DE10240087B4 - vibration gyro - Google Patents

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Abstract

Vibrationskreisel mit
– einem Vibrationselement (22) mit
– einem Antriebselement (1) zur Anregung des Vibrationselements (22),
– einem ersten Abnehmer (2) zur Messung der Schwingung des Vibrationselements (22) in einer ersten Ebene und
– einem zweiten Abnehmer (2) zur Detektion einer Schwingung, die ein Maß für die Drehrate des Vibrationselements (22) ist,
– einem Regelkreis zur Regelung des Antriebselements (1) in Abhängigkeit von der durch den ersten Abnehmer (2) gemessenen Schwingung des Vibrationselements (22),
– wobei der Regelkreis eine Nachlaufsynchronisationseinrichtung (21) aufweist, die einen steuerbaren Signalgenerator (23) besitzt,
dadurch gekennzeichnet, daß
– Mittel (16, 17, 18, 19) zur Messung der Frequenz und/oder Phase des Vibrationselements (22) in einem freischwingenden Zustand vorgesehen sind, wodurch die Resonanzfrequenz des Vibrationselements (22) ermittelbar ist, und
– der Signalgenerator (23) programmierbar ist, wobei eine Steuereinheit (20) vorgesehen ist, durch die der Signalgenerator (23) in Abhängigkeit der...Vibratory gyro with
- A vibrating element (22) with
A drive element (1) for exciting the vibration element (22),
- A first consumer (2) for measuring the vibration of the vibrating element (22) in a first plane and
A second pickup (2) for detecting a vibration which is a measure of the rate of rotation of the vibrating element (22),
A control circuit for controlling the drive element (1) as a function of the vibration of the vibration element (22) measured by the first pickup (2),
- wherein the control circuit has a tracking synchronization device (21), which has a controllable signal generator (23),
characterized in that
- means (16, 17, 18, 19) are provided for measuring the frequency and / or phase of the vibrating element (22) in a free-running state, whereby the resonant frequency of the vibrating element (22) can be determined, and
- The signal generator (23) is programmable, wherein a control unit (20) is provided, through which the signal generator (23) in dependence of the ...

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Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft einen Vibrationskreisel mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The The invention relates to a vibratory gyroscope with the features of Preamble of claim 1.

Kreisel werden eingesetzt, um Drehbewegungen messen zu können. Der Einsatz von mechanischen Kreiseln ist seit langer Zeit bekannt und wird beispielsweise in Flugzeugen eingesetzt, um die Lage des Flugzeugs in der Luft feststellen zu können. Mechanische Kreisel besitzen dazu schnell rotierende Massen. Insgesamt ist eine große Präzision aller verwendeten Bauteile notwendig, so daß mechanische Kreisel sehr teuer sind. Für den Einsatz in Fahrzeugen sind sie unter anderem aus diesem Grund ungeeignet. Hinzu kommt, daß sie empfindlich gegenüber Stößen sind und gegen solche abgesichert werden müssen.roundabout are used to measure rotational movements. The use of mechanical Spinning has been known for a long time and is used for example in Aircraft used to determine the position of the aircraft in the air to be able to. mechanical Gyros have fast rotating masses. Overall, one is size precision All components used necessary, so that mechanical gyros very are expensive. For For this reason, they are unsuitable for use in vehicles, among other things. In addition, they sensitive to Bumps are and against such must be secured.

In Fahrzeugen werden deswegen mikromechanische Vibrationskreisel eingesetzt. In ihrer prinzipiellen Funktionsweise unterscheiden sie sich von mechanischen Kreiseln darin, daß sie keine rotierenden Teile besitzen, sondern auf Mikrovibrationen aufbauen. Sie sind robust und immun gegen externe Vibrationen und somit ideal für den Einsatz in Fahrzeugen. Ein verbreiteter Vertreter mikromechanischer Vibrationskreisel sind piezoelektrische Stimmgabeln.In Vehicles are therefore used micromechanical vibratory gyros. In their basic mode of operation, they differ from mechanical ones Spin it in that she have no rotating parts, but build on microvibrations. They are robust and immune to external vibration and therefore ideal for the Use in vehicles. A common representative of micromechanical Vibratory gyros are piezoelectric tuning forks.

Aufgrund des piezoelektrischen Effekts erzeugt ein Kristall ein elektrisches Potential, wenn er mechanischen Schwingungen ausgesetzt wird, und umgekehrt reagiert der Kristall mit Vibrationen, wenn er in ein elektrisches Feld gebracht wird. Wird auf ein piezoelektrisches Material ein Wechselstrom mit einer Frequenz aufgebracht, die zu einer der spezifischen elastischen Frequenzen des Materials paßt, zeigen sich Resonanzerscheinungen.by virtue of of the piezoelectric effect, a crystal generates an electric one Potential when exposed to mechanical vibration and vice versa The crystal reacts with vibrations when it enters an electrical Field is brought. Will be on a piezoelectric material Applied alternating current with a frequency that is one of the specific elastic frequencies of the material, show resonance phenomena.

Nach der Anregung mit einer Resonanzfrequenz des Vibrationselements schwingt dieses in einer ersten Richtung. Die Funktionsweise eines Vibrationskreisels beruht nun darauf, daß bei einer äußeren Drehbewegung des Vibrationselements die sogenannte Coriolis-Kraft auftritt, die senkrecht zur Richtung der Vibrationsbewegung und zur äußeren Drehbewegung steht. Bei einer geeigneten Geometrie des Vibrationselements führt die Coriolis-Kraft zu einer meßbaren Schwingung in einer zweiten Ebene, die senkrecht zu der Schwingung in der ersten Ebene steht. Die Amplitude der Schwingung in der zweiten Ebene ist ein Maß für die Drehrate des Vibrationselements.To the excitation oscillates at a resonant frequency of the vibrating element this in a first direction. The operation of a vibrating gyro is based on the fact that at an outer rotary motion the vibration element, the so-called Coriolis force occurs, the perpendicular to the direction of the vibratory motion and the outer rotational movement stands. With a suitable geometry of the vibrating element leads the Coriolis force to a measurable Vibration in a second plane perpendicular to the vibration in the first level. The amplitude of the vibration in the second plane is a measure of the rotation rate of the vibrating element.

Bei anderen Bauformen von Vibrationselementen, beispielsweise bei kreissymmetrischen Vibrationselementen, wird nicht die Amplitude der Schwingung in einer zweiten Ebene ausgewertet, sondern die Coriolis-Kraft führt zu einer Verschiebung von Schwingungsknoten relativ zu dem Vibrationselement. Die Verschiebung der Schwingungsknoten ist wiederum ein Maß für die äußere Drehung des Vibrationselements.at other types of vibration elements, for example in circular symmetrical Vibration elements, will not change the amplitude of the vibration in evaluated a second level, but the Coriolis force leads to a Displacement of vibration nodes relative to the vibrating element. The displacement of the nodes is in turn a measure of the external rotation of the Vibrating element.

