DE10321962B4 - Method and apparatus for simulating a yaw rate and using simulated yaw rates for initial calibration of yaw rate sensors or for in-service recalibration of yaw rate sensors - Google Patents

Method and apparatus for simulating a yaw rate and using simulated yaw rates for initial calibration of yaw rate sensors or for in-service recalibration of yaw rate sensors Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zum Simulieren einer Drehrate, die auf einen Drehratensensor wirkt, wobei der Drehratensensor eine Schwingeinrichtung (100), eine Primäranregungseinrichtung (106) zum Antreiben der Schwingeinrichtung (100) zu einer Primärbewegung (102), eine Sekundärerfassungseinrichtung (108) zum Ausgeben eines Ausgangssignals, das von einer Sekundärbewegung (104) der Schwingeinrichtung und von einer Drehrate des Drehratensensors um eine sensitive Achse desselben abhängt, aufweist, mit folgenden Merkmalen:
einer Einrichtung (24) zum Bereitstellen eines Werts eines ersten Kompensationssignals (12a) und eines Werts eines zweiten Kompensationssignals (12b), wobei die Werte des ersten und des zweiten Kompensationssignals so gewählt sind, dass eine Auslenkung der Schwingeinrichtung aufgrund einer ersten Beschleunigung in Richtung der Primärbewegung kompensiert ist, und dass eine Auslenkung der Schwingeinrichtung aufgrund einer zweiten Beschleunigung in Richtung der Sekundärbewegung (104) kompensiert ist, und zum Bereitstellen von Frequenzganginformationen (22) der Schwingeinrichtung (100) aufgrund einer Anregung durch die Primäranregungseinrichtung (106); und
einer Einrichtung (20) zum Erzeugen und Anlegen eines Simulationssignals (109) an...
Apparatus for simulating a yaw rate acting on a yaw rate sensor, the yaw rate sensor comprising oscillation means (100), primary excitation means (106) for driving the oscillation means (100) to a primary movement (102), secondary detection means (108) for outputting an output signal, which depends on a secondary movement (104) of the oscillating device and on a rate of rotation of the rotation rate sensor about a sensitive axis thereof, having the following features:
a device (24) for providing a value of a first compensation signal (12a) and a value of a second compensation signal (12b), wherein the values of the first and second compensation signals are selected such that a deflection of the oscillation device due to a first acceleration in the direction of Primary motion is compensated for, and that a deflection of the vibrator is compensated for due to a second acceleration in the direction of the secondary movement (104), and for providing frequency response information (22) of the vibrator (100) due to excitation by the primary exciter (106); and
a device (20) for generating and applying a simulation signal (109) to ...

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Drehratensensoren und insbesondere auf die Kalibrierung von Drehratensensoren. Mikromechanische Coriolis-Kraft-Drehratensensoren besitzen vielfältige Anwendungsfelder, von denen beispielsweise die Positionsbestimmung eines Automobils oder eines Flugzeugs zu nennen ist. Allgemein besitzen solche Sensoren eine bewegliche mechanische Struktur, welche zu einer periodischen Schwingung angeregt wird. Diese periodische, durch Anregung erzeugte Schwingung wird auch als primäre Schwingung bezeichnet. Erfährt der Sensor eine Drehung um eine Achse senkrecht zu der Primärschwingung oder Primärbewegung, so führt die Bewegung der Primärschwingung zu einer Coriolis-Kraft, die proportional zur Messgröße, d. h. der Winkelgeschwindigkeit, ist. Durch die Coriolis-Kraft wird eine zweite, zur Primärschwingung orthogonale Schwingung angeregt. Diese zweite, zur Primärschwingung orthogonale Schwingung wird auch als Sekundärschwingung oder Sekundärbewegung bezeichnet. Die Sekundärschwingung, die auch als Detektionsschwingung bezeichnet wird, kann durch verschiedene Messverfahren erfasst werden, wobei die erfasste Größe als Maß für die auf den Drehratensensor wirkende Drehrate dient. Um die Primärschwingung zu erzeugen, werden unter anderem thermische, piezoelektrische, elektrostatische und induktive Verfahren verwendet, welche in der Technik bekannt sind. Zu der Erfassung der Sekundärschwingung sind piezoelektrische, piezoresistive oder kapazitive Prinzipien Stand der Technik.The The present invention relates to yaw rate sensors, and more particularly on the calibration of rotation rate sensors. Micromechanical Coriolis force gyroscopes own diverse Application fields, of which, for example, the position determination of an automobile or an airplane. Generally own such sensors have a movable mechanical structure, which too a periodic oscillation is excited. These periodic, excitation generated vibration is also called the primary vibration designated. learns the sensor rotates about an axis perpendicular to the primary vibration or primary movement, so leads the movement of the primary vibration to a Coriolis force proportional to the measurand, i. H. the angular velocity, is. The Coriolis force becomes one second, to the primary vibration orthogonal oscillation excited. This second, to the primary vibration Orthogonal vibration is also called secondary vibration or secondary motion designated. The secondary vibration, which is also referred to as a detection vibration, can by various Measurement method are recorded, with the detected size as a measure of the the yaw rate sensor acting yaw rate is used. To the primary vibration Among other things, thermal, piezoelectric, electrostatic and inductive methods used in the Technics are known. To the detection of the secondary vibration are piezoelectric, piezoresistive or capacitive principles of the technique.

Drehratensensoren können auf verschiedenartigste Arten und Weisen ausgeführt werden. Alle Drehratensensoren haben jedoch gemeinsam, dass sie eine Schwingeinrichtung umfassen, die durch eine Primäranregungseinrichtung in die Primärbewegung versetzbar ist und dass sie eine Sekundärerfassungseinrichtung haben, die eine Sekundärbewegung aufgrund einer auf den Drehratensensor wirkenden Drehrate messen kann. Bei nicht-entkoppelten Sensoren führt ein und dieselbe schwingende Masse sowohl die Primärbewegung als auch die Sekundärbewegung aus. Diese Schwingeinrichtung ist dann derart ausgestaltet, dass sie eine Masse umfaßt, die sowohl in der x-Richtung als auch in der y-Richtung bewegbar aufgehängt wird. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit wird angenommen, dass die x-Richtung die Richtung der Primärbewegung oder der Primärschwingung ist, und dass die y-Richtung die Richtung der Sekundärbewegung bzw. der Sekundärschwingung ist, und dass die Drehrate auf die Schwingeinrichtung in z-Richtung wirkt.Angular rate sensors can be carried out in a variety of ways. All rotation rate sensors but have in common that they comprise a vibrating device, by a primary excitation device in the primary movement is displaceable and that they have a secondary detection device, the one secondary movement can measure due to an acting on the rotation rate sensor yaw rate. When not decoupled Sensors leads one and the same vibrating mass both the primary movement as well as the secondary movement out. This oscillating device is then designed such that she includes a mass movable in both the x-direction and the y-direction suspended becomes. Without restriction In general, it is assumed that the x direction is the direction of the primary motion or the primary vibration is, and that the y-direction is the direction of the secondary movement or the secondary vibration is, and that the yaw rate on the vibrating device in z-direction acts.

Die WO 98/15799 offenbart Drehratensensoren mit entkoppelten Bewegungen der Schwingeinrichtung. Die Schwingeinrichtung ist in einen Primärschwinger und einen Sekundärschwinger aufgeteilt. Der Primärschwinger führt eine Schwingung in Primärrichtung durch und ist so mit dem Sekundärschwinger gekoppelt, dass die Primärschwingung auf den Sekundärschwinger übertragen wird. Der Primärschwinger ist jedoch derart an einem Substrat aufgehängt, dass er sich lediglich in Primärrichtung bewegen kann, nicht aber in Sekundärrichtung. Damit führt eine auf den Primärschwinger wirkende Coriolis-Kraft aufgrund einer Drehrate nicht dazu, dass der Primärschwinger in Sekundärrichtung ausgelenkt wird, da dieser Bewegungsfreiheitsgrad aufgrund seiner Aufhängung für den Primärschwinger nicht existiert. Dagegen ist der Sekundärschwinger derart aufgehängt, dass er sich sowohl in Primärrichtung als auch in Sekundärrichtung bewegen kann. Die Sekundärbewegung führt dazu, dass sich der Sekundärschwinger in Sekundärrichtung be wegt, wobei diese Sekundärbewegung durch die Sekundärerfassungseinrichtung erfassbar ist. Vorzugsweise ist die Sekundärerfassungseinrichtung dabei so ausgebildet, dass sie die Primärbewegung nicht erfasst, die der Sekundärschwinger ja nur deswegen ausführt, um auf die Coriolis-Kraft „sensitiv" zu sein. Die Verbindung zwischen den Primärschwinger und dem Sekundärschwinger ist ferner, um eine noch bessere Kopplung zu erreichen, derart ausgebildet, dass zwar die Primärschwingung von dem Primärschwinger auf den Sekundärschwinger übertragen wird, dass jedoch die Sekundärschwingung nicht auf den Primärschwinger zurück übertragen wird.The WO 98/15799 discloses rotation rate sensors with decoupled movements the vibrating device. The oscillating device is in a primary oscillator and a secondary oscillator divided up. The primary oscillator leads one Oscillation in the primary direction through and so is the secondary oscillator coupled that the primary vibration transferred to the secondary oscillator becomes. The primary oscillator However, it is suspended on a substrate such that it only in the primary direction can move, but not in the secondary direction. This leads to a on the primary oscillator acting Coriolis force due to a rate of turn not to that the primary oscillator in the secondary direction is deflected because this degree of freedom of movement due to his suspension for the primary oscillator Does not exist. In contrast, the secondary oscillator is suspended in such a way that he himself in both primary direction as well as in the secondary direction can move. The secondary movement leads to, that is the secondary oscillator in the secondary direction be moved, this secondary movement by the secondary detection device is detectable. Preferably, the secondary detection device is included designed so that it does not capture the primary movement that the secondary oscillator yes only because of that, to be "sensitive" to the Coriolis force. The connection between the primary vibrators and the secondary oscillator Furthermore, in order to achieve an even better coupling, it is designed such that that while the primary vibration from the primary oscillator transferred to the secondary oscillator but that is the secondary vibration not on the primary vibrator transferred back becomes.

Ein solcher Drehratensensor, wie er aus der WO 98/15799 bekannt ist, ist in 5 dargestellt. Der Drehratensensor 500 weist einen Primärschwinger 506 auf, der über eine Primärschwingeraufhängung 504, die aus vier Verankerungen 504a und vier Federbalken 504b besteht, an einem Grundkörper (nicht gezeigt) befestigt ist. Um den Primärschwinger zu erregen, d. h. in Schwingung zu versetzen, umfaßt derselbe auf zwei gegenüberliegenden Seiten jeweils eine Elektrodengruppe 508, die zu einer feststehenden Elektrodengruppe 510, d. h. zu einer mit dem Grundkörper verbundenen Elektrodengruppe 510, angeordnet ist, um einen sogenannten Comb-Drive zu bilden, um den Primärschwinger 506 kapazitiv anzuregen. Die Primärschwingeraufhängung 504 ist derart ausgelegt, um eine Schwingung des Primärschwingers 506 in x-Richtung zuzulassen, während eine Bewegung des Primärschwingers 506 in den beiden anderen Richtungen wirksam vermieden wird. Die Federbalken 504 weisen daher einen rechteckigen Querschnitt auf, wobei die schmale Seite des Querschnitts entlang der x-Richtung gewählt ist, während die lange Seite des Querschnitts entlang der z-Richtung verläuft. Auch hier sei angemerkt, dass zusätzlich zur Querschnittsgeometrie der Federbalken die anisotrope Steifigkeit der Primär- und Sekundärschwingeraufhängung auch durch die Anordnung mehrerer Federbalken mit gleichen Quer schnittsgeometrien an entsprechenden Plätzen erreicht werden kann.Such a rotation rate sensor, as known from WO 98/15799, is known in 5 shown. The rotation rate sensor 500 has a primary oscillator 506 on top of a primary oscillator suspension 504 consisting of four anchorages 504a and four spring bars 504b is attached to a base body (not shown). In order to excite, ie, vibrate, the primary oscillator, it comprises one electrode group on two opposite sides 508 leading to a fixed electrode group 510 , ie to an electrode group connected to the main body 510 , is arranged to form a so-called Comb-Drive to the primary oscillator 506 capacitively stimulate. The primary oscillator suspension 504 is designed to be a vibration of the primary vibrator 506 in the x direction, while a movement of the primary vibrator 506 effectively avoided in the other two directions. The spring bars 504 Therefore, they have a rectangular cross section, wherein the narrow side of the cross section along the x-direction is selected, while the long side of the cross section along the z-direction. Again, it should be noted that in addition to the cross-sectional geometry of the cantilever, the aniso Trope rigidity of the primary and secondary oscillator suspension can also be achieved by arranging a plurality of spring beams with the same cross-sectional geometries at corresponding places.

Ein Sekundärschwinger 514 ist über Sekundärschwingeraufhängungen 512 mit dem Primärschwinger 506 verbunden, wie es in 5 gezeigt ist. Der Sekundärschwinger 514 weist parallel zur x-Achse angeordnete Sekundärschwingerelektrodengruppen 550 auf, die in feststehende Sekundärschwingererfassungselektrodengruppen 552 kammartig ineinander eingreifend angeordnet sind, um eine kapazitive Erfassung der Bewegung des Sekundärschwingers 514 in y-Richtung zu ermöglichen.A secondary oscillator 514 is about secondary oscillator suspensions 512 with the primary oscillator 506 connected as it is in 5 is shown. The secondary oscillator 514 has secondary oscillator electrode groups arranged parallel to the x-axis 550 placed in fixed secondary vibrator sensing electrode groups 552 arranged comb-like intermeshing to a capacitive detection of the movement of the secondary oscillator 514 in the y direction.

Wird der Drehratensensor 500 mit einer Winkelgeschwindigkeit Ωy um die Symmetrieachse des Sekundärschwingers 514 oder parallel zu dieser Symmetrieachse, also zu einer Achse parallel zur y-Achse, gedreht, so wirkt auf den Sekundärschwinger 514 eine Coriolis-Kraft, die zu einer im wesentlichen translatorischen Bewegung des Sekundärschwingers in z-Richtung führt. Die translatorische Bewegung des Sekundärschwingers 514 in der z-Richtung kann durch eine Erfassungselektrode 516, die unter dem Sekundärschwinger 514 angeordnet ist, kapazitiv erfasst werden.Will the rotation rate sensor 500 with an angular velocity Ω y about the symmetry axis of the secondary oscillator 514 or rotated parallel to this axis of symmetry, ie to an axis parallel to the y-axis, so acts on the secondary oscillator 514 a Coriolis force, which leads to a substantial translational movement of the secondary oscillator in the z-direction. The translatory movement of the secondary oscillator 514 in the z-direction can be detected by a detection electrode 516 that under the secondary oscillator 514 is arranged to be detected capacitively.

Wird der Drehratensensor 500 mit einer Winkelgeschwindigkeit Ωz um eine Achse, die senkrecht durch den Mittelpunkt des Sekundärschwingers 514 verläuft und zu der z-Achse parallel ist oder allgemein zu einer zu der z-Achse parallelen Achse gedreht, so wirkt auf den Sekundärschwinger eine Coriolis-Kraft, die eine Bewegung desselben in der y-Richtung veranlasst. Diese Bewegung in der y-Richtung des Sekundärschwingers 514 stellt eine translatorische Schwingung dar, da auch der Primärschwinger eine translatorische Schwingung ausführt. Die Erfassung der Bewegung des Sekundärschwingers 514 in der y-Richtung findet auf kapazitivem Wege durch die Sekundär schwingerelektrodengruppe 550 und durch die feststehenden Erfassungselektrodengruppen 552 statt. Die Federbalken 512 umfassen eine im wesentlichen quadratische Querschnittskonfiguration, da sie eine Auslenkung sowohl in der z-Richtung als auch in der y-Richtung zulassen, derart, dass eine zweiachsige Erfassung erfolgen kann. Eine Relativbewegung des Sekundärschwingers 514 und des Primärschwingers 506 wird durch die Anordnung der Federbalken 512 verhindert, welche alle parallel zur x-Achse verlaufen. Wenn der in 5 gezeigte Drehratensensor als einachsiger Sensor ausgeführt sein soll mit einer Sekundärbewegung in xy-Richtung, so sind die Federbalkenquerschnitte rechteckförmig ausgelegt.Will the rotation rate sensor 500 with an angular velocity Ω z about an axis perpendicular to the center of the secondary oscillator 514 is parallel to the z axis or is generally rotated to an axis parallel to the z axis, a Coriolis force acts on the secondary vibrator, causing it to move in the y direction. This movement in the y direction of the secondary oscillator 514 represents a translational oscillation, since the primary oscillator also performs a translatory oscillation. The detection of the movement of the secondary oscillator 514 in the y-direction takes place capacitively through the secondary oscillator electrode group 550 and by the fixed sense electrode groups 552 instead of. The spring bars 512 comprise a substantially square cross-sectional configuration, since they allow deflection in both the z-direction and the y-direction, such that biaxial detection can occur. A relative movement of the secondary oscillator 514 and the primary vibrator 506 is due to the arrangement of the spring bars 512 prevents which all run parallel to the x-axis. If the in 5 Rotational speed sensor shown to be designed as a single-axis sensor with a secondary movement in the xy direction, the spring beam cross-sections are designed rectangular.

Die Primärschwingeraufhängung stellt sicher, dass der Primärschwinger 504 nicht durch die Coriolis-Kraft in y- oder z-Richtung bewegbar ist, da eine Bewegung des Primärschwingers in z-Richtung durch die Querschnittskonfiguration der Federbalken 504b unmöglich gemacht wird, wobei zusätzlich die Anordnung der Federbalken 504b parallel zur y-Achse eine Bewegung in y-Richtung des Primärschwingers verhindert. Ferner besitzen die Verankerungen 504a eine entsprechende Steifigkeit, damit auch sie keine Auslenkung in der y-Richtung erlauben.The primary oscillator suspension ensures that the primary oscillator 504 is not movable by the Coriolis force in the y- or z-direction, since a movement of the primary oscillator in the z-direction by the cross-sectional configuration of the cantilever 504b is made impossible, in addition to the arrangement of the spring bar 504b parallel to the y-axis prevents movement in the y-direction of the primary oscillator. Furthermore, the anchorages have 504a a corresponding stiffness, so that they also allow no deflection in the y-direction.

Die WO 98/15799 offenbart ferner eine Vielzahl weiterer Drehratensensoren mit unterschiedlichen Arten von Primär- und Sekundärschwingungen, die darauf basieren, dass die Primärschwingung von der Sekundärschwingung entkoppelt ist. Während der in 5 gezeigte Drehratensensor sowohl in Primärrichtung als auch in Sekundärrichtung eine lineare Schwingung ausführt, sind auch andere Drehratensensoren beschrieben, und zwar solche, die in Primärrichtung eine rotatorische Bewegung ausführen und die in Sekundärrichtung ebenfalls eine rotatorische Bewegung ausführen. Alternative Drehratensensoren be stehen auch darin, dass z. B. die Primärbewegung rotatorisch ist, die Sekundärbewegung aber linear ist und umgekehrt.WO 98/15799 further discloses a plurality of other yaw rate sensors having different types of primary and secondary vibrations based on the primary vibration being decoupled from the secondary vibration. While in 5 Rotation rate sensor shown in both the primary direction and in the secondary direction performs a linear vibration, other gyroscopes are described, namely those that perform a rotational movement in the primary direction and also perform a rotational movement in the secondary direction. Alternative rotation rate sensors are also available that z. B. the primary movement is rotational, but the secondary movement is linear and vice versa.

Der Preis für mikromechanische Drehratensensoren wird im wesentlichen durch die Kosten für die Fertigung des Siliziumchips, die Aufbau- und Verbindungstechnik sowie das Testen und Kalibrieren der Sensoren bestimmt. Bei größeren Stückzahlen verteilen sich die Kosten näherungsweise gleichmäßig. Der Siliziumchip sowie die Aufbau- und Verbindungstechnik betragen zusammen zwei Drittel, während das zeitintensive Testen und Kalibrieren der Drehratensensoren bis zu einem Drittel der Gesamtkosten ausmacht. Der Grund für die sehr hohen Kosten des Tests und der Kalibrierungen ist die Tatsache, dass vollständig aufgebaute Drehratensensoren üblicherweise einzeln auf einem Drehtisch auf ihre Funktionalität hin getestet und kalibriert werden müssen. Besonders kostenintensiv sind dabei Messungen über den gesamten Temperaturbereich, in dem der Drehratensensor arbeiten soll. Insbesondere für automotive Anwendungen ist dieser Temperaturbereich beträchtlich, er wird sich von Minusgraden bis zu hohen Plusgraden erstrecken, um in dem gesamten Temperaturbereich, in dem ein Kraftfahrzeug arbeitet, für eine z. B. Navigation des Fahrzeugs verfügbar zu sein.Of the price for Micromechanical rotation rate sensors is essentially by the costs for the production of the silicon chip, the assembly and connection technology and testing and calibrating the sensors. For larger quantities The costs are distributed approximately evenly. Of the Silicon chip as well as the assembly and connection technology amount together two thirds while the time-consuming testing and calibration of the rotation rate sensors up to to one third of the total costs. The reason for the very high cost of the test and the calibrations is the fact that completely constructed yaw rate sensors usually individually tested on a turntable for functionality and have to be calibrated. Particularly cost-intensive are measurements over the entire temperature range, in which the rotation rate sensor should work. Especially for automotive Applications, this temperature range is considerable, it will be of minus degrees extend to high degrees of plus to allow for the entire temperature range, in which a motor vehicle works, for a z. B. Navigation of Vehicle available to be.

Im Kontext mit den stetig steigenden technischen Anforderungen, besonders an die Zuverlässigkeit sowie an die Leistungsparameter, sollen mikromechanische Drehratensensoren Spezifikationen mit sehr hohen Ansprüchen genügen, welche bisher ausschließlich von faseroptischen Gyroskopen erfüllt werden, die einer Preisklasse von mehreren tausend Euro zuzuordnen sind. Beispiele für Anwendungen mit Spezifikationen hoher Ansprüche sind die meisten militärischen Anwendungen und Navigationssysteme der Luft- sowie Raumfahrt.In the context of the constantly increasing technical requirements, in particular the reliability as well as the performance parameters, micromechanical rotation rate sensors are to meet specifications with very high demands, which until now have been fulfilled exclusively by fiber-optic gyroscopes ner price range of several thousand euros are attributable. Examples of high-specification applications include most aerospace military and aerospace applications.

Neben der zeitaufwendigen einzelnen Kalibrierung der Drehratensensoren auf einem Drehtisch, der eine Drehrate für den Drehratensensor erzeugt, und der möglicherweise in einem Labor bereitsteht, ist es auch erforderlich, die Funktionalität des Sensors im Betrieb zu überwachen. Insbesondere bei mikromechanischen Drehratensensoren existieren starke Temperatureinflüsse, und zwar insbesondere dann, wenn die Schwingeinrichtung im Hinblick auf die Primärbewegung in Resonanz betrieben wird, um einen Sensor mit hoher Empfindlichkeit zu erreichen, was nur dann möglich ist, wenn die Resonanzüberhöhung aufgrund der primärseitigen Resonanz ausgenutzt wird. Eine Nachkalibrierung aufgrund der Temperaturvariationen des Sensors im normalen Betrieb fand daher dadurch statt, dass die Temperatur des Sensors gemessen wurde und aufgrund der im Labor aufgenommenen Temperaturspezifikationen eine Nachregelung stattgefunden hat. Alternativ und zusätzlich sind auch primärseitige Amplituden- und Phasenregelungen bekannt, dahingehend, dass die Primäramplitude und Primärfrequenz des Primäranregungssignals immer derart geändert werden, dass ei nerseits der Drehratensensor immer in primärseitiger Resonanz betrieben wird und dass andererseits die Amplitude der Primärschwingung konstant ist oder zumindest einer nachgeschalteten Auswerteelektronik bekannt ist.Next the time-consuming individual calibration of the rotation rate sensors on a turntable that generates a rotation rate for the rotation rate sensor, and possibly in a laboratory, it is also required the functionality of the sensor to monitor during operation. Especially with micromechanical rotation rate sensors exist strong temperature influences, and in particular when the vibrating device in terms of on the primary movement operated in resonance to a sensor with high sensitivity to achieve what only possible is when the resonance cant due the primary side Resonance is exploited. A recalibration due to the temperature variations Therefore, the sensor in normal operation took place in that the Temperature of the sensor was measured and due to the laboratory recorded temperature specifications a readjustment took place Has. Alternative and additional are also primary-sided Amplitude and phase controls known, in that the primary amplitude and primary frequency the primary excitation signal always changed like that be that on the one hand, the rotation rate sensor always in the primary side Resonance is operated and that on the other hand, the amplitude of the primary oscillation is constant or at least one downstream evaluation is known.

Problematisch ist an diesen Maßnahmen, dass sie insbesondere im Hinblick auf die im Labor aufgenommenen Temperaturvariationen einen realen Fall lediglich annähern können, da Variationen zweiter Ordnung, wie beispielsweise ein Altern der mechanisch stark beanspruchten Struktur insgesamt nicht berück sichtigt wird. Aus diesem Grund ist es bekannt, Plausibilitätsüberprüfungen des Ausgangssignals vorzunehmen, indem die Ausleseelektronik ein Testsignal generiert, das über elektrostatische Kräfte dem Drehratensensor eine der Coriolis-Kraft entsprechende Kraft einprägt, die wiederum ein Ausgangssignal liefert. Das Testausgangssignal wird mit einem ermittelten initialen Ausgangssignal verglichen und bei zu starker Abweichung erfolgt eine Fehlermeldung. Dieser Selbsttest kann auch eine Funktionalität des Sensors durch Anlegen einer definierten Spannung an einem dafür vorgesehenen Pin umfassen.Problematic is in these measures, that they especially with regard to the laboratory recorded Temperature variations can only approximate a real case, since Second order variations, such as mechanical aging strongly stressed structure is not taken into account. For this Reason is known, plausibility checks of the output signal by the readout electronics generating a test signal, the above electrostatic forces the yaw rate sensor corresponding to the Coriolis force force imprints, which in turn provides an output signal. The test output signal is compared with a determined initial output signal and If there is too much deviation, an error message will be issued. This self-test can also have a functionality of the sensor by applying a defined voltage to a designated Pin include.

Im Stand der Technik findet die initiale Kalibrierung daher unter Verwendung eines Drehtisches zum Erzeugen einer realen Drehrate bzw. mehrerer Drehraten statt, wobei im Betrieb eine Nachkalibrierung lediglich auf der Basis von im Labor ermittelten Temperaturvariationen stattfindet. Ferner kann das Ausgangssignal des Sensors hinsichtlich seiner Plausibilität überprüft werden, um im Falle einer zu großen Abweichung eine Fehlfunktion des Sensors zu signalisieren, um den Sensor auszubauen, ins Labor zu bringen und nachzukalibrieren, oder gleich durch einen neuen (frisch kalibrierten) Sensor auszutauschen.in the The prior art therefore uses the initial calibration a turntable for generating a real rate of rotation or more Rotation rate instead, with a recalibration during operation only on the basis of temperature variations determined in the laboratory. Furthermore, the output signal of the sensor can be checked for plausibility, in case of too big Deviation to signal a malfunction of the sensor to the Remove sensor, bring it into the laboratory and recalibrate, or immediately replaced by a new (freshly calibrated) sensor.

Nachteilig an dieser Vorgehensweise ist die Tatsache, dass zum einen, wie es ausgeführt worden ist, die Kalibrierung sehr zeit- und damit kostenintensiv ist, da ein Drehtisch benötigt wird, um den Sensor zu kalibrieren, und da ferner der gesamte Temperaturgang aufgezeichnet werden muß, um eine wenigstens annähernd gute Nachkalibrierung des Sensors im Betrieb zu erhalten.adversely At this proceeding is the fact that on the one hand, like it accomplished calibration has been very time-consuming and thus cost-intensive is needed because a turntable is to calibrate the sensor, and further because the overall temperature response must be recorded at least approximately to get good recalibration of the sensor during operation.

