DE102018105543A1

DE102018105543A1 - Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor

Info

Publication number: DE102018105543A1
Application number: DE102018105543.9A
Authority: DE
Inventors: Takafumi Moriguchi
Original assignee: Sumitomo Precision Products Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Precision Products Co Ltd
Priority date: 2017-03-10
Filing date: 2018-03-09
Publication date: 2018-09-13
Also published as: CN108571959A; US10775169B2; CN108571959B; JP6219545B1; JP2018151200A; US20180259334A1

Abstract

Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor, in welchem ein Signalgenerator ein Phasenänderung unterdrückendes Signal erzeugt, in welchem eine Phasenänderung gemäß einer Amplitude eines Rechteck-Wellensignals, welches mittels mindestens eines von einem ersten Modulator und einem zweiten Modulator erzeugt ist, unterdrückt ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor, und insbesondere betrifft sie einen Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor, der eine Geschlossene-Schleife-Steuereinheit aufweist.
Beschreibung der Hintergrundtechnik
Ein Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor, der eine Geschlossene-Schleife-Steuereinheit aufweist, ist im Allgemeinen bekannt, wie in der internationalen Veröffentlichung Nr. WO2015/129464 offenbart.
Die internationale Veröffentlichung Nr. WO2015/129464 offenbart einen Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor, der einen Primärseite-Steuerungsschaltkreis, der eine Geschlossene-Steuerung-Schleife aufweist, und einen Sekundärseite-Steuerungsschaltkreis, der eine Geschlossene-Steuerung-Schleife aufweist, aufweist. In dem Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor, der in der internationalen Veröffentlichung Nr. WO2015/129464 beschrieben ist, versetzt der Primärseite-Steuerungsschaltkreis einen Resonator mit einer konstanten Amplitude entlang einer axialen Richtung in Schwingung (resoniert der Primärseite-Steuerungsschaltkreis einen Resonator mit einer konstanten Amplitude entlang einer axialen Richtung, z.B. lässt der Primärseite-Steuerungsschaltkreis einen Resonator mit einer konstanten Amplitude entlang einer axialen Richtung schwingen). Darüber hinaus legt der Sekundärseite-Steuerungsschaltkreis eine Unterdrückungskraft (Schwingung) an den Resonator an (z.B. wendet der Sekundärseite-Steuerungsschaltkreis eine Unterdrückungskraft (Schwingung) auf den Resonator an), um eine Schwingung zu unterdrücken, die in dem Resonator entlang einer anderen Orthogonale-Achse-Richtung zu der einen axialen Richtung (z.B. entlang einer anderen Achsenrichtung, die orthogonal zu der einen axialen Richtung ist) aufgrund einer Coriolis-Kraft (Drehrate) erzeugt ist/wird. Dann wird diese Unterdrückungskraft als eine Drehrate detektiert.
In dem Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor, der in der internationalen Veröffentlichung Nr. WO2015/129464 beschrieben ist, wird ein Zeitsignal (Taktsignal) mit Bezug auf ein Ausgabesignal von dem Resonator erzeugt, der entlang der einen axialen Richtung mittels eines PLL-Schaltkreises, der in dem Primärseite-Steuerungsschaltkreis bereitgestellt ist, in Schwingung versetzt ist/wird. Basierend auf diesem Zeitsignal wird ein Rechteck-Welle(Quadrat-Welle)-Signal mittels eines Modulationsschaltkreises erzeugt, der in dem Primärseite-Steuerungsschaltkreis bereitgestellt ist, und aufgrund dieses Rechteck-Welle(Quadrat-Welle)-Signals ist/wird der Resonator mit einer konstanten Amplitude getrieben (in Schwingung versetzt).
Der Gütefaktor des Resonators ändert sich abhängig von der Temperatur (Umgebungstemperatur) des Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor oder mit der Zeit. Zu beachten ist, dass der Gütefaktor ein Amplitudenverhältnis in dem Fall bedeutet, in dem eine äußere Kraft derselben Frequenz wie der Eigenfrequenz des Resonators von dem Primärseite-Steuerungsschaltkreis angelegt ist/wird. Um den Resonator mit einer konstanten Amplitude entlang der einen axialen Richtung in Schwingung zu versetzen, ist es notwendig, die Amplitude des Rechteck-Welle(Quadrat-Welle)-Signals, das mittels des Modulationsschaltkreises des Primärseite-Steuerungsschaltkreises erzeugt ist/wird, gemäß einer Änderung des Gütefaktors zu verändern.
Das Rechteck-Wellensignal, das mittels des Modulationsschaltkreises erzeugt ist, ist/wird mittels eines Verstärkers, der in einem Treiberschaltkreis enthalten ist, verstärkt und ist/wird zu dem Resonator übertragen. Wenn ein Signal, das eine schnelle Ansteigen-Geschwindigkeit (Abfallen-Geschwindigkeit) hat, wie zum Beispiel das Rechteck-Wellensignal, in den Verstärker eingegeben ist/wird, hat der Ansteigen-Abschnitt (Abfallen-Abschnitt) des Signals, das von dem Verstärker ausgegeben ist/wird, eine Steigung (genannt eine Anstiegsrate). Das heißt, sogar wenn das Rechteck-Wellensignal in den Verstärker eingegeben ist/wird, hat das Signal, das von dem Treiberschaltkreis ausgegeben ist/wird, eine im Wesentlichen trapezförmige Wellenform und keine Rechteck-Wellenform. Zu beachten ist, dass die Ansteigen-Steigung und die Abfallen-Steigung des im Wesentlichen trapezförmigen Wellensignals im Wesentlichen konstant sind, sogar falls die Amplitude des im Wesentlichen trapezförmigen Wellensignal, das von dem Treiberschaltkreis ausgegeben ist/wird, sich ändert. Daher variiert die Zeit, die es dauert, den Mittelpunkt der Signalausgabe (den Punkt von 1/2 der Signalausgabe) von dem Beginn des Ansteigens (dem Beginn des Abfallens) des Signals zu erreichen, mit einer Änderung der Amplitude. Insbesondere erreicht ein im Wesentlichen trapezförmiges Signal, das eine kleine Amplitude hat, den Mittelpunkt in einer relativ kurzen Zeit. Andererseits erreicht ein im Wesentlichen trapezförmiges Signal, das eine große Amplitude hat, den Mittelpunkt in einer relativ langen Zeit. Die Tatsache, dass die Zeit, die es dauert, den Mittelpunkt der Signalausgabe zu erreichen, mit einer Änderung der Amplitude variiert, bedeutet, dass die Phase der Signalausgabe von dem Treiberschaltkreis sich mit einer Änderung der Amplitude ändert. In diesem Fall, sogar wenn es versucht ist/wird, den Resonator in einer gewünschten Phase in Schwingung zu versetzen (anzutreiben), ändert (verschiebt) sich die Phase der Signalausgabe von dem Treiberschaltkreis, sodass der Resonator in einigen Fällen nicht mit hoher Genauigkeit gesteuert werden kann. Daher wird in letzter Zeit Hohe-Genauigkeit-Steuerung des Resonators gewünscht.
Erläuterung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde vorgeschlagen, um das vorgenannte Problem zu lösen, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor bereitzustellen, der imstande ist, einen Resonator mit hoher Genauigkeit zu steuern, sogar wenn die Amplitude eines Signals zum Treiben (z.B. Antreiben, In-Schwingung-Versetzen) des Resonators sich ändert (z.B. verändert).
Um das vorgenannte Ziel zu erreichen, weist ein Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung auf: einen Resonator, eine erste Geschlossene-Schleife-Steuereinheit, welche einen ersten Modulator, der ein Rechteck-Wellensignal erzeugt, und einen ersten Treiber, der ein Treibersignal zum Treiben des Resonators basierend auf dem Rechteck-Wellensignal, das mittels des ersten Modulators erzeugt ist/wird, erzeugt, aufweist, eine zweite Geschlossene-Schleife-Steuereinheit, welche einen zweiten Modulator, der ein Rechteck-Wellensignal erzeugt, und einen zweiten Treiber, der ein Treibersignal zum Treiben des Resonators basierend auf dem Rechteck-Wellensignal, das mittels des zweiten Modulators erzeugt ist/wird, erzeugt, aufweist, und einen Signalgenerator, der zwischen mindestens einem von (a) dem ersten Modulator und dem ersten Treiber und (b) dem zweiten Modulator und dem zweiten Treiber bereitgestellt ist. Der Signalgenerator erzeugt ein Phasenänderung unterdrückendes Signal (z.B. ein Signal, welches eine Phasenänderung unterdrückt), in welchem eine Phasenänderung gemäß (z.B. in Abhängigkeit von) einer Amplitude des Reckteck-Wellensignals, das mittels mindestens eines von dem ersten Modulator und dem zweiten Modulator erzeugt ist/wird, unterdrückt ist/wird.
In dem Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wie hierin obenstehend beschrieben, erzeugt der Signalgenerator das Phasenänderung unterdrückende Signal, in welchem eine Phasenänderung gemäß (z.B. in Abhängigkeit von) der Amplitude des Rechteck-Wellensignals, das mittels mindestens eines von dem ersten Modulator und dem zweiten Modulator erzeugt ist/wird, unterdrückt ist/wird. Daher ist/wird das eine Phasenänderung unterdrückende Signal, in welchem eine Phasenänderung gemäß (z.B. in Abhängigkeit von) der Amplitude unterdrückt ist/wird, in mindestens einen von dem ersten Treiber und dem zweiten Treiber (hinein) eingegeben, und daher ändert (z.B. verändert) sich die Phase des Treibersignals, das von mindestens einem von dem ersten Treiber und dem zweiten Treiber ausgegeben ist/wird, nicht gemäß (z.B. in Abhängigkeit von) der Amplitude. Folglich kann der Resonator, sogar wenn die Amplitude des Treibersignals zum Treiben (z.B. Antreiben) des Resonators sich ändert (z.B. verändert), mit hoher Genauigkeit gesteuert sein/werden.
In dem vorgenannten Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor gemäß dem ersten Aspekt induziert die erste Geschlossene-Schleife-Steuereinheit vorzugsweise eine Primärschwingung (z.B. eine primäre Schwingung, eine erste Schwingung) in dem Resonator, und detektiert die zweite Geschlossene-Schleife-Steuereinheit vorzugsweise eine Sekundärschwingung (z.B. eine sekundäre Schwingung, eine zweite Schwingung), die in dem Resonator aufgrund einer Drehrate, die an den Resonator angelegt ist (z.B. die auf den Resonator angewendet ist), erzeugt ist/wird. Gemäß dieser Struktur ist der Signalgenerator in der ersten Geschlossene-Schleife-Steuereinheit bereitgestellt, sodass eine Änderung der Phase des Treibersignals gemäß (z.B. in Abhängigkeit von) der Amplitude in der ersten Geschlossene-Schleife-Steuereinheit unterdrückt ist/wird, und daher kann, sogar wenn sich die Temperatur (der Gütefaktor) ändert (z.B. verändert), sodass sich die Amplitude des Treibersignals zum In-Schwingung-Versetzen (z.B. Schwingenlassen) des Resonators ändert (z.B. verändert), der Einfluss (die Kreuzkopplung) einer Änderung (z.B. Veränderung) der Phase des Treibersignals auf die zweite Geschlossene-Schleife-Steuereinheit signifikant reduziert oder verhindert (z.B. unterbunden) sein/werden. Darüber hinaus ist der Signalgenerator in der zweiten Geschlossene-Schleife-Steuereinheit bereitgestellt, sodass eine Änderung (z.B. Veränderung) der Phase des Treibersignals gemäß (z.B. in Abhängigkeit von) der Amplitude in der zweiten Geschlossene-Schleife-Steuereinheit unterdrückt ist/wird, und daher kann, sogar wenn sich die Amplitude des Treibersignals zum Detektieren der Sekundärschwingung ändert (z.B. verändert), eine Reduktion der Genauigkeit der Detektion der Sekundärschwingung aufgrund der Phasenänderung unterdrückt sein/werden.
