, und jede anomale Situation wird gegenüber einem Hauptsystem indiziert, das sich zur Drehungserfassung auf das Gyroskop stützt. Nach Erkennen solcher Bedingungen kann das Hauptsystem geeignete Gegenmaßnahmen ergreifen, wie etwa Ignorieren des fehlerhaften Gyro-Ausgangssignals, um die Genauigkeit der Drehungserfassung sicherzustellen.
2 stellt ein beispielhaftes Drehungsmesssystem 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung dar. Das Drehungsmesssystem 200 umfasst eine Gyroskopvorrichtung 202 und eine Gyro-Schnittstellenschaltung 204, die weiter eine Ansteuerschaltung 206 und eine Gyro-Messschaltung 208 umfasst. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung ist die Gyroskopvorrichtung 202 eine MEMS-Vorrichtung, hergestellt in einem Mikro-Fabrikationsverfahren. Die Ansteuerschaltung 206 stellt ein Ansteuersignal bereit, um eine Prüfmasse elektrostatisch anzusteuern, die in der Gyroskopvorrichtung 202 enthalten ist, und die Prüfmasse ist daher angetrieben, entlang einer ersten orthogonalen Richtung in einem sich drehenden Referenzrahmen zu schwingen. Das Ansteuersignal weist vorzugsweise eine Ansteuerfrequenz auf, die mit einer Kennfrequenz f₀ der Gyroskopvorrichtung 202 konsistent ist. Als Reaktion auf Drehung bezüglich einer zweiten orthogonalen Richtung überwacht die Prüfmasse eine physische Verschiebung entlang einer dritten orthogonalen Richtung und eine entsprechende kapazitive Änderung. Die Gyro-Messschaltung 208 ist gekoppelt, die kapazitive Änderung zu erfassen, die mit einer entsprechenden Corioliskraft entlang der dritten orthogonalen Richtung assoziiert ist.
Das Gyroskop 202 stellt ein Gyro-Ausgangssignal für die Gyro-Messschaltung 204 bereit, und dieses Gyro-Ausgangssignal enthält Gyro-Messsignale, die sich aus einer interessierenden Drehgeschwindigkeit des Gyroskops 202 ergeben. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gyro-Ausgangssignal nur mit einer kapazitiven Änderung assoziiert, die durch die Corioliskraft verursacht ist, und enthält nur die Gyro-Messsignale. Jedoch kann in vielen Fällen ein Stoß oder eine Störung enthalten sein und unvermeidlich das Gyro-Ausgangssignal beeinflussen. Daher enthält das Gyro-Ausgangssignal oftmals ein Stoßsignal oder Gyro-Störsignale, die durch den Stoß bzw. die Störung eingebracht sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung erfasst und indiziert die Gyro-Messschaltung 208 einen unerwünschten Stoß oder eine Störung zusätzlich zur Drehungsmessung, wenn ein bestimmtes, im Gyro-Ausgangssignal enthaltenes Stoß- oder Störsignal einen Schwellenpegel überschreitet. Unter solchen Umständen sind Nutzinformationen bezüglich einer Drehgeschwindigkeit, die mit dem Gyro-Ausgangssignal assoziiert sind, durch das zu hohe Stoß- oder Störsignal fehlerhaft und ungenau gemacht. Demgemäß kann sich ein Anwendungs-Hauptsystem, das das Drehungsmesssystem 200 anwendet, auf einen durch die Gyro-Messschaltung 208 erzeugten Stoß-Indikator stützen, um zu bestimmen, ob das Gyro-Ausgangssignal ignoriert und aus der interessierenden Drehgeschwindigkeit entfernt werden muss.
Der mechanische Aufbau der Gyroskopvorrichtung 202 kann abstrakt in der Theorie als eine Kombination eines Mischers 202A und eines Tiefpassfilters 202B dargestellt werden. Der Mischer 202A mischt das Ansteuersignal und die Drehgeschwindigkeit und erzeugt ein Zwischen-Gyro-Ausgangssignal, das mit der entsprechenden Corioliskraft assoziiert ist. Das Zwischen-Gyro-Ausgangssignal wird weiter gefiltert, um das Gyro-Ausgangssignal zu erzeugen. Das Tiefpassfilter 202B ist mit einer Transferfunktion H_p(s) assoziiert, die eine Resonanzspitze bei einer Spitzenfrequenz f₁ aufweist. Die Eckfrequenz des Tiefpassfilters 202B ist im Wesentlichen konsistent mit der Spitzenfrequenz f₁. Die Kennfrequenz f₀ der Gyroskopvorrichtung 202 ist niedriger als die Spitzenfrequenz f₁, und somit kann das Gyro-Ausgangssignal genau die interessierenden Informationen bezüglich der Drehgeschwindigkeit beibehalten. In einer bestimmten Ausführungsform betragen die Kennfrequenz f₀ und die Spitzenfrequenz f₁ 20 kHz bzw. 21 kHz.
Ein analoges Filter 210 kann weiter an einem Eingang der Gyro-Messschaltung 208 angeordnet sein. Das analoge Filter 210 ist ein Tiefpassfilter, das dazu dient, das Gyro-Ausgangssignal vor einer weiteren Verarbeitung zu filtern, zu skalieren oder zu verstärken. Das analoge Filter 210 dient zu Anti-Aliasing-Zwecken und beeinflusst nicht den drehungsbezogenen Spektralgehalt des Gyro-Ausgangssignals. Deshalb ist die Eckfrequenz des analogen Filters 210 so gewählt, dass sie sowohl höher ist als die Kennfrequenz f₀ als auch als die Spitzenfrequenz f₁. Beispielsweise kann die Eckfrequenz des analogen Filters 210 auf 100 kHz gesetzt sein, wenn die Kennfrequenz f₀ und die Spitzenfrequenz f₁ des Gyroskops 202 20 kHz bzw. 21 kHz betragen.
In einigen Ausführungsformen ist das durch das Gyroskop 202 bereitgestellte Gyro-Ausgangssignal ein analoges Signal. Nach Filtern und Skalieren/Verstärken im analogen Filter 210 wird das Gyro-Ausgangssignal in ein digitales Signal umgewandelt, das weiter in einem digitalen Bereich verarbeitet werden kann, um die Drehgeschwindigkeit zu erhalten und den Indikatorausgang zu erzeugen.
In bestimmten Ausführungsformen sind die Gyroskopvorrichtung 202 und die Gyro-Schnittstellenschaltung 204 auf zwei getrennten Substraten hergestellt und zusammengebaut, um das Drehungsmesssystem 200 in einem hybriden Format zu bilden. In einigen anderen Ausführungsformen sind die Gyroskopvorrichtung 202 und die Gyro-Schnittstellenschaltung 204 auf einem einzigen Substrat unter Verwendung eines Mikro-Fabrikationsverfahrens gefertigt, das vielfache Materialschichten umfasst. Obwohl sie verschiedene Chipflächen einnehmen können, die auf dem Substrat physisch getrennt sind, kann die Gyroskopvorrichtung 202 auch oben auf der Gyro-Schnittstellenschaltung 204 integriert sein, um Chipfläche zu sparen. Für eine solche vertikale Integration müssen das Fertigungsverfahren, die Materialschichten und die Konfigurierung sowohl der Gyroskopvorrichtung 202 als auch der Schnittstellenschaltung 204 richtig ausgeführt sein.