Für den Betrieb eines Vibrationskreisels ist es notwendig, das Vibrationselement ständig mit seiner Resonanzfrequenz anzuregen. Um dies mit der geforderten Genauigkeit zu bewerkstelligen, besitzen bekannte Vibrationskreisel einen Regelkreis zur Regelung des Antriebselements in Abhängigkeit von der gemessenen Schwingung, wobei der Regelkreis eine Nachlaufsynchronisationseinrichtung aufweist, die einen steuerbaren Signalgenerator besitzt. Ein typischer Vibrationskreisel, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist, ist in der 1 gezeigt.For the operation of a vibratory gyro, it is necessary to constantly excite the vibrating element with its resonant frequency. To accomplish this with the required accuracy, known vibration gyroscopes have a control circuit for controlling the drive element as a function of the measured vibration, the control loop having a tracking synchronization device having a controllable signal generator. A typical vibratory gyroscope, as known from the prior art is in the 1 shown.

Ein Vibrationselement 22 besitzt ein Antriebselement 1 und einen Abnehmer 2. Es ist eine Regelschleife mit einem Verstärker 5 vorgesehen, durch die eine Rückkopplung der gemessenen Schwingung auf das Antriebselement 1 erfolgt, so daß die Schwingung des Vibrationselementes aufrechterhalten wird. Eine Nachlaufsynchronisationseinrichtung 21 sorgt für die erforderliche Genauigkeit.A vibrating element 22 has a drive element 1 and a customer 2 , It's a control loop with an amplifier 5 provided by the feedback of the measured vibration to the drive element 1 takes place, so that the vibration of the vibrating element is maintained. A tracking synchronization device 21 ensures the required accuracy.

In einer sekundären Regelschleife erfolgt eine Closed-Loop-Messung der durch die Coriolis-Kraft angeregten Schwingung des Vibrationselementes in der zweiten Ebene. Zu einer detaillierteren Beschreibung der Funktionsweise wird auf die Beschreibung zu der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß 2 verwiesen.In a secondary control loop, a closed-loop measurement of the vibration of the vibrating element in the second plane, which is excited by the Coriolis force, takes place. For a more detailed description of the operation is on the description of the inventive arrangement according to 2 directed.

Um die zur Anregung des Vibrationselements 22 erforderliche Leistung niedrig zu halten, werden für die Vibrationselemente 22 solche eingesetzt, die eine sehr hohe Güte bzw. eine schmale Bandbreite besitzen. Daraus folgt aber auch, daß die Zeitkonstanten für den Einschwingvorgang sehr groß sind. Die Startzeit bzw. die Abschaltzeit für Vibrationskreisel ist deswegen sehr lang und dauert bis in den Sekundenbereich. Für viele Anwendungen, insbesondere in sicherheitskritischen Bereichen wie ESP (Elektronisches Stabilitäts-Programm) sowie für Überschlagsdetektoren in Fahrzeugen ist eine kurze Startzeit des gesamten Systems erforderlich. Dies gilt nicht nur für die Initialisierung beim Start beispielsweise des Fahrzeugs, sondern auch für einen Neustart des Systems nach der Durchführung von Prüfroutinen oder möglichen Ausfällen, die einen Reset bedingen.To those for excitation of the vibrating element 22 Required power to be kept low for the vibratory elements 22 used those that have a very high quality or a narrow bandwidth. However, it also follows that the time constants for the transient process are very large. The start time or the switch-off time for vibratory gyros is therefore very long and lasts up to the second range. For many applications, especially in safety-critical areas such as ESP (Electronic Stability Program) and vehicle rollover detectors, a short start-up time of the entire system is required. This applies not only to the initialization at the start, for example, of the vehicle, but also to a restart of the system after the execution of test routines or possible failures that require a reset.

Zwar wird versucht, durch Einbeziehen des Vibrationselements in den primären Regelkreis sowie durch Optimierung der Parameter für die Amplituden- und Nachlaufsynchronisationsrege lung die Startzeit zu verringern, die jedoch in vielen Anwendungsfällen immer noch zu lang ist.Though Attempts are made by incorporating the vibrating element into the primary control loop as well as by optimizing the parameters for the amplitude and Nachlaufsynchronisationsrege development to reduce the start time, which however in many applications always is still too long.

Ein weiteres Problem des bekannten Vibrationskreisels gemäß 1 besteht darin, daß während des Betriebs des Vibrationskreisels sich die Temperatur der verwendeten Komponenten erhöht und aufgrund der Temperaturabhängigkeit der Resonanzfrequenz des Vibrationselements 22 zu einem bleibenden Phasenfehler in der Nachlaufsynchronisationseinrichtung 21 führt, der nicht auf einen akzeptablen Wert begrenzt werden kann. Da die Phaseninformation des Signalgenerators 9 auch für die Demodulation der Schwingung in der zweiten Ebene verwendet wird, führt der Phasenfehler in der Nachlaufsynchronisationseinrichtung 21 zu einer Verschlechterung der Genauigkeit der Drehratenmessung.Another problem of the known vibration gyro according to 1 is that increases during the operation of the vibratory gyro, the temperature of the components used and due to the temperature dependence of the resonant frequency of the vibrating element 22 to a permanent phase error in the tracking synchronizer 21 which can not be limited to an acceptable value. Since the phase information of the signal generator 9 is also used for the demodulation of the oscillation in the second level, leads the phase error in the tracking synchronizer 21 to a deterioration of the accuracy of the rotation rate measurement.

Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Vibrationskreiseln bekannt. So offenbart die DE 696 22 815 T2 ein Winkelgeschwindigkeitssensor, der ein Vibrationselement mit einem Antriebselement zur Anregung des Vibrationselementes sowie Abnehmern aufweist, wobei ein Regelkreis vorgesehen ist zur Steuerung der Anregung des Vibrationselementes. Eine ähnliche Anordnung ist auch aus der US 5,491,725 A bekannt. Des weiteren offenbart die EP 0 702 207 A1 ein Vibrationselement, bei dem die Verstärkung bei der Ansteuerung eines Antriebselementes in Abhängigkeit von Betriebsspannungsschwankungen angepasst wird, um das Antriebssignal und das Ausgangssignal an die Betriebsspannung anzupassen.From the prior art, a variety of vibratory gyros are known. So revealed the DE 696 22 815 T2 an angular velocity sensor having a vibrating element with a drive element for exciting the vibrating element and customers, wherein a control circuit is provided for controlling the excitation of the vibrating element. A similar arrangement is also from the US 5,491,725 A known. Furthermore, the disclosed EP 0 702 207 A1 a vibration element in which the gain in the control of a drive element is adjusted in response to operating voltage fluctuations in order to adapt the drive signal and the output signal to the operating voltage.

