FR2784180A1 - Capteur vibratoire de position - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un appareil de détection de rotation comprenant un boîtier; un résonateur lié au boîtier ; un premier ensemble d'électrodes (42) comprenant une ou plusieurs électrodes, le premier ensemble d'électrodes étant fixé au résonateur ou au boîtier; et un second ensemble de N électrodes (46) fixées autour de la périphérie ou bien du boîtier si le premier ensemble d'électrodes est fixé au résonateur, ou bien du résonateur si le premier ensemble d'électrodes est fixé au boîtier, la n-ième électrode étant fixée à une position angulaire thetan par rapport à un point de référence sur le résonateur, le second ensemble d'électrodes faisant face au premier ensemble d'électrodes, le second ensemble d'électrodes étant espacé non-uniformément autour de la périphérie pour N égal à 4, 8 ou 16.
Description
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CAPTEUR VIBRATOIRE DE POSITION
La présente invention concerne de façon générale des capteurs vibratoires de rotation et plus particulièrement le positionnement des électrodes utilisées pour exciter de tels capteurs de rotation.
La présente invention concerne de façon générale des capteurs vibratoires de rotation et plus particulièrement le positionnement des électrodes utilisées pour exciter de tels capteurs de rotation.
Un capteur vibratoire de rotation 10 de l'art antérieur comprenant un élément externe 12, un résonateur hémisphérique 14 et un élément interne 16, tous en quartz fondu et liés les uns aux autres par de l'indium est représenté, non monté, en figure 1. L'élément sensible par inertie est le résonateur hémisphérique à paroi mince 14 d'un diamètre de 5,8 cm positionné entre l'élément externe 12 et l'élément interne 16 et porté par une tige 26.
Une électrode de contrainte en anneau 20 et seize électrodes de contrainte discrètes 22 sont déposées sur la surface interne de l'élément externe 12. Dans le capteur 10 assemblé, l'électrode de contrainte en anneau 20 et les seize électrodes de contrainte discrètes 22 sont proches de la surface métallique externe 32 du résonateur hémisphérique 14. Dans le capteur assemblé, huit électrodes de détection 24 déposées sur l'élément interne 16 sont proches de la surface métallisée interne 30 du résonateur hémisphérique 14.
Des forces capacitives peuvent être exercées sur le résonateur hémisphérique 14 au moyen de différences de tensions
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de contrainte appropriées entre le résonateur hémisphérique 14 et l'électrode de contrainte en anneau 20 pour amener le résonateur hémisphérique à vibrer dans le mode de non-extension (ou de flexion) d'ordre le plus bas. Une onde stationnaire s'établit et comporte quatre ventres (ou anti-noeuds) à des intervalles de 90 autour de la circonférence, quatre noeuds étant décalés de 45 par rapport aux ventres. Les points antinodaux à 0 et 180 oscillent avec un déphasage de 90 par rapport aux points antinodaux à 90 et 270 . L'onde stationnaire amène la forme du bord du résonateur hémisphérique à changer pour passer d'une forme circulaire à une forme elliptique (le demi-axe principal passant par les ventres à 0 et 180 ) , à une forme circulaire puis à une forme elliptique (le demi-axe principal passant par les ventres à 90 et 270 ).
La rotation du capteur 10 autour d'un axe normal au plan de la bordure du résonateur hémisphérique 34 amène l'onde stationnaire à tourner en sens opposé par rapport au capteur d'un angle proportionnel à l'angle de rotation du capteur 10. Ainsi, en mesurant l'angle de rotation de l'onde stationnaire par rapport au capteur 10, on peut déterminer l'angle de rotation du capteur 10.
Le mode vibratoire du résonateur hémisphérique 14 est excité en plaçant une tension de polarisation continue sur le résonateur hémisphérique 14 et une tension alternative sur l'électrode de contrainte en anneau 20, la fréquence de la tension alternative étant deux fois la fréquence de résonance du résonateur hémisphérique 14.
L'angle du motif d'onde stationnaire par rapport au capteur 10 est déterminé en mesurant les courants qui circulent dans et à partir des électrodes de détection 24 tandis que le résonateur hémisphérique 14 tourne et que les capacités des électrodes de détection 24 par rapport au résonateur hémisphérique 14 varient. Un signal d'axe x, Ix, est obtenu à partir de la combi-
naison 10 - I90 + I180 - 1270, où les indices identifient les orientations angulaires par rapport à l'axe x des électrodes d'où
naison 10 - I90 + I180 - 1270, où les indices identifient les orientations angulaires par rapport à l'axe x des électrodes d'où
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les courants proviennent. De façon similaire, un signal d'axe y Iy est obtenu à partir de la combinaison I45 - I135 + I225 - I315.
La tangente de deux fois l'angle du motif d'onde stationnaire par rapport à l'axe à 0 (c'est-à-dire x) est donné par le rapport de Iy à Ix.
En raison des non-uniformités d'épaisseur du résonateur hémisphérique 14, l'établissement d'une première onde stationnaire conduira au développement d'une seconde onde stationnaire oscillant en quadrature de phrase, dont les ventres coïncident avec les noeuds de la première onde stationnaire. Le développement d'une seconde onde stationnaire peut être inhibé en plaçant des tensions appropriées sur les seize électrodes de contrainte discrètes 22.
Une tension de polarisation continue est typiquement appliquée sur le résonateur hémisphérique 14 pour réduire les amplitudes des tensions de contrainte alternatives appliquées sur l'électrode de contrainte en anneau 20 et les électrodes de contrainte discrètes 22 et pour faire que la force exercée sur le résonateur soit une fonction linéaire des tensions d'excitation alternatives. La présence de la tension de polarisation continue entraîne des changements lents des propriétés électriques du capteur qui ont été attribués aux changements de capacité provoqués par des phénomènes de migration de charges qui prennent place sur ou dans l'élément externe 12 et l'élément interne 16. Ces changements lents ont entraîné une dégradation inacceptablement importante des performances au cours du temps et des moyens particuliers ont été prévus pour compenser ces effets.
RESUME DE L'INVENTION
La présente invention concerne un appareil de détection de rotation comprenant un boîtier, un résonateur fixé au boîtier, un premier ensemble d'électrodes consistant en une ou plusieurs électrodes connectées électriquement, et un second ensemble de N électrodes. Le résonateur est un objet à paroi mince, symétrique en rotation, capable de vibrer dans au moins l'un de plusieurs modes d'ondes stationnaires. L'orientation d'une onde station-
La présente invention concerne un appareil de détection de rotation comprenant un boîtier, un résonateur fixé au boîtier, un premier ensemble d'électrodes consistant en une ou plusieurs électrodes connectées électriquement, et un second ensemble de N électrodes. Le résonateur est un objet à paroi mince, symétrique en rotation, capable de vibrer dans au moins l'un de plusieurs modes d'ondes stationnaires. L'orientation d'une onde station-
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naire par rapport à un point de référence sur le résonateur est spécifiée par un angle d'orientation.
Les électrodes du premier ensemble sont fixées au résonateur ou au boîtier. Les N électrodes du second ensemble sont fixées autour de la circonférence ou bien (1) du boîtier si le premier ensemble d'électrodes est fixé au résonateur, ou bien (2) du résonateur si le premier ensemble d'électrodes est fixé au boîtier. La n-ième électrode du second ensemble est fixée à une position angulaire #n par rapport au point de référence sur le résonateur, en face d'une ou plusieurs électrodes du second ensemble. Les positions angulaires #n, n prenant une valeur comprise entre 1 et N, sont soumises à une unique relation de contrainte.
