DE10203855A1 - Schwinggyroskop und Temperaturdrift-Einstellverfahren für dasselbe - Google Patents
Schwinggyroskop und Temperaturdrift-Einstellverfahren für dasselbeInfo
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Abstract
Ein Schwinggyroskop umfaßt einen Schwinger und eine Oszillationsschaltung zum Anregen des Schwingers. Erfassungsanschlüsse für den Schwinger sind durch Lastwiderstände mit Masse verbunden und sind ferner mit einer Differenzschaltung verbunden. Eine Synchronerfassungsschaltung erfaßt eine Signalausgabe von der Differenzschaltung. Eine Glättungsschaltung glättet ein aus der Synchronerfassungsschaltung ausgegebenes Signal. Eine Verstärkungsschaltung verstärkt eine Signalausgabe von der Glättungsschaltung. Widerstandswerte der Lastwiderstände werden in Abhängigkeit von einem Temperaturdriftgradienten des Schwinggyroskops eingestellt, derart, daß der Temperaturdriftgradient minimiert wird.
Description
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Schwinggyroskop und
ein Temperaturdrift-Einstellverfahren für dasselbe. Im ein
zelnen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein
Schwinggyroskop und ein Temperaturdrift-Einstellverfahren
für dasselbe, die beispielsweise auf ein System zum Entdec
ken des Verhaltens einer mobilen Einheit durch ein Erfassen
der Rotationswinkelgeschwindigkeit, ein Navigationssystem
zum geeigneten Führen einer mobilen Einheit durch ein Er
fassen der Position derselben und ein Schwingungssteuersy
stem, das eine Vorrichtung zum Dämpfen von Schwingungen
durch ein Erfassen der Rotationswinkelgeschwindigkeit auf
grund externer Schwingungen, wie zum Beispiel Handschüt
teln, umfaßt, anwendbar sind.
Fig. 10 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel
eines Schwinggyroskops der verwandten Technik veranschau
licht. Ein Schwinggyroskop 1 umfaßt einen Schwinger 2. Der
Schwinger 2 umfaßt ein Schwingbauglied 3, beispielsweise in
Form eines regelmäßigen Dreiecksprismas. Auf den drei Sei
tenoberflächen des Schwingbauglieds 3 sind piezoelektrische
Elemente 4a, 4b bzw. 4c gebildet. Diese piezoelektrischen
Elemente 4a, 4b und 4c umfassen jeweils eine piezoelektri
sche Schicht, die aus Keramik oder dergleichen hergestellt
ist. Beide Oberflächen jeder piezoelektrischen Schicht der
piezoelektrischen Elemente 4a, 4b und 4c sind mit Elektro
den versehen, von denen eine mit der Seitenoberfläche des
Schwingbauglieds 3 verbunden ist.
Zwischen das Paar von piezoelektrischen Elementen 4a und 4b
und das piezoelektrische Element 4c ist eine Oszillationss
chaltung 5 geschaltet. Eine Signalausgabe von dem piezo
elektrischen Element 4c wird zu der Oszillationsschaltung 5
zurückgeführt, wo die Phase des Signals korrigiert wird.
Das sich ergebende Signal, das als ein Treibersignal dient,
wird daraufhin den piezoelektrischen Elementen 4a und 4b
zugeführt. Dieses Treibersignal bewirkt, daß sich das
Schwingbauglied 3 in der Richtung biegt und in der Richtung
schwingt, die zu der Oberfläche, auf der das piezoelektri
sche Element 4c gebildet ist, senkrecht ist.
Die beiden piezoelektrischen Elemente 4a und 4b sind mit
einer Signalverarbeitungsschaltung verbunden. Die Signal
verarbeitungsschaltung umfaßt eine Differenzschaltung 6,
eine Synchronerfassungsschaltung 7, eine Glättungsschaltung
8 und eine Verstärkungsschaltung 9. Die piezoelektrischen
Elemente 4a und 4b sind mit Eingangstoren der Differenz
schaltung 6 verbunden. Ein Ausgangstor der Differenzschal
tung 6 ist mit der Synchronerfassungsschaltung 7 verbunden.
Die Synchronerfassungsschaltung 7 synchronisiert mit einem
Signal aus der Oszillationsschaltung 5, um eine Signalaus
gabe von der Differenzschaltung 6 zu erfassen. Die Syn
chronerfassungsschaltung 7 ist mit der Glättungsschaltung 8
verbunden, die wiederum mit der Verstärkungsschaltung 9
verbunden ist.
