DE60017569T2 - Schwingungskompensation für sensoren - Google Patents

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Sensoren und insbesondere die Kompensation von durch Schwingung verursachten Fehlern, die den Betrieb solcher Sensoren beeinträchtigen.
  • Allgemeiner Stand der Technik
  • Trägheitssensoren, wie beispielsweise Gyroskope und Beschleunigungsmesser, werden häufig durch Schwingungen nachteilig beeinflusst. Sie können sehr empfindlich für solche Schwingungen sein. Tatsächlich kann die Schwingungsempfindlichkeit häufig eine maßgebliche Fehlerquelle für eine Leistungsbegrenzung sein. Viele Trägheitssensoren beruhen auf mikro-elektromechanischen Sensorgeräten (MEMS für engl. micro-electromechanical sensors), welche mechanische Schwingungsvorrichtungen zur Geschwindigkeits/Beschleunigungsmessung verwenden. Diese Arten von Sensoren legten erhebliche Schwingungsempfindlichkeitsprobleme an den Tag.
  • Trägheitssensoren werden häufig in Umgebungen verwendet, welche die Sensoren von Natur aus erheblichen Schwingungen unterziehen. Diese umfassen Verwendungen bei Flugzeugen und Waffen, wo die Energieerzeugungsanlagen und die Umgebung als bedeutende Schwingungsquellen dienen. Zum Beispiel kann ein allgemein verwendeter Resonanzstrahlbeschleunigungsmesser, der oft als ein Sensor mit einer Genauigkeit von einem Milligal angesehen wird, in typischen Betriebsschwingungsumgebungen systematische Verschiebungen in der Größenordnung von mehreren Milligal aufweisen.
  • Für Trägheitssensoren, welche eine Schwingungsempfindlichkeit aufweisen, ist die häufigste Auswirkung eine langsam variierende Niederfrequenzfehlerkomponente, welche sich als eine Funktion des angewendeten Schwingungsspektrums ändert. Bei einigen Anwendungen, wie beispielsweise einem durch einen globalen Positionsbestimmungssensor gestütztes Trägheitssystem, kann die durch Schwingung verursachte systematische Verschiebung abgeglichen oder geschätzt werden, wie beispielsweise durch die Verwendung eines Kalman-Filters. Wenn jedoch das Schwingungsniveau oder die Spektralform sich erheblich ändern, ändert sich auch der durch Schwingung verursachte Fehler, wodurch der Wert jeder vorher erhaltenen Kalibrierung vermindert wird.
  • Im Falle einer trägheitsgelenkten Munition, die von einem Flugzeug abgeschossen wird, das mit einem hochwertigen Inertialnavigationssystem (INS) ausgerüstet ist, wird vor dem Abwurf der gelenkten Munition für gewöhnlich ein Übertragungsausrichtungs- und Kalibrierungsverfahren im Flug durchgeführt. Während dieses Zeitraums werden durch ein Kalman-Filter Geschwindigkeitsunterschiede (oder verbundene Größen) zwischen dem Flugzeug-INS und dem Waffen-INS verarbeitet, um die Fluglage und den Flugkurs des Waffen-INS zu initialisieren und einige seiner Trägheitssensorfehler, welche normalerweise den systematischen Gyroskop- und Beschleunigungsmesserfehler umfassen, abzuschätzen. Das Schwingungsspektrum, das an der Trägheitsmesseinheit der Waffe gegenwärtig ist, wird durch seine Umgebung unverlierbarer Beförderung, wie beispielsweise eine Flügelspeicherstation oder eine Waffenbucht, stark angeregt. Während der unverlierbaren Beförderung werden die systematischen Trägheitssensorfehler der Waffe durch die Schwingungsumgebung beeinträchtigt. Nach dem Abwurf der Waffe jedoch liegt eine wesentlich andere Schwingungsumgebung vor, welche zu systematischen Gyroskop- und Beschleunigungsmesserverschiebungen infolge einer Änderung der durch Schwingung verursachten Fehler führt. In Abhängigkeit von ihrer Größe kann diese Änderung jeglichen Vorteil der Kalibrierung der Trägheitsmesseinheit der Waffe vor dem Abschuss zunichte machen. Es besteht eine Notwendigkeit, die abträglichen Auswirkungen solcher Änderungen in der Schwingungsumgebung auf ein Minimum herabzusetzen.