L'appareil comprend en outre un circuit électronique de commande qui fournit des signaux de commande à une ou plusieurs électrodes du second ensemble et un circuit électronique de détection qui reçoit le signal du premier ensemble apparaissant sur le premier ensemble d'électrodes par suite du couplage capacitif entre les électrodes des premier et second ensembles. Le circuit électronique de détection fournit également un ou plusieurs signaux au circuit électronique de commande.
Une tension de commande comprend, deux tensions d'excitation, une tension de contrainte, ou les deux. Une tension d'excitation n'a pratiquement pas d'effet sur la dynamique du résonateur mais porte des informations concernant un angle de poursuite et les paramètres d'onde stationnaire quand il arrive au niveau des électrodes du premier ensemble par suite du couplage capacitif du second ensemble d'électrodes avec le premier.
Une tension de contrainte amène des forces à être appliquées au résonateur et affecte donc la dynamique du résonateur et les paramètres de l'onde stationnaire.
Les tensions d'excitation et de contrainte peuvent avoir diverses configurations. Une approche à multiplexage par division en fréquence entraîne que les tensions d'excitation sont confinées dans des bandes de fréquence séparées et le spectre de
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fréquence des tensions de contrainte est confiné à une bande de fréquence séparée des bandes de fréquence associées aux tensions d'excitation.
Une approche à multiplexage par division de phase entraîne que les tensions d'excitation sont des fonctions périodiques du temps de même fréquence mais de phase qui différent d'un quart de cycle, le spectre de fréquence des tensions de contrainte étant confiné à une bande de fréquence séparée des fréquences des tensions d'excitation.
Une approche à multiplexage par division dans le temps entraîne que les tensions d'excitation sont proportionnelles à des ondes en créneaux spécifiques qui prennent les valeurs 0 et 1, et chaque tension de contrainte comprend un facteur multiplicateur proportionnel à une onde en créneaux qui prend les valeurs 0 et 1, une seule des ondes en créneaux associées aux tensions d'excitation et de contrainte prenant la valeur 1 à un instant donné.
Une seconde approche à multiplexage par division dans le temps entraîne que chaque tension d'excitation est proportionnelle au produit d'une fonction périodique du temps ayant une fréquence et une phase prédéterminées et d'une onde en créneaux spécifique qui prend les valeurs 0 et 1 et que chaque tension de contrainte comprend un facteur multiplicateur proportionnel à une onde en créneaux qui prend les valeurs 0 et 1, une seule des ondes en créneaux associées aux tensions d'excitation et de contrainte prenant la valeur 1 à un instant donné.
Une approche à multiplexage par différence de code entraîne que les tensions d'excitation sont proportionnelles à des ondes en créneaux spécifiques qui prennent les valeurs-1 et 1 en fonction de séquences pseudo-aléatoires prédéterminées, le spectre de fréquence des tensions de contrainte étant confiné à une bande de fréquence séparée de la bande de fréquence associée aux tensions d'excitation.
Le processus de détermination de l'angle d'orientation d'une onde stationnaire (et de la rotation de l'appareil de
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détection de rotation) à partir du signal du résonateur consiste à extraire d'abord au moins deux composantes du signal du résonateur puis à déterminer la différence entre l'angle d'orientation et l'angle de poursuite en réalisant des opérations sur les deux composantes. Dans le cadre d'un multiplexage par division de fréquence dans lequel les deux composantes occupent des bandes de fréquence séparées, chaque composante est extraite en réalisant des opérations sur le signal du résonateur qui effectuent une discrimination entre les bandes de fréquence séparées.
Dans le cas d'un multiplexage par division de phase, dans lequel les deux composantes sont des fonctions périodiques ayant la même fréquence et des phases qui différent d'un quart de cycle, chaque composante est extraite en réalisant des opérations sur le signal du résonateur qui effectuent une discrimination entre les phases des deux composantes.
Dans le cas d'un multiplexage par division dans le temps, dans lequel les deux composantes sont présentes dans le signal de résonateur pendant des durées différentes, chaque composante est extraite en réalisant des opérations sur le signal du résonateur qui effectuent une discrimination entre les durées différentes.
Dans le cas d'un multiplexage par différence de code dans lequel les deux composantes sont des séquences pseudo-aléatoires de 0 et de 1 et dans lequel l'intercorrélation des séquences pseudo-aléatoires est égale à 0, chaque composante est extraite en réalisant des opérations sur le signal du résonateur qui effectuent une discrimination entre les deux séquences pseudo-aléatoires.
Dans un mode de fonctionnement, l'angle de poursuite est continuellement réglé de façon à maintenir la différence entre l'angle d'orientation et l'angle de poursuite à 0 en moyenne. L'angle d'orientation est calculé en ajoutant l'angle de poursuite à la différence entre l'angle d'orientation et l'angle de poursuite. #
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Un autre mode de fonctionnement consiste à maintenir constant l'angle de poursuite et à mesurer directement l'angle d'orientation.
Un autre mode de ~fonctionnement consiste à maintenir constant l'angle de poursuite et à forcer l'angle d'orientation à être égal à l'angle de poursuite. La force appliquée au résonateur qui amène l'angle d'orientation à varier est une mesure de la vitesse de rotation du résonateur.
Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
La figure 1 représente la structure d'un capteur vibratoire de rotation selon l'art antérieur ;
La figure 2 est un schéma sous forme de blocs des circuits électroniques de commande et de lecture selon l'invention ; et
La figure 3 représente les signaux de commande de multiplexage pour un mode de réalisation particulier de l'invention.
La figure 1 représente la structure d'un capteur vibratoire de rotation selon l'art antérieur ;
La figure 2 est un schéma sous forme de blocs des circuits électroniques de commande et de lecture selon l'invention ; et
La figure 3 représente les signaux de commande de multiplexage pour un mode de réalisation particulier de l'invention.
La présente invention concerne un capteur vibratoire de rotation pour lequel la commande et la lecture sont réalisées par des signaux multiplexés qui peuvent tenir compte d'une grande diversité de nouveaux positionnements d'électrodes. Le capteur vibratoire de rotation selon la présente invention comprend un résonateur, un boîtier auquel le résonateur est fixé et des circuits électroniques multiplex. Le résonateur peut être un objet à parois minces, symétrique en rotation, ayant des modes de vibra-
tion en ondes stationnaires< L'art antérieur suggère typiquement que le résonateur a une forme hémisphérique.
tion en ondes stationnaires< L'art antérieur suggère typiquement que le résonateur a une forme hémisphérique.
Un procédé simplifié pour déterminer les paramètres des ondes stationnaires et pour commander la dynamique du résonateur est illustré en figure 2. Les ondes stationnaires peuvent être décrites par rapport à des axes x et y fixes par rapport au résonateur. L'orientation de l'onde stationnaire en phase par rapport
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au résonateur peut être spécifiée par l'angle d'orientation # d'un axe antinodal en phase mesuré dans le sens des aiguilles d'une montre à partir de l'axe x. La variation du bord du résonateur par rapport à une forme circulaire selon l'axe antinodal en
phase est supposé varier comme cos (#t+cp) , où ro est la fréquence de vibration, t est le temps et cp est un angle de phase arbitraire. L'orientation de l'onde stationnaire en quadrature par rapport au résonateur est spécifiée par l'angle d'orientation # + n/4 d'un axe antinodal en quadrature mesuré dans le sens des aiguilles d'une montre à partir de l'axe x. La variation du bord du résonateur par rapport à une forme circulaire selon l'axe
antinodal en quadrature est supposée varier comme sin(#t+(p) .
phase est supposé varier comme cos (#t+cp) , où ro est la fréquence de vibration, t est le temps et cp est un angle de phase arbitraire. L'orientation de l'onde stationnaire en quadrature par rapport au résonateur est spécifiée par l'angle d'orientation # + n/4 d'un axe antinodal en quadrature mesuré dans le sens des aiguilles d'une montre à partir de l'axe x. La variation du bord du résonateur par rapport à une forme circulaire selon l'axe
antinodal en quadrature est supposée varier comme sin(#t+(p) .