3 stellt ein beispielhaftes Blockdiagramm 300 einer Gyro-Messschaltung auf Grundlage eines nicht differentiellen Demodulationskonzepts gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung dar. Die Gyro-Messschaltung 300 erzeugt einen Stoß-Indikator, der indiziert, ob ein Stoß- oder Störsignal einen Schwellenpegel V_TH überschreitet, und deshalb kann sich das Anwendungs-Hauptsystem auf den Stoß-Indikator stützen, um zu bestimmen, ob das Gyro-Ausgangssignal fehlerhaft ist und ignoriert werden muss.
Die Gyro-Messschaltung 300 umfasst eine Demodulationseinheit 302 und einen Spitzendetektor 304. Die Demodulationseinheit 302 demoduliert ein Gyro-Ausgangssignal unter Verwendung eines Referenzsignals so, dass ein Stoß- oder Störsignal beibehalten wird, während die Gyro-Messsignale in einem demodulierten Gyro-Ausgangssignal unterdrückt werden. Dadurch wird das Stoß- oder Störsignal wirksam aus den Gyro-Messsignalen getrennt. Der Spitzendetektor 304 misst weiter, ob der Betrag des demodulierten Gyro-Ausgangssignals einen Schwellenpegel V_TH überschreitet, und erzeugt den entsprechenden Stoß-Indikator, um das Hauptsystem zu warnen, ob eine anomale Stoß- oder Störungssituation auftritt.
Die Demodulationseinheit 302 umfasst weiter einen elektronischen Mischer 306 und ein Tiefpassfilter 308. Der elektronische Mischer 306 kombiniert das Referenzsignal und das Gyro-Ausgangssignal und verändert den Spektralgehalt des Gyro-Ausgangssignals bezüglich einer Referenzfrequenz f_R des Referenzsignals. Das Tiefpassfilter 308 weist einen Gewinn G_LP und eine Eckfrequenz f_LP auf, die ausgelegt sind, das Stoß- oder Störsignal und die Gyro-Messsignale in dem Gyro-Ausgangssignal unterschiedlich zu verarbeiten, und insbesondere den Pegel des Stoß- oder Störsignals beizubehalten oder zu verstärken, während sie den der Gyro-Messsignale unterdrücken. Ein Auswahlverfahren wird angewendet, um die Referenzfrequenz f_R, die Eckfrequenz f_LP und den Gewinn G_LP zu bestimmen, und eine entsprechende Begründung für ein solches Auswahlverfahren ist nachstehend in 4A bis 4C und 5A bis 5C genau gegeben.
Der Spitzendetektor 304 umfasst eine Abtastschaltung 310 und einen Komparator 312. Die Abtastschaltung 310 tastet das von der Demodulationseinheit 302 empfangene demodulierte Gyro-Ausgangssignal ab. Der Komparator 312 vergleicht das abgetastete Signal mit dem Schwellenpegel V_TH und erzeugt gemäß einem Vergleichsergebnis den Stoß-Indikator.
4A stellt ein erstes beispielhaftes Spektraldiagramm 420 von Eingängen dar, die in ein Drehungsmesssystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen in der Erfindung gekoppelt sind. Drehung der Gyroskopvorrichtung 202 wird über die kapazitive Änderung einbezogen, die mit der Corioliskraft assoziiert ist, und weist normalerweise eine relativ niedrige Rotationsfrequenz Ω auf. Eine solche Drehung ist direkt mit Fahrzeugbewegung assoziiert, wenn das Hauptsystem ein Fahrzeug ist, und stellt ein Nutzsignal dar, an dem der Lieferant oder ein Nutzer eines Hauptsystems interessiert ist. Die Drehgeschwindigkeit liegt normalerweise am unteren Ende des Frequenzspektrums. In einigen Ausführungsformen kann die Rotationsfrequenz Ω unter 300 Hz begrenzt sein.
Ein mechanischer Stoß wird normalerweise in das Drehungsmesssystem 200 durch Beschleunigungsstimuli oder allgemeine Schwingungen eingebracht, denen das Hauptsystem ausgesetzt ist. Der Stoß wird direkt in das Gyro-Ausgangssignal einbezogen, ohne mechanische Modulation durch die Gyroskopvorrichtung 202. Deshalb wird eine Stoßfrequenz f_SK, die mit dem Stoß assoziiert ist, nicht durch das Tiefpassfilter 202B begrenzt, und kann in bestimmten Ausführungsformen höher sein als die Kennfrequenz f₀ oder die Spitzenfrequenz f₁ des Gyroskops 202. In einer Ausführungsform erstreckt sich die Stoßfrequenz f_SK ungefähr bis zu 30 kHz, wenn die Kennfrequenz f₀ und die Spitzenfrequenz f₁ des Gyroskops 202 20 kHz bzw. 21 kHz betragen.
4B stellt ein erstes beispielhaftes Spektraldiagramm 440 von Signalkomponenten in einem Gyro-Ausgangssignal und von einem Referenzsignal dar, die in einer Gyro-Messschaltung gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung verwendet sind. Auf Grundlage von Gleichung (1) wird die Drehung des Gyroskops 202 zu zwei Gyro-Messsignalen moduliert, die symmetrisch um die Kennfrequenz f₀ liegen. Zwei Messfrequenzen aus diesen beiden Gyro-Messsignalen sind f₀ – Ω bzw. f₀ + Ω, und in bestimmten Ausführungsformen können die Messfrequenzen im Bereich von Gleichspannung bis 15 kHz liegen. Andererseits wird das Stoßsignal durch das Gyroskop 202 nicht moduliert und wird direkt in das Gyro-Ausgangssignal einbezogen. Das erste Gyro-Messsignal, das zweite Gyro-Messsignal und das Stoßsignal bilden die Signalkomponenten des vom Gyroskop 202 empfangenen Gyro-Ausgangssignals.
Im Hinblick auf die Signalkomponenten ist die Referenzfrequenz f_R des Referenzsignals speziell so gewählt, dass sie näher bei der Stoßfrequenz f_SK als bei einer der beiden Gyro-Messfrequenzen f₀ – Ω und f₀ + Ω liegt. Einerseits muss die Referenzfrequenz f_R auch ausrechend weit weg von der Spitzenfrequenz f₁ des Gyroskops 202 liegen. Dies gilt insbesondere aufgrund der Tatsache, dass die Spitzenfrequenz f₁ mit einem Eigenschwingungsmodus des Gyroskops 202 assoziiert ist, und dass eine fälschliche verstärkte Antwort unerwünscht um diese Spitzenfrequenz f₁ erzeugt werden kann. Andererseits liegt die Referenzfrequenz f_R nicht so weit weg von der Stoßfrequenz, dass eine Antwort von dem Stoßsignal ebenso beeinträchtigt werden könnte.
In bestimmten Ausführungsformen ist das Stoßsignal nicht auf eine einzige Frequenz beschränkt, und die Stoßfrequenz f_SK ist mit einer Bandbreite BW_SK assoziiert. Die Referenzfrequenz f_R wird immer noch ähnlich bestimmt wie oben, aber insbesondere so gewählt, dass sie nahe bei oder innerhalb der Frequenzspanne der Stoßfrequenz f_SK liegt.
4C stellt ein erstes beispielhaftes Spektraldiagramm 460 dar, das einen Mechanismus zum Trennen des Stoßsignals von den beiden Gyro-Messsignalen gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung indiziert. Das Stoßsignal und die beiden Gyro-Messsignale werden in dem elektronischen Mischer 306 bezüglich des Referenzsignals umgewandelt und ändern sich zu anderen Frequenzen gegenüber ihren ursprünglichen Frequenzen. Die Kennfrequenz f₀ wird zu einer demodulierten Kennfrequenz |f_R – f₀| umgewandelt. Ähnlich sind die modulierten Frequenzen des Stoßsignals und der beiden Gyro-Messsignale |f_R – f_SK|, |f_R – (f₀ – Ω)| bzw. |f_R – (f₀ + Ω)|. Die Absolutwerte werden angewendet, weil in einigen Ausführungsformen die Referenzfrequenz f_R niedriger ist als die Stoßfrequenz f_SK oder die Gyro-Messfrequenz f₀ - Ω.
