DE60307518T2

DE60307518T2 - Verfahren zur kalibrierung der temperaturabhängigen vorspannungsdrift eines vibrationsstrukturkreisels

Info

Publication number: DE60307518T2
Application number: DE60307518T
Authority: DE
Inventors: BAE Systems MALVERN (Operations) Ltd, Alan R.; H.W Richard REILLY
Original assignee: BAE Systems PLC
Current assignee: Atlantic Inertial Systems Ltd
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2003-11-12
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2023-11-13
Also published as: DE60307518D1; EP1579174A2; ATE335987T1; GB0227098D0; US20050256659A1; WO2004046649A3; AU2003282230A1; AU2003282230A8; EP1579174B1; US7120548B2; WO2004046649A2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kalibrierung der temperaturabhängigen Vorspanndrift eines Vibrationsstrukturkreisels über einen Betriebstemperaturbereich.
Vibrationsstrukturkreisel sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt, beispielsweise als Stimmgabel oder zylindrische oder planate Ringstrukturen. Kreisel mit planaren Ringstrukturen können aus Silizium hergestellt werden, wobei eine aus Silizium bestehende Vibrationsringstruktur beweglich über mehrere radial federnde Schenkel an einem festen Träger montiert ist. Es sind Antriebsmittel vorgesehen, um die Ringstruktur in den natürlichen Resonanzmodus der Struktur zu versetzen und in diesem aufrecht zu erhalten. Es sind Abnahmemittel vorgesehen, um die Vibration der Vibrationsstruktur zu detektieren und ein Signal zu liefern, das der Geschwindigkeit proportional ist.
Ein solcher planarer Siliziumringstrukturkreisel ist relativ einfach in Massenfabrikation und mit niedrigen Produktionskosten herzustellen, jedoch hat er nur ein begrenztes Vorspanndriftverhalten von etwa 1 Grad pro Sekunde in dem typischen Betriebsbereich zwischen –40°C und +80°C. Dieses Verhalten ist zufriedenstellend für die Bedürfnisse des zivilen Kraftfahrzeugmarktes, jedoch wäre es vorteilhaft, wenn das Vorspanndriftverhalten verbessert werden könnte auf eine Größenordnung zwischen 1 bis 10 Grad pro Stunde, wodurch es möglich würde, einen Kreisel mit einem derart verbesserten Verhalten für andere Anwendungen, beispielsweise die Navigation, zu benutzen. Die Vorspanndrift ist definiert als die Veränderung des Kreiselausgangssignals als Funktion der Zeit und Temperatur beim Fehlen einer angelegten Drehgeschwindigkeit.
Das Dokument "Compensation of nonlinear thermal bias drift of Resonant Rate Sensor using fuzzy logic" von S. K. Hong; Sensors and Actuators A, Elsevier Sequoia S.A.; Band 78, Nr. 2-3; 14. Dezember 1999 beschreibt ein Verfahren zur Kompensierung einer nicht-linearen thermischen Vorspanndrift eines zylindrischen Vibrationsstrukturkreisels unter Benutzung eines Fuzzy-Logik-Modells.
Eine einfache Möglichkeit der Verbesserung des Verhaltens der Vorspanndrift über einem Temperaturbereich würde darin bestehen, die Vorspannung mit einem äußeren Temperatursensor unter Benutzung einer polynomialen Gleichung der folgenden Form auszurüsten: B = a0 + a1S(T) + a2S(T)2 + a3S(T)3 + ... (1)dabei ist S(T) das Signal, das die Temperatur vom Temperatursensor repräsentiert, und B ist die Vorspannung. Um diesen Eichprozess durchzuführen, wird der Vibrationsstrukturkreisel in eine Temperaturkammer eingelegt und während einer Zeitperiode zyklischen Betriebstemperaturänderungen innerhalb des Betriebstemperaturbereichs ausgesetzt, wobei eine Datenablesung sowohl der Vorspannung (bei stationärem Kreisel) als auch des Ausgangs des Temperatursensors erfolgt. Während der Testperiode wird der Geschwindigkeitssensor festgehalten.