In dem vorgenannten Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor gemäß dem ersten Aspekt erzeugt der Signalgenerator vorzugsweise das Phasenänderung unterdrückende Signal, das eine Dreieck-Wellenform hat, basierend auf dem Rechteck-Wellensignal, das mittels mindestens einem von dem ersten Modulator und dem zweiten Modulator erzeugt ist/wird. Wenn sich die Amplitude des Phasenänderung unterdrückenden Signals, welches die Dreieck-Wellenform hat, ändert (z.B. verändert), ändert (z.B. verändert) sich die Steigung (Änderungsrate) von dem Start des Ansteigens (dem Start des (Ab)Fallens) des Signals zu dem Mittelpunkt der Signalausgabe (dem Punkt von 1/2 der Signalausgabe) gemäß (z.B. in Abhängigkeit von) der Amplitude, aber die Zeit, die es dauert, um den Mittelpunkt zu erreichen, ändert (z.B. verändert) sich nicht. Ungleich zu dem Rechteck-Wellensignal ist der Ansteigen-Abschnitt ((Ab)Fallen-Abschnitt) des Phasenänderung unterdrückenden Signals, das die Dreieck-Wellenform hat, (wie) ursprünglich (z.B. anfänglich) geneigt (z.B. hat der Ansteigen-Abschnitt ((Ab)Fallen-Abschnitt) des Phasenänderung unterdrückenden Signals, das die Dreieck-Wellenform hat, eine ursprüngliche/anfängliche Steigung), und diese Steigung ist ausreichend (z.B. hinreichend) kleiner als die Anstiegsrate (die Ansteigen- und die (Ab)Fallen-Steigung des Ausgangssignals) eines Verstärkers, der in dem ersten Treiber (zweiten Treiber) enthalten ist. Daher gibt es, sogar wenn das Phasenänderung unterdrückende Signal, welches die Dreieck-Wellenform hat, in den ersten Treiber (zweiten Treiber) (hinein) eingegeben ist/wird, keine (oder eine ausreichend bzw. hinreichend kleine) Änderung (z.B. Veränderung) der Wellenform aufgrund des Verstärkers, und das Treibersignal, das von dem ersten Treiber (zweiten Treiber) ausgegeben ist/wird, hat eine Charakteristik, dass sich die Phase nicht gemäß (z.B. in Abhängigkeit von) der Amplitude ändert (z.B. verändert). Daher ist der Signalgenerator eingerichtet, um das Phasenänderung unterdrückende Signal, welches die Dreieck-Wellenform hat, zu erzeugen, sodass der Resonator einfach (z.B. auf einfache Weise) mit hoher Genauigkeit gesteuert sein/werden kann, sogar wenn sich die Amplitude des Treibersignals zum In-Schwingung-Versetzen (z.B. zum Schwingenlassen) des Resonators ändert (z.B. verändert).
In diesem Fall weist der Signalgenerator vorzugsweise einen Integrier-Schaltkreis auf, und der Integrier-Schaltkreis erzeugt vorzugsweise das eine Phasenänderung unterdrückende Signal, welches die Dreieck-Wellenform hat, basierend auf dem Rechteck-Wellensignal. Wenn das Rechteck-Wellensignal in den Integrier-Schaltkreis (hinein) eingegeben ist/wird, ist/wird das Dreieck-Wellensignal ausgegeben, und daher kann das Dreieck-Wellensignal einfach (z.B. auf einfache Weise) mittels des Integrier-Schaltkreises mit einer relativ einfachen Schaltkreis-Konfiguration erzeugt sein/werden.
In dem vorgenannten Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor, in welchem der Signalgenerator den Integrier-Schaltkreis aufweist, empfängt der Integrier-Schaltkreis vorzugsweise das Rechteck-Wellensignal, welches eine Phase hat, die um 90 Grad verschieden von (z.B. zu) einer Phase des Treibersignals ist, das von mindestens einem von dem ersten Treiber und dem zweiten Treiber ausgegeben ist/wird. Wenn das Rechteck-Wellensignal in den Integrier-Schaltkreis (hinein) eingegeben ist/wird, ist/wird das Dreieck-Wellensignal, das eine Phase hat, die um 90 Grad verschieden von (z.B. zu) der Phase des Rechteck-Wellensignals ist, ausgegeben. Daher ist/wird das Rechteck-Wellensignal, das eine Phase hat, die um 90 Grad verschieden von (z.B. zu) der Phase des Treibersignals ist, in den Integrier-Schaltkreis (hinein) eingegeben, sodass das Dreieck-Wellensignal, das dieselbe Phase hat, wie die in dem Fall, in dem kein Integrier-Schaltkreis bereitgestellt ist, von mindestens einem von dem ersten Treiber und dem zweiten Treiber ausgegeben sein/werden kann.
In dem vorgenannten Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor gemäß dem ersten Aspekt ist der Signalgenerator vorzugsweise sowohl zwischen dem ersten Modulator und dem ersten Treiber als auch zwischen dem zweiten Modulator und dem zweiten Treiber bereitgestellt. Gemäß dieser Struktur kann der Resonator sowohl in der ersten Geschlossene-Schleife-Steuereinheit als auch (in) der zweiten Geschlossene-Schleife-Steuereinheit mit hoher Genauigkeit gesteuert sein/werden.
In diesem Fall weist der Signalgenerator vorzugsweise einen ersten Integrier-Schaltkreis, der zwischen dem ersten Modulator und dem ersten Treiber bereitgestellt ist, und einen zweiten Integrier-Schaltkreis, der zwischen dem zweiten Modulator und dem zweiten Treiber bereitgestellt ist und eine gleiche Signal-Erzeugung-Charakteristik wie die des ersten Integrier-Schaltkreises hat, auf. Gemäß dieser Struktur kann der nachteilige Einfluss einer Nicht-Einheitlichkeit zwischen der Charakteristik (wie zum Beispiel der Phase) des Phasenänderung unterdrückenden Signals, das von dem ersten Integrier-Schaltkreis ausgegeben ist/wird, und der Charakteristik (wie zum Beispiel der Phase) des Phasenänderung unterdrückenden Signals, das von dem zweiten Integrier-Schaltkreis ausgegeben ist/wird, signifikant reduziert oder verhindert (z.B. unterbunden) sein/werden. Der Begriff „(die)selbe Signal-Erzeugung-Charakteristik“ bedeutet, dass Signale, welche dieselbe Wellenform haben, ausgegeben sind/werden, wenn die Signale, welche dieselbe Wellenform haben, in den ersten Integrier-Schaltkreis und den zweiten Integrier-Schaltkreis (hinein) eingegeben sind/werden.
In dem vorgenannten Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor, in welchem der Signalgenerator sowohl zwischen dem ersten Modulator und dem ersten Treiber als auch zwischen dem zweiten Modulator und dem zweiten Treiber bereitgestellt ist, induziert die erste Geschlossene-Schleife-Steuereinheit, die mit dem Signalgenerator bereitgestellt ist, vorzugweise eine Primärschwingung (z.B. primäre Schwingung, erste Schwingung) in dem Resonator, und detektiert die zweite Geschlossene-Schleife-Steuereinheit, die mit dem Signalgenerator bereitgestellt ist, vorzugsweise eine Sekundärschwingung (z.B. sekundäre Schwingung, zweite Schwingung), die in dem Resonator aufgrund einer Drehrate erzeugt ist/wird, die an den Resonator angelegt (z.B. auf den Resonator angewendet) ist/wird, und weist zwei geschlossene Schleifen auf, die Signale verwenden, deren Phasen zueinander um 90 Grad verschoben sind. Eine Signalausgabe von dem Resonator weist auf: ein Signal, das aufgrund der Sekundärschwingung erzeugt ist/wird, die aufgrund der Drehrate erzeugt ist/wird, und ein Fehlersignal, das zu der Primärschwingung proportional ist, die zum Beispiel aufgrund der strukturellen Störung des Resonators erzeugt ist/wird. Die Phase des Signals, das aufgrund der Sekundärschwingung erzeugt ist/wird, die aufgrund der Drehrate erzeugt ist/wird, und die Phase des Fehlersignals sind zueinander um etwa 90 Grad verschoben. Das Signal, das aufgrund der Sekundärschwingung erzeugt ist/wird, die aufgrund der Drehrate erzeugt ist/wird, wird ein Realteil (z.B. eine echte Komponente) genannt, und des Fehlersignal wird eine Quadratur-Komponente genannt. Der Realteil und die Quadratur-Komponente sind/werden unabhängig voneinander mittels der zwei (z.B. beiden) geschlossenen Schleifen gesteuert, sodass der Realteil (Drehrate-Detektionssignal), der nicht von dem Fehlersignal beeinflusst ist/wird, extrahiert sein/werden kann (Quadratur-Korrektur kann durchgeführt werden). Daher, wenn das Rechteck-Wellensignal, dessen Phase sich gemäß (z.B. in Abhängigkeit von) der Amplitude ändert (z.B. verändert), in den zweiten Treiber (hinein) eingegeben ist/wird, weicht der Phasenunterschied zwischen dem Realteil und der Quadratur-Komponente von 90 Grad ab, und die Quadratur-Komponente streut (z.B. breitet sich aus) in den Realteil (hinein), sodass ein Fehler in der Drehraten-Detektion verursacht (z.B. hervorgerufen) ist/wird. Daher ist/wird das Phasenänderung unterdrückende Signal, in welchem eine Phasenänderung gemäß (z.B. in Abhängigkeit von) der Amplitude unterdrückt ist/wird, mittels des Signalgenerators erzeugt, sodass Streuen (z.B. Sich-Ausbreiten) der Quadratur-Komponente in den Realteil (hinein) unterdrückt ist/wird, und daher kann ein Fehler in (z.B. bei) der Drehraten-Detektion reduziert sein/werden.