Weiterhin sind allgemein Verfahren und Vorrichtungen zum Steuern von Oszillatoren bekannt. Beispielsweise offenbart die DE 198 27 948 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Frequenzregelung eines serienabgestimmten, piezoelektrischen Wandlers. Die DE 198 40 976 C1 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung eines Taktsignals sowie einen entsprechenden Taktsignalgenerator, bei dem eine Korrektur der Phasenlage durchgeführt wird. Die DE 199 59 265 A1 offenbart ein Verfahren zum Regeln der von einem frequenzsteuerbaren Oszillator abgegebenen Ausgangsfrequenz. Beim Abweichen der Abstimmung von einem vorgegebenen Wert wird ein den Frequenzbereich der Ausgangsfrequenz bestimmendes Abgleichsignal an den Oszillator abgegeben, das den Frequenzbereich in vorgebbaren Zeitabständen fortlaufend und/oder ereignisgesteuert korrigiert.Furthermore, methods and devices for controlling oscillators are generally known. For example, the DE 198 27 948 A1 a method and apparatus for frequency control of a series-tuned piezoelectric transducer. The DE 198 40 976 C1 describes a method for generating a clock signal and a corresponding clock signal generator, in which a correction of the phase angle is performed. The DE 199 59 265 A1 discloses a method for controlling the output frequency output from a frequency controllable oscillator. When the tuning deviates from a predetermined value, a tuning signal determining the frequency range of the output frequency is output to the oscillator, which continuously and / or event-controlledly corrects the frequency range at predefinable time intervals.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Vibrationskreisel anzugeben, bei dem die Startzeit verkürzt ist und der Phasenfehler in der Nachlaufsynchronisationseinrichtung verkleinert wird.It The object of the invention to provide a vibrating gyro, in which shortens the start time is and the phase error in the tracking synchronizer is reduced.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Vibrationskreisel der eingangs genannten Art gelöst, der die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.These The object is achieved by a Vibratory gyroscope of the type mentioned above, the characterizing Features of claim 1.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Dauer des Startvorgangs wesentlich von der anfänglichen Frequenzdifferenz zwischen der Resonanzfrequenz des Vibrationselements und des Signalgenerators abhängt. Zumindest zum Zeitpunkt des Systemstarts ist weder die Resonanzfrequenz des Vibrationselements noch die Startfrequenz des Signalgenerators genau bekannt. Darüber hinaus hängen sie von dem individuel len Temperaturverhalten des Vibrationselements und des Signalgenerators ab. Gemäß der Erfindung sind Mittel vorgesehen, durch die die Frequenz und/oder Phase des Vibrationselements im freischwingenden Zustand schnell gemessen werden kann. Dies kann dadurch geschehen, daß der primäre Amplituden- und Phasenregelkreis aufgetrennt wird. Dadurch kann die Resonanzfrequenz des Vibrationselements im freischwingenden Zustand gemessen werden. Ein geeigneter Impuls zur Anregung einer Schwingung ist dabei durch den Signalgenerator erzeugbar. Mit der Information über die momentane Frequenz und Phase ist es möglich, den erfindungsgemäßen programmierbar ausgestalteten Signalgenerator zu programmieren, so daß bereits nach der kurzen Meßphase der Signalgenerator ein gegebenenfalls phasengerechtes Signal mit einer Frequenz bereitstellt, die exakt mit der Resonanzfrequenz des Vibrationselements übereinstimmt. Eine lange Einschwingzeit, bis sich ein Signalgenerator nach dem Stand der Technik mit der Frequenz des Vibrationselements synchronisiert hat, entfällt.Of the Invention is based on the finding that the duration of the starting process much from the initial one Frequency difference between the resonant frequency of the vibrating element and the signal generator depends. At least at the time of system startup, neither the resonant frequency of the Vibration element nor the start frequency of the signal generator exactly known. About that hang out they of the individuel len temperature behavior of the vibrating element and the signal generator. According to the invention means are provided by which the frequency and / or phase of the Vibration element measured in the free-running state quickly can be. This can be done by the primary amplitude and phase locked loop is separated. As a result, the resonant frequency of the vibrating element be measured in the free-swinging state. A suitable impulse to excite a vibration is by the signal generator produced. With the information about the instantaneous frequency and phase it is possible to programmable the invention programmed signal generator so that already after the short measuring phase of the Signal generator an optionally phase-correct signal with a Frequency provides that coincides exactly with the resonant frequency of the vibrating element. A long settling time, until a signal generator after the Prior art synchronized with the frequency of the vibrating element has, deleted.

Durch die Möglichkeit, die Resonanzfrequenz des Vibrationselements freischwingend zu messen, kann eine solche Messung auch durch eine kurze Betriebsunterbrechung erfolgen, wodurch eine Neuprogrammierung des programmierbaren Signalgenerators in Abhängigkeit der gemessenen und unter Umständen durch Temperatureinflüsse veränderten Resonanzfrequenz ermöglicht wird.By the possibility, to measure the resonant frequency of the vibrating element freely, Such a measurement can also be achieved by a short stoppage done, thereby reprogramming the programmable signal generator dependent on the measured and under circumstances due to temperature influences changed Resonant frequency allows becomes.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous Further developments of the invention are specified in the subclaims.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:The Invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. It shows:

1 einen Vibrationskreisel nach dem Stand der Technik in einer schematischen Darstellung, 1 a vibration gyroscope according to the prior art in a schematic representation,

2 einen Vibrationskreisel nach der Erfindung, 2 a vibratory gyro according to the invention,

3 eine Zeitdiagramm mit den Funktionsphasen des Vibrationskreisels von 2 und 3 a time diagram with the operating phases of the vibratory gyroscope of 2 and

4 die Berechnung von Frequenzkorrekturen anhand eines Frequenz-Temperatur-Diagramms. 4 the calculation of frequency corrections based on a frequency-temperature diagram.

Der Vibrationskreisel nach dem Stand der Technik wurde bereits in der Beschreibungseinleitung kurz erläutert. Der erfindungsgemäß erweiterte Vibrationskreisel gemäß 2 funktioniert teilweise gleich oder ähnlich wie der bekannte Vibrationskreisel, so daß die nachfolgende Beschreibung der 2 auch zum besseren Verständnis der Schaltung nach dem Stand der Technik gemäß 1 herangezogen werden kann. Funktionsgleiche Komponenten sind in den 1 und 2 mit den gleichen Bezugszeichen versehen.The vibration gyro of the prior art has already been briefly explained in the introduction to the description. The vibrating gyro according to the invention according to 2 works partially the same or similar to the known vibration gyro, so that the following description of the 2 also for a better understanding of the circuit according to the prior art according to 1 can be used. Functionally identical components are in the 1 and 2 provided with the same reference numerals.

In 2 ist ein Vibrationselement 22 mit seinen Antriebselementen 1 und 3 und seinen Abnehmern 2 und 4 schematisch dargestellt. Das System besteht aus wenigstens einem ersten Antriebselement 1, um das Vibrationselement in eine Schwingung mit der Resonanzfrequenz zu versetzen und diese Schwingung aufrechtzuerhalten, und wenigstens einem ersten Abnehmer 2 zur Detektion der Schwingung, wobei aufgrund des Ausgangssignals des Abnehmers 2 nach einer geeigneten Signalaufbereitung eine Rückführung auf das Antriebselement 1 erfolgt. Für die Signalverarbeitung ist ein Verstärker 5 vorgesehen, der das am Abnehmer 2 bereitgestellte Signal auf einen geeigneten Signalpegel verstärkt. Darüber hinaus ist ein Amplitudendetektor 10 für die Messung und Filterung der am Abnehmer 2 gemessenen Amplitude vorgesehen. Der Amplitudendetektor 10 ist mit einer Anregungssteuerung 11 verbunden, die wiederum das erste Antriebselement 1 ansteuert. Die Anregungssteuerung 11 ist darüber hinaus mit einem Referenzsignal REF beaufschlagbar. Der Verstärker 5, der Amplitudendetektor 10 sowie die Antriebssteuerung bildet gemeinsam mit dem ersten Abnehmer 2 und dem ersten Antriebselement 1 einen Amplitudenregelkreis.In 2 is a vibrating element 22 with its drive elements 1 and 3 and his customers 2 and 4 shown schematically. The system consists of at least a first drive element 1 to place the vibration element in vibration with the resonance frequency and maintain this vibration, and at least a first customer 2 for detecting the vibration, wherein due to the output signal of the pickup 2 after a suitable signal conditioning a return to the drive element 1 he follows. For signal processing is an amplifier 5 provided to the customer 2 provided signal amplified to an appropriate signal level. In addition, an amplitude detector 10 for the measurement and filtering of the customer 2 measured amplitude provided. The amplitude detector 10 is with an excitation control 11 connected, in turn, the first drive element 1 controls. The excitation control 11 is also acted upon by a reference signal REF. The amplifier 5 , the amplitude detector 10 as well as the drive control forms together with the first customer 2 and the first drive element 1 an amplitude-locked loop.