L'électrode de résonateur continue dans sa circonférence 42, déposée à la surface interne du résonateur, est polarisée à une tension continue ou à une tension alternative à basse fréquence vB et est connectée par l'intermédiaire d'un condensateur de blocage de continu 43 à un amplificateur-démultiplexeur 44. N électrodes 46 fixées au boîtier du capteur sont espacées autour de la circonférence et sont proches de l'électrode du résonateur 42. La position angulaire de la n-ième électrode mesurée dans le sens des aiguilles d'une montre à partir de l'axe x est appelée #n, où n prend une valeur comprise entre 1 et N. La n-ième électrode est alimentée par la tension de commande vn(t) à partir du multiplexeur 48, où :
Vn(t) = Vmxr(t)cos(20r-20n)cos((nxrt+xFxr) vmyr.(t)sin(28r-28n)côs(c.t+'Fyr.) + von(t)un(t) (1) Les tensions d'excitation Vmxr(t) cos (ffixrt+\xr) et Vrnyr (t) cos (royrt+\f'yr) sont des composantes dans le système de coordonnées xr-yr de l'angle de poursuite de la figure 2 (désigné par les indices r). Les modes de réalisation préférés des ten-
sions d'excitation comprennent les sinusoïdes cos (ffixrt+\f xr) et cos(coyrt+Tyr) - Diverses fonctions périodiques F (ffixrt+\xr) peu- vent être utilisées plutôt que des sinusoïdes, y compris des ondes en créneaux classiques.
Vn(t) = Vmxr(t)cos(20r-20n)cos((nxrt+xFxr) vmyr.(t)sin(28r-28n)côs(c.t+'Fyr.) + von(t)un(t) (1) Les tensions d'excitation Vmxr(t) cos (ffixrt+\xr) et Vrnyr (t) cos (royrt+\f'yr) sont des composantes dans le système de coordonnées xr-yr de l'angle de poursuite de la figure 2 (désigné par les indices r). Les modes de réalisation préférés des ten-
sions d'excitation comprennent les sinusoïdes cos (ffixrt+\f xr) et cos(coyrt+Tyr) - Diverses fonctions périodiques F (ffixrt+\xr) peu- vent être utilisées plutôt que des sinusoïdes, y compris des ondes en créneaux classiques.
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L'axe xr est amené à tourner dans le sens des aiguilles d'une montre à partir de l'axe x selon l'angle de poursuite #r. Les tensions d'excitation sont choisies pour ne pas affecter les paramètres d'une onde stationnaire sur le résonateur. Les fré-
quences angulaires ffixr et . et les phases \xr et Tyr dépendent du type de multiplexage utilisé. Les tensions de contrainte Vcn(t)Un(t) amènent des forces à être appliquées au résonateur dans le but de commander les paramètres de la ou des ondes sta- tionnaires sur le résonateur. Les fonctions Un (t) produites par le module de commande 50 et fournies au multiplexeur 48. Les tensions vcn(t) sont des fonctions prédéterminées utilisées pour isoler les tensions de contrainte des tensions d'excitation.
quences angulaires ffixr et . et les phases \xr et Tyr dépendent du type de multiplexage utilisé. Les tensions de contrainte Vcn(t)Un(t) amènent des forces à être appliquées au résonateur dans le but de commander les paramètres de la ou des ondes sta- tionnaires sur le résonateur. Les fonctions Un (t) produites par le module de commande 50 et fournies au multiplexeur 48. Les tensions vcn(t) sont des fonctions prédéterminées utilisées pour isoler les tensions de contrainte des tensions d'excitation.
Le courant I(t) circulant de l'électrode de résonateur
42 dans l'amplificateur dénultiplexé 44 est donné par : N 1(t) = E In (t) (2) n=l où
In (t) - KICn [V. (t) c.cos (2Ar-28n) cos (c.t+yr.) vmyr (t) C0yi-si (20r-20n) cos (c,r.t+yr,r.) +Vcn (t) 001% (t) (3) Les capacités Cn sont les capacités des électrodes 46 par rapport à l'électrode de résonateur 42. Les fréquences angulaires #Un sont les fréquences associées aux U correspondants et sont typiquement égales ou inférieurs à 2#, # étant la fréquence de vibration du résonateur. Le symbole KI désigne une constante. Les différences de phase entre -les tensions d'excitation et les courants résultants n'ont pas d'importancte et ont été ignorées dans les équations ci-dessus. Les capacités sont données par :
Cn = Cp [1 + dicos (2e-2en)cos((wt+(p) - dqSin(20-20n)sin(cot+(p)] (4) où les termes impliquant des ordres plus élevés que di et dq ont été omis. Les effets des termes d'ordre plus élevé sont pris en compte dans des opérations de traitement ultérieures. La quantité Co est la capacité des paires d'électrodes quand le résonateur n'est pas excité, di et dq sont des amplitudes de flexion maximum, respectivement des modes en phase et en quadrature, divisées par l'intervalle entre l'électrode de résonateur 42 et les élec-
42 dans l'amplificateur dénultiplexé 44 est donné par : N 1(t) = E In (t) (2) n=l où
In (t) - KICn [V. (t) c.cos (2Ar-28n) cos (c.t+yr.) vmyr (t) C0yi-si (20r-20n) cos (c,r.t+yr,r.) +Vcn (t) 001% (t) (3) Les capacités Cn sont les capacités des électrodes 46 par rapport à l'électrode de résonateur 42. Les fréquences angulaires #Un sont les fréquences associées aux U correspondants et sont typiquement égales ou inférieurs à 2#, # étant la fréquence de vibration du résonateur. Le symbole KI désigne une constante. Les différences de phase entre -les tensions d'excitation et les courants résultants n'ont pas d'importancte et ont été ignorées dans les équations ci-dessus. Les capacités sont données par :
Cn = Cp [1 + dicos (2e-2en)cos((wt+(p) - dqSin(20-20n)sin(cot+(p)] (4) où les termes impliquant des ordres plus élevés que di et dq ont été omis. Les effets des termes d'ordre plus élevé sont pris en compte dans des opérations de traitement ultérieures. La quantité Co est la capacité des paires d'électrodes quand le résonateur n'est pas excité, di et dq sont des amplitudes de flexion maximum, respectivement des modes en phase et en quadrature, divisées par l'intervalle entre l'électrode de résonateur 42 et les élec-
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trodes 46 quand le résonateur n'est pas excité, # est l'angle entre le ventre de l'onde stationnaire en phase et l'axe x, # est la fréquence angulaire de vibration des résonateurs, et cp est un angle de phase arbitraire.
En substituant les expressions des capacités dans l'équation considérée, on obtient
où on suppose que
où on suppose que
L'expression ci-dessus peut être réalisée de nombreuses manières. Par exemple N électrodes pourraient être espacées autour de la circonférence du capteur à des intervalles de 2#/N radians pour toutes les valeurs de N sauf 1,2 et 4. Les N électrodes ne doivent pas être uniformément espacées. Par exemple pour N=5, un ensemble particulier de valeurs qui satisfait
l'équation (6) est A1=/8, e2=n/6, e3=5n/6, A4=11/8, et 05=2n.
l'équation (6) est A1=/8, e2=n/6, e3=5n/6, A4=11/8, et 05=2n.
