DE69818852T2

DE69818852T2 - Schwinggyrometer

Info

Publication number: DE69818852T2
Application number: DE69818852T
Authority: DE
Inventors: Bernard Lucien Charles De Salaberry
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1998-09-25
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2018-09-26
Also published as: FR2769086A1; EP1019672B1; WO1999017078A1; JP2001518607A; NO20001593D0; AU9271598A; FR2769086B1; US6443009B1; BR9812395A; EP1019672A1; NO20001593L; DE69818852D1; CA2305440A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schwinggyrometer, das Winkelgeschwindigkeiten in einem großen Messbereich genau messen soll. Dieses Gyrometer weist im Vergleich zu den allgemein verwendeten Techniken den Vorteil auf, einfacher herzustellen und damit kostengünstiger zu sein, während es weiterhin genau arbeitet und einen geringen Raumbedarf hat.
Schwinggyrometer beruhen auf der Wirkung von Coriolis-Kräften aufgrund einer in Bewegung befindlichen Massen innewohnenden Drehung.
In der Vergangenheit wurden mehrere Ausführungsformen zur Herstellung eines auf Winkelgeschwindigkeiten empfindlichen Schwingelements vorgeschlagen.
Das am häufigsten verwendete Verfahren besteht darin, einen zylindrischen oder halbkugelförmigen Trägheitskörper senkrecht zu seiner Achse schwingen zu lassen und die Verschiebung der Schwingungsknoten zu beobachten, wenn er einer Drehung um die Achse unterworfen wird.
Die Hauptschwierigkeiten ergeben sich durch die Mittel, die verwendet werden, um die Schwingung zu erzeugen und zu messen.
Die bis dato vorgeschlagenen Lösungen zur Erzeugung der Schwingung sind hauptsächlich von elektromagnetischer, elektrostatischer oder piezoelektrisch Art.
Die elektrostatischen Lösungen weisen den prinzipiellen Nachteil auf, das sie hohe elektrische Spannungen zu erfordern sehr geringe Luftspalte, um effizient zu sein. Um das Enstehen von Lichtbögen zu vermeiden, muss das Ganze sich unter Vakuum befinden; dies bildet zusammen mit den notwendigen Fertigungsgenauigkeiten sehr kostspielige Anforderungen.
Die piezoelektrischen Lösungen verwenden entweder einen ganz aus piezoelektrischem Material hergestellten Zylinder oder meist durch Klebung an einen Metallzylinder angefügte kleine piezoelektrische Elemente.
Die Verwendung von an einen Metallzylinder angefügten kleinen piezoelektrischen Elementen gestattet es, die Kosten ein wenig zu reduzieren, aber die Leistungen werden wegen der Störungen, die durch die an besonderen Punkten des Zylinders lokalisierten keramischen Massen bedingt sind, kaum verbessert.
Eine weitere größere Schwierigkeit all dieser Lösngen beruht in dem Umstand, dass die Erfassungssignale einen sehr geringen elektrischen Pegel haben und dass es sehr schwierig ist, sie gegen Erregersignale mit höheren Pegeln zu schützen, die in dem gleichen Frequenzband liegen. Aus diesem Grund sind die Erfassungs- und Erregermittel im Allgemeinen von unterschiedlicher Art und so weit als möglich voneinander entfernt.
Das amerikanische Patent US-A-4,793,195 beschreibt zum Beispiel ein Gyrometer mit einem Schwingzylinder, das mit einer elektrostatischen Erfassung versehen ist, und das magnetisch bei der halben Frequenz seiner Schwingfregenz erregt wird, um diese Effekte zu reduzieren.
Die französische Patentanmeldung 95/11211 (FR-A-2 739 189) beschreibt ein Gyrometer mit magnetischer Erregung und optischer Erfassung, die ebenso gut gegen die Erregungssignale geschützt ist.