  • Auch andere Faktoren können solche systematischen Verschiebungen verursachen. Alles, was eine Änderung in der Schwingungsumgebung eines Sensors bewirkt, kann zu einer systematischen Verschiebung führen. Geschwindigkeitsänderungen jedes Fahrzeugs mit solchen Sensoren können infolge von aerodynamischen Unterschieden und auch infolge von mechanisch basierten Resonanzfrequenzänderungen zu verschiedenen Schwingungsumgebungen führen. Dies kann durch jeden Mitfahrer in einem Auto, insbesondere in älteren Autos, beobachtet werden, wenn es sich Geschwindigkeiten nähert, die höher als vorgesehen sind, oder die Ausstattung des Fahrzeugs sich durch Beschädigung ändert. Schwingungsumgebungen können sich auch, wenn Motoren bei verschiedenen Umdrehungen je Minute betrieben werden, oder in Abhängigkeit vom Gesamtlastzustand des Fahrzeugs ändern.
  • Es besteht ein Bedarf an einem besseren Mechanismus zur Kompensation von durch Schwingung verursachten Fehlern, welche Trägheitssensoren beeinträchtigen. Es besteht weiterhin eine Notwendigkeit, Änderungen in Schwingungsumgebungen zu kompensieren, welche solche Sensoren beeinträchtigen. Es besteht eine Notwendigkeit, dass diese Kompensation sowohl genau als auch schnell durchgeführt wird.
  • US 4 675 820 offenbart eine Trägheitssensorbaugruppe, welche eine Gruppe aus drei Ringlasergyroskopen umfasst, wobei jedes Gyroskop ein Ausgangssignal mit einer Impulsfolgefrequenz erzeugt, die für die Winkelabweichungsrate der Baugruppe um eine der drei Koordinatenachsen kennzeichnend ist.
  • Kurzfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren bereit, wie durch Patentanspruch 1 definiert.
  • Das Verfahren kann die Merkmale irgendeines oder mehrerer der abhängigen Ansprüche 2 bis 9 umfassen.
  • Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren bereit, wie durch Anspruch 10 definiert.
  • Die vorliegende Erfindung stellt auch ein System bereit, wie durch Anspruch 11 definiert.
  • Das System kann die Merkmale des abhängigen Anspruchs 12 umfassen.
  • Die vorliegende Erfindung stellt auch ein System bereit, wie durch Anspruch 13 definiert.
  • Das System kann die Merkmale irgendeines oder mehrerer der abhängigen Ansprüche 14 bis 19 umfassen.
  • Ein Werkskalibrierungsverfahren wird durchgeführt, indem ein Sensor einer geeigneten Schwingungsanregung unterzogen wird, wodurch Empfindlichkeitskoeffizienten dargelegt werden, welche Schwingungsenergieniveaus bei verschiedenen Frequenzen mit dem systematischen Fehler des Sensors in Verbindung bringen. Bei der Echtzeitanwendung des Sensors werden Beschleunigungsmesserabtastungen gesammelt und verwendet, um die tatsächliche Schwingungsumgebung und insbesondere die Schwingungsenergiemenge in verschiedenen Abschnitten des Frequenzspektrums zu beschreiben. Der vorhergesagte, durch Schwingung verursachte Sensorfehler wird basierend auf dem gemessenen Schwingungsspektrum und den zuvor erhaltenen Werkskalibrierungskoeffizienten berechnet. Der vorhergesagte, durch Schwingung verursachte Fehler wird dann als eine Kompensation auf den Sensorausgang angewendet.
