DE1189024T1

DE1189024T1 - Inertial-Drehratensensor und -verfahren mit verbessertem Takten

Info

Publication number: DE1189024T1
Application number: DE1189024T
Authority: DE
Inventors: Larry P. Hobbs; Richard G. Newell
Original assignee: BEI Technologies Inc
Current assignee: Custom Sensors and Technologies Inc
Priority date: 2000-09-15
Filing date: 2001-08-17
Publication date: 2003-05-28
Also published as: EP1189024A2; EP1189024A3; DE60119642T2; JP4001221B2; DE60119642D1; US6553835B1; EP1189024B1; JP2002188925A

Claims

Trägheitsratensensor und Methode mit verbesserter Taktgebung Ansprüche:

1. In einem Trägheitsratensensor: Ein Schwingungsraten-Messelement, welches eine natürliche Resonanzfrequenz hat, eine Ansteuerungsschaltung zum Anlegen eines Ansteuerungssignals an das Ratenmesselement, eine Aufnahmeschaltung, gekoppelt an das Ratenmesselement, zum Bereitstellen eines Ausgangssignals entsprechend einer Bewegung des Ratenmesselementes, Digitallogik zum Kalibrieren des Ratensensors und Detektieren des Auftretens von Störungen im Ratensensor, Mittel, welche das Ratenmesselement als Frequenzreferenz zum Bereitstellen eines Systemtaktsignals für die Digitallogik verwenden, Mittel zum Aufrechterhalten einer festen Phasenbeziehung zwischen Schwingung des Ratenmesselementes und dem Systemtaktsignal, Mittel zum Filtern des Systemtaktsignals, um Antworten auf unechte Übergänge während einer Periode, die dem Anlegen des Betriebsstroms an den Sensor folgt, zu eliminieren, und Mittel zum Zurücksetzen der Digitallogik in Synchronisation mit dem Systemtaktsignal.

2. In einem Trägheitsratensensor: Ein Schwingungsraten-Messelement, welches eine natürliche Resonanzfrequenz aufweist, eine Ansteuerungsschaltung zum Anlegen eines Ansteuerungssignals an das Ratenmesselement, eine Aufnahmeschaltung, gekoppelt an das Ratenmesselement, zum Bereitstellen eines Ausgangssignals entsprechend einer Bewegung des Ratenmesselements, Digitallogik zum Kalibrieren des Ratensensors und Detektieren des Auftretens von Störungen im Ratensensor, und Mittel, welche das Ratenmesselement als eine Frequenzreferenz zum Bereitstellen eines Systemtaktsignals für die Digitallogik verwenden.

3. Trägheitsratensensor nach Anspruch 2, welcher ferner enthält: Mittel zum Aufrechterhalten einer festen Phasenbeziehung zwischen Schwingung des Ratenmesselements und dem Systemtaktsignal.

4. Trägheitsratensensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, in welchem das Mittel zum Aufrechterhalten einer festen Phasenbeziehung enthält: Mittel zum Bereitstellen eines Eingangstaktsignals, welches in Phase mit den Schwingungen des Ratenmesselements ist, Mittel, welche auf das Eingangstaktsignal reagieren, zum Erzeugen eines ersten Signals, welches eine Frequenz hat, die gleich einer Hälfte der Frequenz des Eingangstaktsignals ist und eine steigende Flanke, welche entweder mit einer steigenden Flanke oder mit einer fallenden Flanke des Eingangstaktsignals synchronisiert ist, Mittel zum Erzeugen eines zweiten Signals, welches eine Frequenz hat, die gleich einer Hälfte der Frequenz des Eingangstaktsignals ist und mit dem ersten Signal um eine Hälfte eines Eingangstaktzyklus phasenverschoben ist, und Mittel zum Kombinieren der ersten und zweiten Signale, um das Systemtaktsignal bereitzustellen.

5. Trägheitsratensensor nach einem der Ansprüche 1 und 2, in welchem die Mittel zum Filtern des Taktsignals beinhalten: Mittel zum Blockieren der Lieferung von Taktsignalen für eine Zeitdauer, die dem Anlegen des Betriebsstroms an den Sensor folgt.

6. Trägheitsratensensor nach Anspruch 1, in welchem das Mittel zum Filtern des Taktsignals beinhaltet: Mittel, welche auf einen Anfangsübergang im Taktsignal reagieren, zum Blockieren weiterer Übergänge im Taktsignal für eine Zeitdauer in der Größenordnung von 10 bis 25 % der Periode des Taktsignals.