Die vorliegende Erfindung führt zu einer Vereinfachung dieser letzteren Art von Gyrometer, indem die optischen Erfassungsmittel wegfallen und die elektromagnetische Erregungsvorrichtung selbst verwendet wird, um die Erfassung durchzuführen. Die Trennung der Erreger- und Erfassungssignale wird einerseits durch Verwendung einer Erregung bei halber Frequenz und andererseits durch eine solche Verteilung der Polarisationen und der Spulenorientierungen erhalten, dass die Wechselwirkungen zwischen Erregung und Erfassung aufgehoben werden. Eine Multiplexing einsetzende Variante gestattet es, die Trennung noch zu verbesern. Die Genauigkeit des erhaltenen Gyrometers hängt nur von der Genauigkeit der sehr klassischen und damit weniger kostspieleigen mechanischen Bearbeitungen sowie einfach beherrschbaren elektronischen Parametern ab. Diese Lösung besitzt folglich den Vorteil, noch ökonomischer zu sein.
Die Erfindung betrifft daher ein Schwinggyrometer der Art mit:

– einem dünnwandigen Rotationschwingelement,
– Erregungsmitteln, die es gestatten, Schwingungen an zumindest einem Punkt des Schwingelements zu erzeugen, so dass auf dem Schwingelement eine Folge von Schwingungsknoten und -bäuchen auftritt, die sich unter der Wirkung einer Winkelgeschwindigkeit verschieben können, und
– Mittel zum Erfassen der Schwingungen, die so angeordnet sind, dass sie die Knoten und/oder die Bäuche erfassen können, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregungs- und Erfassungsmittel beide elektromagnetisch sind und mittels ein und derselben elektromagnetischen Einheit ausgeführt sind, die den beiden Funktionen der Erregung und der Erfassung gemeinsam ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in dem unabhängigen Anspruch 1 definiert. Besondere Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2–10 definiert.
Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend im Sinne eines keine Einschränkung darstellende Beispiels unter Bezug auf die folgenden beigefügten Zeichnungen beschrieben:
1 ist eine Prinzipskizze, die die Funktionsweise einem Schwinggyrometers zeigt,
2 ist eine Schnittansicht des egm Schwinggyrometers,
die 3 und 4 sind Drauf sichten des Magnetkreises des Gyrometers der 2 in vier Ausführungsformen,
5 ist eine Prinzipskizze der elektronischen und elektrischen Schaltungen des egm Schwinggyrometers in einer Version mit einer Verteilung der Erregungs- und der Erfassungsfunktion in der der gleichen Erregungs-Erfassungs-Einheit,
6 ist eine Prinzipskizze einer Variante der elektronischen und elektrischen Schaltungen der 5,
7 ist eine Prinzipskizze einer Variante der elektronischen und elektrischen Schaltungen der 6,
8 ist eine Prinzipskizze der elektronischen und elektrischen Schaltungen des egm Schwinggyrometers in der Version mit einem Multiplexen der Erfassungs- und Erregungsfunktionen,
9 ist eine Prinzipskizze einer Variante der elektronischen und elektrischen Schaltungen der 8 bei der die Polarisation periodisch invertiert wird, und
10 weist zwei Varianten des magnetischen Kreises des egm Schwinggyrometers auf.
Wie zuvor erwähnt und wie in 1 gezeigt, umfasst ein Schwinggyrometer mit einem beispielsweise zylindrischen, eine Symmetrieachse 6 aufweisenden Trägheitskörper 1, 1a, aber auch flach sein kann oder eine beliebige andere Form haben kann und der in zwei Hauptrichtungen 2 und 3, die senkrecht zueinander und der Achse 6 des Trägheitskörper 1 liegen, in Schwingung versetzt wird, so dass vier Schwingungsknoten 4 und vier Schwingungsbäuche 5 auftreten, wobei die Verschiebungen der in den Schwingungsbäuchen liegenden Teile für die zwei Hauptrichtungen 2 und 3 gegenphasig sind.