  • In einer Ausführungsform werden Messabtastungen von Schwingungen mit hoher Rate von den Beschleunigungsmessern als der Eingang in eine Vorrichtung zum Schätzen der Energiespektraldichte bereitgestellt. Die Schätzungen des Schwingungsenergiespektrums werden dann mit vorher erhaltenen Kalibrierungskoeffizienten kombiniert, um eine Echtzeitkorrektur des systematischen Fehlers zu erzeugen. Empfindlichkeitskoeffizienten für systematische Schwingungsfehler, welche in einer kontrollierten Umgebung geschätzt werden, um ihre Genauigkeit zu gewährleisten, um den Sensor in Echtzeitanwendungen zu kompensieren.
  • In einer weiteren Ausführungsform werden die Abtastungen von Schwingungen mit hoher Datenrate unter Verwendung von Beschleunigungsmessgeräten, wie beispielsweise Beschleunigungsmessern, die an einer starren Sensormontage befestigt sind, welche mit dem zu kompensierenden Sensor geteilt wird, erhalten. Die Schätzungen der systematischen Schwingungsfehler werden dann sowohl mit Ausgängen von einer Mehrzahl (normalerweise drei oder mehr) von Gyroskopen als auch einer Mehrzahl von Beschleunigungsmessern, die zusammen eine Trägheitsmesseinheit bilden, kombiniert.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform wird ein Digitalsignalprozessor verwendet, um Berechnungen durchzuführen, um die Schwingungsenergie-Spektraldichte zu erhalten und dann die Schätzungen des durch Schwingung verursachten Sensorfehlers in Echtzeit bei einer hohen Rate zu liefern. Noch weitere Ausführungsformen verwenden Software, um die Berechnungen durchzuführen, oder weitere Kombinationen von Hardware, Software und Firmware.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Die Ausführungsformen werden hierin ausführlich genug beschrieben, damit Fachleute in der Lage sind, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, und es versteht sich von selbst, dass andere Ausführungsformen verwendet werden können und dass strukturelle, logische und elektrische Änderungen vorgenommen werden können, ohne sich vom Rahmen der vorliegenden Erfindung zu entfernen. Die folgende Beschreibung ist daher nicht in einem eingeschränkten Sinne aufzufassen, und der Rahmen der vorliegenden Erfindung wird durch die angehängten Patentansprüche definiert.
  • Die Beschreibung ist in mehrere Abschnitte unterteilt. Der erste Abschnitt beschreibt einen Mechanismus zum Schätzen und Korrigieren eines Sensors hinsichtlich eines durch Schwingung verursachten Fehlers. Darauf folgt eine Beschreibung eines Algorithmus, der durch den Mechanismus implementiert wird. Schließlich folgt eine Konklusion, welche die Vorteile beschreibt.
  • Es wird nun ein Mechanismus zum Schätzen und Korrigieren von durch Schwingung verursachten Fehlern beschrieben. Ein Gehäuse oder eine andere Einbauvorrichtung enthält in einer Ausführungsform ein mikroelektromechanisches Sensorgerät (MEMS), zum Beispiel eine Trägheitsmesseinheit (IMU für engl. inertial measurement unit). Diese Art von Sensor beruht auf mechanischen Schwingungsvorrichtungen zur Geschwindigkeits/Beschleunigungsmessung. Der Sensor ist in einer Ausführungsform ein Coriolis-Schwingungsgyroskop, das einen ersten Ausgang liefert, der für Richtungsänderungen kennzeichnend ist. Ein Beschleunigungsmesser ist ebenfalls am Gehäuse befestigt, um einen zweiten Ausgang zu liefern, der für die Beschleunigung kennzeichnend ist. Der zweite Ausgang wird an eine Vorrichtung zum Schätzen der Schwingungsenergie-Spektraldichte geliefert, welche Schätzungen der Energiespektraldichten (PSD für engl. power spectral density) von Schwingungen als eine Funktion von Hochfrequenzbeschleunigungsmessermessungen liefert. In einer Ausführungsform ist die Frequenz solcher Messungen mindestens zwei Mal die höchste erwartete Schwingungsfrequenz, um eine ausreichende Messgenauigkeit zu gewährleisten. Abtastraten können in der Größenordnung von 5 KHz oder höher liegen.