In dieser Ausführungsform ist die Referenzfrequenz f_R sowohl höher als die Stoßfrequenz f_SK als auch als die Gyro-Messfrequenzen f₀ – Ω und f₀ + Ω. Die modulierten Frequenzen des Stoßsignals und der beiden Gyro-Messsignale können einfach als f_R – f_SK, f_R – (f₀ – Ω) und f_R – (f₀ + Ω) dargestellt werden.
Die Eckfrequenz f_LP des Tiefpassfilters 308 ist zwischen der modulierten Stoßfrequenz |f_R – f_SK| und den modulierten Gyro-Messfrequenzen, d. h. |f_R – (f₀ – Ω)| und |f_R – (f₀ + Ω)|, gesteuert. Der Pegel des Stoßsignals wird beibehalten oder um den Gewinn G_LP verstärkt. Dagegen werden das erste und das zweite Gyro-Messsignal abgesenkt. Nach solchen Modulationen auf Grundlage von Mischen und Tiefpassfiltern ist das Stoßsignal im Gyro-Ausgangssignal getrennt, und der Spitzendetektor 304 kann weiter bestimmen, ob das Stoßsignal den Schwellenpegel V_TH überschreitet.
Ein Fachmann weiß, dass die Gyro-Messschaltung 300 vorzugsweise angewendet wird, wenn das Stoßsignal nicht durch die Gyroskopvorrichtung 202 moduliert ist und im Frequenzspektrum relativ weit entfernt von den Gyro-Messsignalen liegt. Die Differenz zwischen der Stoßfrequenz f_SK und den Messfrequenzen f₀ ± Ω muss ausreichend groß sein, sodass die Eckfrequenz f_LP auf einen Betrag zwischen ihnen gesteuert werden kann.
Das auf einer einzigen Demodulationseinheit 302 beruhende Modulationsverfahren ist nicht anwendbar, wenn die Stoßfrequenz f_SK wesentlich nah bei einer der beiden Messfrequenzen f₀ – Ω und f₀ + Ω in 4C liegt. Wesentliche Nähe der Stoßfrequenz zu einer weiteren Frequenz wird auf Grundlage dessen bestimmt, ob die Eckfrequenz f_LP des Tiefpassfilters 308 eingerichtet werden kann, um die entsprechenden modulierten Frequenzen zu unterscheiden. Genauer tritt in einer Ausführungsform, die mit 4C assoziiert ist, ein Problem für die auf einer einzigen Modulationseinheit 302 beruhende Gyro-Messschaltung 300 auf, wenn die modulierte Stoßfrequenz f_R – f_SK und die modulierte Gyro-Messfrequenz f_R – f₀ – Ω so nah sind, dass das Tiefpassfilter 308 nicht leicht eingerichtet werden kann, sie zu unterscheiden.
Jedoch kann in einigen Ausführungsformen das Gyroskop 202 weiter eine Drehungsstörung neben der interessierenden Drehung des Hauptsystems einkoppeln. Wenn das Hauptsystem ein Fahrzeug ist, kann sich eine solche Drehungsstörung aus internen Schwingungen des Fahrzeugs oder parasitären Schwingungen eines Gyroskopgehäuses ergeben. Insbesondere wird die Drehungsstörung durch das Gyroskop 202 moduliert, sodass Gyro-Störsignale erzeugt werden, die symmetrische Störfrequenzen bezüglich der Kennfrequenz f₀ aufweisen.
5A stellt ein zweites beispielhaftes Spektraldiagramm 520 von Eingängen dar, die in ein Drehungsmesssystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen in der Erfindung gekoppelt sind. Außer der interessierenden Drehung ist auch eine Drehstörung an der Gyroskopvorrichtung 202 über die kapazitive Änderung enthalten, die mit der Corioliskraft assoziiert ist. Eine solche Drehstörung weist eine Störfrequenz f_RD auf, die normalerweise in einem mittleren Frequenzbereich liegt, z. B. 1–5 kHz. In vielen Ausführungsform ist die Störfrequenz f_RD niedriger als die Kennfrequenz f₀ des Gyroskops 202.
5B stellt ein zweites beispielhaftes Spektraldiagramm 540 von Signalkomponenten in einem Gyro-Ausgangssignal und von einem Referenzsignal dar, die in einer Gyro-Messschaltung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in der Erfindung verwendet sind. Ähnlich ist die Drehungsstörung des Gyroskops 202 zu zwei Gyro-Störsignalen moduliert, die symmetrisch bezüglich der Kennfrequenz f₀ liegen. Zwei Gyro-Störfrequenzen dieser beiden Gyro-Störsignale sind f₀ – f_DR bzw. f₀ + f_DR. Diese beiden Gyro-Störsignale und die beiden Gyro-Messsignale bilden die Signalkomponenten in dem vom Gyroskop 202 empfangenen Gyro-Ausgangssignal. Die Gyro-Störsignale liegen weiter weg von der Kennfrequenz f₀, verglichen mit den Gyro-Messsignalen, weil die Drehstörung normalerweise eine höhere Frequenz aufweist als die der interessierenden Drehung selbst.
Im Hinblick auf diese Signalkomponenten ist die Referenzfrequenz f_R des Referenzsignals speziell so gewählt, dass sie näher bei einer der beiden Gyro-Störfrequenzen f₀ – f_DR und f₀ + f_DR als bei beiden Gyro-Messfrequenzen f₀ – Ω und f₀ + Ω liegt. Genauer kann die Referenzfrequenz f_R so gewählt sein, dass sie niedriger ist als die Kennfrequenz f₀ und deshalb näher bei der Gyro-Störfrequenz f₀ – f_DR als bei der Gyro-Messfrequenz f₀ – Ω. Sonst kann die Referenzfrequenz f_R so gewählt sein, dass sie höher ist als die Kennfrequenz f₀ und deshalb näher bei der Gyro-Störfrequenz f₀ + f_DR als bei der Gyro-Messfrequenz f₀ + Ω.
Dennoch muss die Referenzfrequenz f_R ausreichend fern von der Spitzenfrequenz f₁ des Gyroskops 202 liegen, um unerwünschte Verstärkung zu vermeiden, die mit den Eigenschwingungsmodus des Gyroskops bei dieser Spitzenfrequenz assoziiert ist Andererseits liegt diese Referenzfrequenz f_R nicht so weit weg von einer der Gyro-Störfrequenzen, dass eine Antwort vom Störsignal beeinträchtigt sein könnte.
5C stellt ein beispielhaftes Spektraldiagramm 560 dar, das einen Mechanismus zum Trennen eines der beiden Gyro-Störsignale von den beiden Gyro-Messsignalen gemäß verschiedenen Ausführungsformen in der Erfindung indiziert. Die beiden Gyro-Störsignale und die beiden Gyro-Messsignale werden in dem elektronischen Mischer 306 bezüglich des Referenzsignals f_R umgewandelt und ändern sich zu anderen Frequenzen gegenüber ihren ursprünglichen Frequenzen. Als Ergebnis sind die modulierten Frequenzen der beiden Gyro-Störsignale |f_R - (f₀ – f_RD)| bzw. |f_R – (f₀ + f_RD)|, während die modulierten Frequenzen der beiden Gyro-Messsignale |f_R – (f₀ – Ω)| bzw. |f_R – (f₀ + Ω)| sind. Die Absolutwerte werden angewendet, weil in einigen Ausführungsformen die Referenzfrequenz f_R niedriger ist als eine der beiden Gyro-Störfrequenzen f₀ ± f_RD oder eine der beiden Gyro-Messfrequenzen f₀ ± Ω.