7. In einem Trägheitsratensensor: Ein Schwingungsraten-Messelement, welches eine natürliche Resonanzfrequenz hat, eine Ansteuerungsschaltung zum Anlegen eines Ansteuerungssignals an das Ratenmesselement, eine Aufnahmeschaltung, gekoppelt an das Ratenmesselement, zum Bereitstellen eines Ausgangssignals entsprechend einer Bewegung des Ratenmesselements, Digitallogik zum Kalibrieren des Ratensensors und zum Detektieren des Auftretens von Störungen im Ratensensor, und Mittel zum Bereitstellen eines

Systemtaktsignals für die Digitallogik, welches eine feste Phasenbeziehung zu Schwingungen des Ratenmesselements hat.

8. Trägheitsratensensor nach Anspruch 7, in welchem die Mittel zum Bereitstellen des Systemtaktsignals beinhalten: Mittel zum Bereitstellen eines Eingangstaktsignals, welches in Phase mit den Schwingungen des Ratenmesselementes ist, Mittel, welche auf das Eingangstaktsignal reagieren, zum Erzeugen eines ersten Signals, welches eine Frequenz gleich einer Hälfte der Frequenz des Eingangstaktsignals und eine ansteigende Flanke aufweist, welche entweder mit einer steigenden Flanke oder mit einer fallenden Flanke des Eingangstaktsignals synchronisiert ist, Mittel zum Erzeugen eines zweiten Signals, welches eine Frequenz gleich einem einer Hälfte der Frequenz des Eingangstaktsignals hat und welche mit dem ersten Signal um eine Hälfte eines Eingangstaktzyklus phasenverschoben ist, und Mittel zum Kombinieren des ersten und zweiten Signals, um das Systemtaktsignal bereitzustellen.

9. Trägheitsratensensor nach Anspruch 7, welches Mittel enthält zum Filtern des Systemtaktsignals, um Antworten auf unechte Übergänge während einer Zeitdauer, die dem Anlegen des Betriebsstroms an den Sensor folgt, zu eliminieren.

10. In einem Trägheitsratensensor: Ein Schwingungsraten-Messelement, welches eine natürliche Resonanzfrequenz hat, eine Ansteuerungsschaltung zum Anlegen eines Ansteuerungssignals an das Ratenmesselement, eine Aufnahmeschaltung, gekoppelt an das Ratenmesselement zum Bereitstellen eines Ausgangssignals entsprechend einer Bewegung des Ratenmesselements, Digitallogik zum Kalibrieren des Ratensensors und Detektieren des Auftretens von Störungen im Ratensensor, Mittel zum Bereitstellen eines Systemtaktsignals für die Digitallogik, welches frei ist von Antworten auf unechte Übergänge während einer Periode, welche dem Anlegen des Betriebsstromes an den Sensor folgt.

11. Trägheitsratensensor nach Anspruch 10, in welchem das Mittel zum Bereitstellen des Systemtaktsignals beinhaltet: Mittel zum Blockieren der Lieferung von Taktimpulsen während einer Zeitdauer, die dem Anlegen

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von Betriebsstrom folgt.

12. Trägheitsratensensor nach Anspruch 2, welche Mittel enthalten, die auf einen Anfangsübergang im Taktsignal reagieren, zum Blockieren weiterer Übergänge im Taktsignal für eine Zeitdauer in der Größenordnung von 10 bis 25 % der Periode des Taktsignals.

13. In einem Trägheitsratensensor: Ein Schwingungsraten-Messelement, welches eine natürliche Resonanzfrequenz hat, eine Ansteuerungsschaltung zum Anlegen eines Ansteuerungssignals an das Ratenmesselement, eine Aufnahmeschaltung, gekoppelt an das Ratenmesselement zum Bereitstellen eines Ausgangssignals entsprechend einer Bewegung des Ratenmesselements, Digitallogik zum Kalibrieren des Ratensensors und Detektieren des Auftretens von Störungen im Ratensensor, Mittel zum Bereitstellen eines Systemtaktsignals für die Digitallogik, welches frei ist von Antworten auf unechte Übergänge, welche während einer Zeitdauer, die dem ersten Übergang im Taktsignal folgt, auftreten können.

14. Trägheitsratensensor nach Anspruch 13, in welchem die Mittel zum Bereitstellen des Systemtaktsignals beinhalten: Mittel, welche auf einen Anfangsübergang im Taktsignal reagieren, zum Blockieren weiterer Übergänge im Taktsignal für eine Zeitdauer in der Größenordnung von 10 bis 25 % einer Periode des Taktsignals.

15. Trägheitsratensensor nach Anspruch 2, welcher Mittel zum Rücksetzen der Digitallogik in Synchronisation mit dem Systemtaktsignal enthält.