  • Die PSD-Schätzungen werden bei einer verhältnismäßig niedrigen Rate, zum Beispiel 1 Hz, gebildet, und sie werden an ein Kompensationsmodul geliefert, das Kalibrierungskoeffizienten verwendet, um Schätzungen von durch Schwingung verursachten systematischen Fehlern oder Kompensationswerte sowohl für den ersten Gyroskopausgang als auch den zweiten Beschleunigungsmesserausgang zu liefern. Ein Addierglied empfängt den ersten Ausgang und eine Gyroskopschätzung des durch Schwingung verursachten systematischen Fehlers und liefert einen kompensierten Gyroskopausgang auf einer Leitung. Ein Addierglied empfängt den zweiten Ausgang und eine Beschleunigungsmesserschätzung des durch Schwingung verursachten systematischen Fehlers vom Modul und liefert einen kompensierten Beschleunigungsmesserausgang auf einer Leitung.
  • Um zu gewährleisten, dass die Schwingungsmessungen dem Sensor entsprechen, der kompensiert wird, werden die Komponenten an einer starren Sensormontage befestigt, die angegeben ist und mit dem zu kompensierenden Sensor geteilt wird.
  • Das Grundmodell für den durch Schwingung verursachten systematischen Fehler ist, dass der systematische Fehler zum Teil von den Schwingungsenergie-Spektraldichten (und möglicherweise Kreuzenergiedichten) abhängt: Systematischer Schwingungsfehler ≅F(Sxx(ω), Syy(ω), Szz(ω))wobei Sxx(ω), Syy(ω) und Szz(ω) die Schwingungsenergie-Spektraldichten in der X-, Y- und Z-Achse des Sensors darstellen. In einer Ausführungsform sind diese Beschleunigungsmesserachsen jene, welche üblicherweise als Eingangsachse, Ausgangsachse und Pendelachse des Beschleunigungsmessers bezeichnet werden.
  • In einer Ausführungsform weist ein Beschleunigungsmesser eine Empfindlichkeit für Eingangsachsschwingung auf, eine bekannte Eigenschaft von Geräten mit nicht zu vernachlässigender Skalenfaktor-Nichtlinearität. Zur Vereinfachung wird angenommen, dass das Gerät keine Kreuzachsschwingungsempfindlichkeit aufweist. In diesem Fall hängt der durch Schwingung verursachte systematische Fehler δax nur von der Eingangsachsschwingung ab: δax ≅ f(Sxx(ω))
  • Das Schwingungsspektrum kann in einen Satz von Frequenzbereichen zerlegt werden, und die Empfindlichkeit des systematischen Fehlers für die Schwingungsenergie innerhalb jedes Bereichs wird als ein typischer Graph der spektralen Dichte zur Frequenz definiert. Der durch Schwingung verursachte systematische Fehler wird dann als eine Summe über die Frequenzbereiche ausgedrückt: δax = ∑icigi 2 wobei gi 2 die Schwingungsenergie (mittlere quadratische Beschleunigung) im i-ten Frequenzbereich darstellt, und ci der Empfindlichkeitskoeffizient des durch Schwingung verursachten systematischen Fehlers für diesen Bereich ist. Die Schätzungen für den Koeffizienten ci, die in dem Modell dargestellt sind, werden während der Werkskalibrierung des einzelnen Trägheitssensors bestimmt.