Bei diesem Schwinggyroskop 1 bewirkt die Oszillationsschal
tung 5, daß sich das Schwingbauglied 3 in der Richtung
biegt und in der Richtung schwingt, die zu der Oberfläche,
auf der das piezoelektrische Element 4c gebildet ist, senk
recht ist. Wenn das Schwingbauglied 3 nicht gedreht wird,
sind die Ausgangssignale aus den piezoelektrischen Elemen
ten 4a und 4b dieselben, so daß keine Signale der piezo
elektrischen Elemente 4a und 4b aus der Differenzschaltung
6 ausgegeben werden. Wenn das Schwingbauglied 3 jedoch um
die Achse desselben gedreht wird, ändert sich die Schwin
gungsrichtung des Schwingbauglieds 3 aufgrund der Coriolis-
Kraft. Folglich wird ein Unterschied erzeugt zwischen den
Ausgangssignalen der piezoelektrischen Elemente 4a und 4b,
wodurch bewirkt wird, daß die Differenzschaltung 6 ein Si
gnal ausgibt. Das Ausgangssignal aus der Differenzschaltung
6 wird durch die Synchronerfassungsschaltung 7 erfaßt,
durch die Glättungsschaltung 8 geglättet und anschließend
durch die Verstärkungsschaltung 9 verstärkt. Da das Aus
gangssignal aus der Differenzschaltung 6 einer Änderung der
Schwingungsrichtung des Schwingbauglieds 3 entspricht, kann
eine Rotationswinkelgeschwindigkeit, die an den Schwinger 2
angelegt ist, durch ein Messen der Signalausgabe von der
Verstärkungsschaltung 9 erfaßt werden.
Das Schwinggyroskop 1 ist gebildet, um ein Signal aus
zugeben, das im Nichtdrehungszustand bei ungefähr 25°C als
eine Referenzspannung dient; die Ausgangssignale aus dem
Schwinger 2 und der Signalverarbeitungsschaltung weisen je
doch eine Temperaturdrift auf und variieren somit in Abhän
gigkeit von der Umgebungstemperatur. Ein mögliches Verfah
ren zum Unterdrücken einer solchen Temperaturdrift liegt
darin, die Schaltung so zu konfigurieren, daß die Nullspan
nung (eine Driftkomponente) nicht erzeugt wird. Wie es in
der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 7-091957
erörtert wird, besteht ein weiteres Verfahren darin, eine
erzeugte Nullspannung (eine Temperaturdriftkomponente)
durch ein Addieren und Subtrahieren einer signalverarbeite
ten Spannung der Nullspannung zu bzw. von der erzeugten
Nullspannung zu negieren. Wie in der ungeprüften japani
schen Patentanmeldung Nr. 2000-171258 gezeigt ist, besteht
ein weiteres Verfahren darin, Temperaturdriftkomponenten
eines Schwinggyroskops durch ein Erzeugen einer temperatur
abhängigen Verstärkung bei einem Signalverarbeiten zu ne
gieren.
Bei der in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr.
7-091957 offenbarten Schaltung, wie in Fig. 11 gezeigt ist,
werden Signale, die aus zwei piezoelektrischen Elementen 4a
und 4b eines Schwingers 2 ausgegeben werden, in eine Diffe
renzverstärkungsschaltung 6 eingegeben, und Ausgangssignale
aus der Differenzverstärkungsschaltung 6 werden in Syn
chronerfassungsschaltungen 7a und 7b eingegeben. Die Syn
chronerfassungsschaltung 7a erfaßt die Signalausgabe von
der Differenzverstärkungsschaltung 6, wie bei dem in Fig.
10 gezeigten Schwinggyroskop, während die andere Synchron
erfassungsschaltung 7b die Signalausgabe von der Differenz
verstärkungsschaltung 6 durch Synchronisieren mit einem Si
gnal, das um 90° zu einem Synchronisationssignal für die
Synchronerfassungsschaltung 7a phasenverschoben ist, er
faßt. Somit gibt die Synchronerfassungsschaltung 7a die Am
plitudendifferenz der Driftkomponenten aus, während die an
dere Synchronerfassungsschaltung 7b die Phasendifferenz der
Driftkomponenten ausgibt. Durch Entfernen der Differenz
zwischen diesen Driftkomponenten wird die Nullspannung ne
giert. Überdies wird eine Temperaturkompensationsschaltung
bereitgestellt, so daß die Driftkomponenten im wesentlichen
gleichmäßig werden.
Das in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr.
2000-171258 offenbarte Schwinggyroskop ist konfiguriert,
um, wie in Fig. 12 gezeigt ist, eine Verstärkungstempera
turcharakteristik aufzuweisen, die eine Temperaturdrift
aufweist, die zu der Temperaturdrift des Schwingers in der
Schaltung, wie in Fig. 10 gezeigt ist, entgegengesetzt ist.
Das Schwinggyroskop ist ferner konfiguriert, um eine
Versatzeinstellfähigkeit aufzuweisen. Folglich werden, wie
in Fig. 13 gezeigt ist, unabhängig von der Temperaturände
rung Signale ausgegeben, die fast gleichmäßige Versatzspan
nungen aufweisen. Ferner wird eine zweite Versatzeinstell
schaltung verwendet, um eine Einstellung eines Ausgabesi
gnals im Nichtdrehungszustand auf einen gewünschten Wert,
wie beispielsweise eine Referenzspannung, Vdd/2, oder der
gleichen, zu ermöglichen.