Für die Realisierung einer robusten, synchronen Amplitudendetektion besitzt der Signalverarbeitungskreis üblicherweise zusätzlich eine Nachlaufsynchronisationseinrichtung 21. Diese erlaubt die Detektion der Frequenz und der Phase der Schwingung des Vibrationselements 22. Die Nachlaufsynchronisationseinrichtung 21 besteht aus einem Phasendetektor 7, einem geeigneten Tiefpaßfilter 8 und einem steuerbaren Signalgenerator 9, der als spannungs- oder stromgesteuerter Oszillator realisiert ist. In einer verbesserten Ausführung handelt es sich um einen digital steuerbaren Signalgenerator, der die erforderlichen Signalformen mit unterschiedlichen Phasenwinkeln erzeugen kann. Die beschriebenen Amplituden- und Phasenregelkreise bilden Primärregelschleifen. Durch Verbindung der Nachlaufsynchronisationseinrichtung 21 und dem Amplitudendetektor 10 beziehungsweise der Anregungssteuerung 11 ist eine präzise Ansteuerung des Antriebselementes 1 möglich.For the realization of a robust, synchronous amplitude detection, the signal processing circuit usually additionally has a tracking synchronization device 21 , This allows the detection of the frequency and the phase of the vibration of the vibrating element 22 , The tracking synchronization device 21 consists of a phase detector 7 , a suitable low-pass filter 8th and a controllable signal generator 9 , which is realized as a voltage or current controlled oscillator. In an improved embodiment, it is a digitally controllable signal generator that can generate the required waveforms with different phase angles. The described amplitude and phase locked loops form primary control loops. By connecting the tracking synchronization device 21 and the amplitude detector 10 or the excitation control 11 is a precise control of the drive element 1 possible.

Die Nachlaufsynchronisationseinrichtung 21 ist vor allem deswegen notwendig, weil eine reine Frequenzmessung nicht zu einer ausreichend exakten Ansteuerung des ersten Antriebselements 1 führt. Eine Regelung der Phasenverschiebung zwischen einem Eingangssignal, in diesem Fall vom ersten Abnehmer 2, und einem gesteuerten Signalgenerator führt dagegen zusätzlich zu der Korrektor der Phasenlage und damit zu einer sehr genauen Frequenzabstimmung.The tracking synchronization device 21 Above all, this is necessary because a pure frequency measurement does not lead to a sufficiently precise control of the first drive element 1 leads. A control of the phase shift between an input signal, in this case from the first customer 2 , and a controlled signal generator, in contrast, leads to the correction of the phase position and thus to a very accurate frequency tuning.

Die Information über die Phase und Frequenz, die an der Nachlaufsynchronisationseinrichtung 21 abgreifbar ist, wird nicht nur für die Aufrechterhaltung der Schwingung des Vibrationselements in der ersten Ebene benötigt, sondern auch für eine genaue Bestimmung der Drehrate, wie im Folgenden beschrieben.The information about the phase and frequency at the tracking synchronizer 21 is not only required for maintaining the vibration of the vibrating element in the first plane, but also for an accurate determination of the rotation rate, as described below.

Üblicherweise ist ein weiterer Abnehmer 4 sowie ein zweites Antriebselement 3 vorgesehen, die für die Detektion einer Schwingung in einer weiten Ebene verwendet werden. Prinzipiell genügt ein zweiter Abnehmer 4, ohne ein zweites Antrieb selement 3 einzusetzen. In diesem Fall kann in einer Open-Loop-Messung die Schwingung in einer zweiten Ebene bestimmt werden. Unter dem Gesichtspunkt eines günstigen Signal/Rausch-Verhältnisses ist es jedoch von Vorteil, eine sogenannte Closed-Loop-Messung vorzunehmen. Dabei wird ein zweites Antriebselement 3 vorgesehen, das der Schwingung des Vibrationselements 22 in der zweiten Ebene entgegenwirkt. Das zweite Antriebselement 3 wird dabei so angesteuert, daß die durch die Coriolis-Kraft angeregte Schwingung möglichst vollständig ausgeregelt wird. Anhand des Ansteuersignals des zweiten Antriebselements 3 ist die Drehrate des Vibrationselements bestimmbar. Die sekundäre Regelschleife umfaßt typischerweise einen Verstärker 6 für den zweiten Abnehmer 4, einen Schleifen-Demodulator 12, der aus dem Signal des Abnehmers 4 die Phasen- und Quadratur-Komponenten ableitet, ein Filter 13 für die beiden Komponenten und einen Remodulator 14, der die Basisbandkomponenten in den Resonanzbereich des Vibrationselements zurückführt und diese addiert. Geeignete Korrektursignale CORR können der sekundären Regelschleife zugeführt werden, um parasitäre Gleichanteile zu kompensieren, die durch Symmetrieabweichungen und andere Abweichungen des Vibrationselements entstehen.Usually, another customer 4 and a second drive element 3 provided, which are used for the detection of a vibration in a wide plane. In principle, a second customer is sufficient 4 without a second drive selement 3 use. In this case, the oscillation can be determined in a second level in an open-loop measurement. From the point of view of a favorable signal-to-noise ratio, however, it is advantageous to carry out a so-called closed-loop measurement. In this case, a second drive element 3 provided, that of the vibration of the vibrating element 22 counteracts in the second level. The second drive element 3 is controlled so that the excited by the Coriolis force oscillation is completely adjusted as possible. Based on the drive signal of the second drive element 3 the rate of rotation of the vibrating element can be determined. The secondary control loop typically includes an amplifier 6 for the second customer 4 , a loop demodulator 12 , which is the signal of the customer 4 derives the phase and quadrature components, a filter 13 for the two components and a remodulator 14 which returns the baseband components to the resonant region of the vibrating element and adds them together. Suitable correction signals CORR may be applied to the secondary control loop to compensate for parasitic DC components caused by symmetry deviations and other variations of the vibrating element.