  • In einer alternativen Ausführungsform werden die Koeffizienten für eine kleine Anzahl von Sensoren, die als eine Gruppe von Sensoren bezeichnet werden, bestimmt, und die typischen Koeffizientenwerte werden als Kompensationskoeffizienten für alle Sensoren derselben Art angewendet.
  • Der Kalibrierungsprozess kann daher auf eine einzelne Partie von Sensoren oder jede andere Gruppenmenge von Sensoren, die wahrscheinlich auf ähnliche Weise durch Schwingungen beeinträchtigt werden, angewendet werden. Dadurch wird die Notwendigkeit ausgeschaltet, extensive Werkskalibrierungsverfahren an jedem einzelnen Sensorprodukt durchführen zu müssen, kann aber ein Großteil der Genauigkeit der Kompensation von durch Schwingung verursachten Fehlern beibehalten werden.
  • In einer Ausführungsform weisen die Frequenzbereiche die gleiche Größe auf und umfassen den Frequenzumfang, in dem die Schwingungsenergie die Sensoren erheblich beeinträchtigen kann. In weiteren Ausführungsformen wird die Frequenzspanne des Bereichs derart eingestellt, dass in Frequenzumfängen, in welchen es am wahrscheinlichsten ist, dass Schwingungen die Sensoren beeinträchtigen, mehr Bereiche konzentriert werden und in anderen weniger bedeutenden Frequenzumfängen weniger Bereiche verwendet werden. In einer Ausführungsform werden die Bereiche zu einer Bank von Bandpassfiltern verbunden, welche jeweils einen der Frequenzbereiche umfassen. Die mittlere quadratische Beschleunigung beim Ausgang jedes Bandpassfilters wird als eine Messung der Schwingungsenergie in jedem Bereich verwendet.
  • Ein Gleitsinusschwingungsprofil wird als eine Prüfanregung verwendet, um die Beobachtbarkeit der Modellkoeffizienten bereitzustellen. Die mittlere Frequenz der Schmalbandsinusschwingungsanregung wird über den Schwingungsfrequenzumfang gewobbelt, dem der Sensor bei seiner vorgesehenen Anwendung normalerweise unterzogen wird.
  • Gemessene Beschleunigungen (dv/dt) für die X-, Y- und Z-Achse werden in jeder der jeweiligen Achsen über ein gewünschtes Zeitintervall abgetastet. Dann werden die jeweiligen Energiespektraldichten berechnet. Für jede Achse wird dann die Schwingungsenergie für jeden Bereich berechnet. Es sind N Bereiche dargestellt, und die tatsächliche Anzahl von Bereichen variiert in Abhängigkeit von der gewünschten Korrekturgenauigkeit und der verfügbaren Rechenleistung ab. Die durch Schwingung verursachten Fehler werden mit vorgegebenen Schwingungsempfindlichkeitskoeffizienten berechnet, die bereitgestellt werden. Die Berechnung der durch Schwingung verursachten Fehler wird im Folgenden ausführlicher erörtert und stellt die Koeffizienten für jede Achse bereit.
  • Kalibrieren eines Modells für durch Schwingung verursachte Fehler für eine Dreiergruppe von Beschleunigungsmessern, welches die Abhängigkeit von jedem Sensorfehler als eine Funktion der Schwingungsenergie in einem Satz von drei Hauptachsen, die mit den Beschleunigungsmessereingangsachsen nominell ausgerichtet sind, einschließt. Gemessene Beschleunigungen in jeder Achse werden als Reaktion auf tatsächliche Referenz- oder Wahrheitsbeschleunigungen, die durch eine aktuelle Prüfbedingung bereitgestellt werden, geliefert. Eine Differenz für jede Achse wird durch Addierglieder bereitgestellt, welche an eine Vorrichtung zum Schätzen der Schwingungsempfindlichkeitskoeffizienten geliefert wird. Die gemessenen Beschleunigungen werden auch an einen Puffer geliefert, welcher die Beschleunigungen in jeder Achse über eine vorbestimmte Kalibrierungszeit bei einer Rate abtastet, die mindestens zwei Mal die höchste Frequenz ist, die abzutasten gewünscht wird, um gültige Abtastungsdaten zu erhalten. Schwingungsenergie-Spektraldichten werden dann entlang jeder Achse berechnet, woraufhin die Schwingungsenergie in jedem von N Frequenzbereichen berechnet wird. Diese Werte werden dann an die Schätzvorrichtung geliefert.