Le courant I(t) est transformé en la tension v(t) par l'amplificateur-démultiplexeur 44 :
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où KV et KF sont des constantes et
Vx (t) = V= (t) 0)cos (co5crt+yxr) Vy(t) = Vmyr (t) COyrcos (COyrt+yr) Rx(t) = dicos (20-20r) cOs (O)t+(P) -dqsin (20-20r) sin (û)t+(P) (8) Ry(t) = dïsin (2A-29r) cos (wt+cp) +dqcos (29-28r) sin((ùt+(p) Les signaux Rx(t) et Ry (t) les sorties désirées d'un proces- sus de démultiplexage appliqué à V(t) puisqu'il contiennent les paramètres d'onde stationnaire di, dq, #-#r, #, et (p.
Les signaux Sx(t) et Sy(t) contenant les signaux Rx(t) et Ry (t) extraits par l'amplificateur-démultiplexeur 44. Le principe de fonctionnement de la partie de démultiplexage de l'amplificateur-démultiplexeur 44 dépend de la forme des tensions
v. (t) , Vmyr(t), et vernet), et des valeurs de ü)5x, o)yr, yr. et #yr.
v. (t) , Vmyr(t), et vernet), et des valeurs de ü)5x, o)yr, yr. et #yr.
Pour le multiplexage par division en fréquence, vmxr(t)
et Vmyr(t) et V(t) sont toutes égales à une constante, ffixr, (Oyr et \a>xr-c0yr sont supérieures à environ 6w, et y et ,r. sont des constantes arbitraires. Les signaux Rx(t) et Ry (t) contiennent les paramètres d'onde stationnaire sont obtenus en réalisant deux démodulations produit de V(t), l'une par rapport à
cos(ct+\t) et l'autre par rapport à cos (COyrt+yr)' Si une fonction périodique autre qu'une sinusoïde est utilisée, alors les démodulations prennent place en utilisant des reproductions des fonctions périodiques. Une démodulation produit consiste à multiplier la tension d'entrée par la sinusoïde (ou reproduction) de la référence et à filtrer en passe bas le produit, la fréquence de coupure du filtre passe-bas étant d'environ 3#. Les
résultats du processus sont les signaux SFDmx(t) et SFDmy(t) SFDMx(t) = KFDMRx(t)
et Vmyr(t) et V(t) sont toutes égales à une constante, ffixr, (Oyr et \a>xr-c0yr sont supérieures à environ 6w, et y et ,r. sont des constantes arbitraires. Les signaux Rx(t) et Ry (t) contiennent les paramètres d'onde stationnaire sont obtenus en réalisant deux démodulations produit de V(t), l'une par rapport à
cos(ct+\t) et l'autre par rapport à cos (COyrt+yr)' Si une fonction périodique autre qu'une sinusoïde est utilisée, alors les démodulations prennent place en utilisant des reproductions des fonctions périodiques. Une démodulation produit consiste à multiplier la tension d'entrée par la sinusoïde (ou reproduction) de la référence et à filtrer en passe bas le produit, la fréquence de coupure du filtre passe-bas étant d'environ 3#. Les
résultats du processus sont les signaux SFDmx(t) et SFDmy(t) SFDMx(t) = KFDMRx(t)
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SFDMy(t) = Kpj3MRy(t) (9) où KFDM est une constante. -Comme la limite supérieure des spectres de fréquence de Vcn{t)1Un(t)Cn est d'environ 3w, ces quan- tités sont éliminées par le processus de démultiplexage. Les seconde et troisième sommations de l'équation (7) sont transformées en (1) des signaux ayant des spectres de fréquence supérieurs à environ 3# et sont éliminées lors du processus de démultiplexage et (2) des termes continus qui sont éliminés dans les opérations ultérieures.
Pour un multiplexage par division de phase, #xr et #yr
ont la même valeur 000' mo étant supérieure à environ 6w et W Vyr est égale à n/2 radians. Les signaux SPI1\1x(t) et SPDMy(t) sont obtenus en réalisant des démodulations produit de v(t) par rapport à cos (wpt+yrx) et par rapport à cos (wt+yrY) (ou par rapport à des reproductions des fonctions périodiques utilisées).
ont la même valeur 000' mo étant supérieure à environ 6w et W Vyr est égale à n/2 radians. Les signaux SPI1\1x(t) et SPDMy(t) sont obtenus en réalisant des démodulations produit de v(t) par rapport à cos (wpt+yrx) et par rapport à cos (wt+yrY) (ou par rapport à des reproductions des fonctions périodiques utilisées).
SPI1\1x(t) = KpDMRx (t ) SPDMy(t) = KPDMRy(t) (10) où KPDM est une constante.
Pour une forme de multiplexage par division dans le
temps, ffixr et myj- ont la même valeur coq, 000 étant supérieur à environ 6w et \f'xr et Tyr sont égales à un nombre arbitraire Yo. Les tensions Vmxr(t) et Vmyr(t) sont proportionnelles à des ondes en créneaux qui prennent des valeurs 0 et 1, dont seulement une est égale à 1 à tout instant donné et la durée d'une valeur 1 étant égale à un entier multiplié par 2n/co. Les tensions Vcn (t) sont toutes deux égales à une constante. Les signaux STDMx(t) et STDMy(t) sont obtenus en faisant une démodulation produit de V(t)
par rapport à cos (coot+To) (ou une reproduction) suivie de multiplications parallèles par Vmxr(t) et Vmyr(t) : 5rDMx(t) '" K.rrI:MVmxr(t) Rx(t) STDMy(t) = KrV(t)R,(t) (11) où KTDM est une constante. On notera que Rx(t) et Ry (t) dis- ponibles seulement quand Vmxr(t) et vmyr(t) sont non nuls.
temps, ffixr et myj- ont la même valeur coq, 000 étant supérieur à environ 6w et \f'xr et Tyr sont égales à un nombre arbitraire Yo. Les tensions Vmxr(t) et Vmyr(t) sont proportionnelles à des ondes en créneaux qui prennent des valeurs 0 et 1, dont seulement une est égale à 1 à tout instant donné et la durée d'une valeur 1 étant égale à un entier multiplié par 2n/co. Les tensions Vcn (t) sont toutes deux égales à une constante. Les signaux STDMx(t) et STDMy(t) sont obtenus en faisant une démodulation produit de V(t)
par rapport à cos (coot+To) (ou une reproduction) suivie de multiplications parallèles par Vmxr(t) et Vmyr(t) : 5rDMx(t) '" K.rrI:MVmxr(t) Rx(t) STDMy(t) = KrV(t)R,(t) (11) où KTDM est une constante. On notera que Rx(t) et Ry (t) dis- ponibles seulement quand Vmxr(t) et vmyr(t) sont non nuls.
Les mêmes résultats sont obtenus (sauf éventuellement en ce qui concerne la valeur de la constante KTDM) si Vmxr(t),
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Vmyr(t) et Vcn(t) sont proportionnelles à des ondes en créneaux qui prennent des valeurs 0 et 1, un seul des créneaux étant égal à 1 à un instant donné et la durée d'une valeur 1 étant égale à un nombre entier que multiplie 2#/#. Ce mode de fonctionnement peut être souhaitable en ce qu'il isole complètement les tensions de contraintes Vcn(t)Un(t) les unes des autres et des tensions
d'excitation Vmxr{t)cos(coot+1Fo) et Vmyr(t) cos (OOot+\Ô) .