Die zweite Schwingung beinhaltet die Information über die Drehrate. Das Drehratensignal kann durch einen außerhalb der sekundären Regelschleife angeordneten Demodulator 15, wie er in 1 gezeigt ist, ermittelt werden. Alternativ könnte er als eines der Basisbandsignale direkt abgegriffen und gefiltert werden. Die sekundäre Regelschleife kann, wie oben angesprochen, auch weggelassen werden und die Drehrate in einer Open-Loop-Messung ermittelt werden, wobei ein Demodulator vorgesehen werden muß, der direkt an den Verstärker 6 des zweiten Abnehmers angeschlossen ist.The second vibration contains the information about the rotation rate. The rotation rate signal can by a demodulator arranged outside the secondary control loop 15 as he is in 1 is shown to be determined. Alternatively, it could be directly tapped and filtered as one of the baseband signals. The secondary control loop can, as mentioned above, also be omitted and the rotation rate can be determined in an open-loop measurement, wherein a demodulator must be provided, directly to the amplifier 6 of the second pickup is connected.

Für den sekundären Regelkreis sind neben analogen Signalverarbeitungsschaltungen auch digitale Signalverarbeitungsschaltungen aus dem Stand der Technik bekannt und verfügbar.For the secondary control loop are in addition to analog signal processing circuits and digital Signal processing circuits known from the prior art and available.

Die Erfindung ist sowohl bei der Closed-Loop-Messung als auch bei der Open-Loop-Messung anwendbar und unabhängig davon, ob die sekundäre Regelschleife in analoger oder digitaler Meßtechnik ausgeführt ist.The Invention is in both the closed-loop measurement and in the open-loop measurement applicable and independent of whether the secondary Control loop is executed in analog or digital measurement technology.

Die Anordnung von 2 ist gegenüber der Schaltung von 1 durch ein schnelles Frequenz- und Phasenmeßsystem erweitert. Darüber hinaus ist statt eines konventionellen gesteuerten Signalgenerators 9 ein programmierbarer und steuerbarer Signalgenerator 23 vorgesehen. Dieser beinhaltet eine Steuereinheit 20, die zur Synchronisation des Vibrationselements 22 mit dem Signalgenerator 23 eine Messung der Frequenz und/oder Phase des Vibrationselements 22 im freischwingenden Zustand veranlaßt und bei Vorlage des Meßergebnisses den Signalgenerator 23 entsprechend programmiert.The arrangement of 2 is opposite the circuit of 1 extended by a fast frequency and phase measuring system. In addition, instead of a conventional controlled signal generator 9 a programmable and controllable signal generator 23 intended. This includes a control unit 20 for the synchronization of the vibrating element 22 with the signal generator 23 a measurement of the frequency and / or phase of the vibrating element 22 caused in the free-running state and the presentation of the result of the signal generator 23 programmed accordingly.

Während des Betriebs durchlaufene Phasen sind in der 3 dargestellt. In einer ersten Phase T1, die nach dem Einschalten des Systems einige Millisekunden andauert, erzeugt der programmierbare Signalgenerator 23 ein erstes Antriebssignal mit einem Spektrum, das sich innerhalb eines Frequenzbereichs Δf befindet, in dem die Resonanzfrequenz des Vibrationselements 22 erwartet wird. Beispielsweise wird ein geeignetes Spektrum durch ein Chirp-Signal erzeugt, indem die Frequenz des Signalgenerators während des Zeitintervalls T1 von einem minimalen zu einem maximalen Wert geändert wird. Dieses Signal regt das Vibrationselement 22 an. Um ein starkes Resonanzsignal zu erhalten, sollte die Anregung mit der maximal erlaubten Kraft, also mit der maximal erlaubten Antriebsspannung, erfolgen. In diesem Zeitintervall sind die Schalter 18 und 19 geöffnet und ein Schalter 17 verbindet den Signalgenerator 23 mit dem ersten Antriebselement 1. Der Schalter 17 ist dabei der Schalter, durch den das Antriebselement 1 mit der Anregungssteuerung 11 oder direkt mit dem Signalgenerator 23 verbunden werden kann. Der Schalter 18 trennt den sekundären Regelkreis auf, so daß auch bei einer Closed-Loop-Messung keine Anregung des Vibrationselements 22 durch das zweite Antriebselement 3 erfolgen kann. Darüber hinaus wird die Nachlaufsynchronisationseinrichtung 21 unterbrochen, indem zwischen einem Filter 8 und dem Signalgenerator 23 der Schalter 19 geöffnet wird.Phases passed through during operation are in the 3 shown. In a first phase T1, lasting a few milliseconds after the system is turned on, the programmable signal generator generates 23 a first drive signal having a spectrum which is within a frequency range Δf in which the resonant frequency of the vibrating element 22 is expected. For example, a suitable spectrum is generated by a chirp signal by changing the frequency of the signal generator during the time interval T1 from a minimum to a maximum value. This signal excites the vibrating element 22 at. In order to obtain a strong resonance signal, the excitation should take place with the maximum permissible force, ie with the maximum permitted drive voltage. In this time interval are the switches 18 and 19 opened and a switch 17 connects the signal generator 23 with the first drive element 1 , The desk 17 is the switch through which the drive element 1 with the excitation control 11 or directly with the signal generator 23 can be connected. The desk 18 separates the secondary control loop, so that even in a closed-loop measurement no excitation of the vibrating element 22 through the second drive element 3 can be done. In addition, the tracking synchronization device becomes 21 interrupted by passing between a filter 8th and the signal generator 23 the desk 19 is opened.

In einem zweiten Zeitintervall T2, das wiederum einige Millisekunden andauert, wird die Frequenz- und Phasendifferenz zwischen dem nun freischwingenden Vibrationselement 22 und dem programmierbaren, steuerbaren Signalgenerator 23 gemessen, beispielsweise durch die Messung der Nulldurchgänge des verstärkten Ausgangssignals des ersten Abnehmers 2. In diesem Zeitintervall ist der Schalter 17 in einer neutralen Position, es ist also weder der Signalgenerator 23 auf dem direkten Weg noch die Anregungssteuerung 11 mit dem ersten Antriebselement 1 verbunden. Die Schalter 18 und 19 sind offen, und der programmierbare Signalgenerator 23 wird als spannungs- oder stromgesteuerter Oszillator ohne Eingangssteuersignal A betrieben und erzeugt als solcher eine rechteckige oder eine andere periodische Signalform mit der Grundfrequenz in demselben Bereich wie die erwartete Frequenz des Vibrationselements 22.In a second time interval T2, which in turn lasts a few milliseconds, the frequency and phase difference between the now free-vibrating vibration element 22 and the programmable, controllable signal generator 23 measured, for example by measuring the zero crossings of the amplified output signal of the first pickup 2 , In this time interval is the switch 17 in a neutral position, so it is neither the signal generator 23 on the direct way still the excitation control 11 with the first drive element 1 connected. The switches 18 and 19 are open, and the programmable signal generator 23 is operated as a voltage or current controlled oscillator without input control signal A and, as such, generates a rectangular or other periodic waveform with the fundamental frequency in the same range as the expected frequency of the vibrating element 22 ,

Nach der Messung wird die Frequenz und die Phase des Signalgenerator 23 so genau wie möglich auf die gemessenen Werte gesetzt und die Phasennachlaufsteuerung 21 sowie der Amplitudenregelkreis nachfolgend durch Schließen der Schalter 17 und 19 geschlossen. Der Schalter 17 verbindet also die Anregungssteuerung 11 mit dem ersten Antriebselement 1 und der Schalter 19 schließt den Regelkreis der Nachlaufsynchronisationseinrichtung.After the measurement, the frequency and the phase of the signal generator 23 set as accurately as possible to the measured values and the phase tracking control 21 and the amplitude control circuit subsequently by closing the switch 17 and 19 closed. The desk 17 thus connects the excitation control 11 with the first drive element 1 and the switch 19 closes the loop of the tracking synchronization device.