Wenn die Schaltung jedoch so konfiguriert ist, daß die
Nullspannung des Schwingers nicht erzeugt wird, aufgrund
komplizierter Faktoren bezüglich der Erzeugung der Null
spannung, wird auch die Konfiguration der Schaltung zum Ne
gieren oder Aufheben der Nullspannung sehr kompliziert. Das
Schwinggyroskop, wie es in Fig. 11 gezeigt ist, erfordert,
daß viele Schaltungen an demselben angebracht sind. Diese
Schaltungen erzeugen ebenfalls Temperaturdriftkomponenten,
wodurch sie es schwierig machen, die Temperaturdriftkompo
nenten des gesamten Schwinggyroskops zu unterdrücken. Wäh
rend ein Schwinggyroskop, das eine Verarbeitungsschaltung
umfaßt, die eine temperaturabhängige Verstärkung aufweist,
eine relativ einfache Schaltungskonfiguration aufweist, er
fordert es überdies die Versatzeinstellung ein zweites Mal,
wodurch es zwei Versatzeinstellschaltungen benötigt. Dies
liegt daran, daß die Versatzeinstellung so durchgeführt
wird, wobei die Versatzspannung im wesentlichen konstant
gehalten wird, daß die Versatzspannung verschoben wird, um
die Temperaturdrift zu minimieren. Ein solches Schwinggyro
skop erfordert daher einen komplizierten Einstellprozeß,
was nicht vorteilhaft ist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfah
ren zum Einstellen eines Schwinggyroskops und ein Schwing
gyroskop zu schaffen, die eine reduzierte Temperaturabhän
gigkeit des Ausgangssignals des Schwinggyroskops ermögli
chen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1
oder 2 und ein Schwinggyroskop gemäß den Ansprüchen 5 bis 8
gelöst.
Dementsprechend besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung
darin, ein Schwinggyroskop zu schaffen, das eine einfache
Schaltungskonfiguration und eine geringe Temperaturdrift
bei niedrigen Kosten aufweist.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin,
ein Temperaturdrift-Einstellverfahren zum Ermöglichen der
Bereitstellung eines solchen Schwinggyroskops zu schaffen.
Zu diesen Zwecken wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung ein Temperaturdrift-Einstellverfahren eines
Schwinggyroskops geschaffen, das folgende Merkmale umfaßt:
einen Schwinger, der einen Erfassungsanschluß für ein Ex
trahieren einer elektrischen Ladung, die aufgrund einer Co
riolis-Kraft erzeugt wird, aufweist; eine Oszillationss
chaltung zum in Schwingung Versetzen des Schwingers; eine
Lastimpedanz, die mit dem Erfassungsanschluß des Schwingers
verbunden ist, zum Umwandeln der elektrischen Ladung in ei
ne Spannung; und eine Signalverarbeitungsschaltung zum Ver
arbeiten einer Signalausgabe von dem Erfassungsanschluß des
Schwingers und zum Ausgeben eines Signals, das einer Rota
tionswinkelgeschwindigkeit entspricht. Das Verfahren weist
folgenden Schritt auf: Einstellen des Werts der Lastimpe
danz gemäß einem Temperaturdriftgradienten, der eine Ände
rung bei einer Spannung angibt, die als Antwort auf eine
Änderung der Temperatur, um den Temperaturdriftgradienten
zu minimieren, aus der Signalverarbeitungsschaltung ausge
geben wird.
Vorzugsweise weist der Schwinger mindestens zwei der Erfas
sungsanschlüsse auf, und mindestens zwei der Lastimpedanzen
sind mit den entsprechenden Erfassungsanschlüssen verbun
den. Die Impedanzwerte der Lastimpedanzen werden daraufhin
eingestellt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird
ein Schwinggyroskop geschaffen, bei dem die Temperaturdrift
des Schwinggyroskops durch das oben erwähnte Temperatur
drift-Einstellverfahren eingestellt wird.
Eine Temperaturdrift wird gemäß dem Wert der Impedanz des
Erfassungsanschlusses des Schwingers erzeugt, wo eine elek
trische Ladung aufgrund der Coriolis-Kraft erzeugt wird. In
diesem Fall kann die Temperaturdrift durch ein Einstellen
des Werts der Lastimpedanz, die mit dem Erfassungsanschluß
des Schwingers verbunden ist, eingestellt werden.
In dem Fall des Schwingers, der zwei Erfassungsanschlüsse
aufweist, sind die Lastimpedanzen mit den beiden Erfas
sungsanschlüssen verbunden, und die Temperaturdrift kann
durch ein Einstellen der Beziehung zwischen den beiden
Lastimpedanzen eingestellt werden.