Weiterhin nachteilig ist die Tatsache, dass dann, wenn die Plausibilitätsüberprüfung anzeigt, dass der Sensor nicht mehr plausible Ausgangssignale liefert, ein kompletter Ausbau des Sensors verbunden mit einer Nachkalibrierung bzw. einem voll ständigen Ersatz nötig sein kann, was insbesondere bei automotiven Anwendungen oder auch bei Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt wenig tolerierbar bzw. nicht möglich ist.Farther disadvantageous is the fact that when the plausibility check indicates that the sensor no longer delivers plausible output signals, a complete removal of the sensor combined with a recalibration or a complete one Replacement needed can be, especially in automotive applications or too for applications in the air and air Space travel is little tolerable or not possible.

Die DE 199 39 998 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Vorspannungserzeugung für einen Drehratensensor. Durch Auswertung eines Drehratensignals und eines Quadratursignals werden unter Verwendung eines adaptiven Quadraturkompensationssignals Steuersignale erzeugt, die mittels einer Vorspannungserzeugungsanordnung in Vorspannungen umgesetzt werden, die Elektroden des Drehratensensors zugeführt werden. Dadurch wird die Sensorstruktur so geneigt, dass das am Ausgang auftretende Quadratursignal minimiert ist.The DE 199 39 998 A1 discloses a bias generation apparatus for a rotation rate sensor. By evaluating a yaw rate signal and a quadrature signal, control signals are generated using an adaptive quadrature compensation signal, which are converted by means of a bias generation arrangement into biases which are applied to electrodes of the yaw rate sensor. As a result, the sensor structure is tilted so that the quadrature signal occurring at the output is minimized.

Die DE 696 15 468 T2 offenbart eine Vorrichtung zum Messen einer Winkelgeschwindigkeit mit einem piezoelektrischen Messwandler, der sich mit der Winkelgeschwindigkeit dreht. Ferner wird der Messwandler mit einer bestimmten Frequenz in einer ersten Richtung angeregt. Zusätzlich wird ein Messsignal für die Winkelgeschwindigkeit als Antwort auf eine zweite Schwingung des Messwandlers erzeugt. Ferner wird eine dritte Schwingung des Messwandlers mit der bestimmten Frequenz in der zweiten Richtung und mit einer zu einer parasitären Komponente der zweiten Schwingung entgegengesetzten Phase erzeugt. Schließlich wird die Amplitude der Schwingung auf die Amplitude der parasitären Komponente der zweiten Schwingung eingeregelt.The DE 696 15 468 T2 discloses an apparatus for measuring angular velocity with a piezoelectric transducer which rotates at angular velocity. Further, the transducer is excited at a certain frequency in a first direction. In addition, an angular velocity measurement signal is generated in response to a second vibration of the transducer. Further, a third vibration of the transducer is generated at the predetermined frequency in the second direction and with a phase opposite to a parasitic component of the second vibration. Finally, the amplitude of the oscillation is adjusted to the amplitude of the parasitic component of the second oscillation.

Die DE 198 35 578 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Drehrate, bei der Unterschiede im Übertragungsverhalten von Piezoelementen in einer Dämpfungsstufe und Piezoelementen einer Oszillatorstufe ausgeglichen werden, indem das zur Erregung der Dämpfungsstufe vorgesehene Signal entsprechend verändert wird.The DE 198 35 578 A1 discloses an apparatus for determining a rate of rotation, are compensated in the differences in the transmission behavior of piezoelectric elements in a damping stage and piezoelectric elements of an oscillator stage by the signal provided for exciting the attenuation stage signal is changed accordingly.

Die DE 199 10 415 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abstimmen eines ersten Oszillators mit einem zweiten Oszillator, wobei zunächst das Antwortverhalten des ersten Oszillators bestimmt wird, um dann eine Abstimmung des ersten Oszillators mit Bezug auf den zweiten Oszillator durchzuführen.The DE 199 10 415 A1 discloses a method and apparatus for tuning a first oscillator to a second oscillator, wherein first the response of the first oscillator is determined to then perform tuning of the first oscillator with respect to the second oscillator.

Die DE 198 45 185 A1 offenbart einen Sensor mit Resonanzstruktur und eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Selbsttest eines derartigen Sensors. Ein Testsignalanteil wird durch eine einer ersten Schwingung überlagerte zweite periodische Schwingung einer Resonanzstruktur erzeugt. Der Testsignalanteil, der einem Nutzsignalanteil überlagert ist, wird mit einem vordefinierten Wert oder mit einem dem Sensor zugeführten Testsignal verglichen, um einen Selbsttest des Sensors zu erreichen.The DE 198 45 185 A1 discloses a resonant structure sensor and apparatus and method for self-testing such a sensor. A test signal component is generated by a second periodic oscillation of a resonant structure superimposed on a first oscillation. The test signal component, which is superimposed on a useful signal component, is compared with a predefined value or with a test signal supplied to the sensor in order to achieve a self-test of the sensor.

Das US-Patent Nr. 6,205,838 B1 offenbart eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Drehgeschwindigkeit, bei der Ausgangssignale eines Drehratensensors mittels einer digitalen Schaltung bewertet werden. Hierzu wird die Übertragungsfunktion von einer elektronisch erzeugten Anregungsspannung zum Ausgang der Beschleunigungselemente identifiziert, oder es wird eine Übertragungsfunktion von der elektronisch erzeugten Testspannung am Eingang in die Beschleunigungselemente zu ihrem Ausgang erzeugt, um systematische Fehler des Drehratensensors bei der digitalen Sensorsignalverarbeitung zu berücksichtigen.The U.S. Patent No. 6,205,838 B1 discloses an apparatus for determining a rotational speed at the output signals of a rotation rate sensor be evaluated by means of a digital circuit. This is the transfer function from an electronically generated excitation voltage to the output of the Accelerators identified or it becomes a transfer function from the electronically generated test voltage at the input to the accelerating elements generated to its output to systematic errors of the rotation rate sensor to be considered in digital sensor signal processing.

Die WO 98/15799 offenbart Drehratensensoren mit entkoppelten orthogonalen Primär- und Sekundärschwingungen.The WO 98/15799 discloses rotation rate sensors with decoupled orthogonal Primary- and secondary vibrations.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein effizienteres und fehlertoleranteres Konzept zum Kalibrieren von Drehratensensoren zu schaffen.The The object of the present invention is to provide a more efficient and more fault tolerant concept for calibrating gyroscopes to accomplish.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Simulieren einer Drehrate nach Patentanspruch 1, ein Verfahren zum Simulieren einer Drehrate nach Patentanspruch 5, eine Vorrichtung zum Kalibrieren eines Drehratensensors nach Patentanspruch 6, ein Verfahren zum Kalibrieren eines Drehratensensors nach Patentanspruch 9, eine Vorrichtung zum Nachkalibrieren eines Drehratensensors nach Patentanspruch 10 oder ein Verfahren zum Nachkalibrieren eines Drehratensensors nach Patentanspruch 22 gelöst.These The object is achieved by a device for simulating a rate of rotation according to claim 1, a method for simulating a yaw rate according to claim 5, a device for calibrating a rotation rate sensor according to claim 6, a method for calibrating a rotation rate sensor according to claim 9, a device for recalibrating a Rotation rate sensor according to claim 10 or a method for recalibration a rotation rate sensor according to claim 22 solved.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sowohl die initiale Kalibrierung eines Drehratensensors als auch die In-Betrieb-Nachkalibrierung eines Drehratensensors entschieden vereinfacht werden können, wenn auf den Sensor keine bekannte Drehrate (z. B. durch einen Drehtisch) ausgeübt wird, sondern wenn die Schwingeinrichtung in Sekundärbewegung derart angeregt wird, dass eine genau quantifizierte Drehrate simuliert wird. Das Simulieren einer genau quantifizierten Drehrate durch ein Ansteuersignal an eine Sekundäranregungseinrichtung, die vorzugsweise mit der Sekundärerfassungseinrichtung identisch ist, ermöglicht es zum einen, eine initiale Kalibrierung des Drehratensensors unter Verwendung von zwei unterschiedlichen simulierten Drehraten vollständig ohne Verwendung eines Drehtisches durchzuführen.Of the The present invention is based on the finding that both the initial calibration of a rotation rate sensor as well as the in-operation recalibration a rotation rate sensor can be decidedly simplified when no known rate of rotation on the sensor (eg through a turntable) exercised but when the vibrating device in secondary motion is stimulated so that simulates a precisely quantized rotation rate becomes. Simulating a precisely quantized yaw rate by a drive signal to a secondary excitation device, the preferably with the secondary detection device is identical, allows on the one hand, an initial calibration of the rotation rate sensor under Use of two different simulated yaw rates completely without Use a turntable.

Weiterhin ermöglicht es die Simulierung einer genau quantifizierten Drehrate, dass eine In-Betrieb-Nachkalibrierung des Drehratensensors erfolgen kann, ohne dass der Drehratensensor ausgebaut werden muß, und ohne dass für den Drehratensensor beispielsweise gefordert werden muß, dass sich das Fahrzeug, in dem sich der Drehratensensor befindet, in einer definierten Situation befinden muß.Farther allows it is the simulation of an exactly quantified rate of turn that one In-operation recalibration of the rotation rate sensor can take place, without the rotation rate sensor must be removed, and without that for the rotation rate sensor, for example, must be required that the vehicle in which the yaw rate sensor is located in a defined situation.

Weiterhin ermöglicht es das erfindungsgemäße Simulieren einer genau quantifizierten Drehrate, dass auf die Aufzeichnung eines Temperaturgangs im Labor verzichtet werden kann, wenn eine primärseitige Regelung vorgesehen ist. Dann kann auf der Basis einer aufgrund der primärseitigen Regelung veränderten Antriebsfrequenz oder Antriebsamplitude die zu simulierende genau quantifizierte Drehrate nachgesteuert werden, dahingehend, dass bei der zu simulierenden Drehrate durch Auslenkung der Schwingeinrichtung in Sekundärrichtung die Ergebnisse der primärseitigen Regelung verwendet werden, um auch bei veränderten Temperaturbedingungen eine korrekte und definierte quantifizierte Drehrate zu simulieren und darauf aufbauend eine Kalibrierung des Drehratensensors vornehmen zu können.Farther allows it simulates the invention a precisely quantified rate of turn that on the record a temperature transition in the laboratory can be dispensed with, if one primary side Regulation is provided. Then, based on a due the primary side Regulation changed Drive frequency or drive amplitude to be simulated exactly nachgesteuert be quantified rotation rate, to the effect that at the rate of rotation to be simulated by deflection of the oscillating device in the secondary direction the results of the primary-side Control can be used even under changing temperature conditions to simulate a correct and defined quantified rate of turn and based on this, perform a calibration of the rotation rate sensor to be able to.

Zur Simulierung einer genau quantifizierten Drehrate des Drehratensensors wird der Drehratensensor erfindungsgemäß charakterisiert, indem auf die Schwingeinrichtung in Richtung der Primärbewegung eine erste Beschleunigung ausgeübt wird, und indem dann ein Kompensationssignal zum Kompensieren der Auslenkung aufgrund der ersten Beschleunigung ermittelt wird. Damit wird die Empfindlichkeit des Primärantriebs, also das Verhältnis der auf den Primärantrieb wirkenden Kraft, die gleich dem Produkt der Masse des Primärantriebs und der ersten Beschleunigung ist, zu dem an den Primärantrieb zu Kompensationszwecken anzulegenden elektrischen Signal ermittelt.To simulate a precisely quantized rate of rotation of the rotation rate sensor is the rotation rate sensor According to the invention characterized in that a first acceleration is exerted on the oscillating device in the direction of the primary movement, and then by a compensation signal for compensating the deflection due to the first acceleration is determined. Thus, the sensitivity of the prime mover, ie the ratio of the force acting on the primary drive force, which is equal to the product of the mass of the prime mover and the first acceleration, determined to be applied to the primary drive for compensation purposes electrical signal.

Entsprechend wird für die Sekundärerfassungseinrichtung bzw. den benötigten Sekundärantrieb vorgegangen, wobei der Sekundärantrieb typischerweise identisch zu der Sekundärerfassungseinrichtung sein wird, wobei dies insbesondere im elekt rostatischen Fall eines Kammantriebs als Sekundärerfassungseinrichtung so sein wird. Hierbei wird wiederum der Sekundärantrieb mit einer zweiten Beschleunigung in Richtung der Sekundärbewegung ausgelenkt, wobei diese Auslenkung dann durch Anlegen eines Signals an den Sekundärantrieb kompensiert wird, wobei das damit erhaltene Kompensationssignal wiederum dazu dient, um die Empfindlichkeit des Sekundärantriebs zu ermitteln. Die Empfindlichkeit des Sekundärantriebs ist wiederum das Verhältnis der Kraft, die auf den Sekundärantrieb wirkt und des Produkts aus der Masse des Sekundärschwingers und der zweiten Beschleunigung, wobei das an den Sekundärantrieb anzulegenden elektrische Signal zur Kompensation der erzeugten Auslenkung berücksichtigt wird.Corresponding is for the secondary detection device or the required secondary drive proceeded, the secondary drive will typically be identical to the secondary detection device, this being particularly the case in the electrostatic case of a comb drive as a secondary detection device will be like this. Here, in turn, the secondary drive with a second Acceleration deflected in the direction of the secondary movement, where this deflection then by applying a signal to the secondary drive is compensated, wherein the compensation signal thus obtained in turn serves to increase the sensitivity of the secondary drive to investigate. The sensitivity of the secondary drive is again relationship the force on the secondary drive acts and the product of the mass of the secondary oscillator and the second Acceleration, whereby the to be applied to the secondary drive electrical Signal taken into account to compensate for the generated deflection becomes.

Ferner wird der Drehratensensors dahingehend kalibriert, dass der Frequenzgang des Sekundärschwingers ermittelt wird, was ohne Einsatz eines Drehtisches dadurch geschieht, dass ein Antriebssignal mit verschiedenen Frequenzen angelegt wird und die Bewegung des Sekundärschwingers aufgrund des Antriebssignals vorzugsweise nach Betrag und Phase aufgezeichnet wird. Aus der Resonanzkurve ist dann ohne weiteres die Resonanzfrequenz der Schwingeinrichtung in Sekundärbewegung und vorzugsweise auch die Güte bzw. Dämpfung ermittelbar, welche als Frequenzganginformationen bereits genügen.Further the gyroscope sensor is calibrated so that the frequency response of the secondary vibrator determine what happens without using a turntable, that a drive signal with different frequencies is applied and the movement of the secondary oscillator due to the drive signal preferably in magnitude and phase is recorded. From the resonance curve is then easily the resonant frequency of the vibrating device in secondary motion and preferably also the quality or damping detectable, which already satisfy as frequency response information.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Schwingeinrichtung in Sekundärrichtung außerhalb der Resonanz betrieben, so dass in diesem Fall keine Frequenzganginformationen über die Schwingeinrichtung in Sekundärbewegungsrichtung benötigt werden. Wird die Schwingeinrichtung in Sekundärbewegungsrichtung jedoch ebenfalls in Resonanz oder sehr nah an der Resonanz betrieben, so wird vorzugsweise auch der Frequenzgang der Sekundäreinrichtung aufgezeichnet.at the preferred embodiment the oscillating device is outside in the secondary direction the resonance operated, so that in this case no frequency response information on the Oscillating device in the secondary movement direction needed become. If the oscillating device in the secondary movement direction, however, also operated in resonance or very close to the resonance, so is preferably also the frequency response of the secondary device recorded.

Auf der Basis der Kompensationssignale, der Frequenzganginformationen und des Zahlenwerts der zu simulierenden Drehrate ist dann erfindungsgemäß ein an die Sekundärantriebseinrichtung anzulegendes Amplitudensignal ermittelbar, das noch von der Amplitude des Anregungssignals und der Frequenz des Anregungssignals abhängt, und das, wenn es an die Sekundärantriebseinrichtung angelegt wird, zu einer Auslenkung der Schwingeinrichtung in Sekundärrichtung führt, die genau dieselbe ist, wie wenn kein Signal an die Sekundärerfassungseinrichtung angelegt werden würde, wenn jedoch statt der simulierten Drehrate eine echte Drehrate mit genau derselben Quantität vorhanden sein würde.On the basis of the compensation signals, the frequency response information and the numerical value of the rate of rotation to be simulated is then an according to the invention the secondary drive device to be applied amplitude signal determined, the still of the amplitude the excitation signal and the frequency of the excitation signal depends, and that when it comes to the secondary drive device is applied, to a deflection of the vibrating device in the secondary direction leads, which is exactly the same as when no signal to the secondary detector would be created if, however, instead of the simulated yaw rate a true yaw rate with exactly the same quantity would be available.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass zur initialen Kalibrierung eines Drehratensensors kein Drehtisch mehr benötigt wird. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass aufgrund der möglichen In-Betrieb-Nachkalibrierung keine kompletten Temperaturgänge vorab im Labor aufgezeichnet werden müssen.One Advantage of the present invention is that the initial Calibration of a rotation rate sensor no turntable is required. Another advantage of the present invention is that due to the possible In-service recalibration no complete temperature changes must be recorded in advance in the laboratory.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der Sensor im Betrieb nachkalibrierbar ist, so dass keine Plausibilitätsüberprüfung mehr erforderlich ist, und dass insbesondere Alterungssituationen individuell Rechnung getragen werden kann, was dazu führt, dass ein Sensor erst dann ausgetauscht werden muß, wenn er mechanisch zerstört ist, nicht jedoch, wenn er lediglich die Kalibrierung verloren hat.One Another advantage of the present invention is that the sensor can be recalibrated during operation, so that no more plausibility check is necessary, and that particular aging situations individually Can be taken into account, which causes a sensor only then must be exchanged, when he is mechanically destroyed is, but not if he just lost the calibration.

Erfindungsgemäß wird daher einerseits der Aufwand für die Endtests von aufgebauten Drehratensensoren durch die eigenständige Erst- bzw. initiale Kalibrierung ohne Einsatz eines Drehtisches reduziert. Andererseits wird durch die Realisierung einer vorzugsweise permanenten eigenständigen Kontrolle während des Sensorbetriebs und durch eine eigenständige Reka librierung ebenfalls während des Sensorbetriebs die Performance der Drehratensensoren, insbesondere die Drift der Sensorparameter Skalenfaktor und Nullpunkt, verbessert.Therefore, according to the invention on the one hand the effort for the final tests of built-up rotation rate sensors by the independent first or initial calibration reduced without using a turntable. On the other hand, the realization of a preferably permanent independent Control during the sensor operation and by a separate Reka librierung also while of the sensor operation, the performance of the rotation rate sensors, in particular the drift of the sensor parameters scale factor and zero point, improved.

Bei den Gesamtkosten der Drehratensensoren werden erfindungsgemäß die vergleichsweise hohen Kosten für das zeitintensive Testen sowie Kalibrieren reduziert. Insbesondere das sehr kostenintensive Testen der Sensoren über den gesamten Temperaturbereich wird in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Rekalibrierung hinfällig, die auf der Simulation einer genau quantifizierten Drehrate aufbaut. Ferner wird den stetig steigenden Anforderungen besonders an die Zuverlässigkeit sowie an die Leistungsparameter durch die Minimierung der größten Fehler bezüglich der Sensorstabilität bzw. Sensorgenauigkeit, welche durch das Driften des Skalenfaktors und des Nullpunkts entstehen, Rechnung getragen.In the total cost of rotation rate sensors, the comparatively high costs for the time-consuming testing and calibration are reduced according to the invention. In particular, the very costly testing of the sensors over the entire temperature range becomes obsolete in connection with the recalibration according to the invention, which builds on the simulation of a precisely quantized rotation rate. Furthermore, the steadily stei ing requirements for reliability and performance parameters by minimizing the largest errors in sensor stability or sensor accuracy caused by drifting of the scale factor and zero point.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der betrachtete Drehratensensor ein Drehratensensor mit orthogonal entkoppelten Schwingungen, also mit einer Primärschwingung, die von der Sekundärschwingung orthogonal entkoppelt ist, derart, dass die Schwingeinrichtung einen Primärschwinger und einen vom Primärschwinger getrennt und durch eine spezielle Kopplung verbundenen Sekundärschwinger umfaßt. Ferner wird es bevorzugt, den Primärschwinger linear anzuregen und eine lineare Sekundärbewegung zu erhalten, so dass die Charakterisierung des Drehratensensors und insbesondere der Primäranregungseinrichtung und der Sekundärerfassungseinrichtung mit linearen Beschleunigungen stattfinden kann. Insbesondere wird es dann bevorzugt, als lineare Beschleunigung sowohl zur Auslenkung des Primärantriebs als auch der Sekundärerfassung die Erdbeschleunigung zu verwenden, die überall vorhanden ist, und deren Wert insbesondere nahezu konstant ist. Damit muß zur Charakterisierung des Drehratensensors nicht einmal eine Beschleunigung erzeugt werden, sondern es kann die überall vorhandene Erdbeschleunigung als genau bekannte Referenz ausgenutzt werden. Dies wird dadurch erreicht, dass der Drehratensensor derart im Gravitationsfeld angeordnet wird, dass in einem ersten Schritt die Erdbeschleunigung eine Auslenkung der Schwingeinrichtung in Primärbewegung bewirkt, und dass in einem zweiten Kalibrationsschritt der Drehratensensor so bezüglich des Gravitationsfelds angeordnet wird, dass die Erdbeschleunigung eine Auslenkung der Schwingeinrichtung in Richtung der Sekundärbewegung bewirkt. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, dass keine Beschleunigungen erzeugt werden müssen. Lediglich die Kontrolle der Ausrichtung des Drehratensensors im Gravitationsfeld also beispielsweise unter Verwendung einer einfachen Wasserwaageneinrichtung oder eines Pendels etc. ist erforderlich, um ein ausreichend genaues Kompensationssignal ermitteln zu können.at a preferred embodiment In the present invention, the rotational rate sensor under consideration is one Rotation rate sensor with orthogonal decoupled oscillations, ie with a primary vibration, that of the secondary vibration is orthogonally decoupled, such that the vibrating means a primary oscillator and one from the primary transducer separated and connected by a special coupling secondary oscillator includes. Furthermore, it is preferred to excite the primary oscillator linearly and a linear secondary movement to obtain, so that the characterization of the rotation rate sensor and in particular the primary excitation device and the secondary detection device can take place with linear accelerations. In particular, will it then prefers, as a linear acceleration both to the deflection of the prime mover as well as secondary education to use the gravitational acceleration that exists everywhere, and whose Value is in particular almost constant. This must be used to characterize the Rotation rate sensor does not even generate an acceleration, but it can be anywhere existing gravitational acceleration exploited as a well-known reference become. This is achieved in that the rotation rate sensor such arranged in the gravitational field that in a first step the gravitational acceleration a deflection of the vibrating device in primary movement causes, and that in a second calibration step of the rotation rate sensor so concerning of the gravitational field is arranged that the gravitational acceleration a deflection of the oscillating device in the direction of the secondary movement causes. It is particularly advantageous that no accelerations must be generated. Only the control of the orientation of the rotation rate sensor in Gravitational field so for example using a simple Spirit level device or a pendulum etc. is required to be able to determine a sufficiently accurate compensation signal.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen:preferred embodiments The present invention will be described below with reference to FIG the accompanying drawings explained in detail. Show it:

1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Charakterisieren eines Drehratensensors; 1 a block diagram of the inventive device for characterizing a rotation rate sensor;

2 eine Vorrichtung zum Simulieren einer Drehrate in einem in 2 ebenfalls gezeigten Drehratensensor; 2 a device for simulating a rate of rotation in an in 2 also shown rotation rate sensor;

3 eine Vorrichtung zum initialen Kalibrieren eines Drehratensensors; 3 a device for initially calibrating a rotation rate sensor;

4 eine Vorrichtung zum In-Betrieb-Nachkalibrierung eines Drehratensensors; 4 a device for in-operation recalibration of a rotation rate sensor;

5 eine Draufsicht auf einen bekannten Drehratensensor mit orthogonal entkoppelten Schwingungsmoden in Primär- und Sekundärrichtung; 5 a plan view of a known rotation rate sensor with orthogonal decoupled vibration modes in the primary and secondary directions;

6 ein Spannungs/Drehraten-Diagramm zur Erläuterung der In-Betrieb-Nachkalibrierung; 6 a voltage / rotation rate diagram for explaining the in-service recalibration;

7 ein Spannungs/Drehraten-Diagramm zur Erläuterung der Kalibrierung des Nullpunkts im Betrieb des Drehratensensors; und 7 a voltage / rotation rate diagram for explaining the calibration of the zero point in the operation of the rotation rate sensor; and

8 eine detaillierte Darstellung einer Ansteuer- bzw. Ausleseelektronik gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 8th a detailed representation of a drive or readout electronics according to a preferred embodiment of the present invention.

Nachfolgend wird Bezug nehmend auf 2 allgemein ein Drehratensensor dargestellt, der zunächst erfindungsgemäß charakterisiert wird, um dann eine Drehrate zu simulieren, die z. B. für die initiale Kalibrierung des Sensors oder für die In-Betrieb-Nachkalibrierung des Sensors verwendet werden kann. Der Drehratensensor umfaßt allgemein eine Schwingeinrichtung 100, die je nach Ausführungsform eine einzige schwingungsfähige Masse oder, wie es anhand von 5 dargestellt worden ist, einen Primärschwinger und einen Sekundärschwinger oder eine beliebige Anzahl von Primär- und Sekundärschwingern umfassen kann. Allgemein ist die Schwingeinrichtung 100 aufgehängt, um zum einen eine Primärbewegung 102 beispielsweise in x-Richtung ausführen zu können, und um eine Sekundärbewegung 104 z. B. in y-Richtung ausführen zu können. Die Primärbewegung 102 wird durch eine Primäranregungseinrichtung 106 erreicht, die allgemein ausgebildet ist, um ein Eingangssignal 107 mit einer Amplitude Ux 107a und einer Frequenz ω 107b in eine Bewegung der Schwingeinrichtung 100 in Primärrichtung 102 umzusetzen.Subsequently, reference will be made to 2 generally shown a rotation rate sensor, which is first characterized according to the invention, and then to simulate a rotation rate, the z. B. can be used for initial calibration of the sensor or for in-service recalibration of the sensor. The rotation rate sensor generally comprises a swinging device 100 which, depending on the embodiment, a single oscillatory mass or, as it is based on 5 may comprise a primary oscillator and a secondary oscillator or any number of primary and secondary oscillators. General is the vibrating device 100 hung, on the one hand a primary movement 102 For example, to be able to perform in the x-direction, and to a secondary movement 104 z. B. to execute in the y direction. The primary movement 102 is by a primary excitation device 106 achieved, which is generally designed to be an input signal 107 with an amplitude Ux 107a and a frequency ω 107b in a move tion of the vibrating device 100 in the primary direction 102 implement.