Eine lineare Vielfachregression (wie diese von typischen Tabellenblättern, beispielsweise Excel, verfügbar ist) kann benutzt werden, um die Koeffizienten der Anpassung in wenigstens einer quadratischen Anpassung aus Daten über den Arbeitsbereich zu bestimmen. Es wird dann angenommen, dass die Anpassparameter a₁, a₂ usw. zeitlich konstant sind, so dass diese Einzeleichung dann für den geprüften Eichkreisel im Betrieb benutzt werden kann.
Das Problem bei der Benutzung des Temperatursensors besteht darin, dass es nicht eng auf die Kreiselcharakteristiken bezogen ist, was bedeutet, dass nur eine begrenzte Verbesserung hierdurch erreicht werden kann. Ein Temperatursensor wird sich nicht an genau der gleichen physikalischen Stelle wie der Kreisel befinden, so dass er unvermeidbar Temperaturdifferenzen ausgesetzt sein kann, und zwar speziell unter dynamischen Temperaturumgebungen. Dies führt entweder zu einem Vorlauf oder einem Nachlauf des Temperatursensors in Bezug auf Kreiselergebnisse mit scheinbarer Hysterese bei der Modellierung mit erhöhten Fehlern, wie in 7 der beiliegenden Zeichnung dargestellt und wie dies später erläutert wird.
Es besteht daher ein Bedarf nach einem allgemein verbesserten Verfahren der temperaturabhängigen Vorspanndrift bei einem Vibrationsstrukturkreisel, wodurch diese Probleme wenigstens zum Teil gelöst werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft diese ein Verfahren zur Kalibrierung der temperaturabhängigen Vorspanndrift eines Vibrationsstrukturkreisels über einen Betriebstemperaturbereich, der eine im Wesentlichen planare, im Wesentlichen ringförmige Siliziumvibrationsstruktur aufweist, wobei primäre Antriebsmittel zur Einleitung und Aufrechterhaltung der Vibrationsstruktur in der Trägermodenresonanz und sekundäre Antriebsmittel vorgesehen sind, um die Ansprechmodenbewegung der Vibrationsstruktur zu nullen, wobei die sekundären Antriebsmittel Mittel aufweisen, um ein detektiertes Ansprechmodenbewegungs-Signal in eine reelle Komponente, die durch angewandte Drehung des Vibrationsstrukturkreisels induziert wird und eine Quadraturkomponente zu trennen, die einen Fehlerausdruck bildet, der eine Fehlausrichtung zwischen der Trägermodenresonanzfrequenz und der Ansprechmodenresonanzfrequenz anzeigt, wobei die folgenden Schritte durchgeführt werden: es wird über einen Betriebstemperaturbereich des Vibrationsstrukturkreisels die Antriebsspannung P gemessen, die ein Maß der Änderung im Wertefaktor LQ der Vibrationsstruktur in Abhängigkeit von der Temperatur ist; es wird die Vibrationsstrukturfrequenz f gemessen, die ein Maß der Änderung der Temperatur der Vibrationsstruktur ist; es werden die sekundären Antriebsquadraturkomponentenwerte S_q gemessen, was ein Maß der reellen Komponentenvorspannfehler in Abhängigkeit von der Temperatur ist; und es werden die reellen sekundären Antriebskomponentenwerte S_r gemessen, die ein Maß der Änderung in der Vorspannung darstellen, die die Null-Trägheitsgeschwindigkeitsversetzung des Vibrationsstrukturkreisels in Abhängigkeit von der Temperatur ist; und es werden die Werte substituiert, die in der folgenden Beziehung enthalten sind
wobei α_klm die Vorspannungs-Kalibrierkoeffizienten für den Vibrationsstrukturkreisel über dem Betriebstemperaturbereich sind und wobei aus der Beziehung die Koeffizienten α_klm berechnet werden, um eine Gruppe von Vorspannungs-Kalibrierkoeffizienten für den Vibrationsstrukturkreisel über den getesteten Betriebstemperaturbereich zu schaffen.
Vorzugsweise werden die Koeffizienten α_klm aus der Beziehung berechnet unter Durchführung einer linearen Vielfachregression auf die Beziehung.