In dem Fall, wenn wie in 2 dargestellt eine Closed-Loop-Messung in der sekundären Regelschleife erfolgt, wird darüber hinaus der Schalter 18 geschlossen, um eine Gegensteuerung im sekundären Regelkreis zu ermöglichen. Nach der Durchführung dieser Schritte befindet sich der Vibrations kreisel in einem Normalbetriebszustand, der in 3 als Zeitintervall T3 bezeichnet wird.In the case, if as in 2 In addition, when a closed-loop measurement is made in the secondary control loop, the switch also becomes 18 closed to allow a counter-control in the secondary control loop. After performing these steps, the vibratory gyroscope is in a normal operating condition, which in 3 is referred to as time interval T3.

Die Messung der Frequenz- und Phasendifferenz kann in unterschiedlichen Weisen durchgeführt werden, abhängig davon, ob ein Taktgenerator mit hoher Genauigkeit zur Verfügung steht.The Measuring the frequency and phase difference can be different Sages performed become dependent whether a clock generator with high accuracy is available.

Nach der Erfindung wird in dem Fall, daß kein hochgenauer Taktgenerator zur Verfügung steht, die Frequenz- und Phasendifferenz zwischen dem freischwingenden Vibrationselement und dem Signalgenerator unter Verwendung des Signalgenerators selbst als Zeitbasis gemessen. Diese Zeitbasis bezieht sich auf die anfänglichen Werte der Frequenz des Signalgenerators mit einem Nullwert als Eingangssignal A. Die Frequenz- und Phasenmessung kann dadurch realisiert werden, daß die Zeitintervalle zwischen aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen der verstärkten Ausgangsspannung des ersten Abnehmers gezählt werden, wobei eine Impulsfolge des Signalgenerators genutzt wird, deren Frequenz N-mal höher als die ungefähr der Resonanzfrequenz ensprechende Basisfrequenz ist.According to the invention, in the event that no high accuracy clock generator is available, the frequency and phase difference between the free running vibration element and the signal generator is measured using the signal generator itself as a time base. This time base refers to the initial values of the frequency of the signal generator with a zero value as the input signal A. The frequency and phase measurement can be realized by the time intervals be counted between successive zero crossings of the amplified output voltage of the first pickup, wherein a pulse train of the signal generator is used whose frequency is N times higher than the approximately the resonance frequency ensprechende base frequency.

Der Signalgenerator kann ein rechteckiges Signal mit der Basisfrequenz beispielsweise durch einen Frequenzteiler erzeugen, der die interne Frequenz durch den Faktor N teilt oder er kann aus einem beliebigen anderen periodischen Signal ein Signal mit der Basisfrequenz durch eine geeignete Technik erhalten ("locked table technique"). N muß hoch genug sein, beispielsweise 1024, um eine ausreichende Genauigkeit für die Frequenzmessung zu erzielen. Im Bedarfsfall kann eine zusätzliche Schätzung der Restdifferenz von korrespondierenden Zeitintervallen eingesetzt werden.Of the Signal generator can be a rectangular signal at the base frequency For example, generate by a frequency divider, the internal Frequency divided by the factor N or he can be from any other periodic signal through a signal at the base frequency get a suitable technique ("locked table technique"). N must be high enough be, for example, 1024, to a sufficient accuracy for the frequency measurement to achieve. If necessary, an additional estimate of the residual difference of corresponding time intervals are used.

Das Rauschen hinter dem Eingangsverstärker verursacht Jitter der abgeleiteten Nulldurchgänge, deren Auswirkungen durch geeignete Mittelwertbildung der Meßwerte reduziert werden kann.The Noise behind the input amplifier causes jitter derived zero crossings, their effects are reduced by suitable averaging of the measured values can be.

Im Fall der Verfügbarkeit eines hochgenauen internen oder externen Taktsignals erfolgt die Messung der anfänglichen Frequenz- und Phasendifferenz zwischen dem angeregten, freischwingenden Vibrationselement und dem freischwingenden Signalgenerator bei A = 0 beispielsweise durch parallele Messung beider Frequenzen und nachfolgender Berechnung der Frequenz- und Phasendifferenz zwischen beiden unter Verwendung entsprechender Mittel des Frequenz- und Phasenmeßsystems 16. Die übrige Vorgehensweise entspricht der Messung mit dem Signalgenerator als Zeitbasis.In the case of the availability of a highly accurate internal or external clock signal, the measurement of the initial frequency and phase difference between the excited, free-running vibration element and the free-running signal generator at A = 0, for example, by parallel measurement of both frequencies and subsequent calculation of the frequency and phase difference between the two below Use of appropriate means of the frequency and phase measuring system 16 , The rest of the procedure corresponds to the measurement with the signal generator as a time base.

Nach dem Start ist das gesamte System sich ändernden Umgebungsbedingungen ausgesetzt, insbesondere dem Einfluß von Temperaturänderungen. Hierbei ist allerdings die Genauigkeit der Phasenkontrolle des Phaseneingangs- und Quadratur-Ausgangssignals des Signalgenerators 23 in Bezug auf die Phase des Vibrationselements 22 maßgeblich für die Genauigkeit der Messung. In der Closed-Loop-Betriebsweise steigt der Phasenfehler zwischen dem Signalgenerator 23 und dem Vibrationselement 22 mit der steigenden Frequenzdifferenz zwischen dem freischwingenden Vibrationselement 22 und dem freischwingenden Signalgenerator 23 bei A = 0, weil die Reduzierung einer steigenden Frequenzdifferenz ein größeres Phasenfehlerkompensationssignal in der Closed-Loop-Betriebsweise erfordert. Der Hauptgrund für die wachsende Abweichung der Frequenzen des freischwingenden Vibrationselements 22 und des freischwingenden Signalgenerators 23 sind die unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten beider Frequenzen, was zu einer Änderung der Frequenzdifferenz mit einer Temperaturänderung führt.Once started, the entire system is exposed to changing environmental conditions, especially the influence of temperature changes. Here, however, the accuracy of the phase control of the phase input and quadrature output signal of the signal generator 23 with respect to the phase of the vibrating element 22 decisive for the accuracy of the measurement. In closed-loop operation, the phase error between the signal generator increases 23 and the vibrating element 22 with the increasing frequency difference between the free-running vibration element 22 and the free-running signal generator 23 at A = 0 because reducing a rising frequency difference requires a larger phase error compensation signal in the closed-loop mode. The main reason for the increasing deviation of the frequencies of the free-running vibrating element 22 and the free-running signal generator 23 are the different temperature coefficients of both frequencies, which leads to a change in the frequency difference with a change in temperature.