Der Drehratensensor umfaßt ferner eine Sekundäreinrichtung 108, die je nach Ausführungsform unterteilt sein kann in eine Sekundärerfassungseinrichtung 108a und eine Sekundäranregungseinrichtung 108b, die jedoch auch auf denselben physikalischen Elementen basieren kann. So genügt es typischerweise, eine einzige Elektrodenstruktur sekundärseitig anzuordnen, durch die sowohl eine Sekundärbewegung gemessen als auch eine Sekundärbewegung anregbar ist. In diesem Fall würden die Elemente 108a und 108b in eine einzige Einrichtung 108 verschmelzen. Genauso verhält es sich für die Primäranregungseinrichtung 106, die ebenfalls in eine tatsächliche Anregungseinrichtung und eine primärseitige Erfassungseinrichtung aufgeteilt sein kann. Es kann jedoch auch z. B. ein gemeinsamer Comb-Drive, also eine Anordnung mit ineinander greifenden Elektroden verwendet werden, um sowohl die Schwingeinrichtung 100 in Primärrichtung 102 anzuregen als auch die Bewegung der Schwingeinrichtung 100 in Primärbewegungsrichtung 102 zu erfassen.The rotation rate sensor further comprises a secondary device 108 which, depending on the embodiment, may be subdivided into a secondary detection device 108a and a secondary excitation device 108b which, however, can also be based on the same physical elements. Thus, it is typically sufficient to arrange a single electrode structure on the secondary side, by means of which both a secondary movement is measured and a secondary movement can be excited. In this case, the elements would 108a and 108b in a single institution 108 merge. The same is true for the primary excitation device 106 which may also be divided into an actual exciter and a primary-side detector. However, it can also be z. B. a common Comb-Drive, so an arrangement with interdigitated electrodes are used to both the vibrating device 100 in the primary direction 102 stimulate as well as the movement of the vibrating device 100 in primary movement direction 102 capture.

Die Sekundärerfassungseinrichtung 108 ist ausgebildet, um ein Signal V auszugeben, das bei einem normalen Drehratensensor proportional zu einer anliegenden Drehrate Ω ist. Die Sekundäranregungseinrichtung 108b ist im Hinblick auf die mechanische Ausgestaltung analog zur Primäranregungseinrichtung 106 ausgebildet, um ein Sekundäranregungssignal 109, das wieder eine Sekundäranregungsamplitude Uy 109a und eine Sekundäranregungsfrequenz ω 109b umfaßt, in eine Sekundärbewegung y der Schwingeinrichtung 100 umzusetzen. Das Element 106 in 2 würde den Elektroden 508, 510 in 5 entsprechen, während das Element 108 in 2 einerseits den Elektroden 550, 552 oder den Elektroden 514, 516 von 5 entsprechen würde.The secondary detection device 108 is configured to output a signal V, which is proportional to an applied rotation rate Ω in a normal rotation rate sensor. The secondary excitation device 108b is analogous to the primary excitation device with regard to the mechanical design 106 trained to receive a secondary excitation signal 109 , which again has a secondary excitation amplitude Uy 109a and a secondary excitation frequency ω 109b comprises, in a secondary movement y of the vibrating device 100 implement. The element 106 in 2 would the electrodes 508 . 510 in 5 match while the item 108 in 2 on the one hand the electrodes 550 . 552 or the electrodes 514 . 516 from 5 would correspond.

Der in 2 gezeigte Drehratensensor umfaßt eine Einrichtung 20 zum Erzeugen des Sekundäranregungssignals 109, also der Sekundäranregungsamplitude Uy 109a und der Sekundäranregungsfrequenz ω 109b (= Antriebsfrequenz ωantrieb), wobei die Einrichtung 20 ausgebildet ist, um als Eingangsgrößen für das Erzeugen des Sekundäranregungssignals 109 die zu simulierende Drehrate Ωsi muliert 21, Frequenzganginformationen der Primäranregungseinrichtung 22 sowie Kompensationssignale 23 zu erhalten. Während die zu simulierende Drehrate Ωsimuliert 21 von außen eingegeben wird, werden die Frequenzganginformationen 22 und die Kompensationssignale 23 von einer Einrichtung 24 zum Bereitstellen dieser Informationen geliefert. Die Einrichtung 24 kann entweder on-line die Informationen 22, 23 liefern, wie später Bezug nehmend auf 1 dargestellt wird. Alternativ kann die Einrichtung 24 zum Bereitstellen auch als Speicher ausgebildet sein, um die Frequenzganginformationen 22 sowie die Kompensationssignale 23 bei Bedarf aus einem Speicher auszulesen, der irgendwann einmal, nämlich als der Drehratensensor 100, 106, 108 die Fabrik verlassen hat, beschrieben worden ist. Die Einrichtung 24 zum Bereitstellen kann ferner ausgebildet sein, um lediglich eine Eingabefunktion zu liefern, derart, dass ein Betreiber des Drehratensensors die von ihm während der Charakterisierung des Drehratensensors, wie sie später Bezug nehmend auf 1 dargestellt wird, ermittelten Frequenzganginformationen 22 und Kompensationssignale 23 zu erhalten.The in 2 Yaw rate sensor shown comprises means 20 for generating the secondary excitation signal 109 , ie the secondary excitation amplitude U y 109a and the secondary excitation frequency ω 109b (= Drive frequency ω drive ), the device 20 is designed to be used as input to generate the secondary excitation signal 109 simulates the rate of rotation Ω si simulated 21 , Frequency response information of the primary excitation device 22 and compensation signals 23 to obtain. While simulating to be simulated rotation rate Ω 21 is input from the outside, the frequency response information 22 and the compensation signals 23 from a facility 24 to provide this information. The device 24 can either on-line the information 22 . 23 deliver as discussed later 1 is pictured. Alternatively, the device 24 for providing also be designed as a memory to the frequency response information 22 and the compensation signals 23 if necessary read from a memory at some point, namely as the rotation rate sensor 100 . 106 . 108 leaving the factory has been described. The device 24 for providing may further be configured to provide only an input function such that an operator of the yaw rate sensor senses that it is during characterization of the yaw rate sensor, as will be described later 1 is presented, frequency response information determined 22 and compensation signals 23 to obtain.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass das Signal V, das von der Sekundärerfassungseinrichtung 108 ausgegeben wird, in dem Fall, in dem eine äußere Drehrate Ω 101 anliegt, proportional zu der anliegenden, also gemessenen Drehrate Ωgemessen ist. Liegt keine Drehrate an, sondern wird lediglich eine Drehrate durch das Sekundäranregungssignal 109 simuliert, so „misst" die Sekundärerfassungseinrichtung 108 diese simulierte Drehrate Ωsimuliert und gibt ein Signal V aus, das proportional zu der simulierten Drehrate Ωsimuliert ist.It should be noted at this point that the signal V received from the secondary detection device 108 is output, in the case where an outer yaw rate Ω 101 is applied, proportional to the applied, ie measured yaw rate Ω is measured . If there is no yaw rate, but only a yaw rate by the secondary excitation signal 109 simulated, so "measures" the secondary detection device 108 This simulated rotation rate Ω simulated and outputs a signal V out which is proportional to the simulated simulated rotation rate Ω.

Zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend das Charakterisierungsprinzip allgemein erläutert, bevor dann auf 1 detailliert eingegangen wird. Das „Simulieren" einer Drehrate basiert darauf, der inertialen Masse, also der Schwingeinrichtung bzw. dem Sekundärschwinger der Schwingeinrichtung bei orthogonal entkoppelten Schwingungsmoden eine Kraft FE einzuprägen, die der Coriolis-Kraft entspricht, d. h. eine Kraft einzuprägen, die proportional zur Primärbewegung ist und eine Sekundärbewegung und damit ein Ausgangssignal V generiert, das den gleichen Wert hat, wie wenn keine Kraft auf die inertiale Masse in Richtung der Sekundärbewegung eingeprägt werden würde, sondern eine äußere Drehrate wirken würde, deren Wert gleich der simulierten Drehrate Ωsimuliert ist.To illustrate the present invention, the characterization principle is explained in general, before then on 1 will be discussed in detail. The "simulating" a rate of rotation based on the inertial mass, so the vibrating device or the secondary oscillator of the vibrating device with orthogonal decoupled vibration modes to impress a force F E corresponding to the Coriolis force, ie inculcate a force that is proportional to the primary movement and a secondary movement and thus an output signal V generated which has the same value as when no force would be imprinted on the inertial mass in the direction of the secondary movement, but would act an external rate of rotation, the value of which is equal to the simulated rotation rate Ω is simulated.

Das physikalische Prinzip der einzuprägenden Kraft FE ist beliebig. Nachfolgend wird jedoch Bezug nehmend auf den speziellen entkoppelten Drehratensensor von 5 bzw. auf den allgemeinen Drehratensensor von 2 eine Krafteinprägung mittels eines elektrostatischen Feldes durch Anlegen einer Wechselspannung an die Detektionselektroden des Sekundärschwingers dargestellt. Anhand der bekannten Größen der eingeprägten Kraft wird erfindungsgemäß die Coriolis-Kraft nachgebildet, und wird erfindungsgemäß eine Drehrate nachgebildet bzw. simuliert.The physical principle of the force F E to be impressed is arbitrary. However, reference will now be made to the specific decoupled yaw rate sensor of FIG 5 or to the general rotation rate sensor of 2 a force impression by means of an electrostatic field by applying an AC voltage to the detection electrodes of the secondary oscillator shown. Based on the known magnitudes of the impressed force, the Coriolis force is reproduced according to the invention, and according to the invention a rate of rotation is simulated or simulated.

Die vorliegende Erfindung ist dahingehend vorteilhaft, dass eine Drehrate ohne Geometriedaten des Drehratensensors simuliert werden kann, da sämtliche Geometrieabhängigkeiten des Drehratensensors aufgrund der Kompensationssignale und des Frequenzgangs in meßbare Signale bzw. berechenbare Größen „transformiert" werden. Dies betrifft insbesondere lokal auf dem Wafer bzw. dem Chip variierende Geometrieparameter wie beispielsweise die sogenannte Trenchverbreiterung, die Variation der Höhe der Siliziumschicht und die Variation des Abstands zwischen Substrat und Sensorstruktur. Diese Größen haben direkten Einfluss auf die Leistungsparameter der einzelnen Sensoren bzw. Sensorchips. Erfindungsgemäß wird zur Optimierung der Genauigkeit der nachgebildeten Drehrate die Chip- bzw. Sensor-spezifische Nachbildung der definierten und genau quantifizierten Drehrate unabhängig von den technologischen Prozesstoleranzen durchgeführt, so dass einerseits eine eigenständige initiale Kalibrierung mittels Krafteinprägung und andererseits eine In-Betrieb-Nachkalibrierung ebenfalls mittels Krafteinprägung, also durch Simulation einer Drehrate erhalten wird.The The present invention is advantageous in that a rate of rotation can be simulated without geometry data of the rotation rate sensor, there all geometry dependencies the rotation rate sensor due to the compensation signals and the frequency response in measurable Signals or calculable quantities are "transformed." This concerns in particular locally on the wafer or the chip varying geometry parameters such as the so-called trench broadening, the variation the height the silicon layer and the variation of the distance between substrate and sensor structure. These sizes have direct influence on the performance parameters of the individual sensors or sensor chips. According to the invention is for Optimization of the accuracy of the simulated yaw rate of the chip or sensor-specific Replica of the defined and exactly quantized rate of turn independent of carried out the technological process tolerances, so that on the one hand a independent initial calibration by force impression and on the other hand a In-operation recalibration also by force impression, ie is obtained by simulating a rate of rotation.

Zur Nachbildung der Drehrate unabhängig von technologischen Toleranzen wird vorzugsweise eine elektrostatische Kraft (das „Ausgangssignal" des Blocks 108b in 2) zur Generierung der simulierten oder Pseudo-Drehrate verwendet. Ferner wird es bevorzugt, die Erdbeschleunigung als Referenz einzusetzen, sowie eine spezielle digitale Auswertung zur individuellen Charakterisierung der Bewegungsmoden bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einzusetzen.To replicate the rate of rotation independent of technological tolerances, preferably an electrostatic force (the "output" of the block 108b in 2 ) is used to generate the simulated or pseudo-rotation rate. Furthermore, it is preferred to use the acceleration of gravity as a reference, as well as to use a special digital evaluation for the individual characterization of the motion modes in a preferred embodiment.

Allgemein gilt mit der auf den Primärschwinger eingeprägten Geschwindigkeit ν und der Drehrate Ω für die auf die inertiale Masse ms (Masse des Sekundärschwingers) wirkende Coriolis-Kraft FC folgender Zusammenhang: F →C = –2ms·ν → × Ω bzw. FC = –2ms·ν·Ω Generally, with the velocity ν impressed on the primary oscillator and the rotational rate Ω for the Coriolis force F C acting on the inertial mass m s (mass of the secondary oscillator), the following relationship applies: F → C = -2m s · Ν → × Ω or F C = -2m s · Ν · Ω

Die vorstehende Gleichung gilt für senkrecht aufeinanderstehende Bewegungsachsen. Die eingeprägte Geschwindigkeit ν ent spricht der zeitlichen Ableitung der sinusförmigen Antriebs- bzw. Primärbewegung des Sensors und kann mit der Amplitude x0 sowie der Phase φp der Primärschwingung und der Antriebsfrequenz ω durch folgende Gleichung dargestellt werden: ν(t) = x .(t) = –x0·ω·sin(ωt – φp) The above equation applies to mutually perpendicular axes of motion. The impressed velocity ν ent is the time derivative of the sinusoidal drive or primary movement of the sensor and can be represented by the amplitude x 0 and the phase φ p of the primary vibration and the drive frequency ω by the following equation: ν (t) = x. (t) = -x 0 · Ω · sin (ωt - φ p )

In der vorstehenden Gleichung wird die Amplitude x0 der Primärschwingung folgendermaßen dargestellt, wobei ωp die Antriebsfrequenz ist:

Figure 00220001
In the above equation, the amplitude x 0 of the primary vibration is represented as follows, where ω p is the driving frequency:
Figure 00220001

Die Phase φp der Primärschwingung lautet dabei folgendermaßen:

Figure 00220002
The phase φ p of the primary vibration is as follows:
Figure 00220002

In den vorstehenden Gleichungen steht FCD0 für die Amplitude der sinusförmigen Antriebskraft auf den Primärschwinger. mp gibt die Masse des Primärschwingers an, während βp die Dämpfung der Primärbewegung darstellt.In the above equations, F CD0 stands for the amplitude of the sinusoidal driving force on the primary oscillator. m p indicates the mass of the primary oscillator, while β p represents the attenuation of the primary motion.

Erfindungsgemäß wird für die Primärschwingung und, wenn es benötigt wird, auch für die Sekundärschwingung der frequenzabhängige Amplituden- sowie Phasenverlauf „messtechnisch" exakt ermittelt. Daraus werden dann weitere, den Sensor charakterisierende Frequenzgangparameter, wie die Dämpfung bzw. Güte berechnet, und insbesondere auch die Resonanzfrequenz der Schwingeinrichtung in Primärbewegungsrichtung. Hierzu ist eine Steuereinrichtung beispielsweise innerhalb eines digitalen Signalprozessors, vorgesehen, um verschiedene Anregungsfrequenzen durchzufahren und an der Primäranregungseinrichtung 106 die Reaktion des Primärschwingers auf die entsprechende Anregung zu erfassen. So wird es bevorzugt, zu einem ersten Zeitpunkt eine Primärschwingung mit einer bestimmten Amplitude und einer bestimmten Primärfrequenz einzuprägen und die Primärbewegung aufgrund des eingeprägten Signals zu messen. Zu einem anderen Zeitpunkt wird dann vorzugsweise eine Primärschwingung mit der vorbestimmten Amplitude und einer anderen Frequenz eingeprägt, und es wird wiederum die Auslenkung des Primärschwingers aufgrund dieser Anregung gemessen. Wird dieses Prozedere für mehrere Frequenzen wiederholt, wobei eine Antriebsfrequenz vor der Resonanz des Primärschwingers liegt und eine andere Frequenz nach der Resonanz des Primärschwingers liegt, so ergeben sich mehrere Antriebsfrequenz/Reaktions-Wertepaare, die wenn sie aufsteigend mit der Frequenz aufgezeichnet werden, die Resonanzkurve bzw. Resonanzüberhöhungskurve des Primärschwingers angeben. Aus der Resonanzüberhöhungskurve kann durch beliebige Maßnahmen die Resonanzfrequenz des Primärschwingers abgeleitet werden. Die Resonanzfrequenz des Primärschwingers ist die Anregungsfrequenz, bei der aufgrund der vorbestimmten eingeprägten Amplitude eine maximale Reaktion des Primärschwingers stattfindet. Die Güte ist aus der 3 dB-Bandbreite der Resonanzüberhöhungskurve ableitbar. Dasselbe trifft für die Dämpfung zu, die, wie es in der Technik bekannt ist, mit der Güte verkoppelt ist.According to the invention, the frequency-dependent amplitude and phase characteristic are determined precisely for the primary oscillation and, if required, for the secondary oscillation, from which further frequency response parameters characterizing the sensor, such as the attenuation or quality, and in particular also the For this purpose, a control device, for example within a digital signal processor, is provided in order to drive through different excitation frequencies and to the primary excitation device 106 to detect the reaction of the primary vibrator to the corresponding stimulus. Thus, it is preferred to impress a primary oscillation having a specific amplitude and a specific primary frequency at a first point in time and to measure the primary movement on the basis of the impressed signal. At a different time, a primary oscillation having the predetermined amplitude and a different frequency is then impressed, and in turn the deflection of the primary oscillator due to this excitation is measured. If this procedure is repeated for several frequencies, with one drive frequency before the resonance of the primary vibrator and another frequency after the resonance of the primary schwinger, there are several drive frequency / response value pairs which, when recorded in ascending order with the frequency, indicate the resonance curve or resonance peaking curve of the primary oscillator. From the resonance peaking curve, the resonance frequency of the primary vibrator can be derived by any measures. The resonant frequency of the primary oscillator is the excitation frequency at which a maximum reaction of the primary oscillator occurs due to the predetermined impressed amplitude. The quality can be derived from the 3 dB bandwidth of the resonance peak curve. The same applies to the damping which, as is known in the art, is coupled with the quality.

Analog kann für den Sekundärschwinger vorgegangen werden, wenn auch die Resonanzüberhöhungskurve des Sekundärschwingers benötigt wird. Typischerweise wird es jedoch bevorzugt, Drehratensensoren mit entkoppelten Schwingungsmoden derart zu betreiben, dass sich die Resonanzfrequenz des Sekundärschwingers in der Sekundärbewegungsrichtung von der Resonanzfrequenz des Primärschwingers in Primärbewegungsrichtung unter scheidet. In diesem Fall wird der Frequenzgang des Sekundärschwingers nicht benötigt, da der Sekundärschwinger in Sekundärbewegungsrichtung außerhalb der Resonanz betrieben wird und somit keine Resonanzüberhöhung auftritt. Wird auch der Primärschwinger nicht in Resonanz betrieben, so sind die Frequenzganginformationen derart, dass angezeigt wird, dass der Primärschwinger außerhalb der Resonanz betrieben wird. Aufgrund der wesentlich erhöhten Empfindlichkeit wird es jedoch bevorzugt, den Primärschwinger in Resonanz zu betreiben und insbesondere den Punkt der maximalen Amplitude, also die Frequenz der Anregungsschwingung mit einer Phasenregelung derart nachzuführen, dass auch bei veränderten Temperaturbedingungen der Primärschwinger immer in Resonanz bzw. in einer definierten Bandbreite um die Resonanz herum betrieben wird.Analogous can for the secondary oscillator be proceeded, although the resonant overshoot curve of the secondary oscillator needed becomes. Typically, however, it is preferred to have yaw rate sensors operate with decoupled vibration modes such that the resonance frequency of the secondary oscillator in the secondary movement direction from the resonant frequency of the primary oscillator in the primary direction of motion differentiates. In this case, the frequency response of the secondary oscillator not required, since the secondary oscillator in secondary movement direction outside the resonance is operated and thus no resonance peak occurs. Will also be the primary vibrator not resonated, so are the frequency response information such that it indicates that the primary vibrator is outside the resonance is operated. Due to the significantly increased sensitivity However, it is preferred to operate the primary oscillator in resonance and in particular the point of maximum amplitude, that is the frequency nachzuführung the excitation oscillation with a phase control such that even with changed temperature conditions the primary oscillator always in resonance or in a defined bandwidth around the resonance is operated around.

Sowohl für den Primärschwinger als auch für den Sekundärschwinger werden die Informationen über Amplitude und Phase des Primär- bzw. Sekundärschwingers vorzugsweise mittels einer I/Q-Demodulation im digitalen Signalprozessor realisiert. Basierend auf den messtechnischen Bestimmungen des Amplituden- und Phasenverlaufs der Oszillatoren können dann die weiteren erforderlichen Parameter, wie Resonanzfrequenz, Güte und Dämpfung extrahiert werden.Either for the primary oscillator as well as for the secondary oscillator be the information about amplitude and phase of the primary or secondary vibrator preferably by means of an I / Q demodulation in the digital signal processor realized. Based on the metrological determinations of the amplitude and phase of the oscillators can then the other required Parameters such as resonance frequency, quality and attenuation are extracted.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Aufnahme der sogenannten Frequenzgänge, also die Erfassung der Frequenzinformationen für jeden Sensor einzeln erfolgt, somit Chip- und Sensorspezifisch ist und damit unabhängig von den technologischen Prozesstoleranzen ist. Dies ist der Fall, da sich die technologischen Prozesstoleranzen in dem Frequenzgang des Primärschwingers gewissermaßen niederschlagen und in den Informationen über Resonanzfrequenz, Güte bzw. Dämpfung, also in den Frequenzganginformationen enthalten sind. Unter Berücksichtigung der Resonanzparameter wird die Coriolis-Kraft folgendermaßen dargestellt:

Figure 00250001
It should be noted that the inclusion of the so-called frequency responses, ie the detection of the frequency information for each sensor is done individually, thus chip and sensor specific and thus is independent of the technological process tolerances. This is the case, since the technological process tolerances in the frequency response of the primary oscillator reflected in a sense and are contained in the information about resonant frequency, quality or attenuation, ie in the frequency response information. Taking into account the resonance parameters, the Coriolis force is represented as follows:
Figure 00250001

Die vorstehende Gleichung enthält im Nenner die Resonanzinformationen im Hinblick auf die Resonanzfrequenz des Primärschwingers ωp sowie die Dämpfung des Primärschwingers βp. Die vorstehende Gleichung enthält jedoch noch geometrieabhängige Größen in Form der Massen mp sowie ms (Masse des Primärschwingers mp und Masse des Sekundärschwingers ms) und der Amplitude FCD0 der Antriebskraft des Primärschwingers.The above equation contains in the denominator the resonance information with regard to the resonant frequency of the primary oscillator ω p as well as the attenuation of the primary oscillator β p . The above equation, however, still contains geometry-dependent quantities in the form of the masses mp and m s (mass of the primary oscillator m p and mass of the secondary oscillator m s ) and the amplitude F CD0 of the driving force of the primary oscillator.

Die Amplitude der Antriebskraft FCD0 wird gemäß folgender Gleichung mit der Amplitude des Antriebssignals, also 107a in 2 in Beziehung gesetzt: FCD0 = Kx·U2x The amplitude of the driving force F CD0 is calculated according to the following equation with the amplitude of the drive signal , ie 107a in 2 related: F CD0 = K x · U 2 x

Die Konstante Kx repräsentiert die Geometrie beispielsweise des Kammantriebs, wenn eine elektrostatische Anregung in Form eines Comb-Drives eingesetzt wird. Die Konstante Kx berücksichtigt also die wirkenden homogenen als auch inhomogenen elektrischen Felder des Kammantriebs. So kann bei bekannten Kx die reale Antriebskraft ermittelt und eingestellt werden. Es sei darauf hingewiesen, dass eine ähnliche Konstante Kx selbstverständlich für beliebige andere Anregungen, also beispielsweise piezoelektrische, induktive etc. Anregungen definiert werden kann, die allgemein einen Zusammenhang zwischen der Antriebskraft FCD0 und der Anregungssignalamplitude Ux angeben. In einem solchen Fall muß das Signal Ux in dieser Gleichung nicht immer quadratisch auftreten, sondern kann auch linear oder kubisch etc. auftreten. Ferner sei darauf hingewiesen, dass das Antriebssignal, obgleich nachfolgend von Spannungen gesprochen wird, nicht unbedingt eine Spannung sein muß, sondern dass das Antriebssignal auch ein Strom oder eine andere anlegbare Größe ist, die durch eine Amplitude 107a und eine Frequenz 107b in 2 repräsentierbar ist.The constant K x represents the geometry of the comb drive, for example, when electrostatic excitation in the form of a comb drive is used. The constant K x thus takes into account the acting homogeneous as well as inhomogeneous electric fields of the comb drive. Thus, in known K x, the real driving force can be determined and adjusted. It should be noted that a similar constant K x can, of course, be defined for any other excitations, for example piezoelectric, inductive etc. excitations, which generally indicate a relationship between the drive force F CD0 and the excitation signal amplitude U x . In such a case, the signal U x in this equation does not always have to be square, but may also occur linear or cubic, etc. It should also be noted that, although the term "voltage" is used below, the drive signal does not necessarily have to be a voltage, but that the drive signal is also a current or other applicable quantity that is represented by an amplitude 107a and a frequency 107b in 2 is representable.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die geometrieabhängige Konstante Kx unter Verwendung der Erdbeschleunigung als Referenz bestimmt. Dies wird dadurch erreicht, dass der Drehratensensor während der Charakterisierung desselben so gekippt wird, dass auf den Primärschwinger, d. h. die gesamte bewegliche Masse, die einfache Erdbeschleunigung wirkt. Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel, bei dem eine Primärbewegung in x-Richtung angesetzt wird, wird der Drehratensensor daher so gekippt, dass die Primärbewegungsrichtung 102 parallel zum Gravitationsfeld der Erde ist. Damit hat die Gravitationskraft der Erde, also die Kraft, die aus dem Produkt der Masse des Primärschwingers und der Erdbeschleunigung resultiert, eine Auslenkung der Schwingeinrichtung in Primärrichtung zur Folge. Diese statische Auslenkung wird detektiert (V1xg) bzw. durch Anlegen einer zur einfachen Erdbeschleunigung äquivalenten, elektrischen Spannung Ux1g kompensiert bzw. geregelt. Es wird also eine Gleichspannung Ux an die Primäranregungseinrichtung angekoppelt, wobei der Wert dieser Gleichspannung so eingestellt wird, dass die Auslenkung der Schwingeinrichtung in Primärbewegungsrichtung x wieder im wesentlichen auf 0 gestellt wird. Der Wert der Kompensationsspannung, der abzulesen ist, wenn die Auslenkung aufgrund der Gravitation zu 0 gesetzt wird, ist gleich dem ersten Kompensationssignal Ux1g. Aus der Gleichwertigkeit der Antriebskraft bei einer angelegten Spannung von Ux1 g und der Gewichtskraft auf dem Primärschwinger lässt sich die Konstante Kx Sensor- bzw. Chipspezifisch folgendermaßen darstellen:

Figure 00270001
In a preferred embodiment of the present invention, the geometry dependent constant K x is determined using the gravitational acceleration as a reference. This is achieved by tilting the rotation rate sensor during its characterization in such a way that the simple gravitational acceleration acts on the primary oscillator, ie the entire moving mass. At the in 2 In the embodiment shown in which a primary movement in the x-direction is applied, the rotation rate sensor is therefore tilted so that the primary movement direction 102 is parallel to the gravitational field of the earth. Thus, the gravitational force of the earth, so the force that results from the product of the mass of the primary oscillator and the acceleration of gravity, a deflection of the vibrating device in the primary direction result. This static deflection is detected (V 1xg ) or compensated or regulated by applying an equivalent to the simple acceleration of gravity, electrical voltage U x1g . Thus, a DC voltage U x is coupled to the primary excitation device, wherein the value of this DC voltage is set so that the deflection of the oscillating device in the primary movement direction x is again set substantially to zero. The value of the compensation voltage to be read when the deflection due to gravity is set to 0 is equal to the first compensation signal U x1g . From the equivalence of the driving force at an applied voltage of U x1 g and the weight on the primary oscillator, the constant K x sensor or chip specific can be represented as follows:
Figure 00270001

In der obigen Gleichung stellt g die Erdbeschleunigung dar, die einen Wert von 9,81 N/m2 hat. Wird die obige Gleichung in die Gleichung für die Coriolis-Kraft eingesetzt, so ergibt sich folgender Zusammenhang:

Figure 00270002
In the above equation, g represents the gravitational acceleration which has a value of 9.81 N / m 2 . If the above equation is used in the equation for the Coriolis force, the following relationship results:
Figure 00270002

In der vorstehenden Gleichung ist lediglich die Masse des Sekundärschwingers ms vorhanden, die noch eine Geometrieabhängigkeit aufweist, also eine Größe ist, die nicht durch Messung bzw. Auswertung ohne weiteres bestimmbar ist.In the above equation, only the mass of the secondary oscillator m s is present, which still has a geometry dependency, that is to say a variable which can not be readily determined by measurement or evaluation.