Pour un autre typede multiplexage par division dans le temps, #0 égale 0 et Vmxr(t), Vmyr(t) et Vcn(t) sont proportionnelles à des ondes en créneaux qui prennent des valeurs 0 et 1, une seule des ondes en créneaux étant égale à 1 à un instant donné et la durée d'une valeur "1" étant égale à un nombre entier de fois 2#/#. Multiplier V(t) dans des opérations parallèles par vmxr(t) et par Vmyr(t) donne les mêmes résultats que dans le premier type de multiplexage par division dans le temps.
Pour un multiplexage par différence de code, #xr, #yr
\xr et 'Yyr sont toutes égales à 0, Vcn (t) sont des constantes, et Vmxr(t) et Vmyr(t) sont proportionnelles à des ondes en créneaux qui prennent des séquences de valeurs pseudo-aléatoires de -1/T et 1/T et satisfont les conditions suivantes :
où les indices i et j remplacent les indices mxr, myr, et cn.
\xr et 'Yyr sont toutes égales à 0, Vcn (t) sont des constantes, et Vmxr(t) et Vmyr(t) sont proportionnelles à des ondes en créneaux qui prennent des séquences de valeurs pseudo-aléatoires de -1/T et 1/T et satisfont les conditions suivantes :
où les indices i et j remplacent les indices mxr, myr, et cn.
L'intervalle de temps d'intégration T doit être inférieur à
2n/3w. Les signaux SCIMx(tT et SCDMy(t) sont obtenus en multipliant séparément v(t) par Vmxr (t) et vmyr(t) puis en intégrant sur T : SCDMx(nT) = KcrMRx (nT) S#My(nT) = KcDMRy(nT) (13) où K. est une constante et n est un entier. On notera que les signaux SCDMx(t) et S#My(t) fournissent des informations concer- nant les paramètres d'onde stationnaire à des intervalles de T.
2n/3w. Les signaux SCIMx(tT et SCDMy(t) sont obtenus en multipliant séparément v(t) par Vmxr (t) et vmyr(t) puis en intégrant sur T : SCDMx(nT) = KcrMRx (nT) S#My(nT) = KcDMRy(nT) (13) où K. est une constante et n est un entier. On notera que les signaux SCDMx(t) et S#My(t) fournissent des informations concer- nant les paramètres d'onde stationnaire à des intervalles de T.
Les tension Un(t) peuvent typiquement comprendre trois composantes :
Un (t) = Uan(t) + Uqn(t) + Urn(t) (14)
Un (t) = Uan(t) + Uqn(t) + Urn(t) (14)
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où les indices a, q et r identifient l'amplitude et les tensions de quadrature et de commande de cadence. Il n'est pas nécessaire d'isoler ces composantes les unes des autres dans toutes les applications. Toutefois si un isolement est souhaité, les substitutions suivantes peuvent être effectuées dans les équations précédentes
Vcan(t)Uan(t) +Vcqn(t)Uqn(t) +Vcrn (t)Urn (t) pour Vcn(t)Un(t) (15) Avec ces substitutions, toute contrainte imposée à Vcn(t) s'applique également à Vcan(t), Vcqn(t), et vcrn (t) . Par exemple, l'équation (1) devient :
Vn(t) = v. (t) cos (29r-29n) cos (wt+'F.) Vrnyr. (t) sin (28r-29L1) cos (wyrt+yr.) + Vcan(t)Uan(t) + Vcqn(t)Uqn(t) + Vcrn(t)Urn(t) (16)
Une configuration possible de multiplexage par division dans le temps est une trame à seize tranches de durée 32#/# syn- chronisées sur la vitesse de flexion du résonateur. Les tensions de commande du multiplexage sont telles que représentées en figure 3. Quand #r = #, les axes xr coïncident avec les axes antinodaux et les axes yr correspondent avec les axes nodaux.
Vcan(t)Uan(t) +Vcqn(t)Uqn(t) +Vcrn (t)Urn (t) pour Vcn(t)Un(t) (15) Avec ces substitutions, toute contrainte imposée à Vcn(t) s'applique également à Vcan(t), Vcqn(t), et vcrn (t) . Par exemple, l'équation (1) devient :
Vn(t) = v. (t) cos (29r-29n) cos (wt+'F.) Vrnyr. (t) sin (28r-29L1) cos (wyrt+yr.) + Vcan(t)Uan(t) + Vcqn(t)Uqn(t) + Vcrn(t)Urn(t) (16)
Une configuration possible de multiplexage par division dans le temps est une trame à seize tranches de durée 32#/# syn- chronisées sur la vitesse de flexion du résonateur. Les tensions de commande du multiplexage sont telles que représentées en figure 3. Quand #r = #, les axes xr coïncident avec les axes antinodaux et les axes yr correspondent avec les axes nodaux.
Huit tranches sont affectées à la lecture de la composante de signal yr, quatre tranches à la lecture de la composante de signal xr, et une tranche chacune à l'application des forces d'amplitude, de quadrature et de vitesse au résonateur. Pour une fréquence de vibration de 4 kHz, des lectures des signaux xr et yr seront disponibles à une cadence de 2 kHz et de 1 kHz, respec- tivement. Les tensions de commande s'appliqueront à une cadence de 0,25 kHz.
De façon générale, si les signaux Sx(t) et Sy (t) tant de l'amplificateur-démultiplexeur 44 ont la forme Sx(t) KVxRx(t)
Sy(t) = KVyRy(t) (17) où KVx et KVy sont chacun égaux à Kv sauf dans le cas d'un multi-
plexage par division dans le temps ou KVx - KvVmx(t) et KVy - KVVmy (t).
Sy(t) = KVyRy(t) (17) où KVx et KVy sont chacun égaux à Kv sauf dans le cas d'un multi-
plexage par division dans le temps ou KVx - KvVmx(t) et KVy - KVVmy (t).
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Pour extraire les paramètres d'onde stationnaire des signaux Sx(t) et Sy(t), une reproduction stable et précise du
signal de vibration du résonateur cos(cot+D) est requise. La reproduction est obtenue à partir d'un oscillateur commandé en tension dans le générateur de reproduction 52 dans lequel l'oscillateur commandé en tension est verrouillé en phase sur le signal antinodal d'onde stationnaire en phase. La première étape du processus consiste à multiplier Sx(t) et Sy(t) d'abord par le
signal de reproduction cos(ffirt+ cpr) et à filtrer en passe bas les résultats par la reproduction décalée en phase sin (c+cpr) et à filtrer en passe-bas les résultats. Les résultats de ce processus sont :
où K est une constante.
signal de vibration du résonateur cos(cot+D) est requise. La reproduction est obtenue à partir d'un oscillateur commandé en tension dans le générateur de reproduction 52 dans lequel l'oscillateur commandé en tension est verrouillé en phase sur le signal antinodal d'onde stationnaire en phase. La première étape du processus consiste à multiplier Sx(t) et Sy(t) d'abord par le
signal de reproduction cos(ffirt+ cpr) et à filtrer en passe bas les résultats par la reproduction décalée en phase sin (c+cpr) et à filtrer en passe-bas les résultats. Les résultats de ce processus sont :
où K est une constante.