  • Die Kalibrierung des notwendigen Modells erfordert eine Anzahl von verschiedenen Prüfbedingungen, wobei eine Prüfbedingung durch die Achse der angewendeten Schwingungsanregung und den Frequenzbereich, in welchem der Großteil der Schwingungsenergie konzentriert ist, definiert wird. In diesem Fall ist ein Modell für den durch Schwingung verursachten Fehler bei der j-ten Prüfbedingung
    Figure 00120001
    welches als
    δaj = Hjc
    geschrieben werden kann, wobei c der 9N-Element-Spaltenvektor ist, der aus den Schwingungsempfindlichkeitskoeffizienten
    Cxxi, Cxyi, Cxzi, Cyxi, Cyyi, Cyzi, Czxi, Czyi, Czzi für i = 1, 2, ...N
    gebildet wird, und Hj eine 3-x-9-N-Koeffizientenmatrix ist, welche aus den gemessenen Schwingungsenergieniveaus der 3 Achsen in den N-Schwingungsfrequenzbereichen besteht.
  • Die Daten, die über eine ausreichende Anzahl (M) von Prüfbedingungen (Schwingungsanregung in jeder der drei Hauptachsen, jede über eine Anzahl (∃ N) verschiedener vorherrschender Schwingungsfrequenzen) gesammelt wurden, können verwendet werden, um das kombinierte Modell für durch Schwingung verursachte Fehler
    Figure 00130001
    oder kompakter
    y = Hc
    zu entwickeln.
  • Hier stellt der Messvektor y die durch Schwingung verursachten Beschleunigungsfehler dar, welche in den drei Beschleunigungsmesserausgängen bei jeder Prüfbedingung vorliegen. Der Vektor von Unbekannten (c) stellt die zu schätzenden Schwingungsempfindlichkeitskoeffizienten dar. Die Matrix H besteht aus den gemessenen Schwingungsenergieniveaus in den drei Hauptachsen und den ∃ N Schwingungsfrequenzbereichen.
  • Angesichts der Form des zuvor erwähnten Messmodells wird die allgemein bekannte kleinste quadratische Schätzung der Schwingungsempfindlichkeitskoeffizienten durch
    C = (HTH)–i HT y
    festgelegt.
  • Andere allgemein bekannte Schätzungsalgorithmen, einschließlich einer Vorrichtung zum Schätzen der kleinsten gewichteten Quadrate, Vorrichtungen zum Schätzen der größten Wahrscheinlichkeit und rekursive Schätzvorrichtungen, wie beispielsweise das Kalman-Filter, können ebenfalls verwendet werden, um die Schätzungen von Schwingungsempfindlichkeitskoeffizienten in verschiedenen Ausführungsformen zu erzeugen.
  • Als eine alternative Werkskalibrierung verwenden einige Anwendungen eine Online-Schätzung der Schwingungsempfindlichkeitskoeffizienten. In einer Ausführungsform, einem durch ein globales Positionsbestimmungssystem (GPS) gestützten Inertialnavigationssystem, stellt das GPS genaue Positions- und Geschwindigkeitsmessungen (oder entsprechend Pseudobereichs- oder Deltabereichsmessungen für eine Mehrzahl von GPS-Satelliten) bereit. Die GPS-Messungen legen die Positions- und Geschwindig keitsfehler der Navigationslösung dar, die durch Verwenden der IMU-Gyroskope und -Beschleunigungsmesser gebildet wird, welche durch die Wirtsfahrzeugschwingung beeinträchtigt werden. Die Verarbeitung der GPS-Messungen und des gemessenen Schwingungsspektrums zum Beispiel in einem GPS/Inertial-Kalman-Filter-Algorithmus stellt die Beobachtbarkeit der Empfindlichkeitskoeffizienten für durch Schwingung verursachte Fehler bereit.