Entsprechend der realen Antriebskraft kann auch die reale elektrostatische Kraft FE, also die auf die Detektionselektroden des Sekundärschwingers einzuprägende Kraft zur Generierung der Sekundärschwingung ohne Anwesenheit einer Drehrate allgemein als Funktion der Antriebsspannung Uy und einer Chip- bzw. Sensor-spezifischen Konstanten Ky dargestellt werden. Die einzuprägende Kraft FE stellt sich folgendermaßen dar: FE = FE0·sin (ω·t – φp)) Corresponding to the real driving force, the real electrostatic force F E , ie the force to be impressed on the secondary oscillator detection electrodes for generating the secondary oscillation without the presence of a yaw rate, can generally be represented as a function of the drive voltage U y and a chip or sensor-specific constant K y become. The force F E to be impressed is as follows: F e = F E0 · Sin (ω · t - φ p ))

Die Amplitude FE0 der vorstehenden Gleichung ergibt sich unter Verwendung der Sensor-spezifischen Konstante Ky folgendermaßen: FE0 = Ky·U2y The amplitude F E0 of the above equation is given using the sensor-specific constant K y as follows: F E0 = K y · U 2 y

Analog zu Kx repräsentiert Ky die Geometrie der Detektionselektroden und berücksichtigt sowohl wirkende homogene als auch inhomogene elektrische Felder. Entsprechend der beschriebenen Vorgehensweise zur Ermittlung von Kx erfolgt die Bestimmung von Ky folgendermaßen:

Figure 00280001
Analogously to K x , K y represents the geometry of the detection electrodes and takes into account both acting homogeneous and inhomogeneous electric fields. According to the described procedure for determining K x , the determination of K y is carried out as follows:
Figure 00280001

Hierbei ist Uy1g die Spannung äquivalent zur einfachen Erdbe schleunigung der inertialen Masse des Sekundärschwingers in Richtung der Sekundärschwingung. Uy1g wird wieder durch Kippen des Drehratensensors ermittelt, wobei der Drehratensensor nun jedoch orthogonal zu der vorherigen Kipprichtung gekippt wird, nämlich so, dass die Sekundärbewegungsrichtung 104 aus 2 parallel zur Gravitationskraft ist, so dass der Sekundärschwinger bzw. die Schwingeinrichtung 100 allgemein in Richtung der Sekundärbewegung ausgelenkt wird. Das zweite Kompensationssignal Ux1g ist nunmehr wiederum der Wert der von der Sekundäranregungseinrichtung 108b angelegten Gleichspan nung, die vonnöten ist, um die Auslenkung der Schwingeinrichtung 100 in Sekundärbewegungsrichtung 104 aufgrund der Erdbeschleunigung zu kompensieren, also auf 0 „zurückzubringen".In this case, U y1g is the voltage equivalent to the simple earth acceleration of the inertial mass of the secondary oscillator in the direction of the secondary vibration. U y1g is again determined by tilting the rotation rate sensor, but the rotation rate sensor is now tilted orthogonal to the previous tilting direction, namely so that the secondary movement direction 104 out 2 is parallel to the gravitational force, so that the secondary oscillator or the vibrating device 100 is generally deflected in the direction of the secondary movement. The second compensation signal U x1g is now again the value of that of the secondary excitation device 108b applied DC voltage, which is necessary to the deflection of the vibrating device 100 in secondary movement direction 104 due to the gravitational acceleration to compensate, so on 0 "bring back".

Aus der Gleichwertigkeit der Coriolis-Kraft und der einzuprägenden Kraft unter Berücksichtigung der Gleichungen für die Konstante Ky ergibt sich folgender Zusammenhang für eine nachzubildende Drehrate Ω:

Figure 00280002
From the equivalence of the Coriolis force and the force to be impressed, taking into account the equations for the constant K y , the following relationship results for a rate of rotation Ω to be simulated:
Figure 00280002

Wird ferner der Primärschwinger in Resonanz betrieben, was typischerweise bevorzugt wird, so vereinfacht sich die vorstehende Gleichung zu folgender Gleichung:

Figure 00290001
Further, when the primary oscillator is operated in resonance, which is typically preferred, the above equation simplifies to the following equation:
Figure 00290001

Die beiden vorstehenden Gleichungen liefern nunmehr den numerischen Zusammenhang zwischen einer einzuprägenden bzw. zu simulierenden Drehrate Ω und der Amplitude des Anregungssignals Ux (107a in 2) und der Amplitude des Sekundäranregungssignals Uy (109a von 2), so dass nunmehr bei einer zu simulierenden Drehrate Ω und bei einer bekannten Anregungssignalamplitude Ux sowie bei einer bekannten Anregungsfrequenz ω ohne weiteres die Amplitude des in Sekundäranregungseinrichtung 108b einzuspeisenden Signals 109a berechnet werden kann. Alternativ kann natürlich auch eine bestimmte Amplitude 109a in die Sekundäranregungseinrichtung 108b eingespeist werden, um dann eine Amplitude 107a des in die Primäranregungseinrichtung 106 eingespeisten Signals derart einzustellen, dass eine bestimmte Drehrate Ω simuliert wird. Sind Ω und Ux gegeben, so berechnet sich Uy so, wie es in einem Block 16 in 1 gleichungsmäßig dargestellt ist.The two preceding equations now provide the numerical relationship between a rotational rate Ω to be impressed or simulated and the amplitude of the excitation signal U x ( 107a in 2 ) and the amplitude of the secondary excitation signal U y ( 109a from 2 ), so that now at a to be simulated rotation rate Ω and at a known excitation signal amplitude U x and at a known excitation frequency ω readily the amplitude of the secondary excitation device 108b signal to be injected 109a can be calculated. Alternatively, of course, a certain amplitude 109a in the secondary excitation device 108b are fed, then an amplitude 107a in the primary excitation device 106 be adjusted fed signal such that a certain rotation rate Ω is simulated. If Ω and U x are given, then U y is calculated as it is in a block 16 in 1 Equation is shown.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Konzept zum Charakterisieren eines Drehratensensors mit einer Schwingeinrichtung 100, einer Primäranregungseinrichtung 106 zum Antreiben der Schwingeinrichtung zu einer Primärbewegung 102, einer Sekundärerfassungseinrichtung 108 zum Ausgeben eines Ausgangssignals V, das von einer Sekundärbewegung der Schwingeinrichtung aufgrund einer Drehrate des Drehratensensors um eine sensitive Achse abhängt, dargestellt.The concept according to the invention for characterizing a yaw-rate sensor with a vibrating device will be described below 100 , a primary excitation device 106 for driving the vibrating device to a primary movement 102 , a secondary detection device 108 for outputting an output signal V, which depends on a secondary movement of the oscillating device due to a rotation rate of the rotation rate sensor about a sensitive axis.

Im einzelnen umfaßt die Vorrichtung zum Charakterisieren eines Drehratensensors, wie sie in 1 dargestellt ist, eine Einrichtung 10 zum Ausüben einer ersten Beschleunigung auf die Schwingeinrichtung 100 in Richtung der Primärbewegung und einer zweiten Beschleunigung auf die Schwingeinrichtung in Richtung der Sekundärbewegung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung von 1 umfaßt ferner eine Einrichtung 12 zum Kompensieren der Auslenkungen in Primär- und Sekundärrichtung, wie es vorstehend dargestellt worden ist, um ein erstes Kompensationssignal Ux1 g 12a sowie ein zweites Kompensationssignal Uy1g 12b zu liefern. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Charakterisieren umfaßt ferner eine Einrichtung 14 zum Bereitstellen von Frequenzganginformationen für die Primärbewegung, wobei die Frequenzganginformationen vorzugsweise die Resonanzfrequenz ωp, die Dämpfung βp bzw. die Güte Qp der Schwingeinrichtung 100 in Primärbewegungsrichtung 102 umfassen.More specifically, the apparatus for characterizing a yaw rate sensor as shown in FIG 1 is shown, a device 10 for exerting a first acceleration on the oscillating device 100 in the direction of the primary movement and a second acceleration on the oscillating device in the direction of the secondary movement. The inventive device of 1 also includes a device 12 for compensating the deflections in the primary and secondary directions, as has been described above, by a first compensation signal U x1 g 12a and a second compensation signal U y1g 12b to deliver. The characterizing apparatus according to the invention further comprises a device 14 for providing frequency response information for the primary movement, wherein the frequency response information preferably the resonance frequency ω p , the attenuation β p and the quality Q p of the oscillating device 100 in primary movement direction 102 include.

Die durch die in 1 gezeigte Vorrichtung ermittelten Informationen über den Frequenzgang, die in 2 auch mit 22 bezeichnet sind sowie die beiden Kompensationssignale zur Charakterisierung der Empfindlichkeiten der Primäranregungseinrichtung und der Sekundärerfassungseinrichtung 12a, 12b erlauben es, gemäß dem in dem Block 16 gezeigten Zusammenhang eine beliebige numerische Drehrate zu simulieren, indem ein Signal 109, das gemäß dem Block 16 bestimmt ist, an die Sekundäranregungseinrichtung 108b die vorzugsweise identisch mit der Sekundärerfassungseinrichtung 108b ist, angelegt wird. Wird ein derartiges Sekundäranregungssignal 109 mit einer Sekundäranregungsamplitude 109a und einer Sekundäranregungsfrequenz 109b an die Sekundärerfassungseinrichtung 108 des Drehratensensors angelegt, so führt der Sekundärschwinger eine Bewegung aus, die identisch zu der Bewegung ist, die er ausführen würde, wenn kein Sekundäranregungssignal eingeprägt werden würde, wenn der Drehratensensor jedoch der Drehrate Ω 101 unterworfen wäre, deren Wert gleich dem in dem Block 16 von 1 angenommene Wert Ω ist. Selbstverständlich wird die Sekundärerfassungseinrichtung 108a von 2 ein entsprechendes Ausgangssignal V ausgeben, das gleich der simulierten Drehrate Ωs imuli ert ist, bzw. das gleich einer gemessenen Drehrate Ωgemessen wäre, wenn statt der simulierten Drehrate die entsprechende gemessene Drehrate tatsächlich vorhanden wäre.The through the in 1 The device shown information about the frequency response in 2 also with 22 and the two compensation signals for characterizing the sensitivities of the primary excitation device and the secondary acquisition device 12a . 12b allow it, according to the in the block 16 to simulate any numerical yaw rate shown by a signal 109 that according to the block 16 is determined to the secondary excitation device 108b preferably identical to the secondary detection device 108b is, is created. Will such a secondary excitation signal 109 with a secondary excitation amplitude 109a and a secondary excitation frequency 109b to the secondary detection device 108 applied to the rotation rate sensor, the secondary oscillator performs a movement that is identical to the movement that it would perform if no secondary excitation signal would be impressed, but the rotation rate sensor, the yaw rate Ω 101 whose value would be equal to that in the block 16 from 1 assumed value is Ω. Of course, the secondary detection device 108a from 2 output a corresponding output signal V, which is equal to the simulated rotation rate Ω s imuli ert , or would be measured equal to a measured rotation rate Ω, if instead of the simulated rotation rate, the corresponding measured rate of rotation would actually exist.

Zur Anregung der Sekundärerfassungseinrichtung in Richtung der Sekundärbewegung ist somit eine auf den Sensor wirkende Drehrate simulierbar, wobei eine Amplitude des Sekundäranregungssignals 109 zum Anregen der Schwingung der Schwingeinrichtung von einer Primäranregungsamplitude Ux, einer Primäranregungsfrequenz ω, dem ersten Kompensationssignal, dem zweiten Kompensationssignal, den Frequenzganginformationen und der zu simulierenden Drehrate Ωsimuliert abhängt.In order to excite the secondary detection device in the direction of the secondary movement, therefore, a rate of rotation acting on the sensor can be simulated, wherein an amplitude of the secondary excitation signal 109 for stimulating the oscillation of the oscillating device of a primary excitation amplitude U x , a primary excitation frequency ω, the first compensation signal, the second compensation signal, the frequency response information and the simulated rotation rate Ω simulated depends.

In Abweichung von dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, bei dem die Einrichtung zum Ausüben einer ersten und einer zweiten Beschleunigung (Einrichtung 10 in 1) ausgebildet ist, um den Drehratensensor lediglich entsprechend der Beschleunigung zu kippen, können auch, sofern entsprechende Vorrichtungen zur Verfügung stehen, von der Erdbeschleunigung abweichende lineare Beschleunigungen angelegt werden, was insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn die Erdbeschleunigung nicht ausreicht und z. B. größere Beschleunigungen benötigt werden, oder wenn die Erdbeschleunigung zu stark ist und kleinere Beschleunigungen benötigt werden.In contrast to the embodiment described above, wherein the means for applying a first and a second acceleration (means 10 in 1 ) is designed to tilt the rotation rate sensor only in accordance with the acceleration, can, if appropriate devices are available, deviating from the acceleration of gravity linear accelerations are applied, which is particularly advantageous if the acceleration due to gravity is insufficient and z. B. greater accelerations are needed, or if the acceleration due to gravity is too strong and smaller accelerations are needed.

Ist die Schwingeinrichtung 100 in eine rotatorische Primärbewegung versetzbar, so ist die Einrichtung 10 zum Ausüben einer Beschleunigung ausgebildet, um keine lineare Beschleunigung, sondern eine rotatorische Beschleunigung in Primärbewegungsrichtung bzw. in Sekundärbewegungsrichtung auf die Schwingeinrichtung 100 auszuüben, wenn die Schwingeinrichtung gleichzeitig eine rotatorische Sekundärbewegung ausführt. Eine rotatorische Beschleunigung kann z. B. dadurch erzielt werden, dass auf den Primär- bzw. Sekundärschwinger durch geeignete Manipulatoren eine definierte Torsionskraft ausgeübt wird, zu deren Kompensation dann wieder ein Kompensationssignal berechenbar ist.Is the vibrating device 100 displaceable in a rotational primary movement, so is the device 10 designed to exert an acceleration to no linear acceleration, but a rotational acceleration in the primary direction of movement or in the direction of secondary movement of the vibrating device 100 exercise, when the vibrating device simultaneously performs a rotational secondary movement. A rotational acceleration can z. B. be achieved by applying a defined torsional force to the primary or secondary oscillator by suitable manipulators, then a compensation signal is again calculable for the compensation.

Es sei ferner darauf hingewiesen, dass die auf den Primärschwinger und den Sekundärschwinger ausgeübten Beschleunigungen nicht unbedingt identisch sein müssen. Sind sie identisch, so kürzen sie sich aus dem Ausdruck für die Drehrate Ω heraus. Sind sie nicht identisch, so bleiben sie in dem Ausdruck für Ω erhalten. In diesem Fall, wenn die Beschleunigungen nicht identisch sind, ist es vorteilhaft, die einzelnen Werte zu kennen. Die Gleichung für Ω ist jedoch auch berechenbar, wenn lediglich das Verhältnis der beiden Beschleunigungen bekannt ist, da die beiden „Referenzbeschleunigungen" lediglich in ihrem Verhältnis zueinander in der Gleichung auftreten.It It should also be noted that the on the primary oscillator and the secondary oscillator exerted Accelerations do not necessarily have to be identical. are they are identical, so cut short they are different from the expression for the yaw rate Ω out. If they are not identical, they remain in the expression for Ω. In this case, if the accelerations are not identical, it is advantageous to know the individual values. the equation for Ω is however also calculable, if only the ratio of the two accelerations is known, since the two "reference accelerations" only in their relationship to each other in the equation.

Erfindungsgemäß wird somit eine Drehrate eingeprägt bzw. nachgebildet oder anders ausgedrückt simuliert. Damit lassen sich technologische Prozesstoleranzen bzw. der Einfluss auf die Chip-spezifische Sensorgeometrie und damit auf die Sensorparameter eliminieren. Die nachgebildete Drehrate wird, wie es aus der vorstehenden Gleichung ersichtlich ist, als Funktion von Parametern dargestellt, die entweder „gemessen" (Resonanzfrequenz ωp), „berechnet" (Güte bzw. Dämpfung) oder „eingestellt" (Antriebsfrequenz ω, Spannungen Ux sowie Uy) bzw. „geregelt" (Spannungen Ux1g sowie Uy1g) werden. Durch Anlegen von Spannungen Uy unterschiedlichen Betrags an die Detektionselektroden des Sekundärschwingers können nunmehr von den Spannungsbeträgen abhängige Drehraten definiert nachgebildet bzw. eingeprägt werden.According to the invention, a rate of rotation is thus imprinted or simulated or in other words simulated. This eliminates technological process tolerances or the influence on the chip-specific sensor geometry and thus on the sensor parameters. The simulated yaw rate is, as can be seen in the above equation, represented as a function of parameters which are either "measured" (resonant frequency ω p ), "calculated" (goodness or damping) or "adjusted" (drive frequency ω, voltages U x and U y ) or "regulated" (voltages U x1g and U y1g ). By applying voltages U y of different magnitude to the detection electrodes of the secondary oscillator, rotation rates that depend on the voltage amounts can now be simulated or imprinted in a defined manner.

Nachfolgend wird Bezug nehmend auf 3 auf die initiale Kalibrierung von Drehratensensoren unter Verwendung eingeprägter Drehraten eingegangen. Es sei bereits jetzt darauf hingewiesen, dass die initiale Kalibrierung erfindungsgemäß kostengünstiger durchgeführt werden kann, da kein Drehtisch mehr benötigt wird. Selbst wenn ein Drehtisch in einem Labor bereits vorhanden ist, wird erfindungsgemäß die Kalibrierung dennoch vereinfacht, da das Plazieren der Drehratensensoren auf dem Drehtisch und das Messen der Drehratensensoren auf dem Drehtisch nicht mehr durchgeführt werden muß.Subsequently, reference will be made to 3 on the initial calibration of yaw rate sensors using impressed yaw rates. It should already be noted that the initial calibration according to the invention can be carried out more cost-effectively, since no turntable is needed more. Even if a turntable in a laboratory already exists, the calibration is still simplified according to the invention, since the placement of the rotation rate sensors on the turntable and the measurement of the rotation rate sensors on the turntable does not have to be performed.

Zur Kalibrierung der Drehratensensoren werden typischerweise zwei Größen bestimmt, nämlich der Proportionalitätsfaktor zwischen der zu messenden Drehrate Ω und dem Ausgangssignal V, welcher auch als Skalenfaktor SF (der Skalenfaktor wandelt die Drehrate in eine spannungsäquivalente Größe um) bezeichnet wird, und der sogenannten Nullpunkt NP0, der bei bestimmten Ausführungsformen auf einen spezifizierten Wert angepasst werden soll. Der Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal V, dem Skalenfaktor SF0 und dem Nullpunkt NP0 ist folgendermaßen gegeben: V = SF0·Ω + NP0 To calibrate the rotation rate sensors, two variables are typically determined, namely the proportionality factor between the rotation rate Ω to be measured and the output signal V, which is also referred to as the scale factor SF (the scale factor converts the rotation rate into a voltage-equivalent variable), and the so-called zero point NP 0 which is to be adjusted to a specified value in certain embodiments. The relationship between the output signal V, the scale factor SF 0 and the zero point NP 0 is given as follows: V = SF 0 · Ω + NP 0

Der lineare Zusammenhang zwischen der Ausgangsspannung V bzw. allgemein dem Ausgangssignal V und der anliegenden Drehrate Ω bzw. der eingeprägten oder „simulierten" Drehrate Ω ist inhärent aufgrund der vorstehend dargelegten Definitionsgleichung für die Coriolis-Kraft linear. Ein Nullpunkt NP0, also ein Ausgangssignal des Sensors, wenn keine Drehrate anliegt, wird für bestimmte Anwendungen benötigt. So sei beispielsweise der Fall betrachtet, bei dem das Ausgangssignal V aus äußeren Gegebenheiten heraus Werte zwischen 0 V und 5 V annehmen soll. Ferner wird es für diesen Fall beispielsweise gewünscht, dass der Drehratensensor Drehraten messen soll, die Werte zwischen –Ωmax und +Ωma x annehmen soll. In einem solchen Fall würde eine Drehrate von 0, also Ω = 0, einem Wert des Ausgangssignals V von 2,5 V entsprechen. Diese Nullpunktverschiebung wird künstlich erzeugt, so dass, wie ausgeführt abhängig von äußeren Gegebenheiten, ein das Ausgangssignal V empfangender Signalverarbeitungsblock weiß, dass eine Ausgangsspannung von 0 V dem Wert –Ωmax entspricht, das ein Ausgangssignal von 2,5 V einer Drehrate von 0 entspricht, und dass ein Ausgangssignal von +5 V einer Drehrate von +Ωmax entspricht. Würde die Nullpunktverschiebung nicht vorgenommen werden, so würde das Ausgangssignal zwischen –2,5 und +2,5 V liegen. Wird für einen nachfolgenden Signalverarbeitungsblock, der das Ausgangssignal zwischen –2,5 V und +2,5 V verarbeitet, dieses Signal als geeignet betrachtet, so muß keine Nullpunktverschiebung durchgeführt werden. Eine Nullpunktverschiebung wird lediglich dann benötigt, wenn der nachgeschaltete Signalverarbeitungsblock beispielsweise mit negativen Spannungen nicht arbeiten kann oder aus bestimmten Gründen nicht arbeiten soll.The linear relationship between the output voltage V or, in general, the output signal V and the applied rate of rotation Ω or the impressed or "simulated" rate of rotation Ω is inherently linear due to the definition equation for the Coriolis force set out above: A zero point NP 0 , ie an output signal If no rotation rate is applied to the sensor, it is required for certain applications, for example, consider the case where the output signal V is out of external conditions 0 V and 5 V. Furthermore, for this case, for example, it is desired that the yaw rate sensor should measure yaw rates which should assume values between -Ω max and + Ω ma x . In such a case, a rotation rate of 0, ie Ω = 0, would correspond to a value of the output signal V of 2.5V. This zero shift is artificially generated, so that, as stated depending on external conditions, a signal processing block receiving the output signal V knows that an output voltage of 0 V corresponds to the value -Ω max , which corresponds to an output signal of 2.5 V, a rotation rate of 0 , and that an output signal of +5 V corresponds to a rotation rate of + Ω max . If the zero shift were not carried out, the output signal would be between -2.5 and +2.5 V. If this signal is considered suitable for a subsequent signal processing block which processes the output signal between -2.5 V and +2.5 V, no zero shift must be performed. A zero shift is only required if the downstream signal processing block can not work with negative voltages, for example, or should not work for certain reasons.

Bevor auf die vorliegende Erfindung eingegangen wird, sei zunächst eine initiale Kalibrierung mit Drehtisch beschrieben. Zur Kalibrierung des Skalenfaktors SF0 unter Verwendung eines kalibrierten Drehtisches wird der Drehratensensor bei mindestens zwei unterschiedlichen Drehraten Ω1 und Ω2 betrieben, wobei üblicherweise die den Messbereich definierenden Drehra ten verwendet werden. Mit den zugehörigen, resultierenden Ausgangssignalen V1 und V2 ergibt sich der nicht-angepasste Skalenfaktor SF0 * aus folgender Gleichung:

Figure 00350001
Before discussing the present invention, an initial calibration with a turntable will first be described. To calibrate the scale factor SF 0 using a calibrated turntable, the rotation rate sensor is operated at at least two different rotation rates Ω 1 and Ω 2 , whereby usually the rotation rates defining the measurement range are used. With the associated, resulting output signals V 1 and V 2 , the non-adjusted scale factor SF 0 * results from the following equation:
Figure 00350001

Der Abgleich des ermittelten Skalenfaktors SF0 * auf den spezifizierten Wert SF0 erfolgt durch Multiplikation (bzw. Division) der Ausgangssignale mit einem geeigneten Multiplikator, der natürlich auch kleiner als 0 sein kann und somit als Divisor wirkt, welcher aus dem Verhältnis von Soll-Skalenfaktor SF0 zu Ist-Skalenfaktor SF0 * ermittelt wird. Es ergibt sich folgende Gleichung

Figure 00350002
die nach Auflösung nach dem Skalenfaktor den Multiplikator kSF liefert. Die Berechnung von kSF sowie die Multiplikation der Ausgangssignale mit kSF erfolgt im digitalen Signalprozessor, auf den später noch Bezug nehmend auf 8 eingegangen wird. Aufgrund der Differenzbildung zweier Signale gemäß dem vorstehenden Prozedere ist die Kenntnis des Nullpunkts zur Kalibrierung des Skalenfaktors nicht notwendig, wobei eine vernachlässigbare Drift zwischen den Messungen vorausgesetzt wird.The comparison of the determined scale factor SF 0 * to the specified value SF 0 is effected by multiplication (or division) of the output signals with a suitable multiplier, which of course can also be smaller than 0 and thus acts as a divisor, which consists of the ratio of setpoint Scale factor SF 0 to actual scale factor SF 0 * is determined. The result is the following equation
Figure 00350002
which delivers the multiplier k SF after resolution according to the scale factor. The calculation of k SF as well as the multiplication of the output signals with k SF takes place in the digital signal processor, to which reference is made later on 8th will be received. Due to the difference of two signals according to the above procedure, the knowledge of the zero point for the calibration of the scale factor is not necessary, whereby a negligible drift between the measurements is assumed.

Die Kalibrierung des Nullpunkts NP0 erfolgt durch Messung des Ausgangssignals V0 ohne Anwesenheit einer Drehrate. Es resultiert der nicht-angepasste Nullpunkt NP0 *, der folgender maßen definiert ist: NP0 = V(Ω = 0) = V0 The calibration of the zero point NP 0 is carried out by measuring the output signal V 0 without the presence of a rotation rate. The result is the non-adjusted zero point NP 0 * , which is defined as follows: NP 0 = V (Ω = 0) = V 0

Der Abgleich des ermittelten Nullpunkts NP0 * auf den spezifizierten Wert NP0 erfolgt durch Addition (bzw. Subtraktion) des Ausgangssignals V0 mit einer geeigneten Konstanten kNP, die aus der Differenz von Soll-Nullpunkt NP0 * und Ist-Nullpunkt NP0 ermittelt wird. Es ergibt sich der angepasste Nullpunkt NP0 aus folgender Gleichung: NP0 * = V0 + kNP The comparison of the determined zero point NP 0 * to the specified value NP 0 is achieved by adding (or subtracting) the output signal V 0 with a suitable constant k NP , which is the difference between the desired zero point NP 0 * and the actual zero point NP 0 is determined. The result is the adjusted zero point NP 0 from the following equation: NP 0 * = V 0 + k NP

Aus der vorstehenden Gleichung ergibt sich unmittelbar die Nullpunktkonstante kNP, indem die vorstehende Gleichung nach kNP aufgelöst wird. Die Berechnung von kNP sowie die Addition des Ausgangssignals mit kNP erfolgt ebenso wie die Skalenfaktorkalibrierung im digitalen Signalprozessor, wie er beispielhaft in 8 dargestellt ist. Aufgrund der Tatsache, dass die Kalibrierung des Nullpunkts ohne Anwesenheit einer Drehrate durchgeführt wird, ist die Kenntnis einer definierten Drehrate bei der initialen Kalibrierung des Nullpunkts nicht erforderlich.From the above equation, the zero point constant k NP immediately results by solving the above equation for k NP . The calculation of k NP as well as the addition of the output signal with k NP is done as well as the scale factor calibration in the digital signal processor, as exemplified in 8th is shown. Due to the fact that the calibration of the zero point is performed without the presence of a rotation rate, it is not necessary to know a defined rotation rate during the initial calibration of the zero point.