Wenn der Trägheitskörper 1 einer Drehung um eine zu den Haupterregungsrichtungen 2 und 3 senkrechte Achse unterworfen wird, drehen sich die Schwingungsknoten nicht mit dem Trägheitskörper. Sie bleiben auch nicht ortsfest im Raum, sondern drehen sich mit einer Winkelgeschwindigkeit, die ein Bruchteil der Geschwindigkeit des Trägheitskörper ist. Das Verhältnis zwischen den Winkelgeschwindigkeiten des Trägheitskörper und der Schwingungsknoten hängt von der Geometrie des Trägheitskörper ab.
Die Schwingungsknoten 4 sind daher nicht mit dem Trägheitskörper 1 verbunden, sondern bewegen sich relativ zu diesem mit einer Winkelgeschwindigkeit, die proportional zu der Winkelgeschwindigkeit des Trägheitskörper selbst ist.
Es zeigt sich daher, dass es zwei Probleme zu lösen gilt, um ein Gyrometer herzustellen, das eine Winkelgeschwindigkeit messen kann: einerseits die Schwingungserregung und andererseits die Erfassung der Position der Schwingungsknoten relativ zu einer mit dem Trägheitskörper verknüpften Referenz.
2 zeigt eine Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform des egm Schwinggyrometers, die in der Lage ist, die beiden Probleme auf ökonomische Weise zu lösen.
Dieses umfasst:

– ein zylindrisches Außengehäuse 7,
– einem Trägheitskörper oder Schwingzylinder 1,
– einen Erregungs/Erfassungs-Träger 8.
– eine magnetische Erreger/Detektoreinrichtung oder einen Stator 9,
– eine elektronische Schaltung 10,
– Mittel zur Befestigung, Verkabelng und zu Verschluss.

Das Außengehäuse 7 in Form eines offenen Zylinders umfasst an einem seiner Enden eine Verdickung 11, in der Befestigungslöcher für den Trägheitskörper 1 ausgebildet sind.
Das andere Ende des Außengehäuses umfasst im Inneren einen Teil, der mit einer Bohrung 13 eines Durchmessers versehen ist, der ein wenig größer als der Innendurchmesser des Rests des Zylinders ist, wobei die Bohrung im Inneren des Zylinders 7 an eine kreisförige Schulter 14. anschließt. Diese Bohrung 13 setzt sich auf der Seite des Gehäuseendes in einem Innengewinde 15 fort.
Der Trägheitskörper ist in Form eines dünnwandigen Schwingzylinders 1 ausgeführt der eine Symmetrieachse 6 aufweist, an einem seiner Enden 16 offen und an seinem anderen Ende 17 durch eine Wand verschlossen ist, die vorzugsweise dicker ist als diejenige des Zylinders selbst und einen Boden 18 bildet.
Der Boden 18 selber ist in seiner Mitte durch einen Fuß 19 an einer kreisförmigen Platte 20 befestigt, die 22 an ihrer Peripherie eine Zentrierschulter 21 sowie Befestigungslöcher 22 umfasst.
Der Erregungs-Erfassungs/Rotationsträger 8 umfasst einen ersten Teil 29, dessen Durchmesser derart ist, dass er an der lamage 14 in der Bohrung 13 des Aussengehäuses 7 zentriert werden und anliegen kann, und einen zweiten Teil, der zwei nacheinander abnehmende 30 und 39 umfasst, von denen der zweite als Träger für den magnetischen Stator 9 dienen soll, auf dem die Spulen platziert werden.
Dieser Träger 8 ist daher in der Bohrung 13 des Gehäuses 7 platziert und ruht auf der Schulter 14.
Er ist so bemessen, dass der Stator 9 zentriert in dem offenen Ende 16 des Zylinders 1 platziert ist, wobei ein Luftspalt 28 verbleibt, dessen Dicke ebenfalls so weit wie möglich reduziert ist.