Durch ein Verwenden dieser Verfahren kann die Temperatur
drift mit einer einfachen Schaltung eingestellt werden, was
ein kostengünstiges Schwinggyroskop bereitstellen kann.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Diagramm eines Schwinggyroskops
gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Beispiels ei
nes Schwingers zur Verwendung bei dem Schwinggy
roskop der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Bei
spiels des Schwingers zur Verwendung bei dem
Schwinggyroskop der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 einen Graphen, der den Temperaturdriftgradienten
des Schwinggyroskops zeigt;
Fig. 5 einen Graphen, der den Temperaturdriftgradienten
für Lastwiderstände zeigt, die dieselben Wider
standswerte aufweisen, in dem Fall, in dem die
Impedanzen von Erfassungsanschlüssen eines
Schwingers die gleichen sind;
Fig. 6 ein Ersatzschaltbild, das die Beziehung zwischen
den Impedanzen der Erfassungsanschlüsse des
Schwingers und Lastwiderständen zeigt;
Fig. 7 einen Graphen, der den Temperaturdriftgradienten
für die Lastwiderstände zeigt, die voneinander
verschiedene Widerstandswerte aufweisen, in dem
Fall, in dem die Impedanzen der Erfassungsan
schlüsse des Schwingers voneinander verschieden
sind;
Fig. 8 ein Ersatzschaltbild der Impedanzen der Erfas
sungsanschlüsse des Schwingers;
Fig. 9 ein schematisches Diagramm eines Schwinggyroskops
gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vor
liegenden Erfindung;
Fig. 10 ein schematisches Diagramm eines Beispiels eines
Schwinggyroskops der verwandten Technik;
Fig. 11 ein schematisches Diagramm eines weiteren Bei
spiels eines Schwinggyroskops der verwandten
Technik;
Fig. 12 einen Graphen, der die Temperaturdrift des
Schwingers und die Temperaturcharakteristik einer
Signalverarbeitungsschaltung in dem Fall zeigt,
in dem die Signalverarbeitungsschaltung bei dem
in Fig. 10 gezeigten Schwinggyroskop eine tempe
raturabhängige Verstärkung aufweist;
Fig. 13 einen Graphen, der eine Spannung zeigt, die aus
dem Schwinggyroskop ausgegeben ist, das die in
Fig. 12 gezeigte Charakteristik aufweist; und
Fig. 14 ein schematisches Diagramm, das ein weiteres Bei
spiel eines Schwinggyroskops der verwandten Tech
nik zeigt.
In dem schematischen Diagramm der Fig. 1 ist ein Schwinggy
roskop gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er
findung veranschaulicht. Ein Schwinggyroskop 10 umfaßt ei
nen Schwinger 12, der von dem in Fig. 2 gezeigten bimorphen
Typ sein kann. Der Schwinger 12 umfaßt ein Schwingbauglied
18. Das Schwingbauglied 18 weist zwei plattenartige piezo
elektrische Elemente 14 und 16 auf, die miteinander lami
niert sind. Die piezoelektrischen Elemente 14 und 16 sind
in zueinander entgegengesetzten Richtungen polarisiert, wie
durch die Pfeile in Fig. 2 angegeben ist. Zwei Elektroden
20a und 20b, die in der Breitenrichtung getrennt sind, sind
an dem piezoelektrischen Element 14 gebildet und werden als
Erfassungsanschlüsse zum Ausgeben von Signalen, die der Co
riolis-Kraft entsprechen, verwendet. Eine Anregungselektro
de 22 ist ebenfalls auf einer gesamten Oberfläche des pie
zoelektrischen Elements 16 gebildet und wird als ein Anre
gungsanschluß zum Biegen und in Schwingung Versetzen des
Schwingbauglieds 18 verwendet.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, kann auch ein Schwinger 12, der
ein Schwingbauglied 24 in Form eines regelmäßigen Dreiecks
prismas aufweist, verwendet werden. Das Schwingbauglied 24
ist in der Regel aus einem Material gebildet, das mechani
sche Schwingungen erzeugt, wie beispielsweise Elinvar, eine
Eisen-Nickel-Legierung, Quarz, Glas, Kristall oder Keramik.
Auf den drei Seitenoberflächen des Schwingbauglieds 24 sind
piezoelektrische Elemente 26a, 26b bzw. 26c gebildet. Die
piezoelektrischen Elemente 26a, 26b und 26c umfassen je
weils eine piezoelektrische Schicht, die aus Keramik oder
dergleichen hergestellt ist. Beide Oberflächen jeder piezo
elektrischen Schicht der piezoelektrischen Elemente 26a,
26b und 26c sind mit Elektroden versehen, von denen eine
mit der Seitenoberfläche des Schwingbauglieds 24 verbunden
ist. Zwei piezoelektrische Elemente 26a und 26b werden als
Erfassungsbauglieder oder -anschlüsse zum Ausgeben von Si
gnalen, die der Coriolis-Kraft entsprechen, verwendet, wäh
rend das andere piezoelektrische Element 26c als ein Anre
gungsbauglied oder -anschluß zum in Schwingung Versetzen
des Schwingbauglieds 24 in einer Biegemodusschwingung ver
wendet wird.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, sind die Erfassungsanschlüsse
des Schwingers 12 jeweils durch die Lastwiderstände 26 bzw.