  • Obwohl das vereinfachte Beispiel annimmt, dass der Sensor durch nur eine einzige Komponente der dreidimensionalen Schwingungsanregung beeinträchtigt wird, ist in der Praxis zu erwarten, dass ein Sensor durch die Schwingungsspektren beeinflusst werden kann, welche auf alle drei Achsen wirken. Diese dreidimensionale Schwingungsanregung würde durch die Schwingungsenergie-Spektraldichten in den drei Hauptkoordinatenachsen des Sensors und durch die verbundenen Kreuzenergiespektren beschrieben werden.
  • Konklusion
  • Es versteht sich von selbst, dass die zuvor erfolgte Beschreibung veranschaulichend und nicht einschränkend sein soll. Viele andere Ausführungsbeispiele sind für die Fachleute bei Durchsicht der vorstehenden Beschreibung zu erkennen. Obwohl die Kompensation eines Trägheitssensors beschrieben wird, können zum Beispiel die Ausgänge von praktisch jeder Art von Sensor, wie beispielsweise Druck-, Gasströmungs-, Temperatur- usw. Sensoren, ebenfalls auf dieselbe Weise kompensiert werden, vorausgesetzt, dass geeignete Messungen verfügbar sind, um die Echtzeitschwingungsumgebung zu beschreiben.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Funktion des Schätzens der Schwingungsenergiespektren unter Verwendung von Softwarealgorithmen ausgeführt, welche in einem Universalprozessor gespeichert sind. Eine alternative Ausführungsform verwendet ein speziell entworfenes Digitalsignalprozessor-Hardwaregerät als einen Coprozessor, der mit der Erzeugung von PSD-Schätzungen beauftragt ist. Es sind noch weitere Ausführungsformen zu erkennen.
  • In weiteren Ausführungsformen werden Sätze von Kalibrierungskoeffizienten für ausgewählte Temperaturbereiche für Sensoren, welche temperaturabhängige Schwingungsempfindlichkeitskoeffizienten aufweisen, bereitgestellt. Diese Ausführungsform umfasst einen Temperatursensor, der in der Nähe des zu kompensierenden Sensors angeordnet ist. Ein Ausgang des Temperatursensors wird durch das Kompensationsmodul verwendet, um den korrekten Satz von Kompensationskoeffizienten zu erhalten.
  • Der Rahmen der Erfindung sollte daher unter Bezugnahme auf die angehängten Patentansprüche zusammen mit dem vollen Rahmen von Entsprechungen, zu welchen diese Ansprüche berechtigt sind, bestimmt werden.

Claims (19)

  1. Verfahren zum Verringern der Auswirkung von durch Schwingung verursachten Fehlern in Sensoren, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Empfangen von einem Satz von Schwingungsempfindlichkeitskoeffizienten von einem Kalibrierungsverfahren, die Schwingungsenergieniveaus bei verschiedenen Frequenzen mit Fehlern eines Sensors in Verbindung bringen; Erhalten von Schwingungsabtastungen bei einer Rate von mindestens zwei Mal einer höchsten erwarteten Frequenz; Schätzen einer Schwingungsenergie-Spektraldichte; und Kombinieren der Schätzungen mit vorhergehend bestimmten Schwingungsempfindlichkeitskoeffizienten zum Erzeugen einer Echtzeitkorrektur der durch Schwingung verursachten Fehler für den Sensor.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schätzen der Schwingungsenergie-Spektraldichte des Weiteren das Berechnen von Schwingungsenergiewerten in vielfachen Frequenzbereichen aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmten Schwingungsempfindlichkeitskoeffizienten in einem Werkschwingungsanregungs-Kalibrierungsverfahren bestimmt werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die vorhergehend bestimmten Schwingungsempfindlichkeitskoeffizienten in Bezug auf die tatsächlichen korrigierten Sensoren bestimmt werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die vorhergehend bestimmten Schwingungsempfindlichkeitskoeffizienten in Bezug auf eine Gruppe von Sensoren bestimmt werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Gruppe von Sensoren Sensoren aufweist, die in einer gleichen Partie hergestellt wurden.