Für die vorstehend beschriebene initiale Kalibrierung unter Verwendung eines Drehtisches zur Erzeugung der Drehraten Ω1 und Ω2 wird, wie es ausgeführt worden ist, ein Drehtisch benötigt. Die initiale Kalibrierung muß daher bei Laborbedingungen, und zwar im wesentlichen bei definierten und vorzugsweise konstanten Umgebungsbedingungen stattfinden.For the above-described initial calibration using a turntable for generating the rotation rates Ω 1 and Ω 2 , as has been stated, a turntable is required. The initial calibration must therefore take place under laboratory conditions, essentially at defined and preferably constant environmental conditions.

Nachfolgend wird Bezug nehmend auf 3 auf die erfindungsgemäße initiale Kalibrierung ohne Verwendung eines Drehtisches eingegangen. Eine Vorrichtung zum initialen Kalibrieren umfaßt eine Einrichtung 30 zum Simulieren einer ersten und einer zweiten Drehrate, wobei die Einrichtung 30 ausgebildet ist, um die Sekundäranregungssignale 109 für die beiden Dreh raten unter Verwendung der in Block 16 von 1 gezeigten Zusammenhänge zu berechnen. Im einzelnen ist die Einrichtung 30 ausgebildet, um eine erste Sekundäranregungssignalamplitude Uy1 zur Simulierung der ersten Drehrate Ω1 zu erzeugen und der Sekundäranregungseinrichtung 108b von 2 zuzuführen. Die Einrichtung 30 zum Simulieren ist ferner ausgebildet, um eine zweite Sekundäranregungssignalamplitude Uy2 unter Verwendung der Zusammenhänge von 1, Block 16 zu berechnen und der Sekundäranregungseinrichtung 108b von 2 zuzuführen. Die in 3 gezeigte Vorrichtung umfaßt ferner eine Einrichtung 32 zum Messen der Ausgangssignale V1, V2 am Ausgang des Drehratensensors, wobei V1 dann gemessen wird, wenn die erste Drehrate Ω1 durch Zuführen des ersten Sekundäranregungssignals Uy1 erzeugt wird, und wobei V2 gemessen wird, wenn die zweite Drehrate Ω2 durch Zuführen des Sekundäranregungssignals Uy2 zu der Sekundäranregungseinrichtung 108b simuliert wird.Subsequently, reference will be made to 3 on the initial calibration according to the invention received without the use of a turntable. An apparatus for initial calibration comprises a device 30 for simulating a first and a second rate of rotation, wherein the device 30 is formed to the secondary excitation signals 109 for the two shoot guess using the in block 16 from 1 Calculate the relationships shown. In detail, the device 30 configured to generate a first secondary excitation signal amplitude U y1 for simulating the first rotational rate Ω 1 and the secondary excitation device 108b from 2 supply. The device 30 for simulating is further configured to generate a second secondary excitation signal amplitude U y2 using the relationships of 1 , Block 16 to calculate and the secondary excitation device 108b from 2 supply. In the 3 The device shown also comprises a device 32 for measuring the output signals V 1 , V 2 at the output of the rotation rate sensor, wherein V 1 is measured when the first rotation rate Ω 1 is generated by supplying the first secondary excitation signal U y1 , and V 2 is measured when the second rotation rate Ω 2nd by supplying the secondary excitation signal U y2 to the secondary excitation means 108b is simulated.

Die in 3 gezeigte Vorrichtung zur initialen Kalibrierung umfaßt ferner eine Einrichtung 34 zum Berechnen von kSF gemäß der in Block 34 gezeigten Definitionsgleichung für kSF. Die Einrichtung 34 erhält als Eingangswerte von der Einrichtung 32 zum Messen die Ausgangssignale V1, V2. Die Einrichtung 34 erhält ferner die Werte der simulierten Drehrate Ω1, Ω2 sowie den Soll-Skalenfaktor SF0, der typischerweise ebenfalls von äußeren Gegebenheiten diktiert wird. So ergibt sich der Skalenfaktor daraus, dass normalerweise ein zu messender Drehratenbereich auf einen definierten Ausgangsspannungsbereich abgebildet wird. Der Soll-Skalenfaktor entspricht daher dem Qutienten aus Vmax – Vmin geteilt durch Ωmax – Ωmin.In the 3 The apparatus for initial calibration shown further comprises a device 34 for calculating k SF according to the one in block 34 shown definition equation for k SF . The device 34 gets as input values from the facility 32 for measuring the output signals V 1 , V 2 . The device 34 also obtains the values of the simulated yaw rate Ω 1 , Ω 2 and the desired scale factor SF 0 , which is typically also dictated by external conditions. Thus, the scale factor results from the fact that normally a rotation rate range to be measured is mapped to a defined output voltage range. The desired scale factor therefore corresponds to the Qutienten from V max - V min divided by Ω max - Ω min .

Die Einrichtung 34 liefert ausgangsseitig den Kalibrierungsfaktor kSF, der dann verwendet wird, um ein von dem Drehratensensor erzeugtes Ausgangssignal V eindeutig in eine Dreh rate umzurechnen, und zwar gemäß der in 3 unten dargestellten Gleichung. In der in 3 unten dargestellten Gleichung bezeichnet Ω die anliegende oder simulierte Drehrate, bedeutet V das Ausgangssignal des Sensors, bedeutet NP0 den Soll-Nullpunkt des Sensors, bedeutet kNP den Nullpunkt-Korrekturwert, bedeutet SF0 den Soll-Skalenfaktor und bedeutet kSS schließlich den Kalibrierungsfaktor, der bei der initialen Kalibrierung gemäß 3 berechnet worden ist.The device 34 On the output side, it supplies the calibration factor k SF , which is then used to unambiguously convert an output signal V generated by the rotation rate sensor into a rotation rate, in accordance with the method described in US Pat 3 shown below equation. In the in 3 Ω is the applied or simulated yaw rate, V is the output of the sensor, NP 0 is the nominal zero point of the sensor, k NP is the zero correction value, SF 0 is the target scale factor and k SS is the calibration factor in the initial calibration according to 3 has been calculated.

Die Berechnung des Nullpunkt-Korrekturwerts kNP erfolgt analog zur Kalibrierung des Nullpunkts mit Einsatz eines Drehtisches. Der Nullpunkt-Korrekturwert kNP ist, wie es ausgeführt worden ist, ohne Anlegen einer Drehrate bestimmbar.The calculation of the zero point correction value k NP is analogous to the calibration of the zero point using a turntable. The zero point correction value k NP , as has been stated, can be determined without applying a rotation rate.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass es prinzipiell unerheblich ist, welcher Natur das Ausgangssignal V ist, so lange das Ausgangssignal V proportional zur Drehrate Ω ist, derart, dass der Zusammenhang zwischen V und Ω durch die vorstehend genannte Geradengleichung mit dem Skalenfaktor als Steigung und dem Nullpunkt als Null-Verschiebung dargestellt werden kann. So kann das Signal V tatsächlich eine nach längerer Signalverarbeitung bestimmte Gleichspannung sein, wie sie am Ausgang des in 8 gezeigten digitalen Signalprozessors erhalten wird. V kann jedoch auch ein Signal sein, das z. B. die Amplitude der Translation des Sekundärschwingers wiedergibt. Alternativ kann V natürlich auch die veränderliche Kapazität des Kammantriebs beispielsweise für die Sekundärerfassungseinrichtung etc. darstellen. Es wird jedoch bevorzugt, als V eine bereits verarbeitete Gleichspannung zu haben, die über einen Skalenfaktor, der gleich dem Produkt des Soll-Skalenfaktors und des Kalibrierungsfaktors ist, und einer Nullpunktverschiebung, die gleich der Summe der Soll-Nullpunktverschiebung und des Nullpunktverschiebungskorrek turwerts ist, mit der gemessenen oder simulierten Drehrate zusammenhängt.It should be noted that it is basically irrelevant which nature is the output signal V, as long as the output signal V is proportional to the rotation rate Ω, such that the relationship between V and Ω by the above-mentioned straight-line equation with the scale factor as slope and the zero point can be represented as a zero shift. Thus, the signal V may actually be a DC voltage determined after a long signal processing, as at the output of the in 8th shown digital signal processor is obtained. V can also be a signal z. B. reproduces the amplitude of the translation of the secondary oscillator. Alternatively, V can of course also represent the variable capacity of the comb drive, for example for the secondary detection device etc. However, it is preferred to have as V an already processed DC voltage which is over a scale factor equal to the product of the desired scale factor and the calibration factor and a zero offset equal to the sum of the desired zero offset and the zero offset correction value, related to the measured or simulated yaw rate.

Nachfolgend wird Bezug nehmend auf 4 auf eine weitere bevorzugte Anwendung der simulierten Drehrate eingegangen, um eine In-Betrieb-Nachkalibrierung, d. h. eine In-Betrieb-Bestimmung eines Kalibrierungsfaktors kSF und, falls gewünscht, des Nullpunktkorrekturwerts kNP zu erhalten. Damit kann eine permanente Kontrolle von Skalenfaktor und Nullpunkt bzw. eine eigenständige Rekalibrierung von Nullpunkt und Skalenfaktor während des Sensorbetriebs erhalten werden. Das Konzept zur Rekalibrierung, d. h. zur Bestimmung und zum Abgleich der Sensorparameter Skalenfaktor und Nullpunkt während des Sensorbetriebs, wird nachfolgend bezugnehmend auf 4 dargestellt.Subsequently, reference will be made to 4 another preferred application of the simulated yaw rate to obtain an in-service recalibration, ie an in-service determination of a calibration factor k SF and, if desired, the zero point correction value k NP . Thus, a permanent control of scale factor and zero point or an independent recalibration of zero point and scale factor can be obtained during sensor operation. The concept for recalibration, ie for the determination and comparison of the sensor parameters scale factor and zero point during sensor operation, is described below with reference to FIG 4 shown.

Um den Sensorbetrieb bei der Rekalibrierung nicht zu beeinflussen, wird es bevorzugt, den Primärschwinger frequenzselektiv mit zwei Antriebsfrequenzen ω1 und ω2 anzuregen, so dass die simultane Messung zweier Ausgangssignale bei derselben Drehrate durchführbar ist. Die Primärschwingung der ersten Antriebsfrequenz (ω1) liefert bei Drehung des Sensors um seine sensitive Achse das zu beobachtende bzw. zu rekalibrierende Ausgangssignal V1, wobei der Index „1" hierbei den Zusammenhang zur Antriebsfrequenz ω1 (im Gegensatz zu ω2) darstellt, und wobei der Index „2" auf die Beobachtungs-Antriebsfrequenz hinweist.In order not to influence the sensor operation during the recalibration, it is preferable to frequency-selectively stimulate the primary oscillator with two drive frequencies ω 1 and ω 2 , so that the simultaneous measurement of two output signals at the same rotation rate is feasible. The primary oscillation of the first drive frequency (ω 1 ) delivers upon rotation of the sensor about its sensitive axis the observed or to be recalibrated output signal V 1 , wherein the index "1" in this case the relationship to the drive frequency ω 1 (im Opposite to ω 2 ), and where the index "2" indicates the observation drive frequency.

Ein Ausgangssignal V2 stellt daher den Beitrag im Ausgangssignal aufgrund der zweiten Antriebsfrequenz ω2 dar. Die jeweiligen Antriebsfrequenzen werden vorzugsweise so gewählt, dass die erste Antriebsfrequenz gleich der Resonanzfrequenz des Primärschwingers bzw. der Schwingeinrichtung in Primärbewegung ist, dass also gilt ω1 = ωp. Die zweite Antriebsfre quenz wird vorzugsweise so gewählt, dass sie nicht zu weit entfernt von der ersten Antriebsfrequenz ist, dass sie jedoch nicht zu nah an der ersten Antriebsfrequenz ist, dass sie noch einigermaßen gut frequenzselektiv bezüglich der ersten Antriebsfrequenz verarbeitbar ist. So wird es bevorzugt, die zweite Antriebsfrequenz bezüglich der ersten Antriebsfrequenz so zu wählen, dass sie kleiner als das 0,95-fache der ersten Antriebsfrequenz oder größer als das 1,05-fache der ersten Antriebsfrequenz ist. Ferner wird die zweite Antriebsfrequenz derart gewählt, dass sie größer als das 0,5-fache der ersten Antriebsfrequenz und kleiner als das 2-fache der ersten Antriebsfrequenz ist, derart, dass die Beobachtungsfrequenz ausreichend entfernt von der Antriebsfrequenz ist, um Komponenten aufgrund der beiden Frequenzen in dem Ausgangssignal selektiv bearbeiten zu können, wobei die Beobachtungsfrequenz jedoch nicht zu weit weg von der Antriebsfrequenz gewählt werden sollte, damit sie ihre Beobachtungsfunktion noch erfüllt. Dies ist dann der Fall, wenn eine ausreichend gute Korrelation der Verhältnisse bei der Antriebsfrequenz und der Verhältnisse bei der Beobachtungsfrequenz vorhanden ist.An output signal V 2 therefore represents the contribution in the output signal on the basis of the second drive frequency ω 2. The respective drive frequencies are preferably chosen so that the first drive frequency is equal to the resonance frequency of the primary oscillator or the oscillating device in primary motion, that is to say ω 1 = ω p . The second drive frequency is preferably chosen so that it is not too far away from the first drive frequency, but that it is not too close to the first drive frequency that it is reasonably well frequency-selectively processable with respect to the first drive frequency. Thus, it is preferable to select the second drive frequency with respect to the first drive frequency to be less than 0.95 times the first drive frequency or greater than 1.05 times the first drive frequency. Further, the second drive frequency is selected to be greater than 0.5 times the first drive frequency and less than 2 times the first drive frequency, such that the observation frequency is sufficiently remote from the drive frequency to provide components due to the two To be able to selectively process frequencies in the output signal, but the observation frequency should not be too far away from the drive frequency, so that they still fulfills their observation function. This is the case when there is a sufficiently good correlation of the ratios in the drive frequency and the conditions at the observation frequency.

Hierzu ist, wie es in 4 dargestellt ist, eine Einrichtung 40 zum Erzeugen eines Primärsignals ausgebildet, die der Ansteuerung der Primärantriebseinrichtung 106 von 2 dient, wobei das Primäransteuersignal bzw. Primärsignal eine erste Ansteuerkomponente bei der Antriebsfrequenz ω1 und eine zweite Ansteuerkomponente bei der Beobachterfrequenz ω2 aufweist. Die Amplituden des Ansteuersignals für die Antriebsfrequenz und die Beobachterfrequenz sind prinzipiell beliebig wählbar, können jedoch auch gleichgesetzt werden.This is how it is in 4 is shown, a device 40 designed to generate a primary signal, the control of the primary drive device 106 from 2 is used, wherein the primary control signal or primary signal has a first drive component at the drive frequency ω 1 and a second drive component at the observer frequency ω 2 . The amplitudes of the drive signal for the drive frequency and the observer frequency are in principle arbitrary, but can also be equated.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Nachkalibrieren eines voreingestellten Skalenfaktors eines Drehratensensors umfaßt ferner eine Einrichtung zum frequenzselektiven Erfassen, um eine Ausgangssignalkomponente V1 zu ermitteln, die auf die Antriebsfrequenz ω1 zurückgeht, und um eine Ausgangssignalkomponente V2 zu erfassen, die auf die Beobachterfrequenz ω2 zurückgeht. Diese Einrichtung ist in 4 allgemein mit 42 bezeichnet. Die in 4 gezeigte Nachkalibriervorrichtung umfaßt ferner eine Einrichtung 44 zum Simulieren einer Drehrate ΩE bezüglich der Beobachterfrequenz ω2. Ferner ist eine Ablaufsteuerungseinrichtung 46 sowie eine Einrichtung 48 zum Berechnen eines aktuellen Kalibrierungsfaktors kSF vorgesehen. Die Einrichtung 44 zum Simulieren einer Drehrate ΩE bezüglich der Beobachterfrequenz ω2 ist ferner vorzugsweise mit einer primärseitigen Phasen- und Amplitudenregelungseinrichtung 49 gekoppelt, um bei dem Simulieren der Drehrate ΩE bei der Beobachterfrequenz ω2 Temperaturvariationen zu berücksichtigen, welche zumindest indirekt durch die primärseitige Phasen- und Amplitudenregelungseinrichtung 49 erfasst werden, wie später noch beschrieben wird.The inventive device for recalibrating a preset scale factor of a rotation rate sensor further comprises means for frequency-selective detection to determine an output signal component V 1 , which goes back to the drive frequency ω 1 , and to detect an output signal component V 2 , which goes back to the observer frequency ω 2 , This facility is in 4 generally with 42 designated. In the 4 Recalibrating device shown further comprises a device 44 for simulating a rate of rotation Ω E with respect to the observer frequency ω 2 . Furthermore, a flow control device 46 as well as a facility 48 to calculate a current calibration factor k SF . The device 44 for simulating a rate of rotation Ω E with respect to the observer frequency ω 2 is also preferably with a primary-side phase and amplitude control device 49 coupled to account for simulating the rotation rate Ω E at the observer frequency ω 2 temperature variations, which at least indirectly by the primary-side phase and amplitude control device 49 be detected, as will be described later.

Die Realisierung des Sensorbetriebs mit zwei unterschiedlichen Primäransteuerfrequenzen und die Detektion der resultierenden Ausgangssignale erfolgt, wie später noch dargelegt werden wird, unter Verwendung der in 8 gezeigten digitalen Auswerteelektronik, die auf den in der DE 10059775 A1 beschriebenen Auswertekonzeption zur Verarbeitung von analogen Ausgangssignalen von kapazitiven Sensoren basiert, wie es nachfolgend noch detaillierter dargelegt wird.The realization of the sensor operation with two different primary control frequencies and the detection of the resulting output signals takes place, as will be explained later, using the in 8th shown digital evaluation on the in the DE 10059775 A1 described evaluation concept for processing analog output signals from capacitive sensors based, as will be explained in more detail below.

Das erfindungsgemäße Konzept zur Nachkalibrierung bzw. Rekalibrierung gliedert sich ähnlich wie bei der initialen Kalibrierung in zwei Teile. Zunächst wird im Rahmen eines ersten Messzyklus der aktuelle Skalenfaktor bzw. der dem aktuellen Skalenfaktor zugrundeliegende Kalibrierungsfaktor kSF ermittelt und angepasst. Anschließend erfolgt in einem zweiten Messzyklus (mit abgeglichenem Skalenfaktor) die Bestimmung und der Abgleich des Nullpunkts. Es wird hierbei wieder angenommen, dass zwischen den beiden Messzyklen keine weitere Drift bzw. Änderung der Sensorparameter auftritt. Diese Annahme ist üblicherweise ohne weiteres erfüllt, da die besonders problematischen Temperaturänderungen bzw. Änderungen aufgrund der Alterung der Sensoren eher langsam stattfinden, während die Messzyklen relativ schnell aufeinanderfolgend ausführbar sind.The recalibration or recalibration concept according to the invention is divided into two parts similar to the initial calibration. First, the current scale factor or the calibration factor k SF on which the current scale factor is based is determined and adapted as part of a first measurement cycle. Subsequently, in a second measuring cycle (with adjusted scale factor), the determination and adjustment of the zero point takes place. It is again assumed here that no further drift or change of the sensor parameters occurs between the two measuring cycles. This assumption is usually readily met, since the particularly problematic temperature changes or changes due to the aging of the sensors take place rather slowly, while the measurement cycles are relatively quickly successive executable.

Legt man für den Zusammenhang zwischen den jeweiligen Ausgangssignalen, Skalenfaktoren und Nullpunkten bei Anwesenheit einer Drehrate Ω* den vorstehend beschriebenen Zusammenhang zugrunde, so kann allgemein das Ausgangssignal V1 folgendermaßen dargestellt werden: V1 = SF1·Ω* + NP1 Assuming for the relationship between the respective output signals, scale factors and zero points in the presence of a rotation rate Ω * the relationship described above, the output signal V 1 can generally be represented as follows: V 1 = SF 1 · Ω * + NP 1

Für das Beobachtersignal V2 gilt analog folgendes: V2 = SF2·Ω* + NP2 The following applies analogously to the observer signal V 2 : V 2 = SF 2 · Ω * + NP 2

Hierbei stellen SF1 sowie SF2 die zu den mit den unterschiedlichen Antriebsfrequenzen verbundenen Primärschwingungen gehörigen Skalenfaktoren dar. NP1 sowie NP2 stellen die entsprechenden Nullpunkte dar. Der Skalenfaktor SF1 und der Nullpunkt NP1 werden entsprechend einer initialen Kalibrierung als bekannt bzw. festgelegt vorausgesetzt. Sie entsprechen den vorstehend beschriebenen Werten SF0 bzw. NP0. Die Kenntnis von SF2 und NP2 entsprechend einer initialen Kalibrierung ist dagegen für das nachfolgend beschriebene Rekalibrierungskonzept nicht erforderlich.In this case, SF 1 and SF 2 represent the scale factors associated with the primary oscillations associated with the different drive frequencies. NP 1 and NP 2 represent the corresponding zero points. The scale factor SF 1 and the zero point NP 1 are known or fixed according to an initial calibration provided. They correspond to the values SF 0 and NP 0 described above. The knowledge of SF 2 and NP 2 according to an initial calibration, however, is not required for the recalibration concept described below.

Wird eine während des Betriebs der Sensoren Temperatur- und Umwelt-bedingte Änderung der Skalenfaktoren und Nullpunkte angenommen, resultieren bei identischer Drehrate Ω* die Ausgangssignale V1'' und V2'' folgendermaßen: V''1 = SF'1 ·Ω* + NP'1 V''2 = SF'2 ·Ω* + NP'2 SF1' sowie SF2' stellen die jeweils „aktuellen" Skalenfaktoren dar. Analog stellen NP1' sowie NP2' die entsprechenden „aktuellen" Nullpunkte dar. Der Index „'" verdeutlicht jeweils einen durch äußere Einflüsse geänderten jeweiligen Sensorparameter dar.If a temperature and environmental change of the scale factors and zero points is assumed during operation of the sensors, the output signals V 1 '' and V 2 '' result with identical rotation rate Ω * as follows: V '' 1 = SF ' 1 · Ω * + NP ' 1 V '' 2 = SF ' 2 · Ω * + NP ' 2 SF 1 'and SF 2 ' represent the respective "current" scale factors. Analogously, NP 1 'and NP 2 ' represent the corresponding "current" zero points. The index "'" in each case illustrates a respective sensor parameter changed by external influences.

Ziel ist nunmehr, den aktuellen geänderten Skalenfaktor SF1' unter Verwendung eines zu berechnenden Kalibrierungsfaktors kSF auf den Wert der initialen Kalibrierung SF1 bzw. auf den Soll-Skalierungsfaktor abzugleichen. Dagegen ist der Abgleich von SF2' auf einen Wert entsprechend einer initialen Kalibrierung aufgrund der Tatsache, dass das mit der Frequenz ω2 verknüpfte Ausgangssignal V2'' lediglich als „Beobachtersignal" verwendet wird, nicht erforderlich. Jedoch wird vorzugsweise SF2' ermittelt, um daraus SF1' zu bestimmen.The aim now is to match the current changed scale factor SF 1 'to the value of the initial calibration SF 1 or to the setpoint scaling factor using a calibration factor k SF to be calculated. On the other hand, the adjustment of SF 2 'to a value corresponding to an initial calibration due to the fact that the output signal V 2 ''associated with the frequency ω 2 is only used as the "observer signal" is not required, however, SF 2 ' is preferably determined to determine SF 1 '.

Die in 4 gezeigte Ablaufsteuerung ist nunmehr ausgebildet, um zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten i, j die Einrichtung 40 und die Einrichtung 42 zu aktivieren, wobei zu dem Zeitpunkt i eine zufällig anwesende Drehrate Ωi berücksichtigt wird, und wobei zum Zeitpunkt j eine zufällig anwesende Drehrate Ωj berücksichtigt wird. Die Einrichtung 42 zum frequenzselektiven Erfassen liefert dann Ausgangssignale V1i'', V1j'', V2i'' und V2j'', wobei diese Werte dann in der Einrichtung 48 zum Berechnen eines aktuellen Kalibrierungsfaktors gespeichert werden. Es sei darauf hingewiesen, dass in 4 aus Übersichtlichkeitsgründen die Striche („''") weg gelassen worden sind. Für die Zeitpunkt i und j gilt somit folgender Zusammenhang:

Figure 00440001
In the 4 Sequence control shown is now designed to at two different times i, j the device 40 and the device 42 to activate, wherein at the time i a randomly present yaw rate Ω i is taken into account, and wherein at the time j, a randomly present yaw rate Ω j is taken into account. The device 42 for frequency-selective detection then provides output signals V 1i '', V 1j '', V 2i '' and V 2j '', these values then in the device 48 to calculate a current calibration factor. It should be noted that in 4 for reasons of clarity, the dashes ("''") have been left out, so the following relationship applies to the times i and j:
Figure 00440001

Für die Ermittlung des „aktuellen" Skalenfaktors SF1' ist die Kenntnis mindestens einer Drehrate oder die Kenntnis der Differenz zweier Drehraten erforderlich. Daher wird zum Zeitpunkt k bei Anwesenheit der unbekannten Drehrate Ωk frequenzselektiv mit der Frequenz ω2 des zur Beobachtung dienenden Sensorsignals eine definierte Drehrate ΩE durch die Einrichtung 44 eingeprägt, wobei die Einrichtung 44 durch die Ablaufsteuerung zum Zeitpunkt k aktiviert wird, und wobei die Einrichtung 42 zum frequenzselektiven Erfassen zum Zeitpunkt k ebenfalls durch die Ablaufsteuerung 46 aktiviert wird, um eine Messung durchzuführen. Die Einrichtung 44 von 4 ist ausgebildet, um ein Sekundäranregungssignal 109 von 2 zu erzeugen, wobei die Frequenz 109b des Sekundäranregungssignals gleich ω2 ist, und wobei die Amplitude des Sekundäransteuersignals, also 109a in 2, so gewählt wird, wie es im Block 16 von 1 dargestellt ist. Insbesondere ist für den Parameter ω im Block 16 in 1 die Beobachterfrequenz ω2 einzusetzen. Ferner ist für Ω im Block 16 von 1 die einzuprägende bekannte Simulationsdrehrate ΩE einzusetzen.Knowledge of at least one yaw rate or knowledge of the difference between two yaw rates is required to determine the "current" scale factor SF 1. Therefore, at the time k in the presence of the unknown yaw rate Ω k, frequency selective with the frequency ω 2 of the sensor signal used for observation defined rate of rotation Ω E through the device 44 imprinted, the device 44 is activated by the scheduler at time k, and wherein the device 42 for frequency-selective detection at the time k also by the sequence control 46 is activated to perform a measurement. The device 44 from 4 is designed to receive a secondary excitation signal 109 from 2 to generate, with the frequency 109b of the secondary excitation signal is ω 2 , and wherein the amplitude of the secondary control signal, ie 109a in 2 , is chosen as it is in the block 16 from 1 is shown. In particular, for the parameter ω in the block 16 in 1 to use the observer frequency ω 2 . Further, for Ω in the block 16 from 1 to use the known simulation rotation rate Ω E.