Ein Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist auf: einen Resonator, eine erste Geschlossene-Schleife-Steuereinheit, die einen ersten Modulator, der ein Rechteck-Wellensignal erzeugt, und einen ersten Treiber, der ein Treibersignal zum Treiben des Resonators basierend auf dem Rechteck-Wellensignal, das mittels des ersten Modulators erzeugt ist/wird, erzeugt und der eine Primärschwingung (z.B. primäre Schwingung, erste Schwingung) in dem Resonator induziert, aufweist, eine zweite Geschlossene-Schleife-Steuereinheit, die einen zweiten Modulator, der ein Rechteck-Wellensignal erzeugt, und einen zweiten Treiber, der ein Treibersignal zum Treiben des Resonators basierend auf dem Rechteck-Wellensignal, das von dem zweiten Modulator erzeugt ist/wird, erzeugt und der eine Sekundärschwingung (z.B. sekundäre Schwingung, zweite Schwingung), die in dem Resonator aufgrund einer Drehrate, die an den Resonator angelegt ist/wird (z.B. die auf den Resonator angewendet ist/wird) erzeugt ist/wird, und einen Signalgengerator, der zwischen mindestens (b) dem zweiten Modulator und dem Treiber von (a) dem ersten Modulator und dem ersten Treiber und (b) dem zweiten Modulator und dem zweiten Treiber bereitgestellt ist. Der Signalgenerator erzeugt ein Phasenänderung unterdrückendes Signal, in welchem eine Phasenänderung gemäß (z.B. in Abhängigkeit von) einer Amplitude des Rechteck-Wellensignals, das mittels mindestens des zweiten Modulators von dem ersten Modulator und dem zweiten Modulator erzeugt ist/wird, unterdrückt ist/wird, und die zweite Geschlossene-Schleife-Steuereinheit, die mit dem Signalgenerator bereitgestellt ist, weist zwei geschlossene Schleifen auf, die Signale verwenden, deren Phasen zueinander um 90 Grad verschoben sind.
In dem Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wie hierin obenstehend beschrieben, erzeugt der Signalgenerator das eine Phasenänderung unterdrückende Signal, in welchem eine Phasenänderung gemäß (z.B. in Abhängigkeit von) der Amplitude des Rechteck-Wellensignals, das mittels mindestens des zweiten Modulators von dem ersten Modulator und dem zweiten Modulator erzeugt ist/wird, unterdrückt ist/wird. Daher ist/wird das eine Phasenänderung unterdrückende Signal, in welchem eine Phasenänderung gemäß (z.B. in Abhängigkeit von) der Amplitude unterdrückt ist/wird, in mindestens den zweiten Treiber von dem ersten Treiber und dem zweiten Treiber (hinein) eingegeben, und daher ändert (z.B. verändert) sich die Phase des Treibersignals, das von mindestens dem zweiten Treiber von dem ersten Treiber und dem zweiten Treiber ausgegeben ist/wird, nicht gemäß (z.B. in Abhängigkeit von) der Amplitude. Folglich kann, sogar wenn sich die Amplitude des Treibersignals zum Treiben des Resonators ändert (z.B. verändert), der Resonator mit hoher Genauigkeit gesteuert sein/werden.
Darüber hinaus ist der Signalgenerator in der ersten Geschlossene-Schleife-Steuereinheit bereitgestellt, sodass eine Änderung der Phase des Treibersignals gemäß (z.B. in Abhängigkeit von) der Amplitude in der ersten Geschlossene-Schleife-Steuereinheit unterdrückt ist/wird, und daher kann, sogar wenn sich die Temperatur (der Gütefaktor) ändert (z.B. verändert), sodass sich die Amplitude des Treibersignals zum In-Schwingung-Versetzen (z.B. Schwingenlassen) des Resonators ändert (z.B. verändert), der Einfluss (die Kreuzkopplung) einer Änderung (z.B. Veränderung) der Phase des Treibersignals auf die zweite Geschlossene-Schleife-Steuereinheit signifikant reduziert oder verhindert (z.B. unterbunden) sein/werden. Darüber hinaus ist der Signalgenerator in der zweiten Geschlossene-Schleife-Steuereinheit bereitgestellt, sodass eine Änderung (z.B. Veränderung) der Phase des Treibersignals gemäß (z.B. in Abhängigkeit von) der Amplitude in der zweiten Geschlossene-Schleife-Steuereinheit unterdrückt ist/wird, und daher kann, sogar wenn sich die Amplitude des Treibersignals zum Detektieren der Sekundärschwingung ändert (z.B. verändert), eine Reduktion der Genauigkeit der Detektion der Sekundärschwingung aufgrund der Phasenänderung unterdrückt sein/werden.
Eine Signalausgabe von dem Resonator weist auf: ein Signal, das aufgrund der Sekundärschwingung erzeugt ist/wird, die aufgrund der Drehrate erzeugt ist/wird, und ein Fehlersignal, das zu der Primärschwingung proportional ist, die zum Beispiel aufgrund der strukturellen Störung des Resonators erzeugt ist/wird. Die Phase des Signals, das aufgrund der Sekundärschwingung erzeugt ist/wird, die aufgrund der Drehrate erzeugt ist/wird, und die Phase des Fehlersignals sind zueinander um etwa 90 Grad verschoben. Das Signal, das aufgrund der Sekundärschwingung erzeugt ist/wird, die aufgrund der Drehrate erzeugt ist/wird, wird ein Realteil (z.B. eine echte Komponente) genannt, und des Fehlersignal wird eine Quadratur-Komponente genannt. Der Realteil und die Quadratur-Komponente sind/werden unabhängig voneinander mittels der zwei (z.B. beiden) geschlossenen Schleifen gesteuert, sodass der Realteil (Drehrate-Detektionssignal), der nicht von dem Fehlersignal beeinflusst ist/wird, extrahiert sein/werden kann (Quadratur-Korrektur kann durchgeführt werden). Daher, wenn das Rechteck-Wellensignal, dessen Phase sich gemäß (z.B. in Abhängigkeit von) der Amplitude ändert (z.B. verändert), in den zweiten Treiber (hinein) eingegeben ist/wird, weicht der Phasenunterschied zwischen dem Realteil und der Quadratur-Komponente von 90 Grad ab, und die Quadratur-Komponente streut (z.B. breitet sich aus) in den Realteil (hinein), sodass ein Fehler in (z.B. bei) der Drehraten-Detektion verursacht (z.B. hervorgerufen) ist/wird. Daher ist/wird das eine Phasenänderung unterdrückende Signal, in welchem eine Phasenänderung gemäß (z.B. in Abhängigkeit von) der Amplitude unterdrückt ist/wird, mittels des Signalgenerators erzeugt, sodass Streuen (z.B. Sich-Ausbreiten) der Quadratur-Komponente in den Realteil (hinein) unterdrückt ist/wird, und daher kann ein Fehler in (z.B. bei) der Drehraten-Detektion reduziert sein/werden.
In dem vorgenannten Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor gemäß dem zweiten Aspekt erzeugt der Signalgenerator vorzugsweise das eine Phasenänderung unterdrückende Signal, das eine Dreieck-Wellenform hat, basierend auf dem Rechteck-Wellensignal, das mittels mindestens des zweiten Modulators von dem ersten Modulator und des zweiten Modulators erzeugt ist/wird. Wenn sich die Amplitude des Phasenänderung unterdrückenden Signals, welches die Dreieck-Wellenform hat, ändert (z.B. verändert), ändert (z.B. verändert) sich die Steigung (Änderungsrate) von dem Start des Ansteigens (dem Start des (Ab)Fallens) des Signals zu dem Mittelpunkt der Signalausgabe (dem Punkt von 1/2 der Signalausgabe) gemäß (z.B. in Abhängigkeit von) der Amplitude, aber die Zeit, die es dauert, um den Mittelpunkt zu erreichen, ändert (z.B. verändert) sich nicht. Ungleich zu dem Rechteck-Wellensignal ist der Ansteigen-Abschnitt ((Ab)Fallen-Abschnitt) des Phasenänderung unterdrückenden Signals, das die Dreieck-Wellenform hat, (wie) ursprünglich (z.B. anfänglich) geneigt (z.B. hat der Ansteigen-Abschnitt ((Ab)Fallen-Abschnitt) des Phasenänderung unterdrückenden Signals, das die Dreieck-Wellenform hat, eine ursprüngliche/anfängliche Steigung), und diese Steigung ist ausreichend (z.B. hinreichend) kleiner als die Anstiegsrate (die Ansteigen- und die (Ab)Fallen-Steigung des Ausgangssignals) eines Verstärkers, der in dem ersten Treiber (zweiten Treiber) enthalten ist. Daher gibt es, sogar wenn das Phasenänderung unterdrückende Signal, welches die Dreieck-Wellenform hat, in den ersten Treiber (zweiten Treiber) (hinein) eingegeben ist/wird, keine (oder eine ausreichend bzw. hinreichend kleine) Änderung (z.B. Veränderung) der Wellenform aufgrund des Verstärkers, und das Treibersignal, das von dem ersten Treiber (zweiten Treiber) ausgegeben ist/wird, hat eine Charakteristik, dass sich die Phase nicht gemäß (z.B. in Abhängigkeit von) der Amplitude ändert (z.B. verändert). Daher ist der Signalgenerator eingerichtet, um das eine Phasenänderung unterdrückende Signal, welches die Dreieck-Wellenform hat, zu erzeugen, sodass der Resonator einfach (z.B. auf einfache Weise) mit hoher Genauigkeit gesteuert sein/werden kann, sogar wenn sich die Amplitude des Treibersignals zum In-Schwingung-Versetzen (z.B. zum Schwingenlassen) des Resonators ändert (z.B. verändert).
In diesem Fall weist der Signalgenerator vorzugsweise einen Integrier-Schaltkreis auf, und der Integrier-Schaltkreis erzeugt vorzugsweise das eine Phasenänderung unterdrückende Signal, welches die Dreieck-Wellenform hat, basierend auf dem Rechteck-Wellensignal. Wenn das Rechteck-Wellensignal in den Integrier-Schaltkreis (hinein) eingegeben ist/wird, ist/wird das Dreieck-Wellensignal ausgegeben, und daher kann das Dreieck-Wellensignal einfach (z.B. auf einfache Weise) mittels des Integrier-Schaltkreises mit einer relativ einfachen Schaltkreis-Konfiguration erzeugt sein/werden.
In dem vorgenannten Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor, in welchem der Signalgenerator den Integrier-Schaltkreis aufweist, empfängt der Integrier-Schaltkreis vorzugsweise das Rechteck-Wellensignal, welches eine Phase hat, die um 90 Grad verschieden von (z.B. zu) einer Phase des Treibersignals ist, das von mindestens dem zweiten Treiber von dem ersten Treiber und dem zweiten Treiber ausgegeben ist/wird. Wenn das Rechteck-Wellensignal in den Integrier-Schaltkreis (hinein) eingegeben ist/wird, ist/wird das Dreieck-Wellensignal, das eine Phase hat, die um 90 Grad verschieden von (z.B. zu) der Phase des Rechteck-Wellensignals ist, ausgegeben. Daher ist/wird das Rechteck-Wellensignal, das eine Phase hat, die um 90 Grad verschieden von (z.B. zu) der Phase des Treibersignals ist, in den Integrier-Schaltkreis (hinein) eingegeben, sodass das Dreieck-Wellensignal, das dieselbe Phase hat, wie die in dem Fall, in dem kein Integrier-Schaltkreis bereitgestellt ist, von mindestens dem zweiten Treiber von dem ersten Treiber und dem zweiten Treiber ausgegeben sein/werden kann.
In dem vorgenannten Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor gemäß dem zweiten Aspekt ist der Signalgenerator vorzugsweise sowohl zwischen dem ersten Modulator und dem ersten Treiber als auch zwischen dem zweiten Modulator und dem zweiten Treiber bereitgestellt. Gemäß dieser Struktur kann der Resonator sowohl in der ersten Geschlossene-Schleife-Steuereinheit als auch (in) der zweiten Geschlossene-Schleife-Steuereinheit mit hoher Genauigkeit gesteuert sein/werden.