28 als Lastimpedanzen mit Masse verbunden. Die Lastwider
stände 26 und 28 werden nicht nur verwendet, um eine elek
trische Ladung, die aufgrund der Schwingung des Schwingers
12 erzeugt wird, in eine Spannung umzuwandeln, sondern wer
den auch verwendet, um die Temperaturdrift einzustellen.
Somit können als die Lastwiderstände 26 und 28 variable Wi
derstände oder dergleichen verwendet werden.
Die Erfassungsanschlüsse des Schwingers 12 sind ferner mit
Eingangstoren einer Oszillationsschaltung 30 verbunden. Die
Oszillationsschaltung 30 umfaßt eine Summierschaltung 30a,
eine Verstärkungsschaltung 30b und eine Phasenschieber
schaltung 30c, so daß Ausgangssignale aus den beiden Erfas
sungsanschlüssen des Schwingers 12 addiert, phasenkorri
giert und daraufhin verstärkt werden, wodurch sie ein Trei
bersignal bilden. Dieses Treibersignal wird der Anregungs
elektrode des Schwingers 12 bereitgestellt, wodurch bewirkt
wird, daß der Schwinger 12 schwingt. Bei dem in Fig. 2 ge
zeigten Schwinger 12 biegt sich und schwingt das Schwing
bauglied 18 in diesem Fall in der zu der Anregungselektrode
22 senkrechten Richtung. Bei dem in Fig. 3 gezeigten
Schwinger 12 biegt sich und schwingt das Schwingbauglied 24
in der Richtung, die senkrecht zu der Oberfläche ist, auf
der das piezoelektrische Element 26c gebildet ist.
Ferner sind die Erfassungsanschlüsse des Schwingers 12 mit
einer Signalverarbeitungsschaltung verbunden. Die Signal
verarbeitungsschaltung umfaßt eine Differenzschaltung 32,
eine Synchronerfassungsschaltung 34, eine Glättungsschal
tung 36 und eine Verstärkungsschaltung 38. Die Erfassungs
anschlüsse des Schwingers 12 sind mit Eingangstoren der
Differenzschaltung 32 verbunden, und ein Ausgangstor der
Differenzschaltung 32 ist wiederum mit der Synchronerfas
sungsschaltung 34 verbunden. Die Synchronerfassungsschal
tung 34 synchronisiert mit einem Signal aus der Oszillati
onsschaltung 30 durch eine Phasenschieberschaltung 33, um
ein Ausgangssignal aus der Differenzschaltung 32 zu erfas
sen. Die Synchronerfassungsschaltung 34 ist mit der Glät
tungsschaltung 36 verbunden, die wiederum mit der Verstär
kungsschaltung 38 verbunden ist.
Bei dem Schwinggyroskop 10 bewirkt die Oszillationsschal
tung 30 eine Anregung der Schwingung. Bei den in den Fig. 2
und 3 gezeigten Schwingern 12 werden beispielsweise Biege
schwingungen angeregt. Da die beiden Erfassungsanschlüsse
gleichmäßige Signale ausgeben, werden während der Schwin
gung keine Signale, die aus den Erfassungsanschlüssen aus
gegeben werden, aus der Differenzschaltung 32 ausgegeben.
In diesem Zustand, wenn an den Schwinger 12 eine Rotations
winkelgeschwindigkeit angelegt wird, ändert sich der
Schwingungszustand des Schwingers 12 aufgrund der Coriolis-
Kraft. Folglich wird eine Differenz zwischen den Ausgangs
signalen der beiden Erfassungsanschlüsse erzeugt, wodurch
bewirkt wird, daß die Differenzschaltung 32 ein Signal aus
gibt. Das Ausgangssignal aus der Differenzschaltung 32 wird
durch die Synchronerfassungsschaltung 34 erfaßt, durch die
Glättungsschaltung 36 geglättet und daraufhin durch die
Verstärkungsschaltung 38 verstärkt. Da das Ausgangssignal
aus der Differenzschaltung 32 einer Änderung des Schwin
gungszustands des Schwingers 12 entspricht, kann die an den
Schwinger 12 angelegte Rotationswinkelgeschwindigkeit durch
ein Messen des aus der Verstärkungsschaltung 38 ausgegebe
nen Signals erfaßt werden.