In dieser Ausführungsform ist die Referenzfrequenz f_R höher als die Gyro-Störfrequenzen f₀ ± f_RD und die Gyro-Messfrequenzen f₀ ± Ω. Die modulierten Frequenzen des Gyro-Störsignals und der beiden Gyro-Messsignale können einfach als f_R – (f₀ – f_RD) bzw^. f_R – (f₀ + f_RD), f_R – (f₀ – Ω) bzw. f_R – (f₀ + Ω) dargestellt werden.
Die Eckfrequenz f_LP des Tiefpassfilters 308 ist zwischen einer niedrigeren Frequenz der modulierten Gyro-Störfrequenzen, d. h. |f_R – (f₀ – f_RD)| und |f_R – (f₀ + f_RD)|, und einer niedrigeren Frequenz der modulierten Gyro-Messfrequenzen, d. h. |f_R – (f₀ – Ω)| und |f_R – (f₀ + Ω)|, gesteuert. Der Pegel eines Gyro-Störsignals wird beibehalten oder mit dem Gewinn G_LP verstärkt, dagegen werden das andere Gyro-Störsignal und die beiden Gyro-Messsignale abgesenkt. Nach einer solchen Modulation auf Grundlage von Mischen und Tiefpassfiltern ist ein Gyro-Störsignal im Gyro-Ausgangssignal isoliert, und der Spitzendetektor 304 kann weiter bestimmen, ob dieses isolierte Gyro-Störsignal den Schwellenpegel V_TH überschreitet.
Ein Fachmann weiß, dass die Gyro-Messschaltung 300 vorzugsweise angewendet wird, wenn die Gyro-Störsignale im Frequenzspektrum relativ weit entfernt von den Gyro-Messsignalen liegen. Die Differenz zwischen der Störfrequenz f_RD und der Drehungsfrequenz Ω muss ausreichend groß sein, sodass die Eckfrequenz f_LP auf einen Betrag zwischen ihnen gesteuert werden kann. Daher ist das auf einer einzigen Demodulationseinheit 302 beruhende Modulationsverfahren nicht anwendbar, wenn die Störfrequenz f_RD im Wesentlichen nah bei der Messfrequenz Ω in 5C liegt. Wesentliche Nähe der Stoßfrequenz zu einer weiteren Frequenz wird auf Grundlage dessen bestimmt, ob die Eckfrequenz f_LP des Tiefpassfilters 308 eingerichtet werden kann, um die entsprechenden modulierten Frequenzen zu unterscheiden. Genauer tritt in einer Ausführungsform, die mit 5C assoziiert ist, ein Problem für die auf einer einzigen Modulationseinheit 302 beruhende Gyro-Messschaltung 300 auf, wenn die modulierte Störfrequenz f_R – f₀ – f_RD und die modulierte Gyro-Messfrequenz f_R – f₀ – Ω so nah sind, dass das Tiefpassfilter 308 nicht leicht eingerichtet werden kann, sie zu unterscheiden.
In bestimmten Ausführungsformen kann das Stoßsignal auch zusammen mit Gyro-Störsignalen vorhanden sein, und ein ähnliches Modulationsverfahren kann angewendet werden, um nur das Stoßsignal zu isolieren oder sowohl das Stoßsignal als auch eins der Gyro-Störsignale zu isolieren.
Jedoch ist das auf einer einzigen Demodulationseinheit 302 beruhende Modulationsverfahren ebenfalls nicht anwendbar, wenn die Stoßfrequenz f_S im Wesentlichen nah bei einer der Gyro-Störfrequenzen f₀ ± f_RD in 5C liegt, und wenn das Stoßsignal von den Gyro-Störsignalen unterschieden werden muss. Die Gyro-Messschaltung 300, die auf einer einzigen Demodulationseinheit 302 beruht, kann unter diesen Umständen möglicherweise keinen korrekten Stoß-Indikator ausgeben. Obwohl die Gyro-Störsignale durch das Drehungsmesssystem 200 und das Hauptsystem akzeptabel sind, kann die Gyro-Störfrequenz f₀ + f_RD so nahe bei der Stoßfrequenz f_SK liegen, dass die Gyro-Messschaltung 300 die Gyro-Störsignale als das Stoßsignal betrachtet und einen irrtümlichen Stoß-Indikator ausgibt.
In verschiedenen Ausführungsformen, die zu 4A bis 4C und 5A bis 5C gehören, kann das Referenzsignal bei einer einzigen Referenzfrequenz f_R gewählt sein, und dennoch kann jedes der anderen Signale, die zu den Gyro-Messsignalen, den Gyro-Störsignalen und dem Stoßsignal gehören, mit einer jeweiligen Frequenzbandbreite assoziiert sein. Unabhängig von ihren Bandbreiten sind die Gyro-Messsignale und das Stoßsignal einfach um ihre jeweiligen Mittenfrequenzen dargestellt. In diesen Figuren sind Höhen der entsprechenden Pfeillinien nicht in einem proportionalen Format zu den tatsächlichen Beträgen dieser Signale dargestellt.
6 stellt ein beispielhaftes Blockdiagramm 600 einer Gyro-Messschaltung auf Grundlage eines differentiellen Demodulationskonzepts gemäß verschiedenen Ausführungsformen in der Erfindung dar. Die Gyro-Messschaltung 600 enthält zwei Demodulationseinheiten 602A und 602B, de jeweils die Gyro-Ausgangssignale bei zwei Referenzsignalen f_R1 und f_R2 demodulieren, die Beträge der Gyro-Ausgangssignale nach Bedarf kompensieren und die Gyro-Ausgangssignale bandbegrenzen. Insbesondere liegen die beiden Referenzsignale symmetrisch zur Kennfrequenz f₀ und können so als f₀ – Δf_R bzw. f₀ + Δf_R dargestellt werden. Gyro-Ausgangssignale werden weiter durch einen Subtrahierer 604 differentiell kombiniert. Ein Spitzendetektor 606 erkennt weiter, ob der Betrag des kombinierten Ausgangssignals einen Schwellenpegel V_TH überschreitet, und erzeugt einen entsprechenden Stoß-Indikator, um das Hauptsystem zu warnen, ob eine anomale Stoß- oder Störungssituation auftritt.
Ein solches differentielles Demodulationsverfahren wird angewendet, um die obigen Probleme beim nicht differentiellen Demodulationskonzept anzugehen, wenn die Stoßfrequenz f_SK des Stoßsignals nahe bei einer der Frequenzen des Gyro-Messsignals oder des Gyro-Störsignals liegt. Dieses Verfahren nutzt die symmetrische Natur sowohl der Gyro-Messsignale als auch der Gyro-Störsignale. Diese symmetrischen Signale können, nachdem sie durch symmetrische Referenzsignale demoduliert sind, einander im Wesentlichen über differentielle Kombination im Subtrahierer 604 aufheben. Als Ergebnis kann das Stoßsignal mit verbesserter Unempfindlichkeit gegen Schwingungs-Mess- oder -Störsignale erfasst werden, die in das Gyro-Ausgangssignal eingekoppelt sind.