In diesem Fall weist der Signalgenerator vorzugsweise einen ersten Integrier-Schaltkreis, der zwischen dem ersten Modulator und dem ersten Treiber bereitgestellt ist, und einen zweiten Integrier-Schaltkreis, der zwischen dem zweiten Modulator und dem zweiten Treiber bereitgestellt ist und eine gleiche Signal-Erzeugung-Charakteristik wie die des ersten Integrier-Schaltkreises hat, auf. Gemäß dieser Struktur kann der nachteilige Einfluss einer Nicht-Einheitlichkeit zwischen der Charakteristik (wie zum Beispiel der Phase) des Phasenänderung unterdrückenden Signals, das von dem ersten Integrier-Schaltkreis ausgegeben ist/wird, und der Charakteristik (wie zum Beispiel der Phase) des Phasenänderung unterdrückenden Signals, das von dem zweiten Integrier-Schaltkreis ausgegeben ist/wird, signifikant reduziert oder verhindert (z.B. unterbunden) sein/werden. Der Begriff „(die)selbe Signal-Erzeugung-Charakteristik“ bedeutet, dass Signale, welche dieselbe Wellenform haben, ausgegeben sind/werden, wenn die Signale, welche dieselbe Wellenform haben, in den ersten Integrier-Schaltkreis und den zweiten Integrier-Schaltkreis (hinein) eingegeben sind/werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, kann, sogar wenn sich die Amplitude des Signals zum Treiben des Resonators ändert (z.B. verändert), der Resonator mit hoher Genauigkeit gesteuert sein/werden.
Die vorhergehenden und andere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ersichtlicher aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung, wenn sie zusammen genommen wird mit den begleitenden Zeichnungen.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, welches die Struktur eines Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
2 ist ein Schaltkreis-Diagramm eines Integrier-Schaltkreises,
3 ist ein Diagramm zum Darstellen von Signalen des Schwingungsstruktur-Drehrate-Sensors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
4 ist ein Diagramm, welches die Anstiegsrate (z.B. die Spannungsanstiegsrate) eines Verstärkers zeigt,
5 ist ein Diagramm, welches eine Sensorausgabe in dem Fall zeigt, in dem kein Integrier-Schaltkreis bereitgestellt ist, und
6 ist ein Diagramm, welches eine Sensorausgabe in dem Fall zeigt, in dem der Integrier-Schaltkreis bereitgestellt ist.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird jetzt mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Die Struktur eines Schwingungsstruktur-Drehrate-Sensors (z.B. eines Schwingungsstruktur-Winkelgeschwindigkeit-Sensors) 100 gemäß dieser Ausführungsform wird jetzt mit Bezug auf Figen. 1 bis 6 beschrieben.
Wie in 1 gezeigt weist der Schwingungsstruktur-Drehrate-Sensor 100 einen Resonator (z.B. einen Schwingkreis) 1 auf. Der Resonator 1 ist zum Beispiel ein ringförmiger Resonator 1.
Der Schwingungsstruktur-Drehrate-Sensor 100 weist einen Primärseite-Steuerungsschaltkreis 10 auf. Der Primärseite-Steuerungsschaltkreis 10 induziert eine primäre Schwingung (z.B. erste Schwingung) in dem Resonator 1. Der Primärseite-Steuerungsschaltkreis 10 weist einen Verstärker-Schaltkreis (z.B. einen Verstärkungsschaltkreis) 11, einen Demodulationsschaltkreis 12, einen Schleifenfilter 13, einen Modulationsschaltkreis 14, einen Integrier-Schaltkreis (z.B. einen Integrierer-Schaltkreis, einen Integrierer, einen Integrator, eine Integrier-Schaltung, eine Integrations-Schaltung) 15 und einen Treiberschaltkreis 16 auf. Der Modulationsschaltkreis 14 erzeugt ein Rechteck-Wellensignal (z.B. ein rechteckiges Wellensignal) S4. Der Treiberschaltkreis 16 treibt den Resonator 1 basierend auf dem Rechteck-Wellensignal S4 (insbesondere einem Signal S5, das später beschrieben wird), das mittels des Modulationsschaltkreises 14 erzeugt ist/wird. Der Treiberschaltkreis 16 weist einen Verstärker 16a auf. Das Schleifenfilter 13 ist zum Beispiel ein integrales Filter. Der Resonator 1, der Verstärker-Schaltkreis 11, der Demodulationsschaltkreis 12, das Schleifenfilter 13, der Modulationsschaltkreis 14, der Integrier-Schaltkreis 15 und der Treiberschaltkreis 16 sind miteinander in dieser Reihenfolge verbunden und bilden eine geschlossene Steuerungsschleife. Die Details des Integrier-Schaltkreises 15 werden später beschrieben. Der Primärseite-Steuerungsschaltkreis 10 ist ein Beispiel einer „ersten Geschlossene-Schleife-Steuereinheit“ bzw. „ersten Regelungseinheit“ in den Patentansprüchen. Der Modulationsschaltkreis 14 ist ein Beispiel eines „ersten Modulators“ in den Patentansprüchen. Der Integrier-Schaltkreis 15 ist ein Beispiel eines „Signalgenerators“ oder eines „ersten Integrier-Schaltkreises“ in den Patentansprüchen. Der Treiberschaltkreis 16 ist ein Beispiel eines „ersten Treibers“ in den Patentansprüchen. Das Signal S4 ist ein Beispiel eines „Rechteck-Wellensignals“ in den Patentansprüchen.
Der Primärseite-Steuerungsschaltkreis 10 weist einen Phasenregelschleife(PLL, von engl. „Phase-Locked Loop“)-Schaltkreis 17 und einen Demodulation/Modulation-Signal-Erzeugung-Schaltkreis 18 auf. Der Demodulation/Modulation-Signal-Erzeugung-Schaltkreis 18 erzeugt ein Referenzsignal (ein Synchronisationssignal, ein Taktsignal) mittels PLL-Steuerung mit Bezug auf ein Ausgabesignal (z.B. Ausgangssignal) von dem Resonator 1, der entlang einer axialen Richtung in Schwingung versetzt ist (z.B. der entlang einer axialen Richtung schwingt). Insbesondere werden in dem Demodulation/Modulation-Signal-Erzeugung-Schaltkreis 18 Referenzsignale A bis D erzeugt. Die Phasen der Referenzsignale A bis D sind voneinander (z.B. zueinander) (jeweils) um 90 Grad verschoben. Zum Beispiel, wenn die Phase des Referenzsignals A bei (z.B. zu) einer bestimmten Zeit 0 Grad ist, ist die Phase des Referenzsignals B 90 Grad, ist die Phase des Referenzsignals C 180 Grad und ist die Phase der Referenzsignals D 270 Grad.
Der Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor 100 weist einen Sekundärseite-Steuerungsschaltkreis 20 auf. Der Sekundärseite-Steuerungsschaltkreis 20 detektiert eine Sekundärschwingung (z.B. eine sekundäre Schwingung, eine zweite Schwingung), die in dem Resonator 1 aufgrund einer Drehrate (z.B. einer Winkelgeschwindigkeit) (Corioliskraft), die an dem Resonator 1 angelegt (z.B. entsteht) ist/wird, erzeugt ist/wird. Der Sekundärseite-Steuerungsschaltkreis 20 weist einen Verstärker-Schaltkreis 21, einen Demodulationsschaltkreis 22, ein Schleifenfilter 23, einen Modulationsschaltkreis 24, einen Integrier-Schaltkreis (z.B. einen Integrierer-Schaltkreis, einen Integrierer, einen Integrator, eine Integrier-Schaltung, eine Integrations-Schaltung) 25 und einen Treiberschaltkreis 26 auf. Der Modulationsschaltkreis 24 erzeugt ein Rechteck-Wellensignal (z.B. ein rechteckiges Wellensignal) S14. Der Treiberschaltkreis 26 treibt den Resonator 1 basierend auf dem Rechteck-Wellensignal (S14) (insbesondere einem Signal S15, das später beschrieben wird), das von dem Modulationsschaltkreis 24 erzeugt ist/wird. Der Treiberschaltkreis 26 weist einen Verstärker 26a auf. Das Schleifenfilter 23 ist zum Beispiel ein integrales Filter. Der Resonator 1, der Verstärker-Schaltkreis 21, der Demodulationsschaltkreis 22, das Schleifenfilter 23, der Modulationsschaltkreis 24, der Integrier-Schaltkreis 25 und der Treiberschaltkreis 26 sind miteinander in dieser Reihenfolge verbunden und bilden eine geschlossene Steuerungsschleife. Die Details des Integrier-Schaltkreises 25 werden später beschrieben. Der Sekundärseite-Steuerungsschaltkreis 20 ist ein Beispiel einer „zweiten Geschlossene-Schleife-Steuereinheit“ bzw. „zweiten Regelungseinheit“ in den Patentansprüchen. Der Modulationsschaltkreis 24 ist ein Beispiel eines „zweiten Modulators“ in den Patentansprüchen. Der Integrier-Schaltkreis 25 ist ein Beispiel eines „Signalgenerators“ oder eines „zweiten Integrier-Schaltkreises“ in den Patentansprüchen. Der Treiberschaltkreis 26 ist ein Beispiel eines „zweiten Treibers“ in den Patentansprüchen. Das Signal S14 ist ein Beispiel eines „Rechteck-Wellensignals“ in den Patentansprüchen.
Daher ist gemäß dieser Ausführungsform der Integrier-Schaltkreis (15 und 25) sowohl zwischen dem Modulationsschaltkreis 14 und dem Treiberschaltkreis 16 und zwischen dem Modulationsschaltkreis 24 und dem Treiberschaltkreis 26 bereitgestellt. Die Signalerzeugungs-Charakteristiken des Integrier-Schaltkreises 15 sind dieselben wie die Signalerzeugungs-Charakteristiken des Integrier-Schaltkreises 25. Das heißt, wenn Signale, welche dieselben Wellenform haben, in den Integrier-Schaltkreis 15 und den Integrier-Schaltkreis 25 (hinein) eingegeben werden, geben der Integrier-Schaltkreis 15 und der Integrier-Schaltkreis 25 die Signale aus, welche dieselbe Wellenform haben. Insbesondere, wie in 2 gezeigt, weist der Integrier-Schaltkreis 15 (Integrier-Schaltkreis 25) einen Operationsverstärker 15a (25a), einen Widerstand 15b (25b), einen Kondensator 15c (25c), etc. auf. Die Charakteristiken des Operationsverstärkers 15a und die Charakteristiken des Operationsverstärkers 25a sind dieselben wie einander, der Widerstandswert des Widerstands 15b und der Widerstandswert des Widerstands 25b sind dieselben wie einander und die Kapazität des Kondensators 15c und die Kapazität des Kondensators 25c sind dieselben wie einander.
Wie in 1 gezeigt, weist der Sekundärseite-Steuerungsschaltkreis 20 einen Verstärker-Schaltkreis 27 auf. Die Ausgabe des Schleifenfilters 23 ist/wird in den Verstärker-Schaltkreis 27 (hinein) eingegeben. Eine Signalausgabe von dem Verstärker-Schaltkreis 27 ist/wird nach außen (z.B. zu dem Äußeren) als die Sensorausgabe (Drehrate-Detektionssignal, z.B. Winkelgeschwindigkeit-Detektionssignal) des Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensors 100 ausgegeben.