Eine in das Innengewinde 15 geschraubte Aussengewindemutter 40 verklemmt und fixiert den Teil 29 des Trägers 8 an der Schulter 14 des Gehäuses 7.
Der magnetische Erreger wird vorzugsweise durch Verwendung, 3a, von Blechen 24 derjenigen Art hergestellt, die für für mit Spulen besetzte Rotoren von Elektromotoren eingesetzt werden. Mehrere dieser Bleche 24 sind aufeinandergeschichtet, um einen Stator 9 mit einem Durchmesser zu bilden, der gerinfügig kleiner als der Innendurchmesser des Schwingzylinders 1 ist. Dieser Stator umfasst Einschnitte 25, die Zinken 26 abtrennen, um die herum elektrische Spulen platziert werden. Die Zahl dieser Zinken muss ein Vielfaches von Vier sein. Im Falle von vier Zinken müssen diese untereinander einen Winkel mit einem Vielfachen von 45 Grad bilden, wobei die zwei ersten Zinken untereinander einen Winkel mit einem ungeraden Vielfachen von 45 Grad bilden und die anderen beiden Zinken untereinander ebenfalls einen Winkel mit einem ungeraden Vielfachen von 45 Grad bilden. Im Falle der Multiplexing einsetzenden Variante kann die Zahl der Zähne auf zwei Zähne reduziert werden, die untereinander einen Winkel mit einem ungeraden Vielfachen von 45 Grad bilden. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Zahl der Zähne 26 acht. Sie sind vergleichsweise breit und durch acht Polmassen 27 verlängert.
Die Spulen 23 bestehen, 3b, aus zumindest vier und vorzugsweise acht Spulen 31 bis 38 aus einem isolierten Leitungsdraht, die jeweils einen der Zinken 26 des Stators umgeben.
Diese Spulen 31 bis 38 dienen zur Erregung und zur Erfassung.
Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung erfüllen sie paarweise die folgenden Funktionen:

– Erregung der Schwingung, EXV,
– Erfassung der Position der Schwingungsbäuche, DV,
– Erfassung der Position der Schwingungsknoten, DN,
– Regelung der Position der Knoten, AN.

Die Funktionen EXV und DV werden durch Spulen gleichen Ranges ausgeführt, zum Beispile werden dann die Funktionen DN und AN durch die ungeradzahligen Spulen wahrgenommen.
Die zwei Spulen mit ein und derselben Funktion können in 90 oder 180 Grad zueinander platziert werden. Um das Übersprechen der Erregungsfunktion EXV und der Regelfunktion AN gegenüber den Erfassungsfunktionen DN beziehungsweise DV zu minimieren, werden die Spulen der gleichen Funktion vorzugsweise in 180 Grad zueinander beispielsweise entsprechende der Verteilung der unten stehenden Tabelle platziert. Während die erste Spule jedes Paares 31 bis 34 herkömmlich in positiver Richtung ausgeführt wird, ist die Anschlussrichtung der zweiten Spule jedes Paares 35 bis 38 durch die dritte Zeile der Tabelle angegeben.
Um die Vorrichtung zu vervollstaendigen, werden vier Spulen 41, 42, 45 und 46 auf den gleichen Zinken platziert, wie die Spulen 31, 32, 35 beziehungsweise 36. Diese Spulen sind so angeschlossen, dass der von einer Stromquelle 49, 5, kommende Strom in den Spulen 41 und 46 in der gleichen Richtung und in den Spulen 42 und 45 in entgegengesetzter Richtung fließt, so dass zum Beispiel an den die Spulen 41 und 46 tragenden Zinken Nordpole und an den die Spulen 42 und 45 tragenden Zinken Südpole auftreten, 3b. Man beachte, dass die Restpolarisation der vier die Spulen 33, 34, 37 und 38 tragenden Zinken durch in 3b nicht dargestellte Hilfsspulen unterdrückt werden kann.