Bei dem Schwinggyroskop 10 ist der Schwinger 12 gebildet,
um ein Signal auszugeben, das im Nichtdrehungszustand bei
ungefähr 25°C als eine Referenzspannung dient; wie in Fig.
4 gezeigt ist, weisen die Ausgangssignale aus dem Schwinger
12 und der Signalverarbeitungsschaltung jedoch eine Tempe
raturdrift auf und variieren somit in Abhängigkeit von der
Umgebungstemperatur. In der Fig. 4 ist eine Änderung (ΔV)
der Spannung, die aus der Signalverarbeitungsschaltung aus
gegeben wird, über der Temperaturänderung (ΔT) der Tempera
turdriftgradient (ΔV/ΔT). In dem Fall, in dem die Resonanz
charakteristika der beiden Erfassungsanschlüsse des Schwin
gers 12 dieselben sind, und wenn RL = RR, wie in Fig. 5 ge
zeigt ist, wird der Temperaturdriftgradient Null, wobei RL
und RR die Widerstandswerte der Lastwiderstände 26 bzw. 28
sind. Wenn andererseits die Differenz zwischen RL und RR
größer wird, wird auch der Temperaturdriftgradient größer.
Das heißt, daß, wenn die Resonanzcharakteristik jedes der
Erfassungsanschlüsse des Schwingers 12 im wesentlichen die
selbe ist, wie in Fig. 6 gezeigt ist, die Impedanzen ZL und
ZR derselben ebenfalls im wesentlichen gleich sind. Durch
ein Einstellen der Widerstandswerte RL und RR der Lastwi
derstände 26 und 28 auf denselben Wert werden in diesem
Fall die Amplituden und Phasen der Spannungen VL und VR,
die aus den beiden Erfassungsanschlüssen ausgegeben sind,
im wesentlichen gleich, wobei die Spannungen VL und VR auf
grund des Teilungsverhältnisses zwischen Z und R bestimmt
werden. Auch bei einer Temperaturänderung bleibt die Ände
rung zwischen denselben gleich. In diesem Fall findet keine
beträchtliche Temperaturdrift statt, so daß der Temperatur
driftgradient im wesentlichen Null wird.
Wenn die Impedanzen der Erfassungsanschlüsse jedoch derart
verschoben sind, daß die Beziehung zwischen denselben bei
spielsweise ZL < ZR wird, werden die Amplituden der erfaß
ten Spannungen, die aufgrund des Teilungsverhältnisses zwi
schen Z und R bestimmt werden können, VL < VR, wobei die
Widerstandwerte RL und RR der Lastwiderstände 26 und 28
gleich sind. Ferner wird eine Phasendifferenz erzeugt, so
daß sich die Beziehung zwischen den Lastwiderstandswerten
und den Erfassungsanschlußimpedanzen ändert. Wenn sich die
Umgebungstemperatur ändert, ändern sich folglich sowohl die
Amplituden als auch die Phasen der erfaßten Spannungen und
werden von den Amplituden und Phasen eines Signals, das aus
der Oszillationsschaltung 30 ausgegeben wird, verschieden,
was zu einem Ausgangssignal führt, das eine Temperatur
driftkomponente aufweist.
Wenn bei dem Schwinggyroskop 10 also eine Differenz, wie
zum Beispiel ZL < ZR, zwischen den Impedanzen der Erfas
sungsanschlüsse erzeugt wird, ermöglicht ein Einstellen der
Lastwiderstandswerte, um die Beziehung RL < RR zu erfüllen,
daß die Amplituden der erfaßten Spannungen, die aufgrund
des Teilungsverhältnisses bestimmt werden, auf im wesentli
chen VL = VR eingestellt werden, und ermöglicht ferner, daß
die Phasen derselben im wesentlichen gleich eingestellt
werden. Wie bei einer Probe A und einer Probe B in Fig. 7
gezeigt ist, ermöglicht im Fall von ZL < ZR ein Einstellen
der Lastwiderstandswerte, um die Beziehung RL < RR zu erfül
len, daß der Temperaturdriftgradient auf Null eingestellt
wird. Im Falle von ZL < ZR ermöglicht ein Einstellen der
Lastwiderstandswerte, um die Beziehung RL < RR zu erfüllen,
daß der Temperaturdriftgradient auf Null eingestellt wird.
Wie in Fig. 8 gezeigt ist, umfassen Ersatzschaltungen der
Impedanzen ZL und ZR der Erfassungsanschlüsse des Schwin
gers 12 einen Widerstand, einen Kondensator und einen In
duktor, so daß ein bloßes Ändern der Lastwiderstandswerte
und ein Aufeinanderabstimmen der Amplituden und Phasen den
Temperaturdriftgradienten nicht minimieren können. Der Tem
peraturdriftgradient kann derart minimiert werden, daß die
Temperaturdrift im Falle von RL = RR gemessen wird, um den
Temperaturdriftgradienten zu bestimmen, und eine letzte
Einstellung bezüglich RL und RR wird gemäß einer empiri
schen Formel durchgeführt. Die empirische Formel stellt die
in den Fig. 5 und 7 gezeigte Beziehung zwischen der Tempe
raturdrift und dem Lastwiderstandswert dar.