Als Amplitude Ux des Ansteuersignals ist die Amplitude des Ansteuersignals bei der Beobachterfrequenz ω2 einzusetzen, so dass durch den Zusammenhang im Block 16 in 1 das von der Einrichtung 44 zum Simulieren der Drehrate bezüglich ω2 zu erzeugende Signal erhaltbar ist.As amplitude U x of the drive signal, the amplitude of the drive signal at the observer frequency ω 2 is inserted, so that by the context in the block 16 in 1 that of the institution 44 for simulating the rate of rotation with respect to ω 2 signal to be generated is obtainable.

Wie erwähnt worden ist, wird die Antriebsfrequenz ω1 identisch zu der Resonanzfrequenz ωp des Primärschwingers bzw. der Schwingeinrichtung in Primärrichtung gewählt, so dass mit der Voraussetzung ω1 ungleich ω2 für die einzuprägende Drehrate ΩE die Resonanzüberhöhungskurve, also die Frequenzganginformation, des Primärschwingers berücksichtigt werden muß, da ω2 außerhalb der Resonanz liegt. In Verbindung mit dem nachfolgend Bezug nehmend auf 8 noch erläuterten Ausleseverfahren, insbesondere mit der frequenzselektiven (und phasenselektiven) Demodulation der überlagerten Bewegung des Sekundärschwingers zur Realisierung der einzelnen Signale V1 und V2 bzw. V '' / 1 und V '' / 2 wird durch das frequenzselektive Einprägen der definierten Simulations-Drehrate ΩE mit der Frequenz ω2 der eigentliche Sensorbetrieb, d. h. das zu beobachtende bzw. zu rekalibrierende Ausgangssignal (Primärschwingung mit Frequenz ω1) nicht beeinflusst. Für den Zeitpunkt k gilt somit folgender Zusammenhang:

Figure 00450001
As has been mentioned, the drive frequency ω 1 is selected to be identical to the resonance frequency ω p of the primary oscillator or the oscillating device in the primary direction, so that with the assumption ω 1 not equal to ω 2 for the rotational rate Ω E to be impressed, the resonance peaking curve, ie the frequency response information, of the Primary vibrator must be considered, since ω 2 is out of resonance. In conjunction with the following with reference to 8th Ausleseverfahren still explained, in particular with the frequency-selective (and phase-selective) demodulation of the superimposed movement of the secondary oscillator for the realization of the individual signals V 1 and V 2 or V '' / 1 and V '' / 2 is characterized by the frequency selective impressions of the defined simulation Rate of rotation Ω E with the frequency ω 2, the actual sensor operation, ie the observed or to be recalibrated output signal (primary vibration with frequency ω 1 ) not affected. For the time k, the following relationship applies:
Figure 00450001

Die Einrichtung 48 zum Berechnen ist somit auch ausgebildet, um die Ausgangssignale zum Zeitpunkt k zu erhalten und, wie nachfolgend dargestellt, miteinander zu verrechnen, um schließlich den aktuellen Kalibrierungsfaktor kSF zu erhalten.The device 48 for calculating is thus also designed to obtain the output signals at time k and, as shown below, to charge each other in order to finally obtain the current calibration factor k SF .

Hierzu wird nachfolgend auf das in 6 gezeigte Diagramm Bezug genommen, bei dem entlang der x-Achse die Drehrate Ω aufgetragen ist, während entlang der y-Achse das Ausgangssignal V aufgetragen ist. In 6 sind zwei Geraden 60, 61 eingezeichnet, wobei sich die Gerade 60 auf die Ausgangssig nal-Drehrate-Charakteristik des Drehratensensors bei der Antriebsfrequenz ω1 bezieht, während sich die Gerade 61 auf die Ausgangssignal-Drehrate-Charakteristik des Drehratensensors bei der Beobachterfrequenz ω2 bezieht. Die Schnittpunkte der Geraden 60 und 61 mit der y-Achse in 6, also für Ω = 0 ergeben unmittelbar die aktuellen Nullpunktverschiebungen NP1' und NP2'. Anhand der in 6 dargestellten Geraden 60 und 61 kann ferner ohne weiteres der Skalenfaktor jeder Gerade bestimmt werden, also der Skalenfaktor SF1' auf der Basis der Gerade 60 und der Skalenfaktor SF2' auf der Basis der Gerade 61, wobei die Skalenfaktoren jeweils gleich der Steigung, also einem Delta-y zu einem Delta-x der Gleichungen entsprechen.For this purpose, the following is in the 6 is plotted along the x-axis, the yaw rate Ω, while along the y-axis, the output signal V is plotted. In 6 are two straight lines 60 . 61 drawn, with the straight line 60 refers to the Ausgangssig-yaw rate characteristic of the rotation rate sensor at the drive frequency ω 1 , while the straight line 61 refers to the output signal-yaw rate characteristic of the yaw rate sensor at the observer frequency ω 2 . The intersections of the lines 60 and 61 with the y-axis in 6 , ie for Ω = 0, the current zero offsets NP 1 'and NP 2 ' result directly. On the basis of in 6 shown straight lines 60 and 61 Furthermore, the scale factor of each straight line can be determined without further ado, ie the scale factor SF 1 'on the basis of the straight line 60 and the scale factor SF 2 'on the basis of the straight line 61 , where the scale factors each equal the slope, ie a delta-y to a delta-x of the equations.

Die Reihenfolge der Geraden Ωi, Ωj und Ωk auf der Ω-Achse ist prinzipiell beliebig. Zur besseren Anschaulichkeit wurde jedoch die in 6 gezeigte Reihenfolge gewählt. Durch geeignete Differenzbildung der Signale zu den Zeitpunkten i, j und k lassen sich zunächst die Nullpunkte NP1' und NP2' eliminieren, so dass sich folgender Zusammenhang ergibt:

Figure 00460001
The order of the straight lines Ω i , Ω j and Ω k on the Ω axis is basically arbitrary. For better clarity, however, the in 6 selected sequence selected. By suitable difference formation of the signals at the times i, j and k, the zero points NP 1 'and NP 2 ' can first be eliminated, so that the following relationship results:
Figure 00460001

Aus den letztgenannten beiden Differenzgleichungen, also denen, wo der Index k vorkommt, und insbesondere aus den Differenzen der Signale mit dem Index „2" ist zu sehen, dass für bekannte Differenzen (Ωk – Ωi) bzw. (Ωk – Ωj) die Berechenbarkeit von SF2' folgt. Mit den folgenden Gleichungen

Figure 00470001
folgt nach Einsetzen in die beiden letztgenannten Differenzgleichungen (mit dem Index „2") und nach einigen algebraischen Umformungen folgender Ausdruck:
Figure 00470002
From the latter two difference equations, ie those where the index k occurs, and in particular from the differences of the signals with the index "2", it can be seen that for known differences (Ω k - Ω i ) or (Ω k - Ω j ) the predictability of SF 2 'follows with the following equations
Figure 00470001
followed by insertion into the two last-mentioned difference equations (with the index "2") and after some algebraic transformations the following expression:
Figure 00470002

Das Gleichsetzen der Differenzen (Ωj – Ωi) in der vorstehenden Gleichung für die Differenz j – i liefert den Zusammenhang zwischen SF1' und SF2' wie folgt:

Figure 00470003
Equating the differences (Ω j - Ω i ) in the above equation for the difference j - i gives the relationship between SF 1 'and SF 2 ' as follows:
Figure 00470003

Dies bedeutet, dass für den „aktuellen" Skalenfaktor SF1' ein geschlossener Ausdruck angebbar ist. Die vorstehende Gleichung ist auch unmittelbar aus einer geometrischen Betrachtung von 6 ersichtlich, da die Gleichungen 60 und 61 jeweils durch die V1i, V1j, V2i und V2j eindeutig zueinander in Beziehung stehen, da die genannten Messwerte V beide auf die beiden Drehraten Ωi und Ωj bezogen sind.This means that a closed expression can be given for the "current" scale factor SF 1. "The above equation is also directly derived from a geometric consideration of 6 evident, since the equations 60 and 61 are uniquely related to each other by the V 1i , V 1j , V 2i and V 2j , since the aforementioned measured values V are both related to the two yaw rates Ω i and Ω j .

Im Gegensatz zum Abgleich des Skalenfaktors bei der initialen Kalibrierung werden zum Abgleich des Skalenfaktors SF1' auf den Wert SF1 nicht sämtliche Gleichspannungssignale (Ausgangssignale nach der „zweiten" Demodulationsstufe, auf die Bezug nehmend auf 8 noch eingegangen wird, mit dem Index „1" mit einer geeigneten Konstanten multipliziert. Der Abgleich des Skalenfaktors SF1' auf den initialen bzw. den spezifizierten Wert erfolgt durch phasenselektive Multiplikation nur der von der Drehrate Ω abhängigen Signalanteile mit dem Index „1" vor der zweiten Demodulationsstufe nach dem ADW und einem Bandpass mit einer geeigneten Konstanten kSF (der sich aus dem Verhältnis von dem Soll-Skalenfaktor zu dem Ist-Skalenfaktor ergibt), wie es dargelegt worden ist.In contrast to the adjustment of the scale factor during the initial calibration, not all direct voltage signals (output signals after the "second" demodulation stage, refer to FIG. 1) are used to adjust the scale factor SF 1 'to the value SF 1 8th The adjustment of the scale factor SF 1 'to the initial or the specified value is performed by phase-selective multiplication of only the signal components with the index "1" which are dependent on the rotation rate Ω the second demodulation stage after the ADW and a bandpass with a suitable constant k SF (resulting from the ratio of the desired scale factor to the actual scale factor) as set forth.

Die Multiplikation mit kSF erfolgt phasenselektiv, damit die zum Nullpunkt NP1' proportionalen Signalanteile nicht multipliziert werden. Insgesamt ergibt sich damit der abgeglichene Skalenfaktor SF1 unter der Voraussetzung einer Verstärkung vom Wert „1" (entsprechend der Auswerteelektronik) der zweiten Demodulationsstufe zu:

Figure 00480001
The multiplication with k SF is phase-selective so that the signal components proportional to the zero point NP 1 'are not multiplied. Overall, this results in the adjusted scale factor SF 1 under the condition of an amplification of the value "1" (corresponding to the evaluation electronics) of the second demodulation stage to:
Figure 00480001

Der Kalibrierungsfaktor kSF ist nunmehr ohne weiteres aus einer der beiden vorstehenden Gleichungen alternativ ermittelbar, wenn eine der beiden vorstehenden Gleichungen nach kSF aufgelöst wird. Es sei in Erinnerung gerufen, dass SF1 der Soll-Skalenfaktor ist, auf den Bezug nehmend auf 3 im Hinblick auf eine initiale Kalibrierung bereits Bezug genommen worden ist. Es sei darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Konzept zum Nachkalibrieren den aktuellen Skalenfaktor SF1' ohne Störung des eigentlichen Sensorbetriebs bzw. ohne Beeinflussung des eigentlichen Sensorbetriebs bestimmt und im wesentlichen permanent auf den spezifizierten bzw. initialen Wert anpassen bzw. regeln kann, indem immer wieder in entweder regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen ein neuer aktueller Kalibrierungsfaktor kSF berechnet wird. Wie bei der initialen Kalibrierung ist auch bei der Rekalibrierung des Skalenfaktors die Kenntnis das aktuellen Nullpunkts nicht erforderlich. Es wird bereits durch Korrektur des Skalenfaktors die resultierende Drift des Skalenfaktors SF1 nach der Korrektur deutlich verbessert, insbesondere da die zur Skalenfaktorbestimmung benötigten Größen entweder direkt gemessen oder, wie die Drehrate ΩE, definiert eingeprägt werden können.The calibration factor k SF can now be determined alternatively from one of the two preceding equations as an alternative, if one of the two equations above is resolved to k SF . Recall that SF 1 is the target scale factor, referring to FIG 3 has already been referred to with regard to an initial calibration. It should be pointed out that the recalibration concept according to the invention determines the current scale factor SF 1 'without disturbing the actual sensor operation or influencing the actual sensor operation and can adapt or regulate substantially permanently to the specified or initial value, again and again a new current calibration factor k SF is calculated at either regular or irregular intervals. As with the initial calibration, even when recalibrating the scale factor, the knowledge is the current zero point not mandatory. By correcting the scale factor, the resulting drift of the scale factor SF 1 is already significantly improved after the correction, in particular because the variables required for the scale factor determination can either be measured directly or, as the rotation rate Ω E , can be impressively defined.

Erfindungsgemäß kann auch die Temperaturabhängigkeit der definiert eingeprägten Drehrate ΩE durch Anpassung der zum Einprägen an die Detektionselektroden angelegte Spannung UY in Verbindung mit einer Phasen- und Amplitudenregelung der Primärschwingungen, welche in 4 allgemein mit 49 bezeichnet ist, sowohl für die Primärbewegung mit der Antriebsfrequenz ω1 als auch für die Primärbewegung mit der Antriebsfrequenz ω2 kompensiert werden.According to the invention, the temperature dependence of the defined embossed rotation rate Ω E can also be adjusted by adjusting the voltage U Y applied to the impressing electrodes in connection with a phase and amplitude control of the primary vibrations 4 generally with 49 is designated, both for the primary movement with the drive frequency ω 1 and for the primary movement with the drive frequency ω 2 are compensated.

Hierbei ermöglicht die Phasenregelung der Antriebsschwingungen die Bestimmung der jeweiligen aktuellen Frequenz ωp' = ω1' sowie ω2' und der aktuellen Dämpfung βp' der Primärschwingung. Der Index „'" verdeutlicht dabei jeweils den beispielsweise aufgrund einer Temperatur- oder Umgebungs-Änderung geänderten Wert des entsprechenden Parameters. Die bei der Temperatur T an die Detektionselektroden anzulegende Spannung U'y, wobei die eingeprägte Drehrate ΩE als konstant vorausgesetzt wird, also ΩE = Ω'E, ergibt sich aus folgendem Ausdruck:

Figure 00500001
Ux' stellt die zur Primärschwingung mit der Frequenz ω2' geregelte Antriebsspannung dar. Ux und Uy repräsentieren die bei einer Differenztemperatur T0 jeweils anzulegenden Spannungen, wobei es bevorzugt wird, als Referenztemperatur T0 die Temperatur zu nehmen, die bei der initialen Kalibrierung vorhanden war.Here, the phase control of the drive oscillations enables the determination of the respective actual frequency ω p '= ω 1 ' and ω 2 'and the current damping β p ' of the primary vibration. In each case, the index "'" clarifies the value of the corresponding parameter which has been changed, for example, due to a change in temperature or the environment. The voltage U' y to be applied to the detection electrodes at the temperature T, the impressed rotation rate Ω E being assumed to be constant, ie Ω E = Ω ' E , is given by the following expression:
Figure 00500001
U x 'represents the ω to the primary vibration at the frequency 2' is controlled drive voltage. X U and U y representing 0 in each case to voltages applied at a differential temperature T, where it is preferable to take as a reference temperature T 0 is the temperature at the initial calibration was present.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die primärseitige Phasen- und Amplitudenregelung 49 derart arbeitet, dass sie ein Ansteuersignal an die Primäranregungseinrichtung 106 liefert, und dass gleichzeitig die Bewegung der Schwingeinrichtung in Primärrichtung, also die Primärbewegung 102 von 2 z. B. durch die Kammstrukturen überwacht wird, über die auch die Primäranregung stattfindet. Der Ist-Wert der aktuellen Primärbewegung wird mit einem Soll-Wert verglichen, wobei im Falle einer Abweichung die Frequenz des Primäransteuersignals und/oder die Amplitude des Primäransteuersignals von einem bestimmten ursprünglichen Wert, der ohne Einschränkung der Allgemeinheit der Wert bei der Referenztemperatur T0 ist, zu einem aktualisierten Wert verändert werden, wobei dieser aktualisierte Wert in der vorstehenden Gleichung durch den „'" symbolisiert ist. Damit kann unmittelbar die Resonanzfrequenz ω'p und die Amplitude U'x aufgrund der primärseitigen Phasen- und Amplitudenregelung 49 abgelesen werden. Zur Ermittlung der geänderten Beobachterfrequenz ω2' wird es aus Einfachheitsgründen bevorzugt, entweder dieselbe absolute Änderung wie sie die Antriebsfrequenz ωp erfahren hatte, dieselbe relative Änderung oder eine gewichtete absolute bzw. relative Änderung anzusetzen.It should be noted that the primary-side phase and amplitude control 49 such that it provides a drive signal to the primary excitation device 106 supplies, and that at the same time the movement of the vibrating device in the primary direction, ie the primary movement 102 from 2 z. B. is monitored by the comb structures over which the primary excitation takes place. The actual value of the current primary movement is compared with a desired value, wherein in the case of a deviation, the frequency of the primary control signal and / or the amplitude of the primary control signal of a certain original value, without limiting the generality of the value at the reference temperature T 0 are changed to an updated value, this updated value being symbolized by the "'" in the above equation, thus allowing directly the resonant frequency ω' p and the amplitude U ' x due to the primary-side phase and amplitude control 49 be read. To determine the changed observer frequency ω 2 ', it is preferred, for simplicity, to apply either the same absolute change as the drive frequency ω p , the same relative change, or a weighted absolute or relative change.

Bezüglich der aufgrund von Temperatur- oder Umgebungsänderungen oder Alterungsänderungen veränderten Dämpfung βp' existieren verschiedene Möglichkeiten zur Ermittlung dieses Wertes. Es könnte unter Verwendung der geänderten Resonanzfrequenz ein Tabellenzugriff durchgeführt werden, um auf der Basis von vorab bestimmten Resonanzfrequenz-Dämpfungs-Paaren eine zu einer geänderten Resonanzfrequenz geänderte Dämpfung zu bestimmen. Lediglich für hochgenaue Anwendungen wird es bevorzugt, z. B. im Rahmen einer initialen Kalibrierung für jeden einzelnen Sensor den Frequenzgang bei verschiedenen Temperaturwerten aufzunehmen, um gewissermaßen eine maßgeschneiderte Resonanzfrequenz-Dämpfungs-Korrespondenztabelle zu erhalten.With respect to the modified due to temperature or environmental changes or aging changes damping β p exist 'different possibilities for determining this value. A table access could be performed using the altered resonant frequency to determine attenuation changed to a changed resonant frequency based on previously determined resonant frequency-attenuation pairs. Only for highly accurate applications, it is preferred, for. For example, as part of an initial calibration for each individual sensor to record the frequency response at different temperature values to obtain a quasi a tailor-made resonance frequency attenuation table of correspondence.

Mit der Bestimmung und dem Abgleich von SF1' auf SF1 unter Verwendung des durch die Einrichtung 48 von 4 bestimmten Kalibrierungsfaktors kSF wird erfindungsgemäß das Ausgangssignal mit abgeglichenem Skalenfaktor SF1 sowie nicht abgeglichenem Nullpunkt NP1' allgemein durch folgenden Zusammenhang dargestellt: V'1 = SF1·Ω + NP'1 With the determination and calibration of SF 1 'on SF 1 using the device 48 from 4 determined calibration factor k SF according to the invention the output signal with adjusted scale factor SF 1 as well as non-balanced zero point NP 1 'generally represented by the following relationship: V ' 1 = SF 1 · Ω + NP ' 1

Ausgehend von diesem Ansatz wird zum Zeitpunkt 1 bei einem 1 Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine erneute Messung durch die Einrichtung 42 von 4 genommen, wobei zum Zeitpunkt 1 die zufällig anwesende Drehrate Ω1 berücksichtigt wird, und wobei zum Zeitpunkt 1 die Ausgangssignale V'1l und V2l'' gemessen und im DSP gespeichert werden. Für den Zeitpunkt 1 gilt somit folgendes:

Figure 00520001
Based on this approach, at time 1 in a 1 embodiment of the present invention, a re-measurement is made by the device 42 from 4 taken at time 1 the randomly present yaw rate Ω 1 is taken into account, and at time 1 the output signals V ' 1l and V 2l ''are measured and stored in the DSP. For time 1, the following applies:
Figure 00520001

Zur Erläuterung dieser Maßnahmen wird auf 7 Bezug genommen, wobei ein zu 6 identisches Koordinatensystem dargestellt ist, wobei nun jedoch drei Geraden 70, 71, 72 gezeichnet sind. Die Gerade 72 liefert den Ausgangssignal-Drehrate-Zusammenhang für die Beobachterfrequenz ω2. Die Gerade 71 liefert den Ausgangssignal-Drehrate-Zusammenhang mit nicht-abgeglichenem Skalenfaktor für die Antriebsfrequenz ω1, während die Gerade 70 den Ausgangssignal-Drehrate-Zusammenhang für den Fall zeigt, bei dem der Nullpunkt NP1' nicht abgeglichen ist, während der Skalenfaktor SF1 bereits unter Verwendung von SF1' und kSF abgeglichen worden ist.To explain these measures is on 7 Referenced, with one to 6 identical coordinate system is shown, but now three straight lines 70 . 71 . 72 are drawn. Straight 72 provides the output signal yaw rate relationship for the observer frequency ω 2 . Straight 71 provides the output yaw rate relationship with unmatched scale factor for the drive frequency ω 1 while the straight line 70 shows the output signal yaw rate relationship for the case where the zero point NP 1 'is not balanced while the scale factor SF 1 has already been adjusted using SF 1 ' and k SF .

Zur Bestimmung des aktuellen Nullpunkts NP1' werden somit neben den vorstehend dargelegten Verhältnissen zum Zeitpunkt 1 die Messsignale V1i'' sowie V2i'' zum Zeitpunkt i (oder zum Zeitpunkt j) bei der Drehrate Ωi (oder bei der Drehrate Ωj) verwendet, wobei wieder Änderungen der Sensorparameter während des Messzyklus (i bzw. j und l) vernachlässigt werden. Alternativ können auch zwei simultane Signale V1'' sowie V2'' zu einem beliebigen Zeitpunkt verwendet werden. Durch Differenzbildung der Ausgangssignale mit dem Index „2" in 7 lässt sich die Differenz der Drehraten Ωl und Ωi folgendermaßen darstellen:

Figure 00520002
In order to determine the current zero point NP 1 ', the measurement signals V 1i ''and V 2i ''at the time i (or at the time j) in addition to the above-described conditions at time 1 at the yaw rate Ω i (or at the yaw rate Ω j ), again neglecting changes in the sensor parameters during the measurement cycle (i or j and l). Alternatively, two simultaneous signals V 1 "and V 2 " may also be used at any one time. By subtraction of the output signals with the index "2" in 7 the difference between the rotation rates Ω l and Ω i can be represented as follows:
Figure 00520002

Aus der Differenz der Ausgangssignale V1l' und V1i'' kann dann durch algebraische Umformungen für die Drehrate Ωi ein geschlossener Ausdruck von gemessenen bzw. berechenbaren Größen angegeben werden, der folgendermaßen lautet:

Figure 00530001
From the difference of the output signals V 1l 'and V 1i ''can be given by algebraic transformations for the rotation rate Ω i a closed expression of measured or calculable quantities, which reads as follows:
Figure 00530001

Durch Einsetzen der vorstehenden Gleichung in eine Gleichung zum Zeitpunkt j oder zum Zeitpunkt i ergibt sich für den Nullpunkt NP1' folgender Ausdruck:

Figure 00530002
By substituting the above equation into an equation at the time j or the time i, the following expression results for the zero point NP 1 ':
Figure 00530002

Mit folgender Beziehung SF1 = kSF·SF1'ergibt sich dann für den Nullpunkt NP1' eine ausschließlich von den Messsignalen und dem berechneten aktuellen Kalibrierungsfaktor kSF, der durch die Einrichtung 48 von 4 wie vorstehend dargestellt ermittelt worden ist, abhängiger Zusammenhang für den aktuellen Nullpunkt NP1':

Figure 00530003
With the following relationship SF 1 = k SF · SF 1 ' then results for the zero point NP 1 'one exclusively of the measurement signals and the calculated current calibration factor k SF , by the device 48 from 4 as described above, dependent relationship for the current zero point NP 1 ':
Figure 00530003

Der Abgleich des ermittelten Nullpunkts NP1' auf den initialen bzw. Soll-Nullpunkt NP1 erfolgt entsprechend den Ausführungen zur initialen Kalibrierung durch Addition bzw. Subtraktion des aktuellen Nullpunkts NP1' bzw. der Ausgangssig nale mit dem Index „1" mit dem Nullpunkt-Kalibrierungsfaktor kNP, der wieder aus der Differenz zwischen dem Soll-Nullpunkt NP1 und dem Ist-Nullpunkt NP1' ermittelt wird. Für den angepassten Nullpunkt NP1 ergibt sich somit folgender Wert:

Figure 00540001
The comparison of the determined zero point NP 1 'to the initial or nominal zero point NP 1 is carried out according to the comments on the initial calibration by adding or subtracting the current zero point NP 1 ' or the Ausgangssig signals with the index "1" with the zero point -Calibration factor k NP , which is again determined from the difference between the desired zero point NP 1 and the actual zero point NP 1 ', thus resulting in the following equation for the adjusted zero point NP 1 :
Figure 00540001

Der Nullpunktkorrekturfaktor kNP ergibt sich wieder durch Auflösen der vorstehenden Gleichung nach kNP unter Verwendung von NP1 als Soll-Nullpunkt.The zero point correction factor k NP is again obtained by solving the above equation for k NP using NP 1 as the target zero point.

Erfindungsgemäß ist es durch das erfindungsgemäße In-Betrieb-Nachkalibrierungskonzept, wie es in 4 dargestellt ist und vorstehend näher erläutert worden ist, möglich, den aktuellen Nullpunkt NP1' im wesentlichen permanent auf den spezifizierten Wert anzupassen bzw. zu regeln, ohne dass der Sensorbetrieb gestört wird bzw. beeinflusst wird. Die Drift des Nullpunkts wird somit erheblich verbessert. Durch „nachträglichen" Abgleich des Signals V1j'' zu V1j' (Gerade 71 in 7 zu Gerade 70 in 7) durch eine vorzugsweise phasenselektive Multiplikation der von der Drehrate abhängigen Signalanteile von V1j'' mit kSF kann auch der zweite Messzyklus zum Zeitpunkt 1 entfallen. Dies ist unmittelbar aus 7 ersichtlich, da der aktuelle Nullpunkt NP1' als der Wert ermittelt wird, zu dem sich die Geraden 70 und 71 schneiden, wobei die Geraden 70 und 71 einerseits durch V1i'' zum Zeitpunkt Ωi und andererseits einen abgeglichenen Wert, in dem der neue Skalenfaktor SF1 berücksichtigt worden ist, also zu einem Wert, der in 7 mit 73 bezeichnet ist, eindeutig bestimmt sind.According to the invention, it is by the inventive in-operation recalibration concept, as shown in 4 is shown and explained in detail above, it is possible to adjust the current zero point NP 1 'substantially permanently to the specified value or to regulate without the sensor operation is disturbed or is affected. The drift of the zero point is thus significantly improved. By "subsequent" adjustment of the signal V 1j '' to V 1j '( even 71 in 7 to straight 70 in 7 ) by a preferably phase-selective multiplication of the rotation rate dependent signal components of V 1j '' with k SF , the second measurement cycle at time 1 can be omitted. This is immediately out 7 can be seen, since the current zero point NP 1 'is determined as the value to which the straight line 70 and 71 cut, taking the straights 70 and 71 on the one hand by V 1i '' at the time Ω i and on the other hand a balanced value in which the new scale factor SF 1 has been taken into account, ie to a value which is in 7 With 73 is designated, are uniquely determined.