Diese Anordnung erzeugt ein erhebliches Übersprechen zwischen der Erregung von Schwingungen und der Erfassung der Schwingungen. Dieses Übersprechen könnte die Elektronik stören, weswegen es vorgezogen wird, die Schwingungen anzuregen, indem eine Frequenz verwendet wird, die die halbe Eigenfrequenz des Schwingzylinders 1 ist. Diese Art von Erregung gestattet es, das Übersprechen bei halber Frequenz herauszufiltern, indem die Erfassungssignale in Abhängigkeit von der Eigenfrequenz des Schwingzylinders demoduliert werden. Da das gleiche Verfahren, wenn es ebenfalls im Falle der 3b für die Regelung der Knoten vorgesehen ist, den Nachteil aufweist, nicht linear zu sein, wird es vorgezogen, die Regelung der Knoten unter Verwendung einer Modulation bei der Eigenfrequenz des Zylinders durchzuführen. Hierzu muss an den entsprechenden Zinken AN mittels zweier Spulen 43 und 47 eine solche Polarisation herbeigeführt werden, dass dort ein Süd- und Nordpol auftritt (3c).
Mit diesem Gyrometer ist eine Erregungs- und Regelelektronik verknüpft, deren Prinzipien allgemein bekannt sind.
5 zeigt eine erste Variante der Anschlüsse dieser Elektronik, bei der Erregung und Regelung bei der halben Frequenz der Eigenfrequenz des Schwingzylinders erfolgen. Sie umfasst eine Erregungsschaltung 50 und eine Regelschaltung 51.
Die Erregungsschaltung 50 umfasst einen phasengeregelten Oszillator, gefolgt von einem Frequenzhalbierer. Von diesem Teiler kommende Signale 59 mit halber Frequenz steuern die nicht polarisierten Spulen EXV, 34 und 38. Der Zylinder wird somit mit der Frequenz des Oszillators angeregt. Wenn diese Frequenz gleich der Eigenfrequenz des Zylinders ist, schwingt dieser und induziert Signale in den Schwingungserfassungsspulen DV 32 und 36. Diese Signale werden zum Eingang des Oszillators der Erregungsschaltung 50 zurückgeleitet und dienen mittels der Phasenrückkopplung zur Regelung der Frequenz auf die Eigenfrequenz des Schwingzylinders.
Die Regelschaltung 51 empfängt die von den Erfassungsspulen für die Schwingungsknoten DN 31 und 35 kommenden Signale, demoduliert sie und moduliert sie von neuem bei halber Frequenz. Die von neuem modulierten Siganle 59 steuern die Regelspulen für die Knoten AN 33 und 37, so dass die Position der Knoten am Ort der die Spulen 31, 33, 35 und 37 tragenden Zinken ortsfest bleibt. Das in einen Quadraturregler geleitete demodulierte Signal wird zum Ausgang 52 geschickt und gibt die durch das Gyrometer gemessene Winkelgeschwindigkeit wieder.
Um Einflüsse aufgrund der Hysterese der Materialien zu vermeiden, ist es von Vorteil, das Vorzeichen der Polarisation der Erfassungsspulen periodisch zu wechseln. Wie 6 zeigt, steuert hierzu eine Folgesteuerung 53 im Stromgenerator 49 die periodische Umkehr des Stroms in den Spulen 41, 42, 45 und 46 und steuert gleichzeitig die Umkehr der Phase des Regelkreises des Oszillators der Erregungsschaltung 50 und die Phasenumkehr der Demodulation der Knotenerfassungssignale in der Regelschaltung 51. Als Frequenz der Inversion wird vorzugsweise ein Bruchteil der Frequenz des Oszillators gewählt. Die Folgesteuerung wird in diesem Fall daher durch den Oszillator selbst synchronisiert.