L'étape suivante consiste à former les combinaisons
suivantes de produits de Six(t) , Siy(t) , Sqx(t) , et Sqy(t) : E = S2 +S2 +S2 +S 2=K2(d2 +d2) 2(SixSqy - SiySqx) = K 2 (2ddq) R= Six + Sqx - Siy -Sqy= K (d -dq )cos(40 -40r) (19) S 2(SxSiy +SqxSqy)=K2 (dl-di)sin(40-40r) Li 2{Six + Sqx +SySqy = K2 (d2 - d2 ) sm[2(cor -co)t + 2{q>r - <p)] Avec Li(t) comme signal d'erreur, la boucle verrouillée en phase se verrouillera sur la phase #r de la reproduction égale à # et #r égale #.
suivantes de produits de Six(t) , Siy(t) , Sqx(t) , et Sqy(t) : E = S2 +S2 +S2 +S 2=K2(d2 +d2) 2(SixSqy - SiySqx) = K 2 (2ddq) R= Six + Sqx - Siy -Sqy= K (d -dq )cos(40 -40r) (19) S 2(SxSiy +SqxSqy)=K2 (dl-di)sin(40-40r) Li 2{Six + Sqx +SySqy = K2 (d2 - d2 ) sm[2(cor -co)t + 2{q>r - <p)] Avec Li(t) comme signal d'erreur, la boucle verrouillée en phase se verrouillera sur la phase #r de la reproduction égale à # et #r égale #.
La différence entre l'angle d'orientation d'onde stationnaire et l'angle de poursuite 9 - #r peut être déterminé à partir de l'équation
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et les signes de Six(t) et Siy(t). La quantité S(t) peut être utilisée comme signal d'erreur dans une boucle de commande qui
produit 9r et amène 0 à être égal en moyenne à Or et d/dt (6-0r) à être égal en moyenne à zéro. L'angle de poursuite synthétisé numériquement en #r est utilisé pour produire sin #r et cos #r qui sont fournis au multiplexeur 48. La valeur effective de # à un instant donné est donné par
Les quantités S(t) et R(t) peuvent également être utilisées pour produire des forces destinées à être appliquées au résonateur qui amèneront l'angle d'orientation à changer jusqu'à ce qu'il soit égal à un angle de poursuite donné.
La différence entre E(t) et un nombre particulier est utilisée comme signal d'erreur dans la boucle de commande d'amplitude, ce qui amène l'énergie totale dans les ondes stationnaires combinées en phase et en quadrature, qui est proportionnelle à di2 + dq2, à être égale au nombre spécifié.
La quantité Q(t) est utilisée comme signal d'erreur dans la boucle de commande en quadrature qui amène l'amplitude de l'onde stationnaire en quadrature dq à être nulle. Quand cette boucle est fermée, la boucle de commande d'amplitude maintient l'amplitude en phase di à une valeur spécifiée.
On peut montrer que l'utilisation des variables de commande ci-dessus est optimale. Il sera clair pour l'homme de l'art qu'il existe de nombreux choix de variables de commande qui sont moins qu'optimum mais encore pratiques.
Les sorties du module de commande 50 sont les fonctions Un(t) ainsi que le sinus et le cosinus de #r et sont toutes fournies au multiplexeur 48.
D'autres détails sur des capteurs vibratoires de rotation sont contenus dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 4951508 de Loper, Jr. et al. daté du 28 août 1990 qui sera considéré ici comme connu.
Claims (54)
1. Appareil de détection de rotation comprenant : un boîtier (12) ; un résonateur (14) lié au boîtier ; un premier ensemble d'électrodes (42) comprenant une ou plusieurs électrodes, le premier ensemble d'électrodes étant fixé au résonateur ou au boîtier -; un second ensemble de N électrodes (46) fixées autour de la périphérie ou bien du boîtier si le premier ensemble d'électrodes est fixé au résonateur, ou bien du résonateur si le premier ensemble d'électrodes est fixé au boîtier, la n-ième électrode étant fixée à une position angulaire #n par rapport à un point de référence sur le résonateur, le second ensemble d'électrodes faisant face au premier ensemble d'électrodes, le second ensemble d'électrodes étant espacé non-uniformément autour de la périphérie pour N égale 4,8 ou 16.
2. Appareil selon la revendication 1, dans lequel la somme sur n de ej4#n est égale à 0.
3. Appareil selon la revendication 1, où #n est égal à 2jm/N radians.
4. Appareil selon la revendication 1, dans lequel le résonateur est un objet à paroi mince, symétrique en rotation, capable de vibrer dans au moins un de plusieurs modes d'onde stationnaire, l'orientation d'une onde stationnaire par rapport au point de référence sur le résonateur étant spécifiée par un angle d'orientation, la ou les électrodes du premier ensemble étant électriquement connectées, l'appareil comprenant en outre : un circuit électronique de commande qui fournit des signaux à une ou plusieurs électrodes du second ensemble ; et un circuit électronique de détection qui reçoit le signal du premier ensemble apparaissant sur le premier ensemble d'électrodes et fournit un ou plusieurs signaux au circuit électronique de commande.
5. Appareil selon la revendication 4, dans lequel le signal du premier ensemble comprend le signal Vx(t)Rx(t) +
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Vy(t)Ry(t), Vx(t) et Vy(t) étant des fonctions prédéterminées du temps et Rx(t) et Ry(t) étant des fonctions (1) du temps, (2) de la différence ## entre l'angle d'orientation d'une onde stationnaire et un angle de poursuite et (3) d'autres paramètres de la ou des ondes stationnaires, les circuits électroniques de détection réalisant séparément des opérations #x et Oy sur le signal du premier ensemble pour obtenir des versions mises à l'échelle de Rx(t) et Ry(t), respectivement.
6. Appareil selon la revendication 5, dans lequel #x comprend la multiplication du signal du premier ensemble par une reproduction d'une fonction périodique de la fréquence angulaire #x et de la phase #x suivie d'un filtrage passe-bas et Oy comprend la multiplication du signal du premier ensemble par une reproduction d'une fonction périodique de la fréquence angulaire #y et de la phase #y suivie d'un filtrage passe-bas, les valeurs
de cûx, \)/, cosy et yrY étant prédéterminées.
7. Appareil selon la revendication 5, dans lequel #x comprend la multiplication du signal du premier ensemble par une reproduction d'une fonction périodique de fréquence angulaire #0 et de phase #0 suivie d'un filtrage passe-bas et Oy comprend la multiplication du signal du premier ensemble par une reproduction de la fonction périodique de fréquence angulaire #0 et de phase #0+#/2 suivie d'un filtrage passe-bas, les valeurs de #0 et #0 étant prédéterminées.
8. Appareil selon la revendication 5, dans lequel #x comprend la multiplication du signal de premier ensemble par vmxr(t), et #x comprend la multiplication du signal du premier
ensemble par V (t) , où Vmxr(t) et vmyr(t) sont proportionnelles à des fonctions en créneaux prédéterminées du temps qui prennent les valeurs 0 et 1, les fonctions en créneaux n'étant pas égales à 1 en même temps.
9. Appareil selon~ la revendication 5, dans lequel (1) Ox comprend a) la multiplication du signal du premier ensemble par une reproduction d'une fonction périodique suivie d'un filtrage passe-bas et b) la multiplication par Vmxr(t), et (2) Oy
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phase yr0, les valeurs de 000 et y0 étant prédéterminées, Vmxr(t) et Vmyr(t) étant proportionnelles à des fonctions en créneaux prédéterminées du temps qui prennent des valeurs 0 et 1, les fonctions en créneaux n'étant pas égales à 1 en même temps.
comprend a) la multiplication du signal du premier ensemble par la reproduction de la fonction périodique suivie par le filtrage passe-bas et b) la multiplication par Vmyr(t) , la reproduction de signal périodique ayant une fréquence angulaire de #0 et une
10. Appareil selon la revendication 5, dans lequel 0x comprend la multiplication du signal du premier ensemble par vmxr(t) suivie d'une intégration sur une durée prédéterminée T, et Oy comprend la multiplication du signal du premier ensemble par Vmyr(t) suivie d'une intégration sur la durée T, où vmxr(t) et xmyr(t) sont proportionnelles à des fonctions en créneaux du temps qui prennent des successions de valeurs-1 et 1 pendant la durée T.