Der Sekundärseite-Steuerungsschaltkreis 20 weist einen Demodulationsschaltkreis 31, einen Schleifenfilter 32, einen Modulationsschaltkreis 33 und einen Addier-Schaltkreis (z.B. Addieren-Schaltkreis) 34 auf. Der Demodulationsschaltkreis 31, der Schleifenfilter 32, der Modulationsschaltkreis 33 und der Addier-Schaltkreis 34 sind miteinander in dieser Reihenfolge verbunden. Der Demodulationsschaltkreis 31 ist zwischen dem Verstärker-Schaltkreis 21 und dem Demodulationsschaltkreis 22 verbunden. Der Addier-Schaltkreis 34 ist zwischen dem Treiberschaltkreis 26 und dem Modulationsschaltkreis 24 bereitgestellt. Das heißt, gemäß dieser Ausführungsform weist der Sekundärseite-Steuerungsschaltkreis 20 zwei geschlossene Schleifen auf, die Rechteck-Wellensignale verwenden, von denen die Phasen um 90 Grad voneinander (z.B. zueinander) verschoben sind. Insbesondere weist der Sekundärseite-Steuerungsschaltkreis 20 auf: eine geschlossene Schleife (die eine geschlossene Schleife), welche den Resonator 1, den Verstärker-Schaltkreis 21, den Demodulationsschaltkreis 22, das Schleifenfilter 23, den Modulationsschaltkreis 24, den Addier-Schaltkreis 34, den Integrier-Schaltkreis 25 und den Treiberschaltkreis 26 aufweist, und eine geschlossene Schleife (die andere geschlossene Schleife), welche den Resonator 1, den Verstärker-Schaltkreis 21, den Demodulationsschaltkreis 31, das Schleifenfilter 32, den Modulationsschaltkreis 33, den Addier-Schaltkreis 34, den Integrier-Schaltkreis 25 und den Treiberschaltkreis 26 aufweist. Der Modulationsschaltkreis 24 der einen geschlossenen Schleife arbeitet basierend auf dem Referenzsignal A und der Modulationsschaltkreis 33 der anderen geschlossenen Schleife arbeitet basierend auf dem Referenzsignal D, dessen Phase der des Referenzsignals A um 90 Grad voreilt. Der Demodulationsschaltkreis 22 der einen geschlossenen Schleife arbeitet basierend auf dem Referenzsignal A und der Demodulationsschaltkreis 31 der anderen geschlossenen Schleife arbeitet basierend auf dem Referenzsignal B, dessen Phase um 90 Grad zu der des Referenzsignals A verzögert ist.
Eine Signalausgabe von dem Resonator 1 weist auf: ein Signal, das aufgrund der Sekundärschwingung erzeugt ist/wird, die aufgrund der Drehrate erzeugt ist/wird, und ein Fehlersignal, das zu der Primärschwingung proportional ist, die zum Beispiel aufgrund der strukturellen Störung des Resonators 1 erzeugt ist/wird. Die Phase des Signals, das aufgrund der Sekundärschwingung erzeugt ist/wird, die aufgrund der Drehrate erzeugt ist/wird, und die Phase des Fehlersignals sind zueinander um etwa 90 Grad verschoben. Das Signal, das aufgrund der Sekundärschwingung erzeugt ist/wird, die aufgrund der Drehrate erzeugt ist/wird, wird ein Realteil (z.B. eine echte Komponente) genannt, und des Fehlersignal wird eine Quadratur-Komponente genannt. Der Realteil und die Quadratur-Komponente werden unabhängig voneinander mittels der einen geschlossenen Schleife bzw. der anderen geschlossen Schleife gesteuert, sodass der Realteil (Drehrate-Detektionssignal), der nicht von dem Fehlersignal beeinflusst ist, extrahiert werden kann (Quadratur-Korrektur kann durchgeführt werden).
(Details des Integrier-Schaltkreises)
Die Funktionen etc. des Integrier-Schaltkreises 15 und des Integrier-Schaltkreises 25 werden jetzt ausführlich beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, ist/wird in dem Primärseite-Steuerungsschaltkreis 10 die Signalausgabe von dem Resonator 1 mittels des Verstärker-Schaltkreises 11 verstärkt, um ein Signal S1 zu sein. Das Signal S1, das mittels des Verstärker-Schaltkreises 11 verstärkt ist, hat eine Sinus-Wellenform.
Das Signal S1, das mittels des Verstärker-Schaltkreises 11 verstärkt ist, ist/wird basierend auf dem Referenzsignal A mittels des Demodulationsschaltkreises 12 detektiert, um ein Signal S2 zu sein. Der Demodulationsschaltkreises 12 arbeitet basierend auf dem Referenzsignal A. Danach wird das Signal S2, das von dem Demodulationsschaltkreis 12 ausgeben ist/wird, mittels des Schleifenfilters 13 integriert, um ein Signal S3 einer bestimmten Größe zu sein. Danach wird das Signal S3 basierend auf dem Referenzsignal A mittels des Modulationsschaltkreises 14 in das Rechteck-Wellensignal S4 umgewandelt.
Gemäß dieser Ausführungsform erzeugt der Integrier-Schaltkreis 15 das Signal S5, in welchem eine Phasenänderung gemäß (z.B. in Abhängigkeit von) der Amplitude des Rechteck-Wellensignals S4, das mittels des Modulationsschaltkreises 14 erzeugt ist/wird, unterdrückt ist/wird. Insbesondere erzeugt der Integrier-Schaltkreis 15 das Dreieck-Wellensignal (z.B. das dreieckige Wellensignal) S5 basierend auf dem Rechteck-Wellensignal S4, das mittels des Modulations-schaltkreises 14 erzeugt ist/wird. Das Signal S5 ist ein Beispiel eines „Phasenänderung unterdrückenden Signals“ in den Patentansprüchen.
Wie in 3 gezeigt, wenn das Rechteck-Wellensignal S4, das mittels des Modulationsschaltkreises 14 erzeugt ist/wird, direkt in den Treiberschaltkreis 16 (hinein) eingegeben wird, hat aufgrund der Anstiegsrate (z.B. der Spannungsanstiegsrate) des Verstärkers 16a, der in dem Treiberschaltkreis 16 enthalten ist, ein Signal S6', das von dem Treiberschaltkreis 16 ausgegeben ist/wird, eine im Wesentlichen trapezförmige Wellenform (siehe einen Gestrichelte-Linie-Graphen) und nicht eine Rechteck-Wellenform. Der Gütefaktor (z.B. Q-Faktor, Qualitätsfaktor) des Resonators 1 ändert (z.B. verändert) sich abhängig von der Temperatur des Resonators 1. Insbesondere, wenn die Temperatur hoch ist, nimmt der Gütefaktor ab, und wenn die Temperatur niedrig ist, nimmt der Gütefaktor zu (z.B. steigt der Gütefaktor an). Daher ist es, um den Resonator 1 mit einer konstanten Bewegungsamplitude in Schwingung zu versetzen (z.B. schwingen zu lassen), notwendig, dem Resonator 1 eine relativ große (z.B. hohe) Energie zuzuführen (z.B. eine relativ große Energie an den Resonator 1 anzulegen), wenn die Temperatur hoch ist. Das heißt, die Amplitude des Signals S6' zum Schwingen (z.B. des Schwingens) des Resonators 1 nimmt zu. Ferner sind die Ansteige-Steigung (z.B. die ansteigende Steigung) und die Abfallen-Steigung (z.B. fallende Steigung, abfallende Steigung) des im Wesentlichen trapezförmigen Wellensignals S6' im Wesentlichen konstant, sogar falls die Amplitude einer Rechteck(im Wesentlichen trapezförmigen)-Wellensignal-Ausgabe von dem Treiberschaltkreis 16 sich ändert (z.B. verändert). Daher variiert die Zeit, die es dauert, den Mittelpunkt der Signalausgabe (den Punkt von 1/2 der Signalausgabe) von dem Start des Ansteigens (dem Start des Abfallens) des Signals zu erreichen, mit einer Änderung der Amplitude. Zum Beispiel, wenn die Amplitude klein (z.B. gering) ist (siehe Ansicht (c) von 3), erreicht das Signal den Mittelpunkt der Signalausgabe in einer Zeit t1, wenn die Amplitude mittel (z.B. mittelgroß) ist (siehe Ansicht (b) von 3), erreicht das Signal den Mittelpunkt der Signalausgabe in einer Zeit t2, die länger ist als die Zeit t1 ist, und wenn die Amplitude groß ist (siehe Ansicht (a) in 3), erreicht das Signal den Mittelpunkt der Signalausgabe in einer Zeit t3, die länger ist als die Zeit t2 ist. Das heißt, die Phase des Signals S6', das von dem Treiberschaltkreis 16 ausgegeben ist/wird, ändert (z.B. verändert) sich mit einer Änderung der Amplitude. In diesem Fall, sogar wenn es versucht wird, den Resonator 1 in (z.B. mit) einer gewünschten Phase in Schwingung zu versetzen, ändert (verschiebt) sich die Phase der Signalausgabe von dem Treiberschaltkreis, sodass der Resonator 1 in einigen Fällen nicht mit hoher Genauigkeit gesteuert werden kann.
In der obigen Beschreibung wird angenommen, dass die Ansteigen-Steigung und die Abfallen-Steigung des im Wesentlichen trapezförmigen Signals S6' (der Ausgabe des Verstärkers 16a, der in dem Treiberschaltkreis 16 enthalten ist) im Wesentlichen konstant sind, sogar wenn sich die Amplitude ändert (z.B. verändert), aber eigentlich sind die Ausgabecharakteristiken des Verstärkers 16a temperaturabhängig (siehe 4, die später beschrieben wird). Daher ist eine Änderung der Phasenverzögerung schwieriger (z.B. komplizierter). Eine Änderung der Ausgabe (Niveau, z.B. des Ausgabeniveaus) des Verstärkers 16a ist auch abhängig von den Temperaturcharakteristiken des Gütefaktors des Resonators 1. Die Temperaturcharakteristiken des Gütefaktors des Resonators 1 sind verschieden von der Temperaturabhängigkeit (Temperaturcharakteristiken) der Ausgabe des Verstärkers 16a. Das heißt, es gibt einen Unterschied zwischen der Temperatur-Folgefähigkeit (Nachfolge-Geschwindigkeit) des Resonators 1 mit Bezug auf eine Umgebungstemperatur-Änderung und der Temperatur-Folgefähigkeit (Nachfolge-Geschwindigkeit) des Verstärkers 16a mit Bezug auf die Umgebungstemperatur-Änderung, und daher ist es schwierig, die Ausgabe des Verstärkers 16a um eine (z.B. bezüglich einer) Temperaturänderung zu korrigieren.
4 zeigt Änderungen (in) der Ansteigerate des Verstärkers 16a mit Bezug auf (z.B. in Abhängigkeit von) der Umgebungstemperatur-Änderung des Verstärkers 16a. Beachte, dass V1 und V2 (< V1) Spannungen darstellen, die in den Verstärker 16a (hinein) eingegeben werden. Wie in 4 gezeigt, nimmt die Ansteigerate des Verstärkers 16a zu (z.B. steigt sie an), wenn die Umgebungstemperatur zunimmt (z.B. ansteigt).