Vorzugsweise werden die Koeffizienten α_klm durch Kalman-Filterung berechnet.
Zum besseren Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie diese verwirklicht werden kann, soll im Folgenden auf in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele Bezug genommen werden. In der Zeichnung zeigen:
1 ist eine graphische Darstellung des normalen Modenvibrationsmusters für einen Siliziumvibrationsstrukturkreisel;
2 ist eine graphische Darstellung des Vibrationsmusters für einen Siliziumvibrationsstrukturkreisel, bei dem eine Fehlausrichtung zwischen den normalen Moden und den primären Antriebsmitteln und Abnahmemitteln um einen Winkel α besteht;
3 ist eine graphische Darstellung der Wirkung des Korrioliseffektes auf das primäre Modenvibrationsmuster für einen Siliziumvibrationsstrukturkreisel;
4 ist eine schematische Darstellung einer herkömmlichen elektronischen Steuerschaltung für einen herkömmlichen Vibrationsstrukturkreisel, der eine Vibrationsstruktur aus einem geformten Siliziumring aufweist,
5 ist ein Blockschaltbild der Steuerschaltung nach 4;
6 ist ein Blockschaltbild einer modifizierten Version der Steuerschaltung nach 4;
7 ist eine graphische Darstellung der Vorspannung in Abhängigkeit von der Frequenz, wobei der temperaturabhängige Hystereseeffekt auf die Vorspannung dargestellt ist.
Im Folgenden wird zunächst auf die 1 bis 4 der beiliegenden Zeichnung verwiesen. Eine Siliziumring-Vibrationsstruktur 1 besitzt zwei Grundmoden, die sich im typischen Fall um weniger als 1 Hz in ihrer Frequenz unterscheiden. Im Idealfall wird der Primärmodus in seiner Eigenfrequenz angetrieben und der Sekundärmodus wird unterdrückt. In der Praxis schwingt die Ringstruktur 1 mit einer Frequenz, die zwischen der primären und der sekundären Eigenfrequenz liegt, und beide Moden werden erregt. Die Größe der Schwingung wird über den vollen Betriebstemperaturbereich annähernd konstant gehalten. Eine AGC (automatische Verstärkungssteuerungs-)-Schleife 2 bewirkt die Steuerung der Amplitude der Primärbewegung.
Das Arbeitsprinzip eines Kreisels benutzt die Korrioliskräfte, die Primärmodus und Sekundärmodus koppeln, wenn die Trägheitsrotation um eine Achse normal zur Ebene der ringförmigen Struktur 1 erfolgt. Die Kraft, die benötigt wird, um die Korrioliskraft zu unterdrücken, ist proportional der Trägheitswinkelgeschwindigkeit.
Die Hauptfehlerursache ist die Winkelfehlausrichtung zwischen Primärantrieb und Primärmodus, wie aus 1 ersichtlich. Dieser Fehlausrichtwinkel ändert sich über den Temperaturbereich und er ist mit einer Hysterese behaftet. Er ist nicht einfach nur eine Funktion der gegenwärtigen Temperatur, sondern eine hystereseartige, stochastische Funktion der Temperaturgeschichte, und diese ist unbekannt. Es ist diese Hysterese, die Anlass für Fehler ist, die nicht durch herkömmliche Mittel ausgemerzt werden können. Abgesehen vom Ausgang der gemessenen Kreiselgeschwindigkeit 3 (beschädigt durch unbekannte Fehler) sind zusätzliche Messungen aus Primärantriebsspannung 4, Frequenz 5 und sekundärem Quadraturantrieb oder Vorspannung 6 verfügbar. Es ist bekannt, dass diese Messungen eine Funktion verschiedener Fehlertreiber sind.
1 der beiliegenden Zeichnung zeigt den primären normalen Modus, wobei primäre Antriebsmittel 7 und und primäre Abnahmemittel 8 vorhanden sind. Auch sind unter 45 Grad gegenüber dem Primärmodus die Achsen des Sekundärmodus mit sekundären Antriebsmitteln 9 und sekundären Abnahmemitteln 10 dargestellt. Die Modenposition und die Positionen von Treiber und Abnehmer sind in ihren idealen Positionen dargestellt. Der Sekundärmodus ist um 45 Grad relativ zu dem Primärmodus verdreht.