Durch eine Verwendung der erfindungsgemäßen Mittel entsprechend der 2 wird eine Verbesserung des Phasenfehlers ermöglicht, wie im Folgenden ausgeführt ist. Erfindungsgemäß kann die aktuelle Frequenzdifferenz zwischen dem Vibrationselement 22 und dem freischwingenden Signalgenerator 23 bei A = 0 verwendet werden, um die Null-Frequenz des Signalgenerators 23 zurückzusetzen und entsprechend den kompensierenden Phasenfehlern in der Nachlaufsynchronisationseinrichtung zu reduzieren. Der freischwingende Signalgenerator kann virtuell als Algorithmus implementiert werden, wobei die entsprechenden Modelle zu verwenden sind, oder real in Hardware.By using the means according to the invention according to the 2 an improvement of the phase error is made possible, as explained below. According to the invention, the current frequency difference between the vibrating element 22 and the free-running signal generator 23 at A = 0 can be used to set the zero frequency of the signal generator 23 reset and reduce according to the compensating phase errors in the tracking synchronizer. The free-running signal generator can be implemented virtually as an algorithm, using the appropriate models, or real in hardware.

Zur Schätzung der aktuellen temperaturbedingten Phasendifferenz gibt es verschiedene Fälle.to estimate The current temperature-induced phase difference is different Cases.

In dem Fall, daß das Temperaturverhalten der Frequenzen sowohl des Vibrationselements 22 als auch des Signalgenerators 23 bekannt sind, kann die aktuelle Frequenz offensichtlich durch Messung der aktuellen Temperatur geschätzt und die entsprechende Frequenzdifferenz berechnet werden. Das Temperaturverhalten kann durch Frequenzwerte bei einer gegebenen Temperatur festgelegt werden, beispielsweise bei Raumtemperatur, ebenso wie die Temperaturkoeffizienten des Vibrationselements 22 und des Signalgenerators 23.In the case that the temperature behavior of the frequencies of both the vibrating element 22 as well as the signal generator 23 are known, the current frequency can obviously be estimated by measuring the current temperature and the corresponding frequency difference can be calculated. The temperature behavior can be determined by frequency values at a given temperature, for example at room temperature, as well as the temperature coefficients of the vibrating element 22 and the signal generator 23 ,

Nach der Erfindung kann die Temperaturmessung durch die Frequenzmessung des Vibrationselements 22 selber ersetzt werden, wenn ein hochgenauer interner oder externer Taktgenerator zur Verfügung steht.According to the invention, the temperature measurement by the frequency measurement of the vibrating element 22 be replaced if a highly accurate internal or external clock generator is available.

In vorteilhafter Weise nutzt dieser Ansatz die Tatsache, daß für die meisten mikro-mechanischen Vibrationselemente die Resonanzfrequenz stark von den Young-Modulen des Vibrationselements abhängt, welche sich in einer sehr guten Näherung linear mit der Temperatur ändert. Folglich ist nur der Temperaturkoeffizient erster Ordnung erforderlich. Dadurch kann die Temperaturabhängigkeit der Resonanzfrequenz vorab durch eine einfache Zweipunktmessung gemessen werden.In Advantageously, this approach uses the fact that for most Micro-mechanical vibration elements, the resonant frequency strong depends on the Young's modules of the vibrating element, which in a very good approximation changes linearly with the temperature. Consequently, only the first-order temperature coefficient is required. Thereby can the temperature dependence the resonance frequency in advance by a simple two-point measurement be measured.

Auch das Temperaturverhalten des Signalgenerators 23, welches von dem jeweiligen Schaltungsprinzip abhängt, muß gemessen und im voraus gespeichert werden.Also the temperature behavior of the signal generator 23 , which depends on the respective circuit principle, must be measured and stored in advance.

Nach der Erfindung wird die Messung der aktuellen Frequenz fvs(T) des Vibrationselements 22 im Closed-Loop-Betrieb zur Temperaturberechnung verwendet. Bei der berechneten Temperatur wird die Frequenz fCSG(T) des freischwingenden Signalgenerators berechnet. Basierend auf der berechneten Differenz zwischen der aktuellen Frequenz des Vibrationselements 22 und der berechneten Frequenz des freischwingenden Signalgenerators wird das Korrektursignal für die Startwerte des freischwingenden Signalgenerators abgeleitet, wobei dann die aktuelle Frequenz des Signalgenerators auf die aktuelle Frequenz des Vibrationselements 22 setzt. Das Prinzip der Berechnung ist in 4 gezeigt. T1 ist dabei die Temperatur beim Systemstart und T2 die Temperatur zu einem späteren Zeitpunkt, wenn sich die Temperatur während des Betriebs erhöht hat.According to the invention, the measurement of the current frequency f vs (T) of the vibrating element 22 used in closed-loop operation for temperature calculation. At the calculated temperature, the frequency f CSG (T) of the free-running signal generator is calculated. Based on the calculated Dif difference between the actual frequency of the vibrating element 22 and the calculated frequency of the free-running signal generator, the correction signal for the starting values of the free-running signal generator is derived, in which case the current frequency of the signal generator to the current frequency of the vibrating element 22 puts. The principle of calculation is in 4 shown. T1 is the temperature at system start and T2 is the temperature at a later time, when the temperature has increased during operation.

Erfindungsgemäß werden in dem Fall, daß die Resonanzfrequenz des Vibrationselements 22 und sein Temperaturkoeffizient nicht genau genug bekannt sind und/oder dies auf den freischwingenden Signalgenerator zutrifft, die aktuelle Frequenzdifferenz zwischen den beiden von Zeit zu Zeit gemessen, indem die Regelschleifen durch das Setzen des Schalters 17 in die neutrale Position und Öffnung der Schalter 18 und 19 geöffnet werden. Nach der Messung und dem Setzen des Signalgenerators 23 auf die Frequenz des Vibrationselements 22 werden die Schleifen wieder geschlossen. Der Nachteil einer solchen Methode besteht in der Unterbrechung der Drehratenmessung. Erfindungsgemäß kann aber dies dadurch vermieden werden, daß ein zweiter Signalgenerator, der in der Figur nicht dargestellt ist, verwendet wird, der gut auf die Nullfrequenz (A = 0) und an das Temperaturverhalten des ersten Signalgenerators 23 angepaßt ist. Der zweite Signalgenerator ist nicht in die Nachlaufsynchronisationseinrichtung einbezogen und wird nur für die Zeitbestimmung des Frequenz/Phasenmeßsystems 16 in 2 eingesetzt.According to the invention, in the case that the resonant frequency of the vibrating element 22 and its temperature coefficient are not known accurately enough and / or this applies to the free-running signal generator, the actual frequency difference between the two measured from time to time by the control loops by setting the switch 17 in the neutral position and opening the switch 18 and 19 be opened. After the measurement and setting of the signal generator 23 on the frequency of the vibrating element 22 the loops are closed again. The disadvantage of such a method is the interruption of the rotation rate measurement. According to the invention, however, this can be avoided by using a second signal generator, which is not shown in the figure, which is well suited to the zero frequency (A = 0) and to the temperature behavior of the first signal generator 23 is adapted. The second signal generator is not included in the tracking synchronizer and is used only for timing the frequency / phase measurement system 16 in 2 used.