Wie in 3 gezeigt, in dem Fall des Dreieck-Wellensignals S5 (dicke durchgezogene Linie), das von dem Integrier-Schaltkreis 15 ausgegeben ist/wird, ändert sich, sogar wenn sich die Amplitude des Dreieck-Wellensignals S5 ändert (z.B. verändert), eine Zeit (t4) zu dem Mittelpunkt nicht, obwohl sich die Steigung (Änderungsrate) von dem Start des Ansteigens (dem Start des Abfallens) des Signals S5 zu dem Mittelpunkt der Signalausgabe (hin) gemäß (z.B. in Abhängigkeit von) der Amplitude ändert (z.B. verändert). Der ansteigende Abschnitt ((ab)fallende Abschnitt) des Dreieck-Wellensignals S5 ist ursprünglich (z.B. anfänglich) ungleich dem Rechteck-Wellensignal S4 geneigt (z.B. das Dreieck-Wellensignal S5 hat ursprünglich bzw. anfänglich eine Steigung, die ungleich der des Rechteck-Wellensignals S4 ist) und daher gibt es, sogar wenn das Dreieck-Wellensignal S5 in den Treiberschaltkreis 16 (hinein) eingegeben ist/wird, keine (oder eine kleine) Änderung der Wellenform aufgrund des Verstärkers 16a, und das Signal S6 (dicke durchgezogene Linie), das von dem Treiberschaltkreis 16 ausgegeben ist/wird, hat eine Charakteristik, dass sich die Phase nicht gemäß (z.B. in Abhängigkeit von) der Amplitude ändert (z.B. verändert). Daher verschiebt sich, sogar wenn sich die Amplitude des Signals S6 ändert (z.B. verändert), die Phase nicht, und daher kann der Resonator 1 mit hoher Genauigkeit gesteuert werden. Das Signal S6 ist ein Beispiel eines „Treibersignals“ in den Patentansprüchen.
Gemäß dieser Ausführungsform, wie in 1 gezeigt, empfängt der Integrier-Schaltkreis 15 das Signal S4, das eine Phase hat, die um 90 Grad verschieden von der Phase des Signals S6 ist, das von dem Treiberschaltkreis 16 ausgegeben ist/wird. Wenn das Reckteck-Wellensignal S4 von dem Modulationsschaltkreis 14 in den Integrier-Schaltkreis 15 (hinein) eingegeben ist/wird, ist/wird das Dreieck-Wellensignal S5 ausgegeben, das eine Phase hat, die um 90 Grad zu (z.B. bezüglich) der Phase des Rechteck-Wellensignals S4 verzögert ist. Das heißt, der Integrier-Schaltkreis 15 ist zwischen dem Treiberschaltkreis 16 und dem Modulationsschaltkreis 14 bereitgestellt, sodass die Phase des Signals S5, das in den Treiberschaltkreis 16 (hinein) eingegeben ist/wird, um 90 Grad verzögert ist/wird. Daher ist/wird das Signal S4, das eine Phase hat, die um 90 Grad voreilt (die Phase des Referenzsignals A anstatt des Referenzsignals B), in den Modulationsschaltkreis 24 (hinein) eingegeben, sodass das Signal S5, welches die Phase des Referenzsignals B hat, von dem Integrier-Schaltkreis 15 erzeugt ist/wird. Daher ist die Phase (die Phase des Referenzsignals B) des Signals S6, das von dem Treiberschaltkreis 16 ausgegeben ist/wird, dieselbe wie die in dem Fall, in dem kein Integrier-Schaltkreis 15 bereitgestellt ist.
Auch in dem Sekundärseite-Steuerungsschaltkreis 20 ist/wird die Signalausgabe (z.B. das ausgegebene Signal) von dem Resonator 1 mittels des Verstärker-Schaltkreises 21 verstärkt, um ein Signal S11 zu sein, ähnlich zu dem Primärseite-Steuerungsschaltkreis 10. Das Signal S11, das mittels des Verstärker-Schaltkreises 21 verstärkt ist/wird, ist im Wesentlichen Null aufgrund von Geschlossene-Schleife-Steuerung (Rückkopplung-Steuerung). Das Signal S11 ist/wird in den Demodulationsschaltkreis 22 (hinein) eingegeben. Der Demodulationsschaltkreis 22 arbeitet zum Beispiel basierend auf dem Referenzsignal A. Ein Signal S12, das von dem Demodulationsschaltkreis 22 ausgegeben ist/wird, ist/wird mittels des Schleifenfilters 23 integriert, um ein Signal S13 einer bestimmten Größe zu sein. Danach ist/wird das Signal S13 mittels des Modulationsschaltkreises 24 in das Rechteck-Wellensignal S14 umgewandelt. Der Modulationsschaltkreis 24 arbeitet basierend auf dem Referenzsignal A. Die Ausgabe des Schleifenfilters 23 ist/wird nach außen (z.B. zu dem Äußeren) als die Sensorausgabe des Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensors 100 durch den Verstärker-Schaltkreis 27 ausgegeben.
Gemäß dieser Ausführungsform erzeugt der Integrier-Schaltkreis 25 das Dreieck-Wellensignal S15, in welchem eine Phasenänderung gemäß (z.B. in Abhängigkeit von) der Amplitude des Rechteck-Wellensignals S14, das mittels des Modulationsschaltkreises 24 erzeugt ist/wird, unterdrückt ist/wird. Das Signal S15 ist ein Beispiel eines „Phasenänderung unterdrückenden Signals“ in den Patentansprüchen.
Gemäß dieser Ausführungsform empfängt der Integrier-Schaltkreis 25 das Signal S14, das eine Phase (die Phase des Referenzsignals A) hat, die um 90 Grad verschieden von der Phase (der Phase des Referenzsignals B) eines Signals S16 ist, das von dem Treiberschaltkreis 26 ausgegeben ist/wird. Insbesondere, in ähnlicher Weise zu dem Primärseite-Steuerungsschaltkreis 10, führt der Modulationsschaltkreis 24 Modulation basierend auf dem Signal S14 (dem Referenzsignal A anstatt des Referenzsignals B), das eine Phasen-Vorauseilung (z.B. eine vorauseilende Phase) von (z.B. um) 90 Grad hat, durch. Daher ist die Phase (die Phase des Referenzsignals B) des Signals S16, das von dem Treiberschaltkreis 26 ausgegeben ist/wird, dieselbe wie die in dem Fall, in dem kein Integrier-Schaltkreis 25 bereitgestellt ist. Das Signal S16 ist ein Beispiel eines _„Treibersignals“ in den Patentansprüchen.
In dem relativ kleinen Resonator 1 sind eine Elektrode, die den Resonator 1 entlang einer ersten Achse treibt (z.B. antreibt), eine Elektrode, die eine Schwingung entlang der ersten Achse detektiert, eine Elektrode, die den Resonator 1 entlang einer zweiten Achse treibt (z.B. antreibt), und eine Elektrode, die eine Schwingung entlang der zweiten Achse detektiert (eine Gesamtzahl von vier Elektroden), (eng) aneinander angrenzend, und daher tritt kapazitive Kopplung (Kreuzkopplung, z.B. Querkopplung, Übersprechkopplung) innerhalb des Resonators 1 auf. Zusätzlich zu der Kreuzkopplung in dem Resonator 1 sind der Primärseite-Steuerungsschaltkreis 10 und der Sekundärseite-Steuerungsschaltkreis 20 relativ (eng) aneinander angrenzend angeordnet, und daher tritt kapazitive Kopplung (Kreuzkopplung, z.B. Querkopplung, Übersprechkopplung) zwischen dem Primärseite-Steuerungsschaltkreis 10 und dem Sekundärseite-Steuerungsschaltkreis 20 auf. Insbesondere tritt kapazitive Kopplung (ε_PD-SD) an (z.B. auf) der Eingangsseite des Resonators 1 auf, und kapazitive Kopplung (ε_PD-SPO) tritt ebenso an (z.B. auf) der Ausgangsseite des Resonators 1 auf. Daher ist, während die kapazitive Kopplung die Sensorausgabe des Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensors 100 beeinflusst, der Integrier-Schaltkreis 25 bereitgestellt, sodass der Einfluss der Phasenverschiebung signifikant reduziert oder verhindert (z.B. unterbunden) ist/wird, und daher ist/wird der Einfluss der Phasenverschiebung nicht zu dem Einfluss der kapazitiven Kopplung hinzugefügt (gemischt, z.B. hinzugemischt).
Ein Experiment, das bezüglich des Effekts (z.B. betreffend den Effekt) des Falles, in dem der Integrier-Schaltkreis 15 und der Integrier-Schaltkreis 25 bereitgestellt sind, durchgeführt wurde, wird jetzt mit Bezug auf Fig.en 5 und 6 beschrieben. Fig.en 5 und 6 zeigen schematisch die experimentellen Ergebnisse und heben Hysterese hervor (z.B. betonen Hysterese), die später beschrieben wird.
5 zeigt die Sensorausgabe des Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensors 100 mit Bezug auf die (z.B. in Abhängigkeit von der) Temperatur in dem Fall, in dem der Integrier-Schaltkreis 15 und der Integrier-Schaltkreis 25 nicht bereitgestellt sind (in dem Fall, in dem der Treiberschaltkreis 16 und der Treiberschaltkreis 26 aufgrund (z.B. mittels) eines Rechteck-Wellensignals getrieben sind/werden). Wie in 5 gezeigt, wurde es bestätigt, dass der Sensorausgabe-Wert bei derselben Temperatur unterschiedlich ist (Hysterese), wenn die Umgebungstemperatur schrittweise erhöht und dann die Temperatur (z.B. die Umgebungstemperatur) (wieder) schrittweise verringert ist/wird. Die Hysterese tritt aus den folgenden Gründen auf. Der dominierende Faktor der Temperaturcharakteristiken des Realteils als die Sensorausgabe sind die Temperaturcharakteristiken des Gütefaktors des Resonators 1. Der dominierende Faktor der Temperaturcharakteristiken der Quadratur-Komponente wird erhalten (z.B. erlangt) mittels Addierens von Variationen der strukturellen Störung aufgrund von Temperaturänderungen zu den Temperaturcharakteristiken des Gütefaktors des Resonators 1, und die Folgefähigkeit, diesen zwei (z.B. beiden) Temperaturänderungen (der Temperaturänderungen des Gütefaktors und der Temperaturänderung der strukturellen Störung) zu folgen ist unterschiedlich, und daher hat die Quadratur-Komponente Hysterese. Diese Hysterese der Quadratur-Komponente streut (z.B. breitet sich aus) in den Realteil aufgrund der Phasenverschiebung, sodass Hysterese auch in der Sensorausgabe auftritt. Andererseits, wie in 6 gezeigt, wurde es bestätigt, dass die Hysterese der Sensorausgabe reduziert ist/wird, wenn der Integrier-Schaltkreis 15 und der Integrier-Schaltkreis 25 bereitgestellt sind (wenn der Treiberschaltkreis 16 und der Treiberschaltkreis 26 aufgrund (z.B. mittels) eines Dreieck-Wellensignals getrieben (z.B. angetrieben) sind/werden).
(Effekte der Ausführungsform)
Gemäß dieser Ausführungsform können die folgenden Effekte erhalten (z.B. erlangt) werden.