7A stellt ein drittes beispielhaftes Spektraldiagramm 720 von Eingängen dar, die in ein Drehungsmesssystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen in der Erfindung gekoppelt sind. Zusätzlich zur interessierenden Drehung des Gyroskops 202 können sowohl eine Drehstörung als auch ein Stoß in das Gyro-Ausgangssignal einbezogen sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann sich die Störfrequenz f_RD der Drehstörung in einem Zwischenfrequenzbereich, z. B. 1–5 kHz, befinden, während die Stoßfrequenz f_SK des Stoßes eine höhere Frequenz aufweisen kann. Die Kennfrequenz f₀ des Gyroskops 202 kann zwischen der Störfrequenz f_RD und der Stoßfrequenz f_SK liegen.
7B stellt ein beispielhaftes Spektraldiagramm 740 von Signalkomponenten in einem Gyro-Ausgangssignal und von zwei Referenzsignalen dar, die in einer Gyro-Messschaltung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in der Erfindung verwendet sind. Die interessierende Drehung des Gyroskops 202 ist auf Grundlage der Coriolis-Kraft eingekoppelt und zu zwei Gyro-Messsignalen moduliert, die symmetrisch um die Kennfrequenz f₀ liegen. Ähnlich ist die Drehungsstörung auf das Gyroskop 202 auch zu zwei Gyro-Störsignalen moduliert, die symmetrisch bezüglich der Kennfrequenz f₀ liegen. Diese beiden Gyro-Störsignale und die beiden Gyro-Messsignale bilden die Signalkomponenten in dem an das Drehungsmesssystem 200 gelieferten Gyro-Ausgangssignal. In einigen Ausführungsformen können die Gyro-Störsignale weiter weg von der Kennfrequenz f₀ liegen, verglichen mit den Gyro-Messsignalen.
Außer den Gyro-Mess- und -Störsignalen umfasst das Gyro-Ausgangssignal weiter ein Stoßsignal, das eine Stoßfrequenz f_SK aufweist. Das Stoßsignal wird durch das Gyroskop 202 nicht moduliert und wird direkt in das Gyro-Ausgangssignal einbezogen. Daher ist das Stoßsignal nicht symmetrisch bezüglich der Kennfrequenz f₀.
Angesichts dieser Signalkomponenten werden zwei Referenzsignale verwendet, um das Gyro-Ausgangssignal in der Gyro-Messschaltung 600 zu demodulieren. Das erste, durch die erste Demodulationseinheit 602A verwendete Referenzsignal weist eine erste Referenzfrequenz f_R1 auf, die um Δf_R höher ist als die Kennfrequenz f₀, und das zweite, durch die zweite Demodulationseinheit 602B verwendete Referenzsignal weist eine zweite Referenzfrequenz f_R2 auf, die um Δf_R niedriger ist als die Kennfrequenz f₀. Als Ergebnis liegen die Referenzsignale, die Gyro-Messsignale und die Gyro-Störsignale symmetrisch bezüglich der Kennfrequenz f₀, mit Ausnahme des Stoßsignals.
Die erste Referenzfrequenz f_R1 des ersten Referenzsignals ist so gewählt, dass sie näher beim Stoßsignal und bei der Gyro-Störfrequenz f₀ + f_DR als bei der Gyro-Messfrequenz f₀ + Ω liegt, und die zweite Referenzfrequenz f_R2 liegt daher näher bei der Gyro-Störfrequenz f₀ - f_DR als bei der Gyro-Messfrequenz f₀ – Ω. Die Referenzfrequenzen f_R1 und f_R2 müssen aufgrund des unerwünschten Eigenschwingungsmodus bei der Spitzenfrequenz f₁ des Gyroskops 202 ausreichend weit weg von dieser Spitzenfrequenz liegen, während sie nicht so weit weg liegen, dass Antworten vom Stoßsignal und von den Gyro-Störsignalen beeinträchtigt werden.
7C stellt ein beispielhaftes Spektraldiagramm 760 dar, das einen differentiellen Demodulationsmechanismus zum Trennen des Stoßsignals von den Gyro-Mess- und -Störsignalen gemäß verschiedenen Ausführungsformen in der Erfindung indiziert. Aufgrund ihrer Symmetrie bezüglich der Kennfrequenz f₀ werden die beiden Gyro-Messsignale sowohl durch die erste als auch die zweite Demodulationseinheit 602A und 602B zu zwei Messsignalen bei identischen Frequenzen Δf_R ± Ω demoduliert, außer dass die Positionen der beiden demodulierten Messsignale im Frequenzspektrum 760 der beiden entsprechenden Demodulationen einander gegenüber liegen. Ebenso werden die beiden Gyro-Störsignale zu zwei Störsignalen bei identischen Frequenzen Δf_R ± |f_RD – f_o| demoduliert, und die Positionen der beiden demodulierten Gyro-Störsignale liegen einander ebenfalls im Frequenzspektrum 760 der beiden entsprechenden Demodulationen gegenüber. Im Gegensatz zu den Gyro-Mess- und -Störsignalen liegt das Stoßsignal asymmetrisch bezüglich der Kennfrequenz f₀, und die demodulierten Stoßsignale zentrieren sich jeweils an zwei unterschiedlichen Frequenzen |f₀ + Δf_R – f_SK| und |f₀ + Δf_R – f_SK| in dem zu den beiden entsprechenden Demodulationen gehörenden Frequenzspektrum 760.
Obwohl die jeweiligen beiden Frequenzen entweder der demodulierten Mess- oder Störsignale zueinander passen, gilt dies nicht unbedingt für ihre Amplituden, weil das Gyroskop 202, das die Kennfrequenz f₀ und die Spitzenfrequenz f₁ aufweist, unterschiedliche Filterungseffekte auf die Signale aufweisen kann, die symmetrisch bezüglich der Kennfrequenz f₀ liegen. Gemäß einigen Ausführungsformen werden die demodulierten Gyro-Ausgangssignale in der ersten und der zweiten Demodulationseinheit 602A und 602B kompensiert, um die Filterungseffekte des Gyroskops 202 zu neutralisieren. In einer Ausführungsform ist eine solche Kompensation hauptsächlich erreicht durch Maßschneidern der Gewinne G_LP1 und G_LP2 zum Filtern in der ersten und der zweiten Demodulationseinheit 602A und 602B. In einer weiteren Ausführungsform werden die Phasen φ_R1 und φ_R2 des ersten und des zweiten Referenzsignals auch justiert, um Filterungseffekte des Gyroskops 202 zu kompensieren. Auf Grundlage solcher Kompensation stimmen die Amplituden der demodulierten Störsignale überein und können durch Subtraktion aufgehoben werden, und in einigen Ausführungsformen trifft das auch auf die Amplituden der demodulierten Messsignale zu.
Die Eckfrequenzen f_LP1 und f_LP2 sind gleich, zum Filtern in der ersten und der zweiten Demodulationseinheit 602A und 602B. Aufgrund differentieller Kombination im Subtrahierer 604 sind die Eckfrequenzen f_LP1 und f_LP2 relativ leichter zu steuern. In bestimmten Ausführungsformen sind sowohl die demodulierten Störsignale als auch die demodulierten Messsignale aufeinander abgestimmt; daher müssen die Eckfrequenzen f_LP1 und f_LP2 nur zwischen den unterschiedlichen Frequenzen |f₀ + Δf_R – f_SK| und |f₀ + Δf_R – f_SK| der beiden modulierten Stoßsignale gesteuert werden. Wenn das zweite demodulierte Gyro-Ausgangssignal vom ersten demodulierten Gyro-Ausgangssignal subtrahiert wird, heben die modulierten Gyro-Störsignale und die modulierten Gyro-Messsignale einander auf.