Ferner sei darauf hingewiesen, dass auf die Bestimmung des Nullpunkts prinzipiell dann verzichtet werden kann, wenn bei der initialen Kalibrierung eine ausführliche Charakterisierung des Verhaltens der Sensorparameter Skalenfaktor und Nullpunkt über der Temperatur durchgeführt worden ist. Aufgrund des Bezug nehmend auf 6 berechneten aktuellen Kalibrierungsfaktors kSF kann beispielsweise durch Nachschlag in einer Tabelle der zu einem entsprechenden Kalibrierungsfaktor kSF korrespondierende Nullpunkt-Korrekturwert kNP ermittelt werden. Aus dem aktuell bestimmten Skalenfaktor SF1' kann somit auf die Temperatur und damit auf den aktuellen Nullpunkt NP1' geschlossen werden. Durch diese „Tabellenzugriffsmethode" kann somit ebenfalls eine On-line-Rekalibrierung durchgeführt werden.It should also be pointed out that the determination of the zero point can in principle be dispensed with if a detailed characterization of the behavior of the sensor parameters scale factor and zero point over the temperature has been carried out during the initial calibration. Based on the reference to 6 calculated current calibration factor k SF can be determined, for example by lookup in a table corresponding to a corresponding calibration factor k SF zero correction value k NP . From the currently determined scale factor SF 1 'can thus be closed to the temperature and thus to the current zero point NP 1 '. By this "table access method" can thus also be carried out an on-line recalibration.

Nachfolgend wird Bezug nehmend auf 8 ein Signalverarbeitungskonzept dargestellt, das gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aus Signal/Rausch-Gesichtspunkten bevorzugt wird. Das Signalverarbeitungskonzept gruppiert sich um die MEMS-Struktur herum, wie sie beispielsweise in 5 dargestellt ist und in 8 mit 800 bezeichnet ist. Die MEMS-Struktur umfaßt eine Einrichtung zum Anlegen von Ansteuersignalen 801, die dem Ansteuersignal 107 in 2 entsprechen. Ferner umfaßt die MEMS-Struktur 800 einen Sekundärerfassungsausgang 802 sowie, wie es in der DE 10059775 A1 beschrieben ist, einen Eingang 803 zum Einprägen eines HF-Trägers beispielsweise 600 kHz auf die Sekundärerfassungseinrichtung sowie einen Eingang 804 zum Einprägen eines weiteren HF-Trägers bei vorzugsweise etwa 400 kHz auf die primäre Anregungsstruktur, um an der Sekundärerfassungseinrichtung 802 einerseits sowie an der nicht gezeigten Primärerfassungseinrichtung ein Signal zu erhalten, das auf den HF-Träger beispielsweise von 600 kHz bzw. auf den HF-Träger von beispielsweise 400 kHz aufmoduliert ist. Am Ausgang 802 der Sekundärerfassungseinrichtung wird zunächst das Ausgangssig nal verstärkt 805 und Hochpass-gefiltert 806, um nur noch die dem Träger von 600 kHz aufmodulierten Ausgangssignale zu erhalten. Dann folgen zwei A/D-Wandler 807, die von einem Signalgenerator 808 getriggert werden, wobei der Signalgenerator 808 seinerseits durch einen Takt 809 angesteuert wird. Nunmehr folgen drei Signalverarbeitungszüge, die in 8 mit primär (f2), primär (f1) und sekundär bezeichnet sind. Jeder Signalverarbeitungszug umfaßt ein Bandpassfilter 810, zwei nachgeschaltete Demodulatoren 811, zwei Tiefpässe 812, zwei PI-Regler 813 sowie einen Signalgenerator 814. In den Primär-Signalverarbeitungszweigen ist ferner zwischen dem Tiefpass im oberen Zweig und dem PI-Regler im oberen Zweig, wie es in 8 gezeigt ist, ein Komparator 815 angeordnet, der einen Ist-Wert aus dem Tiefpass 812 mit einem erwünschten Wert (desired value) vergleicht.Subsequently, reference will be made to 8th a signal processing concept, which according to a preferred embodiment of the present invention is preferred from signal / noise aspects. The signal processing concept is grouped around the MEMS structure, such as in 5 is shown and in 8th With 800 is designated. The MEMS structure includes means for applying drive signals 801 that the drive signal 107 in 2 correspond. Furthermore, the MEMS structure comprises 800 a secondary output 802 as well as, as in the DE 10059775 A1 is described, an entrance 803 for impressing an RF carrier, for example, 600 kHz on the secondary detection device and an input 804 for impressing a further RF carrier at preferably about 400 kHz on the primary excitation structure to the secondary detection device 802 on the one hand and on the primary detection device, not shown, to obtain a signal which is modulated on the HF carrier, for example, of 600 kHz or on the HF carrier of, for example, 400 kHz. At the exit 802 the secondary detection means, the Ausgangssig signal is first amplified 805 and high-pass filtered 806 in order to obtain only the modulated on the carrier of 600 kHz output signals. Then follow two A / D converters 807 generated by a signal generator 808 be triggered, the signal generator 808 in turn by a tact 809 is controlled. Now follow three signal processing trains that in 8th are designated primary (f2), primary (f1) and secondary. Each signal processing train comprises a bandpass filter 810 , two downstream demodulators 811 , two low passes 812 , two PI controllers 813 and a signal generator 814 , Also, in the primary signal processing branches, between the low pass in the upper branch and the PI controller in the upper branch as shown in FIG 8th shown is a comparator 815 arranged, which is an actual value from the low pass 812 with a desired value.

Am Ausgang des Signalgenerators 814 ist jeweils ein D/A-Wandler 816 vorgesehen. Die Primär-Verarbeitungszweige bzw. die den Primär-Verarbeitungszweigen zugeordneten D/A-Wandler treiben Verstärkungsstufen 817, um für das anhand von 4 beschriebene In-Betrieb-Nachkalibrierungsverfahren Primäransteuersignal zu erzeugen, das einerseits eine Antriebssignalkomponente bei f1 und andererseits eine Beobachtersignalkomponente bei f2 hat. Die Regelung, die auf der Basis des Komparators 815 stattfindet, dient dazu, die Temperaturkompensation durchzuführen, um das Antriebssignal bei der aktuellen Resonanzfrequenz ωp der MEMS-Struktur zu halten, und um das Beobachtersignal entsprechend der Nachführung des Antriebssignals nachzuführen.At the output of the signal generator 814 is each a D / A converter 816 intended. The primary processing branches or the D / A converters associated with the primary processing branches drive amplification stages 817 to be based on that 4 described in-operation recalibration method to generate primary control signal having on the one hand a drive signal component at f1 and on the other hand, an observer signal component at f2. The scheme based on the comparator 815 takes place, serves to perform the temperature compensation to hold the drive signal at the current resonant frequency ω p of the MEMS structure, and nachzuführen the observer signal according to the tracking of the drive signal.

Ferner wird Bezug nehmend auf 8 darauf hingewiesen, dass das Ausgangssignal des PI-Reglers im Sekundärverarbeitungszweig einer Schnittstelle 818 zugeführt wird, die das Ausgangssignal V ausgibt, das proportional zur Drehrate ist (Block 819). Ferner wird der Signalgenerator 814 im Sekundärzweig dazu verwendet, um den Eingang 803 in die MEMS-Struktur anzusteuern, wie es aus 8 ersichtlich ist. Die in 8 gezeigte Schaltung erlaubt es somit, auf den Antrieb zwei unterschiedliche Frequenzen und zusätzliche hochfrequente Trägersignale (insbesondere auf die Primärantriebskammstrukturen) einzuspeisen, so dass zur Signal-Rausch-Verhältnis-Verbesserung ein Amplituden-moduliertes Signal am Ausgang 802 resultiert. Die Verarbeitung dieses Signals im Frequenzbereich liefert die hochfrequente Trägerfrequenz mit den entsprechenden Seitenbändern der Primärresonanzfrequenz bzw. der Referenzfrequenz (Beobachterfrequenz), wobei diese hochfrequente Spektrum durch den Hochpass 806 ermittelt wird. Durch die Unterabtastung mittels der Analog-Digital-Wandler wird somit der hochfrequente Träger gewissermaßen in den Nullpunkt (d. h. zu 0 Hz) geschoben, so dass zusätzlich die Information über die Primärresonanzfrequenz bzw. über die Referenzschwingung erhalten wird. Somit wird es möglich, aus dem Signal am Ausgang 802 der MEMS-Struktur die Komponenten aufgrund der Antriebsfrequenz und der Beobachterfrequenz „zeitgleich" einzulesen und entsprechend zu bearbeiten. Wenn keine so hohen Anforderungen an das Signal/Rausch-Verhältnis gestellt werden, könnte die Trennung auch durch Bandpassfilterung am Ausgang 802 stattfinden, um bereits im Basisband, also ohne Einprägung der hochfrequenten Trägersignale, die auf ω1 und ω2 bezogenen Signalkomponenten zu trennen.Further, referring to FIG 8th noted that the output signal of the PI controller in the secondary processing branch of an interface 818 is supplied, which outputs the output signal V, which is proportional to the rotation rate (block 819 ). Further, the signal generator 814 in the secondary branch used to the input 803 to head into the MEMS structure as it looks 8th is apparent. In the 8th Thus, the circuit shown allows two different frequencies and additional high-frequency carrier signals (in particular to the primary drive comb structures) to be fed to the drive, so that an amplitude-modulated signal at the output for signal-to-noise ratio improvement 802 results. The processing of this signal in the frequency domain provides the high-frequency carrier frequency with the corresponding sidebands of the primary resonant frequency and the reference frequency (observer frequency), this high-frequency spectrum through the high-pass 806 is determined. By subsampling by means of the analog-to-digital converters, the high-frequency carrier is thus as it were pushed into the zero point (ie to 0 Hz), so that in addition the information on the primary resonance frequency or on the reference oscillation is obtained. Thus, it becomes possible from the signal at the output 802 Due to the drive frequency and the observer frequency, the MEMS structure can read in and process the components "at the same time." If the signal-to-noise ratio is not so stringent, the separation may also be due to band-pass filtering at the output 802 take place already in the baseband, ie without impressing the high-frequency carrier signals, to separate the ω 1 and ω 2 related signal components.

Ferner sei darauf hingewiesen, dass der Signalgenerator 814 ausgebildet ist, um auf die Sekundärerfassungseinrichtung 108 von 2, welche gleichzeitig als Sekundäranregungseinrichtung dienen kann, das Signal einprägen, durch das eine Drehrate simuliert wird. Der Signalgenerator 814 würde somit der Einrichtung 20 von 2 zum Erzeugen eines Sekundäranregungssignals 109 entsprechen, wobei das Sekundäranregungssig nal 109 das Signal ist, das der Signalgenerator 814 im Sekundärzweig (mit unterschiedlichen Polaritäten) an die Digital/Analog-Wandler 820 und 822 ausgibt. Der Signalgenerator 814 ist somit ausgebildet, um die in Block 16 von 1 dargestellte Gleichung zu berücksichtigen, um aus Kompensationssignalen, Frequenzganginformationen und Informationen über eine numerisch gewünschte Drehrate entsprechende Sekundäransteuersignale zu erzeugen, die dann der Sekundäranregungs- bzw. Erfassungseinrichtung 108 von 2 innerhalb der MEMS-Struktur 800 zuführbar sind.It should also be noted that the signal generator 814 is adapted to the secondary detection device 108 from 2 , which can simultaneously serve as a secondary excitation device, memorize the signal by which a rate of rotation is simulated. The signal generator 814 would therefore be the device 20 from 2 for generating a secondary excitation signal 109 correspond, wherein the secondary excitation signal Sig 109 the signal is that the signal generator 814 in the secondary branch (with different polarities) to the digital / analogue converters 820 and 822 outputs. The signal generator 814 is thus designed to be in the block 16 from 1 to take account of the equation shown to generate corresponding secondary control signals from compensation signals, frequency response information and information about a numerically desired rotation rate, which then the secondary excitation or detection device 108 from 2 within the MEMS structure 800 can be fed.

Die vorliegende Erfindung zeichnet sich durch folgende Vorteile aus:
Die Erfindung stellt ein einfaches Verfahren zur initialen Kalibrierung von mikromechanischen Drehratensensoren ohne Einsatz eines Drehtisches dar und ist im Vergleich zur Kalibrierung mit Drehtischen aufgrund des deutlich geringeren Aufwands entsprechend kostengünstiger.
The present invention is characterized by the following advantages:
The invention provides a simple method for the initial calibration of micromechanical rotation rate sensors without the use of a turntable and is compared to the calibration with turntables due to the significantly lower cost correspondingly less expensive.

Des weiteren entfallen bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgrund der Rekalibrierung vorzugsweise in Verbindung mit der Bezug nehmend auf 8 dargestellten digitalen Auswerteelektronik während des Sensorbetriebs die bei der initialen Kalibrierung normalerweise erforderlichen zeitaufwendigen und damit kostenintensiven Temperaturmessungen.Furthermore, in the preferred embodiment of the present invention due to recalibration, preferably in conjunction with the reference 8th During the operation of the sensor, the digital evaluation electronics shown represent the time-consuming and thus cost-intensive temperature measurements normally required during the initial calibration.

Das erfindungsgemäße Konzept insbesondere im Hinblick auf die In-Betrieb-Nachkalibrierung resultiert in einem deutlich besseren Driftverhalten der Sensorparameter Skalenfaktor und Nullpunkt, so dass auch eine Verbesserung der Genauigkeit und damit der allgemeinen Leistungsfähigkeit der Sensoren erreicht wird.The inventive concept especially with regard to the in-service recalibration results in a significantly better drift behavior of the sensor parameters scale factor and zero point, so also improve the accuracy and so that the general efficiency the sensors is reached.

Das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere im Hinblick auf die Nachkalibrierung ermöglicht die Bestimmung und den Abgleich der Sensorparameter Skalenfaktoren und Nullpunkt während des Sensorbetriebs und insbesondere ohne Beeinflussung des Sensorbetriebs.The inventive method especially with regard to recalibration allows the determination and the adjustment of the sensor parameters, scale factors and zero point while the sensor operation and in particular without affecting the sensor operation.

Ferner ermöglicht das erfindungsgemäße Konzept zur Nachkalibrierung die permanente Überprüfung der Funktionalität der Drehratensensoren, was insbesondere in einer Erhöhung der Zuverlässigkeit aufgrund der Funktionsüberprüfung resultiert.Further allows the inventive concept for recalibration the permanent checking of the functionality of the rotation rate sensors, which in particular in an increase the reliability due to the functional verification results.

Claims (22)