7 zeigt eine Variante der Elektronik der 6, die an die Konfiguration der 3c angepasst ist und bei der die Regelschaltung 51 das Signal von neuem bei der Eigenfrequenz des Schwingzylinders moduliert. Die für diese Regelung verwendeten Zinken werden durch die Spulen 43 und 47 polarisiert, die durch den Stromgenerator 49 gespeist werden und mit den Spulen 41, 42, 45 und 46 in Reihe geschaltet sind. In diesem Fall ist der Quadraturregler weggelassen und das durch die Regelschaltung 51 demodulierte Signal wird direkt zu dem Ausgang 52 geleitet, um die Winkelgeschwindigkeit des Gyrometer wiederzugeben.
Bei einer aufwändigeren Elektronikversion zur Vermeidung aller Übersprechphänomene zwischen Erregung und Erfassung wird eine Multiplextechnik eingesetzt, 8.
Bei dieser Lösung werden die Spulen nacheinander erregt, um die Schwingungen un die Position der Knoten zu erfassen.
Die Spulen bestehen dann, 4a, aus acht Paaren von Spulen 31 bis 38 und 41 bis 48, wobei jedes Paar, zum Beispiel 31 und 41 einen der Zinken 26 des Stators umgibt, wobei die Spulen jedes Paares übereinander gesetzt oder Seite an Seite platziert sind.
Eine der Spulen jedes Paares, zum Beispiel 41 bis 48, dient zur Polarisation des Stators. Sie sind so angeschlossen, dass der von der Stromquelle kommende Strom, 7, in den geradzahligen Spulen in der gleichen Richtung und in den ungeradzahligen Spulen in umgekehrter Richtung fließt, so dass an jeder der Polmassen 27, 4a, abwechselnde Nord- und Südpole auftreten.
Die Spulen 31 bis 38 dienen zur Erfassung und Erregung der Schwingungen des Schwingzylinders. Sie sind jeweils zu Vieren in Reihe geschaltet, die geradzahligen Spulen 32, 34, 36 und 38 miteinander und die ungeradzahligen Spulen 31, 33, 35 und 37 miteinander. Die Asnchlussrichting jeder Spule ist derart, dass die Signale zweier Spulen, die in 90 Grad zueinander liegen, subtrahiert werden und folglich die Signale gegenüberliegender Spulen addiert werden.
Eines der Enden jeder Einheit aus vier Spulen ist mit Masse 60 verbunden, während die beiden anderen Enden 54 und 55 zu zwei Invertierern 56 und 57 geleitet werden, die durch die Folgesteuerung 53 gesteuert werden. Diese Invertierer 56 und 57 schalten die Enden 54 und 55 wechselweise an die Eingänge und Ausgänge der Erregungsschaltung 50 beziehungsweise der Regelschaltung 51. Die Folgesteuerung 53 steuert den Betrieb dieser zwei Schaltungen in Abhängigkeit von der Position der Invertierer 54 und 55.
Die Betriebsfrequenz der Folgesteuerung ist ein Bruchteil der Eigenfrequenz des Schwingzylinders 1. Das Verhältnis des zyklischen Umschaltens für die Erregungszeit und die Erfassungszeit kann 1/1 betragen. Es kann in Abhängigkeit von der Überspannung des Schwingzylinders vorteilhafetrweise ebenso 1/2, 1/3, 1/4 oder auch weniger betragen. Die Umschaltungen von der Erregungsfunktion auf die Erfassungsfunktion erfolgen vorzugsweise im Momnent des Nulldurchgangs des Stroms in den Spulen 31 bis 38. Die Umschaltungen von der Erfassungsfunktion auf die Erregungsfunktion erfolgen vorzugsweise im Moment des Nulldurchgangs der Sinuswelle für den Strom in den Spulen.
Um bei dieser Lösung ebenso die Einflüsse aufgrund der Hysterese der Materialien zu vermeiden, kann der Strom in den Polarisationsspulen periodisch invertiert werden. In diesem Fall steuert die Folgeschaltung 53, 9, in dem Stromgenerator 49 die periodische Umkehr der Spulen 41 bis 48 und steuert gleichzeitig die Demodulations- und Modulationsphasen der Regelschaltung 51 sowie die Phasen des Regelkreises des Oszillators und der Erregung der Schwingungen der Erregungsschaltung 50.