Eine Fehlausrichtung der normalen Moden mit den Treibern und Abnehmern um einen Winkel α gemäß 2 führt zu einer Kombination von Primär- und Sekundärmoden, die benutzt wird, um die Bewegung bei 45 Grad gegenüber dem primären Antriebsmitteln 7 zu nullen. Die primären Abnahmemittel 8 detektieren hauptsächlich den Primärmodus, aber auch den Sekundärmodus, aber diesen in geringerem Maße. Der Primärantrieb ist die Bezugsrichtung vom Kreiselzentrum, aus dem alle anderen Winkel gemessen werden.
Infolge der nominellen Symmetrie der ringförmig gestalteten Struktur 1 scheint es, dass der Primärmodus jede Position auf der Struktur 1 einnehmen könnte, jedoch können kleinere Asymmetrien die tatsächliche Position bestimmen. Daher tendiert die Modenposition unter einem Winkel α infolge von Anisotropien über der ringförmig gestalteten Struktur 1 dazu, verriegelt zu werden. U repräsentiert in 2 die Primärmodenamplitude und 11 repräsentiert den Primärmodenknoten.
3 zeigt die Geschwindigkeitsvektoren 2 an vier Punkten für den Primärmodus. Infolge des Korrioliseffektes ergeben sich D'Alembert'sche Kräfte 13, die an jedem Punkt angelegt werden. Natürlich gibt die Primärmodenbewegung in Gegenwart der Drehung Anlass für Kräfte, die den Sekundärmodus treiben, und durch Symmetrie gibt die Sekundärmodenbewegung in Gegenwart der Drehung Anlass für Kräfte, die den Primärmodus treiben.
Das Muster der Korriolisbeschleunigung deutet darauf hin, dass der Sekundärmodus durch D'Alembert'sche Kräfte angetrieben wird. Dies führt zu einer Kreuzkopplung zwischen den normalen Primär- und Sekundärmoden in beiden Richtungen. Es gibt eine diesem Effekt zugeordnete Verstärkung, nämlich die Bryan-Verstärkung. Demgemäß gibt es bei einer rotierenden Ringstruktur einen Spezialeffekt, der hier als Bryan-Effekt bezeichnet wird und der die physikalische Basis der Kreiselwirkung bildet.
Im typischen Fall wird eine Siliziumring-Vibrationskreiselstruktur durch ein elektronisches Steuersystem gemäß 4 der beiliegenden Zeichnung gesteuert. Dieses System weist eine Primärschleife 14 und eine Sekundärschleife 15 auf. Die Primärschleife 14 ist eine Frequenzsteuerschleife 16 und eine Amplitudensteuerschleife 17. Die Schleife 16 enthält eine phasenstarre Schleife 18 und einen spannungsgesteuerten Oszillator 19. Die Schleife 17 enthält eine automatische Verstärkungssteuerung 20, um die Bewegungsamplitude zu stabilisieren, die eine Eingangsspannung V_(agc) aufweist, um die Amplitude der Bewegung einzustellen. Die Schleife 14 ist zwischen den primären Abnahmemitteln 8 und den primären Antriebsmitteln 7 geschaltet. Die Sekundärschleife 15 ist zwischen die sekundären Abnahmemittel 10 und die sekundären Antriebsmittel 9 geschaltet und wirkt als Demodulations/Remodulations-Nullsteuerschleife. Sie enthält eine Quadraturkomponentenschleife 20 und eine Realkomponentenschleife 21.
5 zeigt ein Blockfunktionsdiagramm des Steuersystems gemäß 4, in dem gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Der Ausgang der automatischen Verstärkungssteuerung 20 ist mit 23 bezeichnet.