Vorrichtung zum Simulieren einer Drehrate, die auf einen Drehratensensor wirkt, wobei der Drehratensensor eine Schwingeinrichtung (100), eine Primäranregungseinrichtung (106) zum Antreiben der Schwingeinrichtung (100) zu einer Primärbewegung (102), eine Sekundärerfassungseinrichtung (108) zum Ausgeben eines Ausgangssignals, das von einer Sekundärbewegung (104) der Schwingeinrichtung und von einer Drehrate des Drehratensensors um eine sensitive Achse desselben abhängt, aufweist, mit folgenden Merkmalen: einer Einrichtung (24) zum Bereitstellen eines Werts eines ersten Kompensationssignals (12a) und eines Werts eines zweiten Kompensationssignals (12b), wobei die Werte des ersten und des zweiten Kompensationssignals so gewählt sind, dass eine Auslenkung der Schwingeinrichtung aufgrund einer ersten Beschleunigung in Richtung der Primärbewegung kompensiert ist, und dass eine Auslenkung der Schwingeinrichtung aufgrund einer zweiten Beschleunigung in Richtung der Sekundärbewegung (104) kompensiert ist, und zum Bereitstellen von Frequenzganginformationen (22) der Schwingeinrichtung (100) aufgrund einer Anregung durch die Primäranregungseinrichtung (106); und einer Einrichtung (20) zum Erzeugen und Anlegen eines Simulationssignals (109) an die Sekundärerfassungseinrichtung (108), um eine Sekundärbewegung der Schwingeinrichtung (100) zu erzeugen, wobei eine Frequenz des Simulationssignals gleich einer Frequenz eines Primäranregungssignals (107) für die Primäranregungseinrichtung (106) ist, und wobei eine Amplitude (109a) des Simulationssignals von dem ersten Kompensationssignal (12a), von dem zweiten Kompensationssignal (12b), einer Amplitude des Primäranregungssignals, der Frequenz des Primäranregungssignals und den Frequenzganginformationen (22) und einem Wert der zu simulierenden Drehrate abhängt, so dass durch die Schwingeinrichtung (100) eine definierte Sekundärbewegung ausführbar ist, die einer Sekundärbewegung (104) der Schwingeinrichtung (100) innerhalb eines vorbestimmten Bereichs entspricht, die die Schwingeinrichtung (100) ausführen würde, wenn die simulierte Drehrate als tatsächliche Drehrate (101) anliegen würde.Device for simulating a rate of rotation, which acts on a rotation rate sensor, wherein the rotation rate sensor comprises a vibration device ( 100 ), a primary excitation device ( 106 ) for driving the vibrating device ( 100 ) to a primary movement ( 102 ), a secondary detection device ( 108 ) for outputting an output signal from a secondary movement ( 104 ) of the oscillating device and is dependent on a rate of rotation of the rotation rate sensor about a sensitive axis of the same, having the following features: 24 ) for providing a value of a first compensation signal ( 12a ) and a value of a second compensation signal ( 12b ), wherein the values of the first and the second compensation signal are selected such that a deflection of the oscillating device due to a first acceleration is compensated in the direction of the primary movement, and that a deflection of the oscillating device due to a second acceleration in the direction of the secondary movement ( 104 ) and to provide frequency response information ( 22 ) of the vibrating device ( 100 ) due to excitation by the primary excitation device ( 106 ); and a facility ( 20 ) for generating and applying a simulation signal ( 109 ) to the secondary detection device ( 108 ) to a secondary movement of the vibrating device ( 100 ), wherein a frequency of the simulation signal is equal to a frequency of a primary excitation signal ( 107 ) for the primary excitation facility ( 106 ), and wherein an amplitude ( 109a ) of the simulation signal from the first compensation signal ( 12a ), of the second compensation signal ( 12b ), an amplitude of the primary excitation signal, the frequency of the primary excitation signal and the frequency response information ( 22 ) and a value of the rate of rotation to be simulated, so that the oscillating device ( 100 ) a defined secondary movement is executable that a secondary movement ( 104 ) of the vibrating device ( 100 ) within a predetermined range that the oscillating device ( 100 ), if the simulated yaw rate is the actual yaw rate ( 101 ) would be present. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die. Amplitude des Simulationssignals gemäß folgender Gleichung bestimmt ist:
Figure 00610001
wobei Ux1g das erste Kompensationssignal ist, wobei Uy1g das zweite Kompensationssignal ist, wobei ω eine Frequenz des Primäranregungssignals ist, wobei ωp eine Resonanzfrequenz der Schwingeinrichtung in Primärbewegungsrichtung ist, wobei βp eine Dämpfung der Schwingeinrichtung (100) in Primärbewegungsrichtung ist, wobei Ω die zu simulierende Drehrate ist, und wobei Ux eine Amplitude des Primäranregungssignals ist.
Apparatus according to claim 1, wherein the. Amplitude of the simulation signal is determined according to the following equation:
Figure 00610001
where U x1g is the first compensation signal , where U y1g is the second compensation signal , where ω is a frequency of the primary excitation signal , where ω p is a resonant frequency of the oscillator in the primary direction of motion, where β p is an attenuation of the oscillator ( 100 ) in the primary direction of motion, where Ω is the rate of rotation to be simulated, and where U x is an amplitude of the primary excitation signal.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Frequenz des Primäranregungssignals gleich der Resonanzfrequenz der Schwingeinrichtung in Primärbewegungsrichtung ist, wobei die Amplitude des Simulationssignals gemäß folgender Gleichung bestimmt wird:
Figure 00610002
Apparatus according to claim 1, wherein the frequency of the primary excitation signal is equal to the resonant frequency of the oscillator in the primary direction of motion, the amplitude of the simulation signal being determined according to the following equation:
Figure 00610002
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Einrichtung (24) zum Bereitstellen folgende Merkmale aufweist: eine Einrichtung (10) zum Ausüben einer ersten Beschleunigung auf die Schwingeinrichtung (100) in Richtung der Primärbewegung (102) und einer zweiten Beschleunigung auf die Schwingeinrichtung (100) in Richtung der Sekundärbewegung (104); eine Einrichtung zum Kompensieren einer ersten Auslenkung der Schwingeinrichtung (100) aufgrund der ersten Beschleunigung, um das erste Kompensationssignal (12a) zu erhalten, und zum Kompensieren einer zweiten Auslenkung der Schwingeinrichtung (100) aufgrund der zweiten Beschleunigung, um das zweite Kompensationssignal (12b) zu erhalten.Device according to Claim 2, in which the device ( 24 ) for providing comprises: a device ( 10 ) for exerting a first acceleration on the oscillating device ( 100 ) in the direction of the primary movement ( 102 ) and a second acceleration on the vibrating device ( 100 ) in the direction of the secondary movement ( 104 ); a device for compensating a first deflection of the oscillating device ( 100 ) due to the first acceleration to the first compensation signal ( 12a ) and for compensating a second deflection of the oscillating device ( 100 ) due to the second acceleration to the second compensation signal ( 12b ) to obtain. Verfahren zum Simulieren einer Drehrate, die auf einen Drehratensensor wirkt, wobei der Drehratensensor eine Schwingeinrichtung (100), eine Primäranregungseinrichtung (106) zum Antreiben der Schwingeinrichtung (100) zu einer Primärbewegung (102), eine Sekundärerfassungseinrichtung (108) zum Ausgeben eines Ausgangssignals, das von einer Sekundärbewegung (104) der Schwingeinrichtung und von einer Drehrate des Drehratensensors um eine sensitive Achse desselben abhängt, aufweist, mit folgenden Schritten: Bereitstellen (24) eines Werts eines ersten Kompensationssignals (12a) und eines Werts eines zweiten Kompensationssignals (12b), wobei die Werte des ersten und des zweiten Kompensationssignals so gewählt sind, dass eine Auslenkung der Schwingeinrichtung aufgrund einer ersten Beschleunigung kompensiert ist, und dass eine Auslenkung der Schwingeinrichtung aufgrund einer zweiten Beschleunigung in Richtung der Sekundärbewegung (104) kompensiert ist, und zum Bereitstellen von Frequenzganginformationen (22) der Schwingeinrichtung (100) aufgrund einer Anregung durch die Primäranregungseinrichtung (106); und Erzeugen (20) und Anlegen eines Simulationssignals (109) an die Sekundärerfassungseinrichtung (108), um eine Sekundärbewegung der Schwingeinrichtung (100) zu erzeugen, wobei eine Frequenz des Simulationssignals gleich einer Frequenz eines Primäranregungssignals (107) für die Primäranregungseinrichtung (106) ist, und wobei eine Amplitude (109a) des Simulationssignals von dem ersten Kompensationssignal (12a), von dem zweiten Kompensationssignal (12b), einer Amplitude des Primäranregungssignals, der Frequenz des Primäranregungssignals und den Frequenzganginformationen (22) und einem Wert der zu simulierenden Drehrate abhängt, so dass durch die Schwingeinrichtung (100) eine definierte Sekundärbewegung ausführbar ist, die einer Sekundärbewegung (104) der Schwingeinrichtung (100) innerhalb eines vorbestimmten Bereichs entspricht, die die Schwingeinrichtung (100) ausführen würde, wenn die simulierte Drehrate als tatsächliche Drehrate (101) anliegen würde.A method for simulating a rate of rotation which acts on a rotation rate sensor, wherein the rotation rate sensor comprises a vibration device ( 100 ), a primary excitation device ( 106 ) for driving the vibrating device ( 100 ) to a primary movement ( 102 ), a secondary detection device ( 108 ) for outputting an output signal from a secondary movement ( 104 ) of the oscillating device and is dependent on a rate of rotation of the rotation rate sensor about a sensitive axis thereof, comprising the following steps: providing ( 24 ) of a value of a first compensation signal ( 12a ) and a value of a second compensation signal ( 12b ), wherein the values of the first and the second compensation signal are selected such that a deflection of the oscillating device is compensated on the basis of a first acceleration, and that a deflection of the oscillating device due to a second acceleration in the direction of the secondary movement ( 104 ) and to provide frequency response information ( 22 ) of the vibrating device ( 100 ) due to excitation by the primary excitation device ( 106 ); and generating ( 20 ) and applying a simulation signal ( 109 ) to the secondary detection device ( 108 ) to a secondary movement of the vibrating device ( 100 ), wherein a frequency of the simulation signal is equal to a frequency of a primary excitation signal ( 107 ) for the primary excitation facility ( 106 ), and where an amplitude ( 109a ) of the simulation signal from the first compensation signal ( 12a ), of the second compensation signal ( 12b ), an amplitude of the primary excitation signal, the frequency of the primary excitation signal and the frequency response information ( 22 ) and a value of the rate of rotation to be simulated, so that the oscillating device ( 100 ) a defined secondary movement is executable that a secondary movement ( 104 ) of the vibrating device ( 100 ) within a predetermined range that the oscillating device ( 100 ), if the simulated yaw rate is the actual yaw rate ( 101 ) would be present. Vorrichtung zum Kalibrieren eines Drehratensensors mit einer Schwingeinrichtung (100), einer Primäranregungseinrichtung (106) zum Antreiben der Schwingeinrichtung (100) zu einer Primärbewegung (102), einer Sekundärerfassungseinrichtung (108) zum Ausgeben eines Ausgangssignals, das von einer Sekundärbewegung (104) der Schwingeinrichtung (100) und von einer Drehrate (101) des Drehratensensors um eine sensitive Achse desselben abhängt, mit folgenden Merkmalen: einer Einrichtung (24) zum Bereitstellen eines Werts eines ersten Kompensationssignals (12a) und eines Werts eines zweiten Kompensationssignals (12b), wobei die Werte des ersten und des zweiten Kompensationssignals so gewählt sind, dass eine Auslenkung der Schwingeinrichtung aufgrund einer ersten Beschleunigung in Richtung der Primärbewegung kompensiert ist, und dass eine Auslenkung der Schwingeinrichtung aufgrund einer zweiten Beschleunigung in Richtung der Sekundärbewegung (104) kompensiert ist, und zum Bereitstellen von Frequenzganginformationen der Schwingeinrichtung (100) aufgrund einer Anregung durch die Primäranregungseinrichtung (106); einer Einrichtung (20) zum Erzeugen und Anlegen eines Simulationssignals (109) an die Sekundärerfassungseinrichtung (108), um eine Sekundärbewegung der Schwingeinrichtung (100) zu erzeugen, wobei eine Frequenz des Simulationssignals gleich einer Frequenz eines Primäranregungssignals (107) für die Primäranregungseinrichtung (106) ist, und wobei eine Amplitude (109a) des Simulationssignals von dem ersten Kompensationssignal (12a), von dem zweiten Kompensationssignal (12b), einer Amplitude des Primäranregungssignals, der Frequenz des Primäranregungssignals und den Frequenzganginformationen (22) und einem Wert einer zu simulierenden Drehrate abhängt, so dass durch die Schwingeinrichtung (100) eine definierte Sekundärbewegung ausführbar ist, die einer Sekundärbewegung (104) der Schwingeinrichtung (100) innerhalb eines vorbestimmten Bereichs entspricht, die die Schwingeinrichtung (100) ausführen würde, wenn die simulierte Drehrate als tatsächliche Drehrate (101) anliegen würde; einer Einrichtung zum Messen eines ersten Ausgangssignals (V1) aufgrund eines durch die Einrichtung (20) zum Erzeugen und Anlegen eines Simulationssignals (109) angelegten ersten Simulationssignals (Uy1) zum Simulieren einer ersten Drehrate (Ω1); einer Einrichtung (32) zum Messen eines zweiten Ausgangssignals (V2) aufgrund eines durch die Einrichtung (20) zum Erzeugen und Anlegen eines Simulationssignals (109) angelegten zweiten Simulationssignals (Uy2) zum Simulieren einer zweiten Drehrate (Ω2), die zu der ersten simulierten Drehrate (Ω1) unterschiedlich ist; und einer Einrichtung (34) zum Berechnen von Kalibrierungsinformationen, die von einem Multiplikator (kSF) für einen Soll-Skalierungsfaktor abhängen, aufgrund des ersten Ausgangssignals (V1), aufgrund des zweiten Ausgangssignals (V2), aufgrund der ersten simulierten Drehrate (Ω1), aufgrund der zweiten simulierten Drehrate (Ω2) und aufgrund des Soll-Skalierungsfaktors.Device for calibrating a rotation rate sensor with a vibration device ( 100 ), a primary excitation device ( 106 ) for driving the vibrating device ( 100 ) to a primary movement ( 102 ), a secondary detection device ( 108 ) for outputting an output signal from a secondary movement ( 104 ) of the vibrating device ( 100 ) and a rate of rotation ( 101 ) of the rotation rate sensor is dependent on a sensitive axis thereof, having the following features: a device ( 24 ) for providing a value of a first compensation signal ( 12a ) and a value of a second compensation signal ( 12b ), wherein the values of the first and the second compensation signal are selected such that a deflection of the oscillating device due to a first acceleration in the direction of the primary movement is compensated, and that a deflection of the oscillating device due to a second acceleration in the direction of the secondary movement ( 104 ) and for providing frequency response information of the vibrating device ( 100 ) due to excitation by the primary excitation device ( 106 ); a facility ( 20 ) for generating and applying a simulation signal ( 109 ) to the secondary detection device ( 108 ) to a secondary movement of the vibrating device ( 100 ), wherein a frequency of the simulation signal is equal to a frequency of a primary excitation signal ( 107 ) for the primary excitation facility ( 106 ), and wherein an amplitude ( 109a ) of the simulation signal from the first compensation signal ( 12a ), of the second compensation signal ( 12b ), an amplitude of the primary excitation signal, the frequency of the primary excitation signal and the frequency response information ( 22 ) and a value of a rate of rotation to be simulated depends so that by the vibrating device ( 100 ) a defined secondary movement is executable that a secondary movement ( 104 ) of the vibrating device ( 100 ) within a predetermined range that the oscillating device ( 100 ), if the simulated yaw rate is the actual yaw rate ( 101 ) would be present; a device for measuring a first output signal (V 1 ) as a result of the device ( 20 ) for generating and applying a simulation signal ( 109 ) applied first simulation signal (U y1 ) for simulating a first rotation rate (Ω 1 ); a facility ( 32 ) for measuring a second output signal (V 2 ) as a result of passing through the device ( 20 ) for generating and applying a simulation signal ( 109 ) second simulation signal (U y2 ) for simulating a second yaw rate (Ω 2 ) different from the first simulated yaw rate (Ω 1 ); and a facility ( 34 ) for calculating calibration information that depends on a multiplier (k SF ) for a target scaling factor due to the first output signal (V 1 ) due to the second output signal (V 2 ) due to the first simulated yaw rate (Ω 1 ) the second simulated yaw rate (Ω 2 ) and the target scale factor. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die erste Drehrate eine erste Grenze eines spezifizierten Messbereichs für eine Drehrate definiert, und bei der die zweite Drehrate (Ω2) eine zweite Grenze eines spezifizierten Messbereichs für eine Drehrate definiert.The apparatus of claim 6, wherein the first rate of rotation defines a first limit of a specified yaw rate measurement range, and wherein the second yaw rate (Ω 2 ) defines a second boundary of a specified yaw rate range. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, die ferner folgendes Merkmal aufweist: eine Einrichtung zum Berechnen eines Nullpunkt-Abgleichwerts (kNP) auf der Basis eines gemessenen Ausgangssignals (NP0 *) der Einrichtung zum Messen (32) ohne Anliegen eines Simulationssignals.Apparatus according to claim 6 or 7, further comprising: means for calculating a zero point trim value (k NP ) based on a measured output signal (NP 0 * ) of said means for measuring ( 32 ) without concern of a simulation signal. Verfahren zum Kalibrieren eines Drehratensensors mit einer Schwingeinrichtung (100), einer Primäranregungseinrichtung (106) zum Antreiben der Schwingeinrichtung (100) zu einer Primärbewegung (102), einer Sekundärerfassungseinrichtung (108) zum Ausgeben eines Ausgangssignals, das von einer Sekundärbewegung (104) der Schwingeinrichtung (100) und von einer Drehrate (101) des Drehratensensors um eine sensitive Achse desselben abhängt, mit folgenden Schritten: Bereitstellen (24) eines Werts eines ersten Kompensationssignals (12a) und eines Werts eines zweiten Kompensationssignals (12b), wobei die Werte des ersten und des zweiten Kompensationssignals so gewählt sind, dass eine Auslenkung der Schwingeinrichtung aufgrund einer ersten Beschleunigung kompensiert ist, und dass eine Auslenkung der Schwingeinrichtung aufgrund einer zweiten Beschleunigung in Richtung der Sekundärbewegung (104) kompensiert ist, und zum Bereitstellen von Frequenzganginformationen der Schwingeinrichtung (100) aufgrund einer Anregung durch die Primäranregungseinrichtung (106); Erzeugen eines ersten Simulationssignals (Uy1) und Anlegen (20) des ersten Simulationssignals (109) an die Sekundärerfassungseinrichtung (108), um eine Sekundärbewegung der Schwingeinrichtung (100) zu erzeugen, wobei eine Frequenz des ersten Simulationssignals gleich einer Frequenz eines Primäranregungssignals (107) für die Primäranregungseinrichtung (106) ist, und wobei eine Amplitude (109a) des Simulationssignals von dem ersten Kompensationssignal (12a), von dem zweiten Kompensationssignal (12b), einer Amplitude des Primäranregungssignals, der Frequenz des Primäranregungssignals und den Frequenzganginformationen (22) und einem Wert einer zu simulierenden ersten Drehrate (Ω1) abhängt, so dass durch die Schwingeinrichtung (100) eine definierte Sekundärbewegung ausführbar ist, die einer Sekundärbewegung (104) der Schwingeinrichtung (100) innerhalb eines vorbestimmten Bereichs entspricht, die die Schwingeinrichtung (100) ausführen würde, wenn die simulierte erste Drehrate (Ω1) als tatsächliche Drehrate (101) anliegen würde; Messen eines ersten Ausgangssignals (V1) aufgrund des angelegten ersten Simulationssignals (Uy1); Erzeugen und Anlegen eines zweiten Simulationssignals (Uy2) zum Simulieren einer zweiten Drehrate (Ω2), die zu der ersten simulierten Drehrate (Ω1) unterschiedlich ist; Messen (32) eines zweiten Ausgangssignals (V2) aufgrund des zweiten Simulationssignals; und Berechnen (34) von Kalibrierungsinformationen, die von einem Multiplikator (kSF) für einen Soll-Skalierungsfaktor abhängen, aufgrund des ersten Ausgangssignals (V1), aufgrund des zweiten Ausgangssignals (V2), aufgrund der ersten simulierten Drehrate (Ω1), aufgrund der zweiten simulierten Drehrate (Ω2) und aufgrund des Soll-Skalierungsfaktors.Method for calibrating a rotation rate sensor with a vibration device ( 100 ), a primary excitation device ( 106 ) for driving the vibrating device ( 100 ) to a primary movement ( 102 ), a secondary detection device ( 108 ) for outputting an output signal from a secondary movement ( 104 ) of the vibrating device ( 100 ) and a rate of rotation ( 101 ) of the rotation rate sensor around a sensitive axis thereof, comprising the following steps: providing ( 24 ) of a value of a first compensation signal ( 12a ) and a value of a second compensation signal ( 12b ), wherein the values of the first and the second compensation signal are selected such that a deflection of the oscillating device is compensated on the basis of a first acceleration, and that a deflection of the oscillating device due to a second acceleration in the direction of the secondary movement ( 104 ) and for providing frequency response information of the vibrating device ( 100 ) due to excitation by the primary excitation device ( 106 ); Generating a first simulation signal (U y1 ) and applying ( 20 ) of the first simulation signal ( 109 ) to the secondary detection device ( 108 ) to a secondary movement of the vibrating device ( 100 ), wherein a frequency of the first simulation signal is equal to a frequency of a primary excitation signal ( 107 ) for the primary excitation facility ( 106 ), and wherein an amplitude ( 109a ) of the simulation signal from the first compensation signal ( 12a ), of the second compensation signal ( 12b ), an amplitude of the primary excitation signal, the frequency of the primary excitation signal and the frequency response information ( 22 ) and a value of a first rate of rotation (Ω 1 ) to be simulated, so that the oscillating device ( 100 ) a defined secondary movement is executable that a secondary movement ( 104 ) of the vibrating device ( 100 ) within a predetermined range that the oscillating device ( 100 ) if the simulated first yaw rate (Ω 1 ) is the actual yaw rate ( 101 ) would be present; Measuring a first output signal (V 1 ) on the basis of the applied first simulation signal (U y1 ); Generating and applying a second simulation signal (U y2 ) for simulating a second yaw rate (Ω 2 ) different from the first simulated yaw rate (Ω 1 ); Measure up ( 32 ) of a second output signal (V 2 ) based on the second simulation signal; and calculating ( 34 ) of calibration information that depends on a multiplier (k SF ) for a target scaling factor due to the first output signal (V 1 ), due to the second output signal (V 2 ), due to the first simulated yaw rate (Ω 1 ) due to the second one simulated yaw rate (Ω 2 ) and based on the target scaling factor. Vorrichtung zum Nachkalibrieren eines voreingestellten Skalenfaktors eines Drehratensensors mit einer Schwingeinrichtung (100), einer Primäranregungseinrichtung (106) zum Antreiben der Schwingeinrichtung (100) zu einer Primärbewegung (102), einer Sekundärerfassungseinrichtung (108) zum Ausgeben eines Ausgangssignals, das von einer Sekundärbewegung (104) der Schwingeinrichtung (100) und von einer Drehrate (101) des Drehratensensors um eine sensitive Achse desselben abhängt, mit folgenden Merkmalen: einer Primäreinrichtung (40) zum Ansteuern der Primärantriebseinrichtung mit einem Primäransteuersignal, das eine erste Ansteuerkomponente bei einer Antriebsfrequenz (ω1) und eine zweite Ansteuerkomponente bei einer Beobachterfrequenz (ω2) aufweist; einer Einrichtung (42) zum frequenzselektiven Erfassen des Ausgangssignals, um eine erste Ausgangssignalkomponente (V1) aufgrund der ersten Ansteuerkomponente und eine zweite Aus gangssignalkomponente (V2) aufgrund der zweiten Ansteuerkomponente zu erhalten; eine Einrichtung (44) zum Simulieren einer Drehrate (ΩE) durch Anregen der Schwingeinrichtung (100) in Richtung der Sekundärbewegung (104) mit einem Sekundäransteuersignal, das so eingestellt ist, dass die definierte Drehrate (ΩE) simuliert wird, wobei die Sekundäransteueramplitude von der zweiten Ansteuerkomponente mit der Beobachterfrequenz (ω2) abhängt; einer Ablaufsteuerungseinrichtung (46) zum Auslesen der Einrichtung (42) zum frequenzselektiven Erfassen zu einem ersten Zeitpunkt (i), zu einem zweiten Zeitpunkt (j) und zu einem dritten Zeitpunkt (k), wobei die Ablaufsteuerungseinrichtung (46) ferner wirksam ist, um die Einrichtung (44) zum Simulieren anzusteuern, damit dieselbe zu dem dritten Zeitpunkt (k) die Sekundärerfassungseinrichtung (108) mit dem Sekundäransteuersignal (109) ansteuert; und einer Einrichtung (48) zum Berechnen von Kalibrierinformationen, die von einem aktuellen Kalibrierungsfaktors (kSF) abhängen, unter Verwendung eines Ausgangssignals der Einrichtung (42) zum frequenzselektiven Erfassen zum ersten Zeitpunkt (i), zum zweiten Zeitpunkt (j) und zum dritten Zeitpunkt (k) und unter Verwendung der definierten Drehrate (ΩE), wobei die Einrichtung zum Berechnen ausgebildet ist, um unter Verwendung der folgenden Gleichung zu arbeiten:
Figure 00680001
wobei V1i'' die erste Ausgangssignalkomponente zum Zeitpunkt i ist, wobei V2i'' die zweite Ausgangssignalkomponente zum Zeitpunkt i ist, wobei V1j'' die erste Ausgangssignalkomponente zum Zeitpunkt j ist, wobei V2j'' die zweite Ausgangssignalkomponente zum Zeitpunkt j ist, und wobei V1k'' die erste Ausgangssignalkomponente zum Zeitpunkt k ist, wobei V2k'' die zweite Ausgangssignalkomponente zum Zeitpunkt k ist, wobei kSF der aktuelle Kalibrierungsfaktor ist, wobei ΩE die zum Zeitpunkt k simulierte Drehrate ist, und wobei SF1 der voreingestellte Skalenfaktor ist.
Device for recalibrating a preset scale factor of a rotation rate sensor with a vibration device ( 100 ), a primary excitation device ( 106 ) for driving the vibrating device ( 100 ) to a primary movement ( 102 ), a secondary detection device ( 108 ) for outputting an output signal from a secondary movement ( 104 ) of the vibrating device ( 100 ) and a rate of rotation ( 101 ) of the rotation rate sensor is dependent on a sensitive axis thereof, having the following features: a primary device ( 40 ) for driving the prime mover with a primary control signal having a first drive component at a drive frequency (ω 1 ) and a second drive component at an observer frequency (ω 2 ); a facility ( 42 ) for frequency-selectively detecting the output signal to obtain a first output signal component (V 1 ) based on the first drive component and a second output signal component (V 2 ) based on the second drive component; An institution ( 44 ) for simulating a rate of rotation (Ω E ) by exciting the oscillating device ( 100 ) in the direction of the secondary movement ( 104 ) with a secondary control signal adjusted to simulate the defined rate of turn (Ω E ), the secondary control amplitude depending on the second drive component at the observer frequency (ω 2 ); a flow control device ( 46 ) for reading the device ( 42 ) for frequency-selective detection at a first time (i), at a second time (j) and at a third time (k), wherein the sequence control device ( 46 ) is also effective in order to enable the 44 ) for simulating, so that it at the third time point (k) the secondary detection device ( 108 ) with the secondary control signal ( 109 ) drives; and a facility ( 48 ) for calculating calibration information that depends on a current calibration factor (k SF ) using an output signal of the device ( 42 ) for frequency selective detection at the first time (i), at the second time (j) and at the third time (k) and using the defined rate of turn (Ω E ), wherein the means for calculating is arranged to use the following equation work:
Figure 00680001
where V 1i "is the first output signal component at time i, where V 2i " is the second output signal component at time i, where V 1j "is the first output signal component at time j, where V 2j " is the second output signal component at time j where V 1k '' is the first output signal component at time k, where V 2k '' is the second output signal component at time k, where k SF is the current calibration factor, where Ω E is the rate of rotation simulated at time k, and where SF 1 is the default scale factor.
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Einrichtung (48) zum Berechnen ausgebildet ist, um den aktuellen Korrekturfaktor aus einem Verhältnis zwischen dem voreingestellten Skalenfaktor und einem berechneten aktuellen Skalenfaktor zu ermitteln, um ein Ausgangssignal aufgrund der ersten Ansteuerkomponente unter Verwendung des aktuellen Korrekturfaktors und des voreingestellten Skalenfaktors zu korrigieren, um ein nachkalibriertes Ausgangssignal zu erhalten.Device according to claim 10, in which the device ( 48 ) for calculating to determine the current correction factor from a ratio between the preset scale factor and a calculated current scale factor, an output signal based on the first drive component using the current correction factor and the preset scale factor to obtain a recalibrated output signal. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, bei der die Einrichtung (42) zum Simulieren ausgebildet ist, um ein Sekundäransteuersignal mit einer Frequenz gleich der Beobachterfrequenz anzulegen.Device according to one of claims 10 or 11, in which the device ( 42 ) is adapted to simulate to apply a secondary control signal having a frequency equal to the observer frequency. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei der die Einrichtung (44) zum Simulieren ausgebildet ist, um eine Amplitude des Sekundäransteuersignals so einzustellen, dass die Amplitude (109a) des Sekundäranregungssignals (109) zum Anregen der Schwingeinrichtung (100) von einer Primäranregungsamplitude (107a) zum Anregen der Primäranregungseinrichtung (106), einer Primäranregungsfrequenz (107b), dem ersten Kompensationssignal (12a), dem zweiten Kompensationssignal (12b), den Frequenzganginformationen (22) und der zu simulie renden Drehrate abhängt, so dass durch Anregen der Schwingeinrichtung (102) in Richtung der Sekundärbewegung (104) eine auf den Sensor wirkende Drehrate simulierbar ist.Device according to one of claims 10 to 12, in which the device ( 44 ) is adapted to simulate an amplitude of the secondary control signal so that the amplitude ( 109a ) of the secondary excitation signal ( 109 ) for exciting the vibrating device ( 100 ) of a primary excitation amplitude ( 107a ) for exciting the primary excitation device ( 106 ), a primary excitation frequency ( 107b ), the first compensation signal ( 12a ), the second compensation signal ( 12b ), the frequency response information ( 22 ) and the speed of rotation to simulie depends, so that by exciting the vibrating device ( 102 ) in the direction of the secondary movement ( 104 ) a rate of rotation acting on the sensor can be simulated. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei der die Antriebsfrequenz gleich einer Resonanzfrequenz der Schwingeinrichtung aufgrund einer Primärbewegung ist.Device according to one of claims 10 to 13, in which the Drive frequency equal to a resonant frequency of the vibrating device due to a primary movement is. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, bei der die Einrichtung (44) zum Simulieren ausgebildet ist, um das Sekundäransteuersignal abhängig von einer Regelung (49) des Primäransteuersignals einzustellen.Device according to one of Claims 10 to 14, in which the device ( 44 ) is designed to simulate the secondary control signal as a function of a control ( 49 ) of the primary control signal. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der der Drehratensensor ferner eine Regelungseinrichtung (49) aufweist, um eine Amplituden- und/oder Phasenregelung des Primäransteuersignals durchzuführen.Apparatus according to claim 15, wherein the rotation rate sensor further comprises a control device (15). 49 ) to perform an amplitude and / or phase control of the primary control signal. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, bei der eine Amplitude des Sekundäransteuersignals folgendermaßen definiert ist.
Figure 00700001
wobei Uy' eine Amplitude des Sekundäransteuersignals bei einer Temperatur (T) ist, wobei ωp eine Primärresonanzfrequenz der Schwingeinrichtung bei einer Referenztemperatur ist, wobei ω2 die Beobachterfrequenz bei der Referenztemperatur ist, wobei βp eine Primärdämpfung bei der Referenztemperatur ist, wobei Ux eine Primäransteueramplitude bei der Referenztemperatur ist, wobei Uy eine Sekundäransteueramplitude bei der Referenztemperatur ist, wobei ω'p eine Primärresonanzfrequenz bei der aktuellen Temperatur ist, wobei ω2' eine Beobachterfrequenz bei der aktuellen Temperatur ist, wobei β'p eine Primärdämpfung bei der aktuellen Temperatur ist.
Apparatus according to claim 15 or 16, wherein an amplitude of the secondary control signal is defined as follows.
Figure 00700001
where U y 'is an amplitude of the secondary control signal at a temperature (T), where ω p is a primary resonant frequency of the vibrator at a reference temperature, where ω 2 is the observer frequency at the reference temperature, where β p is a primary attenuation at the reference temperature, where U x is a primary control amplitude at the reference temperature, where U y is a secondary control amplitude at the reference temperature, where ω ' p is a primary resonant frequency at the current temperature, where ω 2 ' is an observer frequency at the current temperature, where β ' p is a primary attenuation at the current temperature current temperature is.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, die ferner folgendes Merkmal aufweist: eine Einrichtung zum Berechnen eines aktuellen Nullpunktsignals basierend auf einem ersten Ausgangssignal zu einem ersten Zeitpunkt und einem zweiten Ausgangssignal zu einem anderen Zeitpunkt und basierend auf dem aktuellen Korrekturfaktor (kSF); und einer Einrichtung zum Berechnen eines kalibrierten Nullpunkts für die erste Ausgangssignalkomponente basierend auf einer Differenz zwischen dem aktuellen Nullpunktsignal und einem Soll-Nullpunktsignal.Apparatus according to any one of claims 10 to 17, further comprising: means for calculating a current zero point signal based on a first output signal at a first time and a second output signal at a different time and based on the current correction factor (k SF ); and means for calculating a calibrated zero for the first output signal component based on a difference between the current zero point signal and a desired zero point signal. Vorrichtung nach Anspruch 18, bei der die Einrichtung zum Berechnen ausgebildet ist, um das aktuelle Nullpunktsignal folgendermaßen zu berechnen:
Figure 00710001
wobei NP1' das aktuelle Nullpunktsignal ist, wobei V1i'' die erste Ausgangssignalkomponente zum Zeitpunkt i ist, wobei V2i'' die zweite Ausgangssignalkomponente zum Zeitpunkt i ist, wobei V'1l die erste Ausgangssignalkomponente zum Zeitpunkt 1 ist, wobei V''2l die zweite Ausgangssignalkomponente zum Zeitpunkt 1 ist, wobei kSF der aktuelle Kalibrierungsfaktor ist.
Apparatus according to claim 18, wherein the means for calculating is arranged to calculate the current zero point signal as follows:
Figure 00710001
where NP 1 'is the current zero point signal , where V 1i "is the first output signal component at time i, where V 2i " is the second output signal component at time i, where V' 1l is the first output signal component at time 1, where V '' 2l is the second output signal component at time 1, where k SF is the current calibration factor.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, die folgendes Merkmal aufweist: eine Einrichtung zum Berechnen eines aktuellen Nullpunktsignals basierend auf einem ersten Ausgangssignal zu einem ersten Zeitpunkt und einem mit dem Skalenfaktor korrigierten ersten Ausgangssignal zu dem ersten Zeitpunkt.Apparatus according to any one of claims 10 to 17, which comprises Feature: means for calculating a current one Zero-point signal based on a first output signal to a first time and one corrected with the scale factor first Output signal at the first time. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, die folgendes Merkmal aufweist: eine Einrichtung zum Bereitstellen einer Charakterisierung von Sensorparametern Skalenfaktor und Nullpunkt über der Temperatur; und einer Einrichtung zum Wiedergewinnen eines aktuellen Nullpunktsignals auf der Basis des berechneten aktuellen Skalenfaktors.Apparatus according to any one of claims 10 to 17, which comprises Feature: a device for providing a Characterization of sensor parameters Scale factor and zero point over the Temperature; and a device for recovering a current zero point signal based on the calculated current one Scale factor. Verfahren zum Nachkalibrieren eines voreingestellten Skalenfaktors eines Drehratensensors mit einer Schwingeinrichtung (100), einer Primäranregungseinrichtung (106) zum Antreiben der Schwingeinrichtung (100) zu einer Primärbewegung (102), einer Sekundärerfassungseinrichtung (108) zum Ausgeben eines Ausgangssignals, das von einer Sekundärbewegung (104) der Schwingeinrichtung (100) und von einer Drehrate (101) des Drehratensensors um eine sensitive Achse desselben abhängt, mit folgenden Schritten: Ansteuern (40) der Primärantriebseinrichtung mit einem Primäransteuersignal, das eine erste Ansteuerkomponente bei ei ner Antriebsfrequenz (ω1) und eine zweite Ansteuerkomponente bei einer Beobachterfrequenz (ω2) aufweist; frequenzselektives Erfassen (42) des Ausgangssignals, um eine erste Ausgangssignalkomponente (V1) aufgrund der ersten Ansteuerkomponente und eine zweite Ausgangssignalkomponente (V2) aufgrund der zweiten Ansteuerkomponente zu erhalten; Simulieren (44) einer Drehrate (ΩE) durch Anregen der Schwingeinrichtung (100) in Richtung der Sekundärbewegung (104) mit einem Sekundäransteuersignal, das so eingestellt ist, dass die definierte Drehrate (ΩE) simuliert wird, wobei die Sekundäransteueramplitude von der zweiten Ansteuerkomponente mit der Beobachterfrequenz (ω2) abhängt; wobei der Schritt des frequenzselektiven Erfassens zu einem ersten Zeitpunkt (i), zu einem zweiten Zeitpunkt (j) und zu einem dritten Zeitpunkt (k) durchgeführt wird, und wobei zum dritten Zeitpunkt (k) der Schritt des Simulierens ausgeführt wird; und Berechnen (48) von Kalibrierungsinformationen, die von einem aktuellen Kalibrierungsfaktors (kSF) abhängen, unter Verwendung eines Ausgangssignals der Einrichtung (42) zum frequenzselektiven Erfassen zum ersten Zeitpunkt (i), zum zweiten Zeitpunkt (j) und zum dritten Zeitpunkt (k) und unter Verwendung der definierten Drehrate (ΩE), wobei der Schritt des Berechnens folgende Schritte aufweist: Berechnen eines aktuellen Nullpunktsignals basierend auf einem ersten Ausgangssignal zu einem ersten Zeitpunkt und einem zweiten Ausgangssignal zu einem anderen Zeitpunkt und basierend auf dem aktuellen Korrekturfaktor (kSF), wobei das aktuelle Nullpunktsignal folgendermaßen berechnet wird:
Figure 00740001
wobei NP1' das aktuelle Nullpunktsignal ist, wobei V1i'' die erste Ausgangssignalkomponente zum Zeitpunkt i ist, wobei V2i'' die zweite Ausgangssignalkomponente zum Zeitpunkt i ist, wobei V'1l die erste Ausgangssignalkomponente zum Zeitpunkt 1 ist, wobei V''2l die zweite Ausgangssignalkomponente zum Zeitpunkt 1 ist, wobei kSF der aktuelle Kalibrierungsfaktor ist; und Berechnen eines kalibrierten Nullpunkts für die erste Ausgangssignalkomponente basierend auf einer Differenz zwischen dem aktuellen Nullpunktsignal und einem Soll-Nullpunktsignal.
Method for recalibrating a preset scale factor of a rotation rate sensor with a vibration device ( 100 ), a primary excitation device ( 106 ) for driving the vibrating device ( 100 ) to a primary movement ( 102 ), a secondary detection device ( 108 ) for outputting an output signal from a secondary movement ( 104 ) of the vibrating device ( 100 ) and a rate of rotation ( 101 ) of the rotation rate sensor around a sensitive axis thereof, with the following steps: driving ( 40 ) of the primary drive device with a primary control signal having a first drive component at egg ner drive frequency (ω 1 ) and a second drive component at an observer frequency (ω 2 ); Frequency-selective acquisition ( 42 ) of the output signal to obtain a first output signal component (V 1 ) due to the first drive component and a second output signal component (V 2 ) due to the second drive component; Simulate ( 44 ) a rate of rotation (Ω E ) by exciting the oscillating device ( 100 ) in the direction of the secondary movement ( 104 ) with a secondary control signal adjusted to simulate the defined rate of turn (Ω E ), the secondary control amplitude depending on the second drive component at the observer frequency (ω 2 ); wherein the step of frequency-selective detection is performed at a first time (i), at a second time (j) and at a third time (k), and at the third time (k), the step of simulating is performed; and calculating ( 48 ) of calibration information that depends on a current calibration factor (k SF ) using an output signal of the device ( 42 for frequency selective detection at the first time (i), at the second time (j) and at the third time (k) and using the defined rate of turn (Ω E ), wherein the step of calculating comprises the steps of: calculating a current zero point signal based on a first output signal at a first time and a second output signal at another time and based on the current correction factor (k SF ), wherein the current zero point signal is calculated as follows:
Figure 00740001
where NP 1 'is the current zero point signal , where V 1i "is the first output signal component at time i, where V 2i " is the second output signal component at time i, where V' 1l is the first output signal component at time 1, where V '' 2l is the second output signal component at time 1, where k SF is the current calibration factor ; and calculating a calibrated zero point for the first output signal component based on a difference between the current zero point signal and a desired zero point signal.
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