Gemäß dieser Ausführungsform, wie hierin obenstehend beschrieben, ist der Integrier-Schaltkreis 15, der das Signal S5 erzeugt, in welchem eine Phasenänderung gemäß (z.B. in Abhängigkeit von) der Amplitude des Rechteck-Wellensignals S4, das mittels des Modulationsschaltkreises 14 erzeugt ist/wird, unterdrückt ist/wird, zwischen dem Modulationsschaltkreis 14 und dem Treiberschaltkreis 16 bereitgestellt. Darüber hinaus ist der Integrier-Schaltkreis 25, der das Signal S15 erzeugt, in welchem eine Phasenänderung gemäß (z.B. in Abhängigkeit von) der Amplitude des Rechteck-Wellensignals S14, das mittels des Modulationsschaltkreises 24 erzeugt ist/wird, unterdrückt ist/wird, zwischen dem Modulationsschaltkreis 24 und dem Treiberschaltkreis 26 bereitgestellt. Daher ist/wird das Signal S5 (Signal S15), dessen Phase sich nicht gemäß (z.B. in Abhängigkeit von) der Amplitude sogar durch den Treiberschaltkreis 16 (Treiberschaltkreis 26) (hindurch) ändert (z.B. verändert), in den Treiberschaltkreis 16 (Treiberschaltkreis 26) (hinein) eingegeben, und daher ändert (z.B. verändert) sich die Phase des Signals S6 (Signals S16), das von dem Treiberschaltkreis 16 (Treiberschaltkreis 26) ausgegeben ist/wird, nicht gemäß (z.B. in Abhängigkeit von) der Amplitude. Folglich, sogar wenn sich die Amplitude des Signals S6 (Signals S16) zum Treiben (z.B. Antreiben) des Resonators 1 ändert (z.B. verändert), kann der Resonator 1 mit hoher Genauigkeit gesteuert sein/werden.
Gemäß dieser Ausführungsform, wie hierin obenstehend beschrieben, induziert der Primärseite-Steuerungsschaltkreis 10 die Primärschwingung in dem Resonator 1, und detektiert der Sekundärseite-Steuerungsschaltkreis 20 die Sekundärschwingung, die in dem Resonator 1 aufgrund der Drehrate erzeugt ist/wird, die an den Resonator 1 angelegt (z.B. auf den Resonator 1 angewendet) ist/wird. Daher unterdrückt der Integrier-Schaltkreis 15, der in dem Primärseite-Steuerungsschaltkreis 10 bereitgestellt ist, eine Änderung der Phase des Signals S6 gemäß (z.B. in Abhängigkeit von) der Amplitude in dem Primärseite-Steuerungsschaltkreis 10, und daher kann, sogar wenn sich die Temperatur (der Gütefaktor) ändert (z.B. verändert), sodass sich die Amplitude des Signals S6 zum In-Schwingung-Versetzen (z.B. Schwingenlassen) des Resonators 1 ändert (z.B. verändert), der Einfluss (die Kreuzkopplung) einer Änderung (z.B. Veränderung) der Phase des Signals S6 auf den Sekundärseite-Steuerungsschaltkreis 20 signifikant reduziert oder verhindert (z.B. unterbunden) sein/werden. Darüber hinaus unterdrückt der Integrier-Schaltkreis 25 des Sekundärseite-Steuerungsschaltkreis 20 eine Änderung (z.B. Veränderung) der Phase des Signals S16 gemäß (z.B. in Abhängigkeit von) der Amplitude in dem Sekundärseite-Steuerungsschaltkreis 20, und daher kann, sogar wenn sich die Amplitude des Signals S16 zum Detektieren der Sekundärschwingung ändert (z.B. verändert), eine Reduktion der Genauigkeit der Detektion der Sekundärschwingung aufgrund der Phasenänderung unterdrückt sein/werden.
Gemäß dieser Ausführungsform, wie hierin obenstehend beschrieben, erzeugt der Integrier-Schaltkreis 15 (Integrier-Schaltkreis 25) das Dreieck-Wellensignal S5 (Signal S15) basierend auf dem Rechteck-Wellensignal S4 (Signal S14), das mittels des Modulationsschaltkreises 14 (Modulationsschaltkreises 24) erzeugt ist/wird. Wenn sich die Amplitude des Dreieck-Wellensignals S5 (Signals S15) ändert (z.B. verändert), ändert (z.B. verändert) sich die Steigung (Änderungsrate) von dem Start des Ansteigens (dem Start des (Ab)Fallens) des Signals zu dem Mittelpunkt der Signalausgabe (dem Punkt von 1/2 der Signalausgabe) gemäß (z.B. in Abhängigkeit von) der Amplitude, aber die Zeit, die es dauert, um den Mittelpunkt zu erreichen, ändert (z.B. verändert) sich nicht. Ungleich zu dem Rechteck-Wellensignal S4 (Signal S14) ist der Ansteigen-Abschnitt ((Ab)Fallen-Abschnitt) des Dreieck-Wellensignals S5 (Signals S15) (wie) ursprünglich (z.B. anfänglich) geneigt (z.B. hat der Ansteigen-Abschnitt ((Ab)Fallen-Abschnitt) des Dreieck-Wellensignals S5 (Signals S15) eine ursprüngliche/anfängliche Steigung), und diese Steigung ist ausreichend (z.B. hinreichend) kleiner als die Anstiegsrate (die Ansteigen- und die (Ab)Fallen-Steigung des Ausgangssignals) des Verstärkers 16a (Verstärkers 26a), der in dem Treiberschaltkreis 16 (Treiberschaltkreis 26) enthalten ist. Daher gibt es, sogar wenn das Dreieck-Wellensignal S5 (Signal S15) in den Treiberschaltkreis 16 (Treiberschaltkreis 26) (hinein) eingegeben ist/wird, keine (oder eine ausreichend bzw. hinreichend kleine) Änderung (z.B. Veränderung) der Wellenform aufgrund des Verstärkers 16a (Verstärkers 26a), und das Signal S6 (Signal S16), das von dem Treiberschaltkreis 16 (Treiberschaltkreis 26) ausgegeben ist/wird, hat eine Charakteristik, dass sich die Phase nicht gemäß (z.B. in Abhängigkeit von) der Amplitude ändert (z.B. verändert). Daher ist der Integrier-Schaltkreis 15 (Integrier-Schaltkreis 25) eingerichtet, um das Dreieck-Wellensignal S5 (Signal S15) zu erzeugen, sodass der Resonator 1 einfach (z.B. auf einfache Weise) mit hoher Genauigkeit gesteuert sein/werden kann, sogar wenn sich die Amplitude des Signals S6 (Signals S16) zum In-Schwingung-Versetzen (z.B. zum Schwingenlassen) des Resonators 1 ändert (z.B. verändert).
Gemäß dieser Ausführungsform, wie hierin obenstehend beschrieben, erzeugt der Integrier-Schaltkreis 15 (Integrier-Schaltkreis 25) das Dreieck-Wellensignal S5 (Signal S15) basierend auf dem Rechteck-Wellensignal S4 (Signal S14). Wenn das Rechteck-Wellensignal in den Integrier-Schaltkreis 15 (Integrier-Schaltkreis 25) (hinein) eingegeben ist/wird, ist/wird das Dreieck-Wellensignal ausgegeben, und daher kann das Dreieck-Wellensignal einfach (z.B. auf einfache Weise) mittels des Integrier-Schaltkreises 15 (Integrier-Schaltkreises 25) mit einer relativ einfachen Schaltkreis-Konfiguration erzeugt sein/werden.
Gemäß dieser Ausführungsform, wie hierin obenstehend beschrieben, empfängt der Integrier-Schaltkreis 15 (Integrier-Schaltkreis 25) das Signal S4 (Signal S14), welches eine Phase hat, die um 90 Grad verschieden von (z.B. zu) der Phase des Signals S6 (Signals S16) ist, das von dem Treiberschaltkreis S16 (Treiberschaltkreis 26) ausgegeben ist/wird. Wenn das Rechteck-Wellensignal in den Integrier-Schaltkreis 15 (Integrier-Schaltkreis 25) (hinein) eingegeben ist/wird, ist/wird das Dreieck-Wellensignal, das eine Phase hat, die um 90 Grad verschieden von (z.B. zu) der Phase des Rechteck-Wellensignals ist, ausgegeben. Daher ist/wird das Signal S4 (Signal S14), das eine Phase hat, die um 90 Grad verschieden von (z.B. zu) der Phase des Signals S6 (Signals S16) ist, in den Integrier-Schaltkreis 15 (Integrier-Schaltkreis 25) (hinein) eingegeben, sodass das Dreieck-Wellensignal, das dieselbe Phase hat, wie die in dem Fall, in dem kein Integrier-Schaltkreis 15 (Integrier-Schaltkreis 25) bereitgestellt ist, von dem Treiberschaltkreis 16 (Treiberschaltkreis 26) ausgegeben sein/werden kann.
Gemäß dieser Ausführungsform, wie hierin obenstehend beschrieben, ist der Integrier-Schaltkreis (15 und 25) sowohl zwischen dem Modulationsschaltkreis 14 und dem Treiberschaltkreis 16 als auch zwischen dem Modulationsschaltkreis 24 und dem Treiberschaltkreis 26 bereitgestellt. Daher kann der Resonator 1 sowohl in dem Primärseite-Steuerungsschaltkreis 10 als auch (in) dem Sekundärseite-Steuerungsschaltkreis 20 mit hoher Genauigkeit gesteuert sein/werden.
Gemäß dieser Ausführungsform, wie hierin obenstehend beschrieben, haben der Integrier-Schaltkreis 15 und der Integrier-Schaltkreis 25 dieselben Signal-Erzeugung-Charakteristiken. Daher wird der nachteilige Einfluss von Nicht-Einheitlichkeiten zwischen den Charakteristiken (wie zum Beispiel der Phase) des Signals S5, das von dem Integrier-Schaltkreis 15 ausgegeben ist/wird, und den Charakteristiken (wie zum Beispiel der Phase) des Signals S15, das von dem Integrier-Schaltkreis 25 ausgegeben ist/wird, signifikant reduziert oder verhindert (z.B. unterbunden).
Gemäß dieser Ausführungsform, wie hierin obenstehend beschrieben, weist der Sekundärseite-Steuerungsschaltkreis 20 die zwei (z.B. beiden) geschlossenen Schleifen auf, welche die Signale verwenden, deren Phasen zueinander um 90 Grad verschoben sind. Wenn das Rechteck-Wellensignal, dessen Phase sich gemäß (z.B. in Abhängigkeit von) der Amplitude ändert (z.B. verändert), in den Treiberschaltkreis 26 (hinein) eingegeben ist/wird, weicht der Phasenunterschied zwischen dem Realteil und der Quadratur-Komponente von 90 Grad ab, und die Quadratur-Komponente streut (z.B. breitet sich aus) in den Realteil (hinein), sodass ein Fehler in der Drehraten-Detektion verursacht (z.B. hervorgerufen) ist/wird. Daher ist/wird das Signal S5 (Signal S15), in welchem eine Phasenänderung gemäß (z.B. in Abhängigkeit von) der Amplitude unterdrückt ist/wird, mittels des Integrier-Schaltkreises 15 (Integrier-Schaltkreises 25) erzeugt, sodass Streuen (z.B. Sich-Ausbreiten) der Quadratur-Komponente in den Realteil (hinein) unterdrückt ist/wird, und daher kann ein Fehler in (z.B. bei) der Drehraten-Detektion reduziert sein/werden.