11. Appareil selon la revendication 5, dans lequel Rx(t) et Ry (t) données par les équations :
Rx(t) = diCos(2A8)cos(mt+(p) - dqSin(2A8)sin(mt+(p) Ry(t) = disin(2A8)cos(mt+(p) + dqcos (20A) sin (wt+cp) où di et dq sont les amplitudes de flexion respectivement des modes de vibration en phase et en quadrature, # est la fréquence angulaire des vibrations du résonateur, et cp est la phase de la vibration.
12. Appareil selon -la revendication 4, dans lequel le circuit électronique de commande fournit une tension vn (t) à la n-ième électrode du second ensemble, vn(t) comprenant des compo-
santes de tension Vnlxr (t) cos (20r- 20n) F (ù)xrt+yxr) et vmyr. (t) sin (2Ar-28n) F (wyr.t+yry) , où v. (t) et vmyr(t) sont ou bien des fonctions prédéterminées du temps t ou bien des constantes, #r est un angle de poursuite et F(#t+#) est une fonction périodique du temps t de fréquence # et de phase #, les valeurs
de OOXr, Vxr, royr et Vyr étant prédéterminées.
13. Appareil selon la revendication 12, dans lequel Vmxr (t) et vmyr. (t) sont des constantes et Cùxr, cùyr et coxr-coyr
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sont supérieures à environ 6#, co étant la fréquence angulaire de vibration du résonateur.
14. Appareil selon la revendication 12, dans lequel
Vmxr (t) et Vmyr (t) sont des constantes, Cùxr et COyr sont égales à une valeur prédéterminée coq, et yr-y,r. est égale à /2 radians, #0 étant supérieure à environ 6#, # étant la fréquence angulaire de vibration du résonateur.
15. Appareil selon la revendication 12, dans lequel
X2-, coyr, xr et yr sont égales à 0 et V(t) et Vmyr (t) sont proportionnelles à des première et seconde fonctions en créneaux du temps respectivement qui prennent des valeurs 0 et 1, les première et seconde fonctions en créneaux n'étant pas égales à 1 en même temps.
16. Appareil selon la revendication 12, dans lequel #xr
et COyr sont égales à une valeur prédéterminée coq Vxr et Vyr sont à une valeur prédéterminée #0, et Vmxr(t) et Vmyr(t) sont proportionnelles à des première et seconde fonctions en créneaux respectivement, qui prennent des valeurs 0 et 1, #0 étant supérieure à environ 6#, où co est la fréquence angulaire de vibration du résonateur, les première et seconde fonctions en créneaux n'étant pas égales à 1 en même temps.
17. Appareil selon la revendication 12 dans lequel #xr,
cour, yr. et yr,r. sont égales à 0 et Vmxr(t) et Vmyr(t) sont proportionnelles à des première et seconde fonctions en créneaux respectivement qui prennent des séquences pseudo-aléatoires de valeurs-1 et 1.
18. Appareil selon la revendication 12, dans lequel Vn(t) comprend également des composantes de tension Vcn(t)Un(t), les quantités Vcn(t) étant ou bien des fonctions de t ou bien des constantes, les composantes de tension Vcn(t)Un(t) résultant en des forces appliquées au résonateur.
19. Appareil selon la revendication 18, dans lequel
mxr)' Vmyr(t) et Vcn (t) sont des constantes et Cùxr, yr et Iwu -Wyr\ sont supérieures à environ 6ce, w étant la fréquence angulaire de vibration du résonateur.
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20. Appareil selon la revendication 18, dans lequel
Vmxr (t) , Vmyr (t) et Vcn (t) sont des constantes, Cùxr et yr sont égales à un nombre prédéterminé w0, et yr.-yr,r. est égale à n/2 radians, #0 étant supérieure à environ 6#, # étant la fréquence angulaire de vibration du résonateur.
21. Appareil selon la revendication 18, dans lequel
Cùxr, coyr, y-# et yr sont égales à 0 et vraxr(t), Vmyr (t) et vcn(t) sont proportionnelles à des fonctions en créneaux du temps qui prennent des valeurs 0 et 1, deux ou plus des fonctions en créneaux n'étant pas égales à 1 en même temps.
22. Appareil selon la revendication 18, dans lequel #xr
et <Oyr sont égales à une valeur prédéterminée w0 , xr et yr sont égales à une valeur prédéterminée #0, et Vmxr(t) et Vmyr(t) et vcn(t) sont proportionnelles à des fonctions en créneaux du temps qui prennent des valeurs 0 et 1, #0 étant supérieure à environ 6#, # étant la fréquence angulaire de vibration du résonateur, deux ou plus des fonctions en créneaux n'étant pas égales à 1 en même temps.
23. Appareil selon la revendication 12, dans lequel
vn(t) comprend aussi des composantes de tension Vcan (t)Uan (t) Vcqn(t)Uqn(t) et Vcrn(t)Urn(t), les composantes de tension Vcan(t)Uan(t), Vcqn(t)Uqn(t) et vcrn(t)urn(t) résultant en des
forces appliquées au résonateur, x, coy, yiX et yry étant égales à 0' Vmxr(t), Vmyr(t), Vcan(t), Vcqn(t) et Vcrn (t) étant proportionnelles à des fonctions en créneaux du temps qui prennent des valeurs 0 et 1, deux ou plus des fonctions en créneaux n'étant pas égales à 1 en même temps.
24. Appareil selon la revendication 12, dans lequel vn(t) comprend aussi des composantes de tension vcan(t)Uan(t), Vcqn(t)Uqn(t) et Vcrn(t)Urn(t), les composantes de tension Vcan(t)Uan(t), Vcqn(t)Uqn(t) et vcrn(t)Urn(t) résultant en des forces appliquées au résonateur, #x, #y étant égales à une valeur prédéterminée #0, #x et #y étant égales à une valeur prédéterminée #0, #0 étant supérieure à environ 6co, # étant la fréquence angulaire de vibration du résonateur, Vmxr(t), Vmyr(t),
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Vcan (t) , Vcqn (t) et Vcrn (t) étant proportionnelles à des fonctions en créneaux du temps qui prennent des valeurs 0 et 1, deux ou plus des fonctions en créneaux n'étant pas égales à 1 en même temps.
25. Appareil selon la revendication 18, dans lequel
0x2-, coyr, Vxr et Vyr sont égales à 0, et Vmxr(t) et Vmyrd) sont proportionnelles à des première et seconde fonctions du temps qui prennent respectivement des séquences de valeurs pseudo-aléatoires -1 et 1, les Vcn(t) étant constantes.
26. Appareil selon la revendication 12, dans lequel
vn (t) comprend aussi des composantes de tension Vcan (t) Uan(t), les composantes de tension Vcan(t)Uan(t) résultant en des forces appliquées au résonateur, le circuit électronique de détection fournissant une mesure de E, E étant une mesure de la somme des carrés des amplitudes de flexion des modes de vibration en phase et en quadrature ou une approximation de ceux-ci, le circuit électronique de commande utilisant E pour produire Uan(t) pour une ou plusieurs valeurs de N qui amènent E à rester constante.
27. Appareil selon la revendication 12, dans lequel
Vn(t) comprend aussi des composantes de tension Vcqn (t) u (t) , les composantes de tension Vcqn(t)Uqn(t) résultant en des forces appliquées au résonateur, le circuit électronique de détection fournissant une mesure de Q, Q étant une mesure du produit des amplitudes de flexion des modes de vibration en phase et en quadrature ou une approximation de ceux-ci, le circuit électronique de commande utilisant Q pour produire Uqn(t) pour une ou plusieurs valeurs de N qui amènent l'amplitude de l'onde stationnaire en quadrature à être nulle.