Eine letzte Variante der Erfindung, 4b, kann schliesslich realisiert werden, indem die Bleche des Stators durch ein Material ersetzt werden, das einen Permanentmagneten bildet und so magnetisiert ist, dass die gleiche Verteilung von Nord- und Südpolen auftritt, wie bei 4a. In diesem Fall fallen die Spulen 41 bis 48 und die Stromversorgungsschaltung 49 weg.
Man beachte, dass bei den Multiplexvarianten, 4, 8 und 9 der Stator auf vier Zinken oder sogar zwei Zinken reduziert werden kann, vorausgesetzt, dass zumindest zwei dieser Zinken untereinander einen Winkel von 45 Grad bilden.
Man beachte auch, dass im Falle einer Elektronik ohne Multiplexing die Verwendung eines Stators mit sechzehn Zinken, der vorzugsweise paarweise assymmetrische Polmassen 61 aufweist, wie es 10a zeigt, es gestatten kann, die Übersprechphänomene zu reduzieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Die Trennung des Erfassungs- vom Erregungspfad kann noch unterstrichen werden, indem die 16 Zinken in acht magnetische Elementarkreise getrennt werden, 10b. In diesen beiden Fällen können die 16 Polarisationsspulen einerseits und Erregungs- und Erfassungsspulen andererseits auf jedem der 16 Zinken platziert werden oder besser selber zu zweien getrennt und paarweise auf jedem der Zähne platziert werden. Um das Gyrometer zu vereinfachen, ist es bei dieser Konfiguration möglich, nur zwei magnetische Elementarkreise bei einer elektronischen Variante mit Multiplexing zu verwenden. Vier magnetische Elementarkreise sind bei der Version notwendig, die die Frequenzteilung einsetzt.
Man beachte auch, dass bei allen oben beschriebenen Varianten der Erfindung die in Reihe geschalteten Spulen parallel geschaltet oder auch getrennt oder paarweise verwendet werden können, um beispielsweise für Redundanzen zu sorgen.
Schliesslich beachte man, dass die gesamte Erregungs- und Detektionsvorrichtung auch in angepasster Weise bei jeder anderen Form eines Schwingkörpers angewandt werden kann, ohne des Rahmen der Erfindung zu verlassen, wie er in den Ansprüchen 1 bis 10 definiert ist.

Claims

Schwinggyrometer der Art mit: – einem dünnwandigen Rotationschwingelement (1), – Erregungsmitteln (8), die es gestatten, Schwingungen an zumindest einem Punkt (5) des Schwingelements (1) zu erzeugen, so dass auf dem Schwingelement eine Folge von Schwingungsknoten (4) und -bäuchen (5) auftritt, die sich unter der Wirkung einer Winkelgeschwindigkeit verschieben können, und – Mittel zum Erfassen der Schwingungen, die so angeordnet sind, dass sie die Knoten und/oder die Bäuche erfassen können, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregungs- und Erfassungsmittel beide elektromagnetisch sind und mittels ein und derselben elektromagnetischen Einheit ausgeführt sind, die den beiden Funktionen der Erregung und der Erfassung gemeinsam ist.
Schwinggyrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ein im Wesentlichen zylindrisches Schwingelement umfasst, das einen Schwingzylinder (1) bildet, der ein offenes Ende (16) aufweist, in dessen Innerem ein magnetischer Stator (9) platziert ist, der aus magnetischen Blechen (24) mit einer Anzahl von Zinken (26), die ein Vielfaches von Vier ist, besteht, die in Polmassen (27) enden, wobei die Zinken von Spulen aus isolierten Leitungsdrähten umgeben sind und wobei jeder der Zinken eine der vier Funktionen Erregung der Schwingungen, Erfassung der Schwingungsbäuche, Erfassung der Schwingungsknoten und Regelung der Schwingungsknoten erfüllt.