(Modifikationen)
Die Ausführungsformen, die zu dieser Zeit offenbart sind/werden, müssen als erläuternd in allen Punkten und nicht als einschränkend aufgefasst werden. Der Umfang der vorliegenden Erfindung ist/wird nicht durch die obige Beschreibung der Ausführungsform (z.B. der Ausführungsformen), sondern durch den Umfang der Ansprüche für das Patent (z.B. durch dem Umfang der Patentansprüche) gezeigt, und alle Modifikationen innerhalb der Bedeutung und des Umfangs, die äquivalent zu dem Umfang der Ansprüche für das Patent (z.B. der Patentansprüche) sind, sind ferner enthalten.
Zum Beispiel, obwohl der ringförmige Resonator in der vorgenannten Ausführungsform verwendet ist/wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen (z.B. darauf) beschränkt. Zum Beispiel kann ein scheibenförmiger, ein tassenförmiger (weinglasförmiger), ein achteckförmiger (z.B. achteckiger) oder Stimmgabel-Resonator alternativ verwendet werden.
Obwohl das Dreieck-Wellensignal in der vorgenannten Ausführungsform in den Treiberschaltkreis (hinein) eingegeben ist/wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf das (z.B. darauf) beschränkt. Zum Beispiel kann ein Signal, dessen Phase sich nicht gemäß (z.B. in Abhängigkeit von) der Amplitude ändert (z.B. verändert), alternativ von dem Treiberschaltkreis ausgegeben sein/werden mittels digitalen Einstellens der Phase der Signalausgabe von dem Treiberschaltkreis.
Obwohl der Integrier-Schaltkreis in der vorgenannten Ausführungsform das Dreieck-Wellensignal basierend auf dem Rechteck-Wellensignal erzeugt, ist die vorliegende Erfindung nicht auf das (z.B. darauf) eingeschränkt. Zum Beispiel kann das Dreieck-Wellensignal alternativ basierend auf dem Rechteck-Wellensignal mittels eines Schaltkreises erzeugt sein/werden, der verschieden ist von dem Integrier-Schaltkreis.
Obwohl der Integrier-Schaltkreis in der vorgenannten Ausführungsform sowohl in dem Primärseite-Steuerungsschaltkreis als auch in dem Sekundärseite-Steuerungsschaltkreis bereitgestellt ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf das (z.B. darauf) beschränkt. Zum Beispiel kann der Integrier-Schaltkreis alternativ nur in einem von dem Primärseite-Steuerungsschaltkreis und dem Sekundärseite-Steuerungsschaltkreis bereitgestellt sein. Daher kann in einem von dem Primärseite-Steuerungsschaltkreis und dem Sekundärseite-Steuerungsschaltkreis der Resonator mit hoher Genauigkeit in Schwingung versetzt sein/werden (z.B. schwingen gelassen werden).
Obwohl der Sekundärseite-Steuerungsschaltkreis in der vorgenannten Ausführungsform die zwei (z.B. beiden) geschlossenen Schleifen aufweist, welche die Signale verwenden, deren Phasen zueinander um 90 Grad verschoben sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf das (z.B. darauf) beschränkt. Die vorliegende Erfindung ist ebenso anwendbar auf einen (z.B. verwendbar bei einem) Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor, in welchem ein Sekundärseite-Steuerungsschaltkreis eine geschlossene Schleife aufweist.
Obwohl der Primärseite-Steuerungsschaltkreis in der vorgenannten Ausführungsform die Primärschwingung in dem Resonator induziert, ist die vorliegende Erfindung nicht auf das (z.B. darauf) beschränkt. Die vorliegende Erfindung ist ebenso anwendbar auf einen (z.B. verwendbar bei einem) Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor, in welchem sowohl ein Primärseite-Steuerungsschaltkreis als auch ein Sekundärseite-Steuerungsschaltkreis eine Primärschwingung in einem Resonator induzieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2015/129464 [0002, 0003, 0004]

Claims

Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor (100), welcher aufweist: einen Resonator (1), eine erste Geschlossene-Schleife-Steuereinheit (10), welche aufweist: einen ersten Modulator (14), der ein Rechteck-Wellensignal erzeugt, und einen ersten Treiber (16), der ein Treibersignal zum Treiben des Resonators basierend auf dem Rechteck-Wellensignal erzeugt, das mittels des ersten Modulators erzeugt ist, eine zweite Geschlossene-Schleife-Steuereinheit (20), welche aufweist: einen zweiten Modulator (24), der ein Rechteck-Wellensignal erzeugt, und einen zweiten Treiber (26), der ein Treibersignal zum Treiben des Resonators basierend auf dem Rechteck-Wellensignal erzeugt, das mittels des zweiten Modulators erzeugt ist, und einen Signalgenerator (15, 25), der zwischen mindestens einem von (a) dem ersten Modulator und dem ersten Treiber und (b) dem zweiten Modulator und dem zweiten Treiber bereitgestellt ist, wobei der Signalgenerator ein Phasenänderung unterdrückendes Signal erzeugt, in welchem eine Phasenänderung gemäß einer Amplitude des Reckteck-Wellensignals, das mittels mindestens einem von dem ersten Modulator und dem zweiten Modulator erzeugt ist, unterdrückt ist.
Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor gemäß Anspruch 1, wobei die erste Geschlossene-Schleife-Steuereinheit eine Primärschwingung in dem Resonator induziert und die zweite Geschlossene-Schleife-Steuereinheit eine Sekundärschwingung detektiert, die in dem Resonator aufgrund einer Drehrate, die an den Resonator angelegt ist, erzeugt ist.
Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Signalgenerator das Phasenänderung unterdrückende Signal, das eine Dreieck-Wellenform hat, basierend auf dem Rechteck-Wellensignal erzeugt, das mittels mindestens eines von dem ersten Modulator und dem zweiten Modulator erzeugt ist.
Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor gemäß Anspruch 3, wobei der Signalgenerator einen Integrier-Schaltkreis (15, 25) aufweist und der Integrier-Schaltkreis das Phasenänderung unterdrückende Signal, das die Dreieck-Wellenform hat, basierend auf dem Rechteck-Wellensignal erzeugt.
Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor gemäß Anspruch 4, wobei der Integrier-Schaltkreis das Rechteck-Wellensignal empfängt, das eine Phase hat, die um 90 Grad verschieden von einer Phase des Treibersignals ist, das von mindestens einem des ersten Treibers und des zweiten Treibers ausgegeben ist.
Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Signalgenerator sowohl zwischen dem ersten Modulator und dem ersten Treiber und zwischen dem zweiten Modulator und dem zweiten Treiber bereitgestellt ist.
Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor gemäß Anspruch 6, wobei der Signalgenerator einen ersten Integrier-Schaltkreis (15), der zwischen dem ersten Modulator und dem ersten Treiber bereitgestellt ist, und einen zweiten Integrier-Schaltkreis (25), der zwischen dem zweiten Modulator und dem zweiten Treiber bereitgestellt ist und eine gleiche Signal-Erzeugung-Charakteristik wie die des ersten Integrier-Schaltkreises hat, aufweist.
Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei die erste Geschlossene-Schleife-Steuereinheit, die mit dem Signalgenerator bereitgestellt ist, eine Primärschwingung in dem Resonator induziert und die zweite Geschlossene-Schleife-Steuereinheit, die mit dem Signalgenerator bereitgestellt ist, eine Sekundärschwingung detektiert, die in dem Resonator aufgrund einer Drehrate erzeugt ist, die an den Resonator angelegt ist, und zwei geschlossene Schleifen aufweist, die Signale verwenden, deren Phasen um 90 Grad zueinander verschoben sind.
Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor (100), welcher aufweist: einen Resonator (1), eine erste Geschlossene-Schleife-Steuereinheit (10), welche aufweist: einen ersten Modulator (14), der ein Rechteck-Wellensignal erzeugt, und einen ersten Treiber (16), der ein Treibersignal zum Treiben des Resonators basierend auf dem Rechteck-Wellensignal erzeugt, das mittels des ersten Modulators erzeugt ist, wobei die erste Geschlossene-Schleife-Steuereinheit eine Primärschwingung in dem Resonator induziert, eine zweite Geschlossene-Schleife-Steuereinheit (20), welche aufweist: einen zweiten Modulator (24), der ein Rechteck-Wellensignal erzeugt, und einen zweiten Treiber (26), der ein Treibersignal zum Treiben des Resonators basierend auf dem Rechteck-Wellensignal erzeugt, das mittels des zweiten Modulators erzeugt ist, wobei die zweite Geschlossene-Schleife-Steuereinheit eine Sekundärschwingung detektiert, die in dem Resonator aufgrund einer Drehrate erzeugt ist, die an den Resonator angelegt ist, und einen Signalgenerator (15, 25), der zwischen mindestens (b) dem zweiten Modulator und dem zweiten Treiber von (a) dem ersten Modulator und dem ersten Treiber und (b) dem zweiten Modulator und dem zweiten Treiber bereitgestellt ist, wobei der Signalgenerator ein Phasenänderung unterdrückendes Signal erzeugt, in welchem eine Phasenänderung gemäß einer Amplitude des Reckteck-Wellensignals, das mittels mindestens des zweiten Modulators von dem ersten Modulator und dem zweiten Modulator erzeugt ist, unterdrückt ist, und die zweite Geschlossene-Schleife-Steuereinheit, die mit dem Signalgenerator bereitgestellt ist, zwei geschlossene Schleifen aufweist, die Signale verwenden, deren Phasen zueinander um 90 Grad verschoben sind.
Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor gemäß Anspruch 9, wobei der Signalgenerator das Phasenänderung unterdrückende Signal, welches eine Dreieck-Wellenform hat, basierend auf dem Rechteck-Wellensignal, das mittels mindestens des zweiten Modulators von dem ersten Modulator und dem zweiten Modulator erzeugt ist, erzeugt.
Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor gemäß Anspruch 10, wobei der Signalgenerator einen Integrier-Schaltkreis (15, 25) aufweist, und der Integrier-Schaltkreis das Phasenänderung unterdrückende Signal, welches die Dreieck-Wellenform hat, basierend auf dem Rechteck-Wellensignal erzeugt.
Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor gemäß Anspruch 11, wobei der Integrier-Schaltkreis das Rechteck-Wellensignal empfängt, welches eine Phase hat, die um 90 Grad verschieden von einer Phase des Treibersignals ist, welches von mindestens dem zweiten Treiber von dem ersten Treiber und dem zweiten Treiber ausgegeben ist.
Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor gemäß irgendeinem der Ansprüche 9 bis 12, wobei der Signalgenerator sowohl zwischen dem ersten Modulator und dem ersten Treiber als auch zwischen dem zweiten Modulator und dem zweiten Treiber bereitgestellt ist.
Schwingungsstruktur-Drehraten-Sensor gemäß Anspruch 13, wobei der Signalgenerator einen ersten Integrier-Schaltkreis (15), der zwischen dem ersten Modulator und dem ersten Treiber bereitgestellt ist, und einen zweiten Integrier-Schaltkreis (25), der zwischen dem zweiten Modulator und dem zweiten Treiber bereitgestellt ist und eine gleiche Signal-Erzeugung-Charakteristik wie die des ersten Integrier-Schaltkreises hat, aufweist.