16. In einem Trägheitsratensensor: Ein Schwingungsraten-Messelement, welches eine natürliche Resonanzfrequenz hat, eine Ansteuerungsschaltung zum Anlegen eines Ansteuerungssignals an das Ratenmesselement, eine Aufnahmeschaltung, gekoppelt an das Ratenmesselement zum Bereitstellen eines Ausgangssignals entsprechend einer Bewegung des Ratenmesselements, Digitallogik zum Kalibrieren des Ratensensors und Detektieren des Auftretens von Störungen im Ratensensor, Mittel zum Bereitstellen eines Systemtaktsignals für die Digitallogik, und Mittel zum Rücksetzen der Digitallogik in Synchronisation mit dem Systemtaktsignal.

f;7:DE/EP 1 189 024 Tl

17. Trägheitsratensensor nach Anspruch 16, in welchem die Mittel zum Rücksetzen der Digitallogik enthalten: Einen Oszillator, welcher für eine vorbestimmte Anzahl von Zyklen arbeitet, dem Empfang eines Einschalt-Rücksetz-Signals folgend, Mittel, die auf das Signal vom Oszillator reagieren, zum Erzeugen eines Rückstellsignals, Mittel zum Synchronisieren des Rückstellsignals mit dem Systemtaktsignal, und Mittel zum Anlegen des synchronisierten Rückstellsignals an die Digitallogik.

18. In einem Verfahren zur Messung der Trägheitsrate mit einem Ratensensor, welcher ein Schwingungsraten-Messelement und Digitallogik zum Kalibrieren des Ratensensors und Detektieren von Störungen aufweist, die Schritte: Anlegen eines Ansteuerungssignals an das Ratenmesselement, Überwachen von Signalen von dem Ratenmesselement, um ein Ausgangssignal entsprechend einer Bewegung des Ratenmesselements bereitzustellen, Verwenden des Ratensensorelements als eine Frequenzreferenz zum Bereitstellen eines Systemtaktsignals für die Digitallogik, Aufrechterhalten einer festen Phasenbeziehung zwischen Schwingungen des Ratenmesselements und dem Systemtaktsignal, Filtern des Systemtaktsignals, um Antworten auf unechte Übergänge während einer Zeitdauer, die dem Anlegen des Betriebsstromes an den Sensor folgt, zu eliminieren, und Rücksetzen der Digitallogik in Synchronisation mit dem Systemtaktsignal.

19. In einem Verfahren zur Messung der Trägheitsrate mit einem Ratensensor, welcher ein Schwingungsraten-Messelement und Digitallogik zum Kalibrieren des Ratensensors und Detektieren von Störungen aufweist, die Schritte: Anlegen eines Ansteuerungssignals an das Ratenmesselement, Überwachen von Signalen von dem Ratenmesselement, um ein Ausgangssignal entsprechend einer Bewegung des Ratenmesselements bereitzustellen, und Verwenden des Ratenmesselements als eine Frequenzreferenz zum Bereitstellen eines Systemtaktsignals für die Digitallogik.

20. Verfahren nach Anspruch 19, welches femer den Schritt enthält, eine feste Phasenbeziehung zwischen Schwingung des Ratenmesselements und dem Systemtaktsignal aufrecht zu erhalten.

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21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, in welchem die feste Phasenbeziehung aufrechterhalten wird durch: Bereitstellen eines Eingangstaktsignals, welches in Phase ist mit den Schwingungen des Ratenmesselements, Erzeugen eines ersten Signals, welches eine Frequenz hat, die gleich einer Hälfte der Frequenz des Eingangstaktsignals ist und eine ansteigende Flanke, welche synchronisiert ist mit entweder einer steigenden Flanke oder einer fallenden Flanke des Eingangstaktsignals, Erzeugen eines zweiten Signals, welches eine Frequenz hat, die gleich einer Hälfte der Frequenz des Eingangstaktsignals ist und welche mit dem ersten Signal um eine Hälfte eines Eingangstaktzyklus phasenverschoben ist, und Kombinieren des ersten und zweiten Signals, um das Systemtaktsignal bereitzustellen.

22. Verfahren nach Anspruch 18, in welchem das Taktsignal gefiltert wird durch Blockieren der Lieferung von Taktsignalen für eine Zeitdauer, die dem Anlegen von Betriebsstrom an den Sensor folgt.

23. Verfahren nach Anspruch 18, in welchem das Taktsignal gefiltert wird durch Blockieren von Übergängen, welche einem ersten Übergang folgen, für eine Zeitdauer in der Größenordnung von 10 bis 25 % der Taktdauer.