Schwinggyrometer nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromagnetische Stator acht Zinken umfasst, die von Spulen umgeben sind, die paarweise eine der vier Funktionen Erregung der Schwingungen, Erfassung der Schwingungsbäuche, Erfassung der Schwingungsknoten und Regelung der Schwingungsknoten erfüllen.
Schwinggyrometer nach einem der Ansprüche 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Zinken jedes Zinkenpaares in 180 Grad zueinander platziert sind, wobei die Zinkenpaare, die die Funktionen der Erregung der Schwingungen und der Erfassung der Schwingungsbäuche erfüllen, in 90 Grad zueinander und in 45 Grad zu den zwei anderen Paaren platziert sind, die die Funktionen der Erfassung und Regelung der Schwingungsknoten erfüllen, und dass die Zinken für die Funktionen der Erfassung der Schwingungsbäuche und der Erfassung der Schwingungsknoten mittels Hilfsspulen (41, 42, 43 und 46) polarisiert werden, die von einer Stromquelle (49) mit Strom versorgt werden.
Schwinggyrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er ein im Wesentlichen zylindrisches Schwingelement umfasst, das einen Schwingzylinder (1) bildet, der ein offenes Ende (16) aufweist, in dessen Innerem ein magnetischer Stator (9) platziert ist, der aus magnetischen Blechen (24) mit einer Anzahl von Zinken (26), die ein Vielfaches von Zwei ist, besteht, wobei zumindest zwei einen Winkel von einem ungeraden Vielfachen von 45° miteinander bilden, die in Polmassen (27) enden, wobei die Zinken von Spulen aus isolierten Leitungsdrähten umgeben sind, wobei jeder der Zinken entweder die Funktion der Erregung der Schwingungen und eine Funktion der Erfassung der Schwingungsbäuche, oder eine Funktion der Erfassung der Schwingungsknoten und eine Funktion der Regelung der Schwingungsknoten erfüllt, und dass die Spulen aus isolierten Leitungsdrähten abwechselnd und periodisch einerseits mit dem Eingang und dann dem Ausgang eines phasengeregelten Oszillators (50) und andererseits dem Eingang und dann mit dem Ausgang eines Regelkreises für die Schwingungsknoten (51) verbunden werden.
Schwinggyrometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregungs- und Erfassungsstator (9) acht Zinken umfasst, die jeweils mit zwei Spulen (31 und 41, 32 und 42, ..., 38 und 48 ) versehen sind, wobei acht dieser Spulen (41 bis 48) in Reihe verbunden sind und durch eine Stromquelle (49) gespeist werden, wobei vier andere Spulen auf Zinken platziert sind, die in 90° zueinander liegen (31, 33, 35 und 37), die in Reihe einerseits in Reihe und andererseits abwechselnd und periodisch entweder mit dem Eingang oder dem Ausgang eines phasengeregelten Oszillators (50) verbunden werden, wobei die vier letzten Spulen (32, 34, 36 Unternehmen 38), die auf den vier Zinken platziert sind, die in 45° zu den vorhergehenden liegen, ebenso einerseits in Reihe und andererseits abwechselnd und periodisch mit dem Eingang oder dem Ausgang eines Regelkreises für die Schwingungsknoten (51) verbunden werden.
Schwinggyrometer nach einem der Ansprüche 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der die Polarisierungsspulen durchlaufende Strom periodisch umgedreht wird.
Schwinggyrometer nach einem der Ansprüche 1, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator aus einem permanentmagnetischen Material bestseht.
Schwinggyrometer nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator zumindest zwei Paare asymmetrischer Zinken umfasst.
Schwinggyrometer nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Material des Stators auf zumindest zwei Untereinheiten aufgeteilt ist, die jeweils zumindest zwei Zinken umfassen.