  7. Computerlesbares Medium, das darauf gespeicherte Befehle aufweist, die bei einem Computer das Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 verursachen.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Energiespektraldichte in einer Achse gemessen wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Energiespektraldichte in drei Achsen gemessen wird.
  10. Verfahren zum Berechnen von Korrekturkoeffizienten für einen Trägheitssensor, welches Folgendes aufweist: Messen der Beschleunigung des Sensors; Berechnen von Schwingungsenergie in gewählten Frequenzbereichen, die der gemessenen Beschleunigung entsprechen; Bereitstellen einer Differenz in der gemessenen Beschleunigung von einer Referenzbeschleunigung; und Kombinieren der gemessenen Beschleunigung und der Differenz zum Erhalten von Schwingungsempfindlichkeitskoeffizienten für den Sensor.
  11. System, das Schwingungskalibrierungskoeffizienten für einen durch Schwingung beeinträchtigten Sensor bereitstellt, wobei das System Folgendes aufweist: Mittel zum Empfangen gemessener Beschleunigung; Mittel zum Berechnen von Schwingungsenergie in gewählten Frequenzbereichen; Mittel zum Bereitstellen einer Differenz in der gemessenen Beschleunigung von einer Referenz beschleunigung; und Mittel zum Kombinieren der gemessenen Beschleunigung und der Differenz zum Erhalten von Schwingungsempfindlichkeitskoeffizienten für den Sensor.
  12. System nach Anspruch 11 und des Weiteren aufweisend Mittel zum Gewährleisten, dass der Sensor der gemessenen Beschleunigung unterzogen wird.
  13. System zum Kompensieren von durch Schwingung verursachtem Sensorenfehler, wobei das System Folgendes aufweist: einen Beschleunigungsmesser; eine Vorrichtung zum Schätzen der Energiespektraldichte, die gekoppelt ist an den Beschleunigungsmesser; ein Kompensationsmodul, das gekoppelt ist an die Vorrichtung zum Schätzen der Energiespektraldichte und an eine Mehrzahl von Schwingungsempfindlichkeitskoeffizienten, das einen Kompensationswert für einen Ausgang des Sensors bereitstellt.
  14. System nach Anspruch 13, wobei der Beschleunigungsmesser einen Beschleunigungsmesser für jede Schwingungsachse aufweist.
  15. System nach Anspruch 13, wobei der Sensor eine mechanische Schwingungsvorrichtung aufweist.
  16. System nach Anspruch 15, wobei der Sensor ein Gyroskop aufweist.
  17. System nach Anspruch 16, wobei der Sensor des Weiteren einen Beschleunigungsmesser aufweist, für den Kompensationswerte ebenfalls durch das Kompensationsmodul bereitgestellt werden.
  18. System nach Anspruch 13, wobei der Sensor einen Trägheitssensor aufweist.
  19. System nach Anspruch 18 und des Weiteren aufweisend eine feste Montage zum Befestigen des Trägheitssensors und des Beschleunigungsmessers.
DE60017569T 1999-08-04 2000-08-04 Schwingungskompensation für sensoren Expired - Lifetime DE60017569T2 (de)

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