6 ist ein Blockfunktionsdiagramm des Steuersystems gemäß 4, wobei wiederum gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, wobei aber eine weitere Servoschleife 24 die phasenstarre Schleife 18 mit dem Vibrationsstrukturkreisel 1 verbindet, um zu gewährleisten, dass eine 90°-Phasenverschiebung zwischen der primären Antriebsspannung 4 und dem primären Abnahmesignal besteht.
Infolge der Änderung des Moduls des Siliziums und der Größe der Ringstruktur 1 infolge Temperaturänderungen gibt es eine Änderung der Resonanzfrequenz von –0,4 Hz/°C. Bei einem typischen Phasenfehler der Schleife von 0,5 Grad kann die Temperatur der Ringstruktur mit einer Genauigkeit von 0,01 Hz bestimmt werden, entsprechend 0,025 °C. Die Vibrationsfrequenz der Struktur 1 kann sehr genau während der Kalibrierung bestimmt werden, und dies schließt ein, dass die Temperaturumgebung der Ringstruktur sehr genau ohne Zeitverzögerung zwischen dem "Temperatursensor" (der Frequenz des Ringes) und der Ringstruktur selbst bestimmt werden kann.
Die Frequenz der Ringstruktur 1 ist bei Vibration in Resonanz ein gutes Maß der tatsächlichen Temperatur der Ringstruktur mit einem typischen Koeffizienten von –0,4 Hz/°C. Die Frequenz und die Kreiselvorspannung bei stationärem Kreisel in einer Temperaturkammer können über den Betriebsbereich aufgezeichnet werden, der im typischen Fall –40°C beträgt, und ein verbessertes Modell für die Kreiselvorspannung kann wie folgt geschrieben werden: b = Σbnfn (2) s = Σsnfn (3)dabei ist f die Frequenz des Ringes. Dies ist wiederum eine Kalibrierung, die über dem Betriebstemperaturbereich des Kreisels durchgeführt wird, wobei Daten für die Kreiselvorspannung b, den Skalierungsfaktor s und die Frequenz f der Ringstruktur als eine Funktion der Zeit gesammelt werden, wobei sich ein typisches Temperaturprofil ergab, wie dieses in 7 dargestellt ist.
Dieses Modell führt zu einer Verbesserung des Kreiselvorspannverhaltens über den äußeren Temperaturaufzeichnungsprozess, jedoch können hierdurch nicht die Effekte der Hysterese der Vorspannung in Abhängigkeit von der Temperatur eliminiert werden, da es keine zeitliche Aufzeichnung in dem Modell gibt.
7 zeigt, dass für eine Temperaturänderung ein Hystereseeffekt insofern besteht, als die durchgehende Linie in der graphischen Darstellung die Abweichung von einem Mittelwert 25 zeigt, und zwar unterschiedlich in Abhängigkeit davon, ob die Temperatur ansteigt oder abfällt, wie durch die Pfeile dargestellt. Demgemäß ist dieses Verfahren zur Kalibrierung der Vorspanndrift von Natur aus ungenau.
In Bezug auf das Blockdiagramm gemäß 6 gibt es eine Anzahl von Messungen am Kreisel wie folgt:

a) Primärantriebsspannung 4 mit dem Symbol P
b) Frequenz 5 mit dem Symbol f
c) sekundärer Quadraturantriebspegel 8 mit dem Symbol S_q, und
d) sekundärer Realantrieb 3, was der normale Geschwindigkeitsausgang S_r ist.

Die Primärantriebsspannung P ist ein Maß des Antriebs, das erforderlich ist, um die Primärschwingung der Vibrationsstruktur 1 auf einer festen Amplitude zu halten. Wenn sich die Temperatur ändert, dann fällt das Q des Kreisels mit ansteigender Temperatur ab, was einen höheren Antriebspegel erfordert. Demgemäß ist die Primärantriebsspannung P ein Maß von 1/Q als eine Funktion der Temperatur, und diese Kenntnis kann benutzt werden, um die Wirkungen der Temperaturänderung von Q zu erfassen. Die Frequenz ist, wie oben beschrieben, ein Maß der Ringstrukturtemperatur und repräsentiert einen sehr genauen Anzeiger. Das sekundäre Quadratursignal S_q bezieht sich auf Fehlereffekte der realen Vorspannung. Insbesondere ist bekannt, dass die ringförmige Vibrationsstruktur 1 zwei Eigenmoden besitzt.