In einer Ausführungsform sind die Amplituden der demodulierten Störsignale einander angepasst, diejenigen der demodulierten Messsignale jedoch nicht. Die Eckfrequenzen f_LP1 und f_LP2 müssen besser unterhalb der Frequenzen der demodulierten Messsignale gesteuert werden, sodass die unkompensierten Messsignale durch Filtern unterdrückt werden können. Jedoch ist es leichter, die Eckfrequenzen f_LP1 und f_LP2 auf solche Weise zu steuern, als sie zwischen das Stoßsignal und die demodulierten Störsignale zu steuern.
Auf Grundlage zweier differentieller Demodulationen ist ein Stoßsignal im Gyro-Ausgangssignal isoliert, und der Spitzendetektor 304 kann weiter bestimmen, ob dieses isolierte Stoßsignal den Schwellenpegel V_TH überschreitet. Ein Fachmann weiß, dass die Gyro-Messschaltung 600 wirksam ist, um die Probleme anzugehen, wenn die Frequenz des Stoßsignals nahe bei der eines Gyro-Störsignals und/oder der eines Gyro-Messsignals liegt.
In verschiedenen Ausführungsformen, die zu 7A bis 7C gehören, können die Referenzsignale bei zwei bestimmten Referenzfrequenzen f_R1 und f_R2 gewählt sein, und dennoch kann jedes der anderen Signale, die die Gyro-Messsignale und das Stoßsignal betreffen, mit einer jeweiligen Frequenzbandbreite assoziiert sein. Unabhängig von ihren Bandbreiten sind die Gyro-Messsignale und das Stoßsignal einfach um ihre jeweilige Mittenfrequenz dargestellt. Wie in 4A bis 4C und 5A bis 5C sind Höhen entsprechender Pfeillinien in 7A bis 7C nicht in einem proportionalen Format zu den tatsächlichen Beträgen dieser Signale dargestellt.
8 stellt ein weiteres beispielhaftes Blockdiagramm 800 einer Gyro-Messschaltung auf Grundlage eines differentiellen Demodulationskonzepts gemäß verschiedenen Ausführungsformen in der Erfindung dar. Als eine Ausführungsform der Gyro-Messschaltung 600 umfasst jede der Demodulationseinheiten 602A oder 602B einen elektronischen Mischer und ein Tiefpassfilter, die miteinander gekoppelt sind. Die elektronischen Mischer 802A und 802B in den Demodulationseinheiten 602A oder 602B mischen das Gyro-Ausgangssignal mit zwei Referenzsignalen, die zwei verschiedene Referenzfrequenzen (f₀ + Δf_R bzw. f₀ – Δf_R) und zwei verschiedene Phasen (φ_R1 bzw. φ_R2) aufweisen. Die entsprechenden Tiefpassfilter 804A und 804B filtern die jeweiligen gemischten Gyro-Ausgangssignale auf Grundlage zweier verschiedener Gewinne G_LP1 und G_LP2, aber zweier übereinstimmender Eckfrequenzen f_LP1 und f_LP2. Die beiden übereinstimmenden Eckfrequenzen f_LP1 und f_LP2 sind gleich einer einzigen Frequenz f_LP. In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung sind die Phasen φ_R1 und φ_R2 der Referenzsignale und/oder die Gewinne G_LP1 und G_LP2 der Filter maßgeschneidert, um die potentiell unterschiedlichen Filterungseffekte zu kompensieren, die das Gyroskop 202 auf die Gyro-Mess- und -Störsignale mit höheren oder niedrigeren Frequenzen als die Kennfrequenz f₀ aufwiese.
Die beiden demodulierten Gyro-Ausgangssignale werden im Subtrahierer 604 differentiell so kombiniert, dass das zweite demodulierte Gyro-Ausgangssignal vom ersten demodulierten Gyro-Ausgangssignal subtrahiert wird, um ein kombiniertes Gyro-Ausgangssignal zu erzeugen. Aufgrund der Kompensation heben die beiden demodulierten Gyro-Störsignale einander in den beiden demodulierten Gyro-Ausgangssignalen auf, und in einigen Ausführungsformen tun dies auch die beiden demodulierten Gyro-Messsignale. Das demodulierte Stoßsignal ist im kombinierten Gyro-Ausgangssignal enthalten und wirksam von den Gyro-Mess- oder -Störsignalen isoliert.
Der folgende Spitzendetektor 606 umfasst eine Abtastschaltung 806 und einen Komparator 808. Die Abtastschaltung 806 tastet das vom Subtrahierer 604 empfangene kombinierte Gyro-Ausgangssignal ab. Der Komparator 808 vergleicht das abgetastete Signal mit dem Schwellenpegel V_TH und erzeugt den Stoß-Indikator gemäß einem Vergleichsergebnis.
9A stellt ein beispielhaftes Flussdiagramm 900 eines Verfahrens zum Indizieren einer Störung oder eines Stoßes dar, den ein Drehungsmesssystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen in der Erfindung erleidet. 9B stellt ein weiteres beispielhaftes Flussdiagramm 950 eines Verfahrens zum Indizieren eines Stoßes dar, den ein Drehungsmesssystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen in der Erfindung erleidet. Die Verfahren 900 und 950 beruhen auf einem nicht differentiellen Demodulationskonzept bzw. einem differentiellen Demodulationskonzept.
Das Verfahren 900 zum Indizieren des Stoßes oder der Störung beginnt in Schritt 902 mit dem Empfangen eines Gyro-Ausgangssignals von einem Gyroskop. Neben auf eine interessierende Drehgeschwindigkeit bezogenen Gyro-Messsignalen enthält das Gyro-Ausgangssignal weiter das Stoßsignal und das Gyro-Störsignal.
Um ein Stoßsignal oder ein Gyro-Störsignal abzutrennen, wird in Schritt 904 ein solches Gyro-Ausgangssignal unter Verwendung eines Referenzsignals demoduliert, das eine Referenzfrequenz f_R aufweist. Während der Demodulation wird das Gyro-Ausgangssignal mit dem Referenzsignal gemischt und weiter gemäß einer Eckfrequenz f_LP bandbegrenzt. Das Stoßsignal oder das Gyro-Störsignal, das in dem Gyro-Ausgangssignal enthalten ist, wird daher zusammen mit dem interessierenden Gyro-Messsignal demoduliert. In einer Ausführungsform ist das Stoßsignal vorhanden, während keine Gyro-Störsignale enthalten sind; daher ist die Eckfrequenz f_LP zwischen den Frequenzen des demodulierten Stoßsignals und des demodulierten Gyro-Messsignals eingestellt. In einer weiteren Ausführungsform sind die Gyro-Störsignale im Gyro-Ausgangssignal beteiligt, während kein Stoßsignal enthalten ist; daher ist die Eckfrequenz f_LP zwischen den jeweiligen unteren Frequenzen der demodulierten Gyro-Mess- und -Störsignale eingestellt. In bestimmten Ausführungsformen sind sowohl das Gyro-Störsignal als auch das Stoßsignal zusätzlich zum Gyro-Messsignal im Gyro-Ausgangssignal enthalten, und die Eckfrequenz f_LP ist zwischen der Frequenz des demodulierten Stoßsignals und der unteren Frequenz der demodulierten Gyro-Störsignale oder zwischen den jeweiligen unteren Frequenzen der demodulierten Gyro-Mess- und -Störsignale eingestellt. Als Ergebnis wird das demodulierte Stoßsignal oder ein demoduliertes Gyro-Störsignal beibehalten, während die anderen Signalkomponenten im demodulierten Gyro-Ausgangssignal abgesenkt werden.