24. In einem Verfahren zur Messung der Trägheitsrate mit einem Ratensensor, welcher ein Schwingungsraten-Messelement und Digitallogik zum Kalibrieren des Ratensensors und Detektieren von Störungen aufweist, die Schritte: Anlegen eines Ansteuerungssignals an das Ratenmesselement, Überwachen von Signalen vom Ratenmesselement, um ein Ausgangssignal entsprechend einer Bewegung des Ratenmesselements bereitzustellen, und Bereitstellen eines Systemtaktsignals für die Digitallogik, welche eine feste Phasenbeziehung zu Schwingungen des Ratenmesselements hat.

25. Verfahren nach Anspruch 24, in welchem das Systemtaktsignal bereitgestellt wird durch: Bereitstellen eines Eingangstaktsignals, welches in Phase mit den Schwingungen des Ratenmesselements ist, Erzeugen eines ersten Signals, welches eine Frequenz hat, die gleich einer Hälfte der Frequenz des Eingangstaktsignals ist und eine ansteigende Flanke, welche synchronisiert ist mit entweder einer ansteigenden oder einer

abfallenden Flanke des Eingangstaktsignals, Erzeugen eines zweiten Signals, welches eine Frequenz hat, die gleich einer Hälfte der Frequenz des Eingangstaktsignals ist und welche mit dem ersten Signal um eine Hälfte eines Eingangstaktzyklus phasenverschoben ist, und Kombinieren des ersten und zweiten Signals, um ein Systemtaktsignal bereitzustellen.

26. Verfahren nach Anspruch 19 oder Anspruch 24, welches den Schritt enthält: Filtern des Systemtaktsignals, um Antworten auf unechte Übergänge während einer Zeitdauer, die dem Anlegen von Betriebsstrom an den Sensor folgt, zu eliminieren.

27. In einem Verfahren zur Messung der Trägheitsrate mit einem Schwingungsratensensor, welcher ein Ratenmesselement und Digitallogik zum Kalibrieren des Ratensensors und Detektieren von Störungen aufweist, die Schritte: Anlegen eines Ansteuerungssignals an das Ratenmesselement, Überwachen von Signalen von dem Ratenmesselement, um ein Ausgangssignal entsprechend einer Bewegung des Ratenmesselements bereitzustellen, und Bereitstellen eines Systemtaktsignals für die Digitallogik, welches frei ist von Antworten auf unechte Übergänge während einer Zeitdauer, die dem Anlegen von Betriebsstrom an den Sensor folgt.

28. Verfahren nach Anspruch 27, welches den Schritt enthält: Blockieren der Lieferung von Taktimpulsen während einer Zeitdauer, die dem Anlegen von Betriebsstrom folgt.

29. In einem Verfahren zur Messung der Trägheitsrate mit einem Schwingungsratensensor, welcher ein Ratenmesselement und Digitallogik zum Kalibrieren des Ratensensors und Detektieren von Störungen aufweist, die Schritte: Anlegen eines Ansteuerungssignals an das Ratenmesselement, Überwachen von Signalen vom Ratenmesselement, um ein Ausgangssignal entsprechend einer Bewegung des Ratenmesselements bereitzustellen, und Bereitstellen eines Systemtaktsignals für die Digitallogik, welches frei ist von Antworten auf unechte Übergänge, welche während einer Zeitdauer auftreten können, die einem Anfangsübergang im Taktsignal folgt.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 19, 24, 27 und 29, welches den

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Schritt enthält: Blockieren von Übergängen, die einem Anfangsübergang in dem Taktsignal folgen, für eine Zeitdauer in der Größenordnung von 10 bis 25 % der Taktdauer.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 19, 24, 27 und 29, welches den Schritt des Rücksetzens der Digitallogik in Synchronisation mit dem Systemtaktsignal enthält.

32. In einem Verfahren zur Messung der Trägheitsrate mit einem Ratensensor, welcher ein Schwingungsraten-Messelement und Digitallogik zum Kalibrieren des Ratensensors und Detektieren von Störungen aufweist, die Schritte: Anlegen eines Ansteuerungssignals an das Ratenmesselement, Überwachen von Signalen von dem Ratenmesselement, um ein Ausgangssignal entsprechend einer Bewegung des Ratenmesselements bereitzustellen, Bereitstellen eines Systemtaktsignals für die Digitallogik, und Mittel zum Rücksetzen der Digitallogik in Synchronisation mit dem Systemtaktsignal.

33. Verfahren nach Anspruch 32, in welchem die Digitallogik rückgesetzt wird durch: Betreiben eines Oszillators für eine vorbestimmte Anzahl von Zyklen, dem Empfang eines Einschalt-Rücksetz-Signals folgend, Erzeugen eines Rücksetzsignals in Antwort auf das Signal vom Oszillator, Synchronisieren des Rücksetzsignals mit der Digitallogik.