In diesem Fall erfolgt eine kontinuierliche oder regelmäßige Messung der Frequenzdifferenz zwischen der Nullfrequenz dieses zweiten Signalgenerators und der Frequenz des Vibrationselements 22 (oder der Frequenz des Vibrationselements). Es ist auch ein Vergleich der Frequenzen des zweiten Signalgenerators und des ersten Signalgenerators möglich, sofern der erste Signalgenerator mit dem Vibrationselement gekoppelt ist. Der in der Schleife befindliche Signalgenerator wird kontinuierlich oder in bestimmten Zeitschritten auf die gemessene Frequenz des Vibrationselements 22 gesetzt.In this case, a continuous or regular measurement of the frequency difference between the zero frequency of this second signal generator and the frequency of the vibrating element takes place 22 (or the frequency of the vibrating element). It is also a comparison of the frequencies of the second signal generator and the first signal generator possible, provided that the first signal generator is coupled to the vibrating element. The signal generator in the loop is continuously or at certain time intervals on the measured frequency of the vibrating element 22 set.

11
erstes Antriebselementfirst driving element
22
erster Abnehmerfirst customer
33
zweites Antriebselementsecond driving element
44
zweiter Abnehmersecond customer
5, 65, 6
Verstärkeramplifier
77
Phasendetektorphase detector
88th
Filterfilter
99
steuerbarer Signalgeneratorcontrollable signal generator
1010
Amplitudendetektoramplitude detector
1111
Anregungssteuerungexcitation controller
1212
Schleifen-DemodulatorLoop Demodulator
1313
Filterfilter
1414
Remodulatorremodulator
1515
Demodulatordemodulator
1616
Frequenz-/Phasen-MeßvorrichtungFrequency / phase measuring device
17, 18, 1917 18, 19
Schalterswitch
2020
Steuervorrichtungcontrol device
2121
NachlaufsynchronisationseinrichtungTrailing synchronization device
2222
Vibrationselementvibrating element
2323
programmier- und steuerbarer Signalgeneratorprogrammable and controllable signal generator

Claims (8)

Vibrationskreisel mit – einem Vibrationselement (22) mit – einem Antriebselement (1) zur Anregung des Vibrationselements (22), – einem ersten Abnehmer (2) zur Messung der Schwingung des Vibrationselements (22) in einer ersten Ebene und – einem zweiten Abnehmer (2) zur Detektion einer Schwingung, die ein Maß für die Drehrate des Vibrationselements (22) ist, – einem Regelkreis zur Regelung des Antriebselements (1) in Abhängigkeit von der durch den ersten Abnehmer (2) gemessenen Schwingung des Vibrationselements (22), – wobei der Regelkreis eine Nachlaufsynchronisationseinrichtung (21) aufweist, die einen steuerbaren Signalgenerator (23) besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß – Mittel (16, 17, 18, 19) zur Messung der Frequenz und/oder Phase des Vibrationselements (22) in einem freischwingenden Zustand vorgesehen sind, wodurch die Resonanzfrequenz des Vibrationselements (22) ermittelbar ist, und – der Signalgenerator (23) programmierbar ist, wobei eine Steuereinheit (20) vorgesehen ist, durch die der Signalgenerator (23) in Abhängigkeit der gemessenen Frequenz und/oder Phase programmierbar ist.Vibration gyro with - a vibrating element ( 22 ) with - a drive element ( 1 ) for excitation of the vibrating element ( 22 ), - a first customer ( 2 ) for measuring the vibration of the vibrating element ( 22 ) in a first level and - a second customer ( 2 ) for detecting a vibration which is a measure of the rate of rotation of the vibrating element ( 22 ), - a control circuit for controlling the drive element ( 1 ) as a function of the first customer ( 2 ) measured vibration of the vibrating element ( 22 ), Wherein the control loop is a tracking synchronization device ( 21 ) having a controllable signal generator ( 23 ), characterized in that - means ( 16 . 17 . 18 . 19 ) for measuring the frequency and / or phase of the vibrating element ( 22 ) are provided in a free-running state, whereby the resonant frequency of the vibrating element ( 22 ), and - the signal generator ( 23 ) is programmable, whereby a control unit ( 20 ) is provided, by which the signal generator ( 23 ) is programmable depending on the measured frequency and / or phase. Vibrationskreisel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Signalgenerator (23) erzeugte Spannung eine Zeitbasis für die Frequenz- und/oder Phasenmessung bildet.Vibration gyro according to claim 1, characterized in that the signal generated by the signal generator ( 23 ) forms a time base for the frequency and / or phase measurement. Vibrationskreisel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgenerator (23) ein Signal mit einer internen Frequenz erzeugt, das als Zeitbasis bereitgestellt wird, wobei aus dem Signal mit der ersten Frequenz ein Signal mit einer zweiten, niedrigeren Frequenz gebildet wird zur Verwendung in der Regelung des Antriebselements (1).Vibration gyro according to claim 2, characterized in that the signal generator ( 23 ) generates a signal having an internal frequency which is provided as a time base, wherein from the signal having the first frequency a signal having a second, lower frequency is formed for use in the control of the drive element ( 1 ). Vibrationskreisel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Taktgenerator vorgesehen ist zur Bereitstellung einer Zeitbasis für die Frequenz- und/oder Phasenmessung.Vibration gyro according to claim 1, characterized the existence additional Clock generator is provided to provide a time base for the Frequency and / or phase measurement. Vibrationskreisel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Kompensation der Temperaturabhängigkeiten des Vibrationselements (22) und des Signalgenerators (23) vorgesehen sind.Vibration gyro according to one of claims 1 to 4, characterized in that means for compensating the temperature dependencies of the vibrating element ( 22 ) and the signal generator ( 23 ) are provided. Vibrationskreisel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine temperaturabhängige Ansteuerung des programmierbaren Signalgenerators (23) durch die Steuereinheit (20) vorgesehen ist.Vibration gyro according to claim 5, characterized in that a temperature-dependent control of the programmable signal generator ( 23 ) by the control unit ( 20 ) is provided. Vibrationskreisel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind zur wiederholten Ansteuerung der Mittel (16) zur Messung der Frequenz und/oder Phase und zur Neuprogrammierung des Signalgenerators (23).Vibration gyroscope according to one of claims 1 to 4, characterized in that means are provided for the repeated activation of the means ( 16 ) for measuring the frequency and / or phase and for reprogramming the signal generator ( 23 ). Vibrationskreisel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter, nicht in die Regelschleife der Nachlaufsynchronisationseinrichtung (21) eingebundener Signalgenerator vorgesehen ist, wobei sich das Temperaturverhalten des ersten und zweiten Signalgenerators entsprechen, und wobei anhand eines Vergleichs der Frequenzen des ersten und des zweiten Signalgenerators eine neu zu programmierende Frequenz des ersten Signalgenerators (23) ableitbar ist.Vibration gyro according to one of claims 1 to 4, characterized in that a second, not in the control loop of the tracking synchronization device ( 21 ) integrated signal generator is provided, wherein correspond to the temperature behavior of the first and second signal generator, and wherein based on a comparison of the frequencies of the first and the second signal generator to be reprogrammed frequency of the first signal generator ( 23 ) is derivable.
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