In Schritt 906 wird bestimmt, ob das demodulierte Gyro-Ausgangssignal einen Schwellwert V_TH überschreitet. Ein Stoß-Indikator wird zu einem Hauptsystem der Drehungsmessungsschaltung ausgegeben, um das Vorhandensein des Stoßes oder der Störung und Fehlerhaftigkeit des Gyro-Messsignals bezogen auf die interessierende Drehungsinformation zu melden.
Das Verfahren 950 zum Indizieren des Stoßes oder der Störung beginnt in Schritt 952 mit dem Empfangen eines Gyro-Ausgangssignals von einem Gyroskop. Neben auf eine interessierende Drehgeschwindigkeit bezogenen Gyro-Messsignalen enthält das Gyro-Ausgangssignal ein Stoßsignal und kann weiter ebenfalls Gyro-Störsignale enthalten. Die Gyro-Mess- und -Störsignale liegen symmetrisch bezüglich der Kennfrequenz f₀ des Gyroskops, während das für das Stoßsignal nicht gilt.
In Schritt 954 wird ein solches Gyro-Ausgangssignal unter Verwendung eines ersten Referenzsignals demoduliert, das eine erste Referenzfrequenz f_R1 aufweist. In Schritt 956 wird das Gyro-Ausgangssignal auch unter Verwendung eines zweiten Referenzsignals demoduliert, das eine zweite Referenzfrequenz f_R2 aufweist. Während einer der beiden Demodulationen wird das Gyro-Ausgangssignal mit dem ersten oder zweiten Referenzsignal gemischt und gemäß einer Eckfrequenz f_LP1 oder f_LP2 weiter bandbegrenzt. Das erste und das zweite Referenzsignal sind so gewählt, dass sie symmetrisch bezüglich der Kennfrequenz f₀ liegen. Die Phasen des ersten und des zweiten Referenzsignals und/oder die Gewinne der Bandbegrenzung sind so justiert, dass sie bestimmte Filterungseinflüsse kompensieren, die das Gyroskop auf bestimmte Gyro-Messsignale oder bestimmte Gyro-Störsignale aufweist. Die demodulierten Gyro-Messsignale weisen nach solcher Kompensation übereinstimmende Beträge auf, ebenso die demodulierten Gyro-Störsignale, falls sie ursprünglich enthalten sind.
In Schritt 958 wird das erste demodulierte Gyro-Ausgangssignal von Schritt 954 differentiell mit dem zweiten demodulierten Gyro-Ausgangssignal von Schritt 956 kombiniert. In einigen Ausführungsformen werden die Gyro-Messsignale, die symmetrisch zur Kennfrequenz f₀ liegen, im Wesentlichen aufgehoben, und ebenso die Gyro-Störsignale, falls sie ursprünglich im Gyro-Ausgangssignal enthalten sind. Als Ergebnis enthält das kombinierte Gyro-Ausgangssignal das demodulierte Stoßsignal, das daher von den Gyro-Mess- und/oder -Störsignalen isoliert ist.
In Schritt 960 wird bestimmt, ob das kombinierte Gyro-Ausgangssignal einen Schwellwert V_TH überschreitet. Ein Stoß-Indikator wird zu einem Hauptsystem der Drehungsmessungsschaltung ausgegeben, um das Vorhandensein des Stoßes oder der Störung und Fehlerhaftigkeit des Gyro-Messsignals bezogen auf die interessierende Drehungsinformation zu melden.
Das Verfahren 900, das auf nicht differentieller Demodulation beruht, umfasst einen einzigen Demodulationsschritt, ist aber schwierig anzuwenden, wenn ein Stoßsignal nahe bei einem Gyro-Messsignal oder einem Gyro-Störsignal liegt. Dagegen umfasst das Verfahren 950 zwei komplementäre Demodulationsschritte und kann in der obigen Problemsituation angewendet werden, bei der das Verfahren 900 Schwierigkeiten hat, sie zu bewältigen.
Während die Erfindung empfänglich für verschiedene Abänderungen und alternative Formen ist, wurden besondere Beispiele davon in der Zeichnung gezeigt und sind hier genauer beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht auf die besonderen offenbarten Formen beschränkt sein soll, sondern im Gegenteil soll die Erfindung alle Abänderungen, Äquivalente und Alternativen abdecken, die in den Umfang der angehängten Ansprüche fallen.

Claims

Gyro-Messschaltung auf Grundlage eines differentiellen Demodulationskonzepts, umfassend: eine erste Demodulationseinheit, gekoppelt zum Empfangen eines Gyro-Ausgangssignals von einem Gyroskop, wobei die erste Demodulationseinheit das Gyro-Ausgangssignal unter Verwendung eines ersten Referenzsignals zu einem ersten demodulierten Gyro-Ausgang demoduliert, wobei das Gyro-Ausgangssignal ein Stoßsignal und eine Vielzahl von Gyro-Messsignalen umfasst, die sich auf eine interessierende Drehgeschwindigkeit beziehen; eine zweite Demodulationseinheit, gekoppelt zum Empfangen des Gyro-Ausgangssignals, wobei die zweite Demodulationseinheit das Gyro-Ausgangssignal unter Verwendung eines zweiten Referenzsignals zu einem zweiten demodulierten Gyro-Ausgang demoduliert, wobei das erste und das zweite Referenzsignal symmetrisch bezüglich einer Kennfrequenz des Gyroskops liegen; einen Subtrahierer, gekoppelt mit der ersten und der zweiten Demodulationseinheit, wobei der Subtrahierer den ersten und den zweiten demodulierten Gyro-Ausgang differentiell kombiniert, um das Stoßsignal zu isolieren, das asymmetrisch bezüglich der Kennfrequenz liegt; und einen Spitzendetektor, gekoppelt mit dem Subtrahierer, wobei der Spitzendetektor bestimmt, ob der kombinierte Gyro-Ausgang einen Schwellenpegel überschreitet, und einen Stoß-Indikator erzeugt, um ein Hauptsystem zu warnen, ob eine anomale Stoß- oder Störungssituation auftritt.
Gyro-Messschaltung nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Gyro-Messsignalen symmetrisch bezüglich der Kennfrequenz liegt und durch das differentielle Kombinationsverfahren in dem Subtrahierer unterdrückt wird.
Gyro-Messschaltung nach Anspruch 1, wobei das Gyro-Ausgangssignal weiter eine Vielzahl von Gyro-Störsignalen umfasst, die sich auf eine Störung am mechanischen Verhalten des Gyroskops beziehen und somit symmetrisch bezüglich der Kennfrequenz liegen, wobei die Vielzahl von Gyro-Störsignalen ebenfalls durch das differentielle Kombinationsverfahren in dem Subtrahierer unterdrückt wird.
Gyro-Messschaltung nach Anspruch 3, wobei das Stoßsignal im Wesentlichen im Frequenzspektrum nahe mindestens einem Signal unter der Vielzahl der Gyro-Störsignale und der Vielzahl der Gyro-Messsignale liegt.
Gyro-Messschaltung nach Anspruch 3, wobei mindestens ein Signal aus dem Stoßsignal, der Vielzahl von Gyro-Messsignalen und der Vielzahl von Gyro-Störsignalen mit einer Frequenzbandbreite assoziiert ist.