Um eine solche Einstellung durchzuführen, werden die Wider
standswerte der Lastwiderstände 26 und 28 eingestellt, wo
bei in diesem Falle Trimm-Widerstände oder -Resistoren als
die variablen Widerstände zur Verwendung als die Lastwider
stände 26 und 28 verwendet werden können, so daß die Tempe
raturdrift durch ein Einstellen des Trimmbetrags einge
stellt werden kann.
Während ein Verfahren, das in der ungeprüften japanischen
Patentanmeldung Nr. 8-189834 offenbart ist, nicht konfigu
riert ist, um die Temperaturdrift eines Schwinggyroskops
einzustellen, offenbart es einen variablen Widerstand, der
mit einem der Erfassungsanschlüsse eines Schwingers verbun
den ist, um die Nullspannung einzustellen. Wie in Fig. 14
gezeigt ist, ist bei diesem Schwinggyroskop 1 einer von
zwei Erfassungsanschlüssen, die auf den Seitenoberflächen
eines zylindrischen Schwingbauglieds 3 gebildet sind, durch
einen variablen Widerstand mit Masse verbunden, und der an
dere Anschluß ist durch einen feststehenden Widerstand mit
Masse verbunden.
Bei dem in Fig. 14 gezeigten Schwinggyroskop 1 werden Wi
derstände, die mit den Erfassungsanschlüssen des Schwingers
2 verbunden sind, nicht als Eingangswiderstände für die
Differenzverstärkungsschaltung verwendet. Auch wenn die
Nullspannung durch ein Einstellen des variablen Widerstands
eingestellt wird, kann somit die Erfassungsempfindlichkeit
der Signalverarbeitungsschaltung konstant gehalten werden.
Wenn der variable Widerstand bei dem Schwinggyroskop 1 je
doch aus einem Trimmwiderstand oder dergleichen gebildet
ist, kann der Widerstand nicht erhöht oder verringert wer
den, wodurch die Einstellung lediglich in einer Richtung
ermöglicht wird. Somit wird die Einstellung der Nullspan
nung ebenfalls in lediglich einer Richtung ermöglicht. Wenn
also eine Abweichung der Schwinger bei dem Herstellungsver
fahren betrachtet wird, erfordert die Einstellung der Null
spannung, daß ein Trimmwiderstand gebildet wird, um einen
derartigen Widerstandswert bereitzustellen, daß die Null
spannung stark zu einer Seite hin vorgespannt ist. Deshalb
erfordern fast alle Schwinggyroskope eine Einstellung der
Trimmwiderstände.
Bei dem Schwinggyroskop 10 der vorliegenden Erfindung wird
die Temperaturdrift dagegen durch ein Einstellen der Bezie
hung zwischen den Lastwiderständen 26 und 28, die mit den
beiden Erfassungsanschlüssen des Schwingers 12 verbunden
sind, eingestellt. Wie bei der in Fig. 7 gezeigten Probe A
und der Probe B kann die Temperaturdrift also durch ein
Einstellen eines der Lastwiderstände 26 und 28 in beide
Richtungen eingestellt werden. Folglich kann die Tempera
turdrift des Schwinggyroskops 10 durch eine einfache Ein
stellung unterdrückt werden, ohne das Erfordernis, die Wi
derstandswerte der Lastwiderstände 26 und 28 im voraus in
hohem Maße vorzuspannen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Temperaturdrift
des Schwinggyroskops 10 auf diese Weise durch eine einfache
Einstellung eingestellt werden. Wie in Fig. 9 gezeigt ist,
kann somit jeder der Lastwiderstände 26 und 28 aus einem
feststehenden Widerstand und einem variablen Widerstand ge
bildet sein, um eine Feineinstellung zu erreichen. Auch
wenn der variable Widerstand eingestellt ist, ändern sich
in einem solchen Fall die Widerstandswerte der Lastwider
stände 26 und 28 im großen und ganzen nicht stark, wodurch
eine Einstellung mit hoher Genauigkeit ermöglicht wird.
Während die in den Fig. 1 und 9 gezeigten Schwinggyroskope
10 jeweils die Widerstände als die Lastimpedanzen verwen
den, können beliebige Elemente, wie beispielsweise Konden
satoren oder Induktoren, die eine in dem Schwinger 12 er
zeugte elektrische Ladung in eine Spannung umwandeln kön
nen, verwendet werden. Zudem kann die vorliegende Erfindung
auf jeglichen Schwinger angewendet werden, der eine Tempe
raturdrift erzeugt, abgesehen von den Schwingern 12, die
die in den Fig. 2 und 3 gezeigten Strukturen aufweisen.