Diese Moden sind natürlicherweise nicht auf die primären und sekundären Antriebsachsen ausgerichtet, sondern haben einen Fehlerwinkel α. Wenn der Primärantrieb erregt wird, wenn α nicht gleich Null ist, dann wird die lineare Kombination der zwei Eigenmoden erregt. Diese Eigenmoden sind charakterisiert durch die Resonanzfrequenzen f₁ und f₂ und die Wertfaktoren Q₁ und Q₂. Wenn die beiden Moden nicht die gleiche Resonanzfrequenz besitzen und der Winkel α nicht gleich Null ist, dann ist ein Quadraturantriebssignal erforderlich, um die Quadraturbewegung auszunullen. Es kann gezeigt werden, dass der Quadraturpegel abhängig ist vom Modenwinkel α.
Es gibt außerdem Fehler in der Vorspannung, die Null-Trägheitsgeschwindigkeitsversetzung des Kreisels, was durch S_r gemessen wird. Es wird angenommen, dass dann, wenn die Q-Faktoren der beiden Moden unterschiedlich sind, ein Vorspannfehler vorhanden ist, der proportional zu sin 4α und den Werten von ΔQ ist. Es ist ersichtlich, dass demgemäß eine Korrelation zwischen den Werten von S_q und der Proportion des Fehlers in S_r infolge von ΔQ besteht. Demgemäß führt die Veränderung von S_r die Veränderung von S_q nach sich, so dass der Fehler infolge ΔQ in der Kreiselvorspannung kompensiert werden kann.
Über dem Temperaturbereich von ±80° kann dies wie folgt geschrieben werden: Sr = ΣanSn q (4)dabei ist a_n ein Anpassungskoeffizient von einer wenigstens quadratischen Anpassung.
In ähnlicher Weise kann die Kreiselvorspannung Fehlerausdrücke aufweisen, die sich mit dem Q der Moden ändern, was durch den primären Antriebspegel gemessen wird, und dies kann wie folgt geschrieben werden: Sr = ΣbmPm (5)
Indem diese Ausdrücke zusammengenommen werden, kann dies wie folgt geschrieben werden:
Dabei können die Ausdrücke der Werte von k, l und m sowohl positiv als auch negativ sein.
Um die Hauptfehler abzudecken, die typischerweise bei einem Kreisel bekannt sind, werden insgesamt 7 Ausdrücke benutzt.
Diese umfassen Fehler wie z.B.:

a) Phasenfehler des Primärantriebs in Bezug auf die sekundären Abnahmemittel. Dies sind elektronische Phasenfehler mit einem typischen Wert von 0,5 Grad infolge der beschränkten Vorverstärkerbandbreite und der Zeitverzögerungen über die integrierten Schaltungen.
b) Effekte von ΔQ wie oben erwähnt
c) Effekte der Winkelversetzung zwischen den sekundären Abnahmemitteln und den primären Antriebsmitteln
d) Effekte der Vorspannung zur Nullung der ursprünglichen Vorspannversetzung
e) Effekte des induktiven Abnehmers zwischen primären Antriebsmitteln und sekundären Abnahmemitteln
f) Effekte von kapazitiven Abnahmemitteln zwischen Primärantrieb und Sekundärabnahme
g) Effekte von magnetischen Feldanomalitäten

Durch geeignete Wahl der Leistung von k, l und m wird es möglich, diese 7 Fehlerausdrücke unter Benutzung von drei Messungen zu modellieren. Während des Kalibrierprozesses werden die Werte der Messungen – S_r S_q P und f datenmäßig erfasst, wenn sich die Temperatur über einen Bereich von ±80°C ändert. Es wird eine lineare Mehrfachregression durchgeführt, um die Koeffizienten a_klm zu bestimmen.
Es können andere Analysetechniken benutzt werden, um die Koeffizienten von den Daten abzuleiten, beispielsweise Kalman-Fitertechniken.