Gyro-Messschaltung nach Anspruch 1, wobei das erste und das zweite Referenzsignal mit einer ersten Phase bzw. einer zweiten Phase assoziiert sind und die erste und die zweite Phase konfiguriert sind, bestimmte Filterungseffekte zu neutralisieren, die das Gyroskop auf Signale ausübt, die symmetrisch bezüglich der Kennfrequenz liegen.
Gyro-Messschaltung nach Anspruch 1, wobei eine Frequenz mindestens eines aus dem ersten und dem zweiten Referenzsignal so gewählt ist, dass sie näher bei der Frequenz des Stoßsignals als bei einer jeweiligen Frequenz liegt, die jedes aus der Vielzahl von Gyro-Messsignalen aufweist.
Gyro-Messschaltung nach Anspruch 1, wobei die erste Demodulationseinheit weiter umfasst: einen ersten elektronischen Mischer, der das erste Referenzsignal und das Gyro-Ausgangssignal kombiniert und den Spektralgehalt des Gyro-Ausgangssignals bezüglich einer ersten Referenzfrequenz des Referenzsignals verändert; und ein erstes Tiefpassfilter, gekoppelt mit dem ersten elektronischen Mischer, wobei das erste Tiefpassfilter einen ersten Filtergewinn und eine erste Eckfrequenz aufweist, die konfiguriert sind, dem ersten Tiefpassfilter zu ermöglichen, die Vielzahl von Gyro-Messsignalen und das Stoßsignal unterschiedlich zu verarbeiten.
Gyro-Messschaltung nach Anspruch 8, wobei die zweite Demodulationseinheit weiter umfasst: einen zweiten elektronischen Mischer, der das zweite Referenzsignal und das Gyro-Ausgangssignal kombiniert und den Spektralgehalt des Gyro-Ausgangssignals bezüglich einer zweiten Referenzfrequenz des Referenzsignals verändert; und ein zweites Tiefpassfilter, gekoppelt mit dem zweiten elektronischen Mischer, wobei das zweite Tiefpassfilter einen zweiten Filtergewinn und eine zweite Eckfrequenz aufweist, die konfiguriert sind, dem zweiten Tiefpassfilter zu ermöglichen, die Vielzahl von Gyro-Messsignalen und das Stoßsignal unterschiedlich zu verarbeiten.
Gyro-Messschaltung nach Anspruch 9, wobei der erste Gewinn und der zweite Gewinn konfiguriert sind, bestimmte Filterungseffekte zu neutralisieren, die das Gyroskop auf Signale ausübt, die symmetrisch bezüglich der Kennfrequenz liegen.
Verfahren zum Indizieren eines Stoßes in einem Ausgang eines Gyroskops, umfassend die Schritte: Empfangen eines Gyro-Ausgangssignals vom Gyroskop, wobei das Gyro-Ausgangssignal ein Stoßsignal und eine Vielzahl von Gyro-Messsignalen umfasst, die sich auf eine interessierende Drehgeschwindigkeit beziehen; Demodulieren des Gyro-Ausgangssignals zu einem ersten demodulierten Gyro-Ausgang unter Verwendung eines ersten Referenzsignals; Demodulieren des Gyro-Ausgangssignals zu einem zweiten demodulierten Gyro-Ausgang unter Verwendung eines zweiten Referenzsignals, wobei das erste und das zweite Referenzsignal symmetrisch bezüglich einer Kennfrequenz des Gyroskops liegen; differentielles Kombinieren des ersten und des zweiten demodulierten Gyro-Ausgangs, um das Stoßsignal zu isolieren, das asymmetrisch bezüglich der Kennfrequenz liegt; und Bestimmen, ob der kombinierte Gyro-Ausgang einen Schwellenpegel überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Gyro-Ausgangssignal weiter eine Vielzahl von Gyro-Störsignalen umfasst, die sich auf eine Störung am mechanischen Verhalten des Gyroskops beziehen und somit symmetrisch bezüglich der Kennfrequenz liegen, wobei die Vielzahl von Gyro-Störsignalen ebenfalls durch das differentielle Kombinationsverfahren in dem Subtrahierer unterdrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Stoßsignal im Wesentlichen im Frequenzspektrum nahe mindestens einem Signal unter der Vielzahl der Gyro-Störsignale und der Vielzahl der Gyro-Messsignale liegt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das erste und das zweite Referenzsignal mit einer ersten Phase bzw. einer zweiten Phase assoziiert sind und die erste und die zweite Phase konfiguriert sind, bestimmte Filterungseffekte zu neutralisieren, die das Gyroskop auf Signale ausübt, die symmetrisch bezüglich der Kennfrequenz liegen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei eine Frequenz mindestens eines aus dem ersten und dem zweiten Referenzsignal so gewählt ist, dass sie näher bei der Frequenz des Stoßsignals als bei einer jeweiligen Frequenz liegt, die jedes aus der Vielzahl von Gyro-Messsignalen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei einer der beiden Demodulationsschritte einen ersten Unterschritt des Mischens des Gyro-Ausgangssignals mit einem jeweiligen Referenzsignal und einen zweiten Unterschritt des gewichteten Filterns des gemischten Gyro-Ausgangssignals mit einem jeweiligen Filtergewinn umfasst.
Gyro-Messschaltung, umfassend: eine Demodulationseinheit, gekoppelt, um ein Gyro-Ausgangssignal zu empfangen, das ein Gyro-Messsignal und mindestens eins aus einem Stoßsignal und einer Vielzahl von Gyro-Störsignalen von einem Gyroskop umfasst, wobei die Demodulationseinheit das Gyro-Ausgangssignal unter Verwendung eines Referenzsignals zu einem demodulierten Gyro-Ausgang demoduliert, sodass das mindestens eine aus dem Stoßsignal und der Vielzahl von Gyro-Störsignalen beibehalten wird, während das Gyro-Messsignal, das sich auf eine interessierende Drehgeschwindigkeit bezieht, unterdrückt wird; und einen Spitzendetektor, gekoppelt an die Demodulationseinheit, wobei der Spitzendetektor bestimmt, ob der demodulierte Gyro-Ausgang einen Schwellenpegel überschreitet, und einen Stoß-Indikator erzeugt, um ein Hauptsystem zu warnen, ob eine anomale Stoß- oder Störungssituation vorliegt.
Gyro-Messschaltung nach Anspruch 17, wobei die Demodulationseinheit weiter umfasst: einen elektronischen Mischer, der das Referenzsignal und das Gyro-Ausgangssignal kombiniert und den Spektralgehalt des Gyro-Ausgangssignals bezüglich einer Referenzfrequenz des Referenzsignals verändert; und ein Tiefpassfilter, gekoppelt an den elektronischen Mischer, wobei das Tiefpassfilter einen Filtergewinn und eine Eckfrequenz aufweist, die konfiguriert sind, dem Tiefpassfilter zu ermöglichen, das Gyro-Messsignal und das mindestens eine aus dem Stoßsignal und der Vielzahl von Gyro-Störsignalen unterschiedlich zu verarbeiten.
Gyro-Messschaltung nach Anspruch 17, wobei die Frequenz des Gyro-Messsignals mit einer Kennfrequenz des Gyroskops und einer Frequenz einer Drehgeschwindigkeit assoziiert ist, zu deren Messung das Gyroskop verwendet ist.
Gyro-Messschaltung nach Anspruch 17, wobei die Frequenz des Referenzsignals so gewählt ist, dass sie näher bei einer ersten Frequenz des mindestens einen aus dem Stoßsignal und der Vielzahl von Gyro-Störsignalen als bei einer zweiten Frequenz des Gyro-Messsignals liegt, und außerdem ausreichend weit weg von einer Spitzenfrequenz des Gyroskops liegen muss.