Claims (8)
1. Temperaturdrift-Einstellverfahren für ein Schwinggyro
skop (10), das folgende Merkmale aufweist: einen
Schwinger (12), der einen Erfassungsanschluß für ein
Extrahieren elektrischer Ladung, die aufgrund einer
Coriolis-Kraft erzeugt wird, aufweist; eine Oszillati
onsschaltung (30) zum in Schwingung Versetzen des
Schwingers (12); eine Lastimpedanz, die mit dem Erfas
sungsanschluß des Schwingers (12) verbunden ist, zum
Umwandeln der elektrischen Ladung in eine Spannung;
und eine Signalverarbeitungsschaltung zum Verarbeiten
eines Signals, das von dem Erfassungsanschluß des
Schwingers (12) ausgegeben wird, und zum Ausgeben ei
nes Signals, das einer Rotationswinkelgeschwindigkeit
entspricht, wobei das Verfahren folgenden Schritt auf
weist:
Einstellen des Impedanzwerts der Lastimpedanz gemäß einem Temperaturdriftgradienten (ΔV/ΔT), der Span nungsänderung angibt, die als Antwort auf eine Ände rung der Temperatur von der Signalverarbeitungsschal tung ausgegeben wird, um den Temperaturdriftgradienten (ΔV/ΔT) zu minimieren.
Einstellen des Impedanzwerts der Lastimpedanz gemäß einem Temperaturdriftgradienten (ΔV/ΔT), der Span nungsänderung angibt, die als Antwort auf eine Ände rung der Temperatur von der Signalverarbeitungsschal tung ausgegeben wird, um den Temperaturdriftgradienten (ΔV/ΔT) zu minimieren.
2. Temperaturdrift-Einstellverfahren für ein Schwinggyro
skop (10), das folgende Merkmale aufweist: einen
Schwinger (12), der einen ersten und einen zweiten Er
fassungsanschluß für ein Extrahieren elektrischer La
dung, die aufgrund einer Coriolis-Kraft erzeugt wird,
aufweist; eine Oszillationsschaltung (30) zum in
Schwingung Versetzen des Schwingers (12); eine erste
und eine zweite Lastimpedanz, die mit dem ersten be
ziehungsweise dem zweiten Erfassungsanschluß des
Schwingers (12) verbunden sind, zum Umwandeln der
elektrischen Ladung, die durch die erste und die zwei
te Elektrode extrahiert wird, in jeweilige Spannungen;
und eine Signalverarbeitungsschaltung zum Verarbeiten
von Signalausgaben von dem ersten und dem zweiten Er
fassungsanschluß des Schwingers (12) und zum Ausgeben
eines Signals, das einer Rotationswinkelgeschwindig
keit entspricht, wobei das Verfahren folgenden Schritt
aufweist:
Einstellen des Impedanzwerts mindestens einer der er sten und der zweiten Lastimpedanz gemäß einem Tempera turdriftgradienten (ΔV/ΔT), der eine Spannungsänderung angibt, die als Antwort auf eine Änderung der Tempera tur von der Signalverarbeitungsschaltung ausgegeben wird, um den Temperaturdriftgradienten (ΔV/ΔT) zu mi nimieren.
Einstellen des Impedanzwerts mindestens einer der er sten und der zweiten Lastimpedanz gemäß einem Tempera turdriftgradienten (ΔV/ΔT), der eine Spannungsänderung angibt, die als Antwort auf eine Änderung der Tempera tur von der Signalverarbeitungsschaltung ausgegeben wird, um den Temperaturdriftgradienten (ΔV/ΔT) zu mi nimieren.
3. Temperaturdrift-Einstellverfahren gemäß Anspruch 2,
bei dem jede der ersten und der zweiten Lastimpedanz
einen variablen Widerstand umfaßt.
4. Temperaturdrift-Einstellverfahren gemäß Anspruch 2
oder 3, bei dem jede der ersten und der zweiten Last
impedanz einen feststehenden Widerstand und einen va
riablen Widerstand umfaßt.
5. Schwinggyroskop (10), bei dem die Temperaturdrift des
Schwinggyroskops (10) durch ein Temperaturdrift-
Einstellverfahren gemäß Anspruch 1 eingestellt ist.
6. Schwinggyroskop (10), bei dem die Temperaturdrift des
Schwinggyroskops (10) durch ein Temperaturdrift-
Einstellverfahren gemäß Anspruch 2 eingestellt ist.
7. Schwinggyroskop (10), bei dem die Temperaturdrift des
Schwinggyroskops (10) durch ein Temperaturdrift-
Einstellverfahren gemäß Anspruch 3 eingestellt ist.
8. Schwinggyroskop (10), bei dem die Temperaturdrift des
Schwinggyroskops (10) durch ein Temperaturdrift-
Einstellverfahren gemäß Anspruch 4 eingestellt ist.
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