Da die Messungen auf Kreiselvorspannfehlertreiber korreliert sind, verbessern Messungen dieser Ausdrücke die Vorspannungskompensation. Die polynomiale Form, wie sie oben erwähnt wurde, wird dann zurück auf die physikalischen Fehlerquellen geführt (wie diskutiert), und je mehr die Kalibrierung an die physikalische Realität angenähert wird, desto besser wird die erreichbare Modellierung.
Als Ergebnis wird es nunmehr möglich, eine Kreiselvorspannhysterese zu modulieren, die ein einfaches Polynom-Modell nicht erreichen kann. Dies ist eine Folge insbesondere der Korrelation von realer Vorspannung und Quadraturvorspannung. Wenn daher eine Hysterese in der realen Vorspannung besteht, wird im Allgemeinen auch eine entsprechende Vorspannung in der Quadraturvorspannung bestehen, da die Fehlermechanismen (beispielsweise die Veränderung von Alpha und Hysterese von Alpha mit der Temperatur) diesen beiden gemeinsam sind.
In der Praxis werden die Kalibrierkoeffizienten a_klm für einen bestimmten Kreisel bestimmt, indem in einem Ofen eine gewünschte Temperaturfolge dem Kreisel aufgeprägt wird. Testdaten einschließlich der vorstehend spezifizierten Messungen werden aufgezeichnet und eine Gruppe von Vorspannungskalibrierkoeffizienten wird für den jeweiligen Kreisel festgelegt.

Claims

Verfahren zur Kalibrierung der temperaturabhängigen Vorspanndrift eines Vibrationsstrukturkreisels über einen Betriebstemperaturbereich, der eine im Wesentlichen planare, im Wesentlichen ringförmige Siliziumvibrationsstruktur (1) aufweist, wobei primäre Antriebsmittel (7) zur Einleitung und Aufrechterhaltung der Vibrationsstruktur in der Trägermodenresonanz und sekundäre Antriebsmittel (9) vorgesehen sind, um die Ansprechmodenbewegung der Vibrationsstruktur zu nullen, wobei die sekundären Antriebsmittel Mittel aufweisen, um ein detektiertes Ansprechmodenbewegungs-Signal in eine reelle Komponente, die durch angewandte Drehung des Vibrationsstrukturkreisels induziert wird und eine Quadraturkomponente zu trennen, die einen Fehlerausdruck bildet, der eine Fehlausrichtung zwischen der Trägermodenresonanzfrequenz und der Ansprechmodenresonanzfrequenz anzeigt, wobei die folgenden Schritte durchgeführt werden: es wird über einen Betriebstemperaturbereich des Vibrationsstrukturkreisels die Antriebsspannung P (4) gemessen, die ein Maß der Änderung im Wertefaktor LQ der Vibrationsstruktur in Abhängigkeit von der Temperatur ist; es wird die Vibrationsstrukturfrequenz f (5) gemessen, die ein Maß der Änderung der Temperatur der Vibrationsstruktur ist; es werden die sekundären Antriebsquadraturkomponentenwerte S_q (6) gemessen, was ein Maß der reellen Komponentenvorspannfehler in Abhängigkeit von der Temperatur ist; und es werden die reellen sekundären Antriebskomponentenwerte S_r (3) gemessen, die ein Maß der Änderung in der Vorspannung darstellen, die die Null-Trägheitsgeschwindigkeitsversetzung des Vibrationsstrukturkreisels in Abhängigkeit von der Temperatur ist; und es werden die Werte substituiert, die in der folgenden Beziehung enthalten sind
wobei α_klm die Vorspannungs-Kalibrierkoeffizienten für den Vibrationsstrukturkreisel über dem Betriebstemperaturbereich sind und wobei aus der Beziehung die Koeffizienten α_klm berechnet werden, um eine Gruppe von Vorspannungs-Kalibrierkoeffizienten für den Vibrationsstrukturkreisel über den getesteten Betriebstemperaturbereich zu schaffen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Koeffizienten α_klm aus der Beziehung dadurch berechnet werden, dass eine lineare Vielfachregression dieser Beziehung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Koeffizienten α_klm durch Kalman-Filterung berechnet werden.