28. Appareil selon la revendication 12, dans lequel Vn (t) comprend aussi des composantes de tension Vcrn(t)Urn(t), les composantes de tension Vcrn(t) Urn(t) résultant en des forces appliquées au résonateur, le circuit électronique de détection fournissant une mesure de R et S, R et S étant proportionnels au cosinus et au sinus respectivement de quatre fois la différence de l'angle d'orientation et de l'angle de poursuite ou d'approxi-
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mations de ceux-ci, le circuit électronique de commande utilisant R et S pour produire Urn(t) ce qui amène l'angle d'orientation à changer jusqu'à ce qu'il soit égal à l'angle de poursuite.
29. Appareil selon la revendication 5, dans lequel le circuit électronique de commande produit l'angle de poursuite, le circuit électronique de commande amenant l'angle de poursuite à être égal à une constante ou à une fonction d'une ou plusieurs variables, les variables comprenant le temps, l'orientation de l'onde stationnaire, et des variables obtenues à partir de sources externes.
30. Appareil selon la revendication 4, dans lequel le circuit électronique de commande produit un angle de poursuite, le circuit électronique de commande déterminant l'angle d'orientation de l'onde stationnaire en ajoutant l'angle de poursuite à la différence entre l'angle d'orientation et l'angle de poursuite.
31. Procédé de commande et de lecture d'un appareil de détection de rotation comprenant un résonateur (14) et un boîtier (12), un premier ensemble d'une ou plusieurs électrodes connectées électriquement fixées au résonateur ou au boîtier, un second ensemble de N électrodes fixées au résonateur si le premier ensemble d'électrodes est fixé au boîtier et au boîtier si le premier ensemble d'électrodes est fixé au résonateur, les électrodes du second ensemble étant espacées non-uniformément autour de la périphérie pour N égale 4,8 ou 16, le second ensemble d'électrodes étant proche du premier ensemble d'électrodes, le résonateur pouvant vibrer dans un ou plusieurs modes d'onde stationnaire, chaque mode d'onde stationnaire étant défini par plusieurs paramètres, l'orientation d'une onde stationnaire par rapport à un point de référence du résonateur étant spécifiée par un angle d'orientation, le procédé comprenant les étapes suivantes : a) spécifier un angle de poursuite ; b) produire une tension de commande pour chacune d'une ou plusieurs électrodes du second ensemble, la tension de commande de la n-ième électrodes étant fonction de la différence
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de l'angle de poursuite et de la position angulaire de la n-ième électrode autour de la circonférence du résonateur ou du boîtier ; c) appliquer aux électrodes les tensions de commande produites; d) déterminer la différence entre l'angle d'orientation d'une onde stationnaire et l'angle de poursuite en réalisant des opérations sur le signal du premier ensemble apparaissant sur le premier ensemble d'électrodes.
32. Procédé selon la revendication 31, dans lequel chaque tension d'excitation comprend une première tension d'excitation et une seconde tension d'excitation, les spectres en fréquence des première et seconde tensions d'excitation étant confinés à des bandes de fréquence séparées.
33. Procédé selon la revendication 31, dans lequel chaque tension d'excitation comprend une première tension d'excitation et une seconde tension d'excitation, chaque tension d'excitation étant une fonction périodique du temps, de fréquence prédéterminée et de phase prédéterminée, les fréquences des première et seconde tension d'excitation étant identiques, les phases différant d'un quart de cycle.
34. Procédé selon la revendication 31, dans lequel chaque tension d'excitation comprend une première tension d'excitation et une seconde tension d'excitation, chacune des première et seconde tensions d'excitation étant proportionnelle à une onde en créneaux spécifique qui prend des valeurs 0 et 1, une seule onde en créneaux ayant une valeur 1 à un instant donné.
35. Procédé selon la revendication 31, dans lequel chaque tension d'excitation comprend une première tension d'excitation et une seconde tension d'excitation, chacune des première et seconde tensions d'excitation étant proportionnelle au produit d'une fonction périodique ayant une phase prédéterminée et d'une onde en créneaux spécifique qui prend des valeurs 0 et 1, une seule onde en créneaux ayant une valeur 1 à un instant donné.
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36. Procédé selon la revendication 31, dans lequel chaque tension d'excitation comprend une première tension d'excitation et une seconde tension d'excitation, chacune des première et seconde tensions d'excitation étant proportionnelle à une onde en créneaux spécifique qui prend des valeurs-1 et 1, en accord avec une séquence pseudo-aléatoire prédéterminée.
37. Procédé selon la revendication 31, dans lequel chaque tension d'excitation comprend une première tension d'excitation et une seconde tension d'excitation, la première tension d'excitation étant multipliée par le cosinus de deux fois la différence entre l'angle de poursuite et la position angulaire des électrodes, la seconde tension d'excitation étant multipliée par le sinus de deux fois la différence entre l'angle de poursuite et la position angulaire des électrodes.
38. Procédé selon la revendication 31, dans lequel chacune d'au moins deux tensions de commande comprend une première tension d'excitation, une seconde tension d'excitation et une tension de contrainte, les spectres en fréquence des première et seconde tensions d'excitation étant confinés à des bandes de fréquence séparées, le spectre de fréquence des tensions de contrainte étant confiné à une bande de fréquence distincte des bandes de fréquence associées aux première et seconde tensions d'excitation.
39. Procédé selon la revendication 31, dans lequel la tension de commande comprend une première tension d'excitation, une seconde tension d'excitation et une tension de contrainte, chacune des première et seconde tensions d'excitation étant une fonction périodique de fréquence prédéterminée et de phase prédéterminée, les fréquences des première et seconde tensions d'excitation étant identiques, les phases différant d'un quart de cycle, le spectre en fréquence des tensions de contrainte étant confiné à une bande de fréquence séparée de la fréquence des première et seconde tensions d'excitation.
40. Procédé selon la revendication 31, dans lequel chacune d'au moins deux tensions de commande comprend une première
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tension d'excitation, une seconde tension d'excitation et une tension de contrainte, chacune des première et seconde tensions d'excitation étant proportionnelle à un créneau unique qui prend des valeurs 0 et 1, chaque tension de contrainte comprenant un facteur multiplicatif proportionnel à un créneau qui prend les valeurs 0 et 1, un seul des créneaux associés aux tensions d'excitation et de contrainte prenant la valeur 1 à un instant donné.
41. Procédé selon la revendication 31, dans lequel chacune d'au moins deux tensions de commande comprend une première tension d'excitation, une seconde tension d'excitation et une tension de contrainte, chacune des première et seconde tensions d'excitation étant proportionnelle au produit d'une fonction périodique de fréquence prédéterminée et de phase prédéterminée et d'une onde en créneaux spécifique qui prend des valeurs 0 et 1, chaque tension de contrainte comprenant un facteur multiplicatif proportionnel à un créneau qui prend les valeurs 0 et 1, un seul des créneaux associés aux tensions d'excitation et de contrainte prenant la valeur 1 à un instant donné.
42. Procédé selon la revendication 31, dans lequel chacune d'au moins deux tensions de commande comprend une première tension d'excitation, une seconde tension d'excitation et une tension de contrainte, chacune des première et seconde tensions d'excitation étant proportionnelle à un créneau spécifique qui prend les valeurs-1 et 1 en fonction d'une séquence pseudoaléatoire prédéterminée, le spectre en fréquence des tensions de contraintes étant confiné à une bande de fréquence séparée de la bande de fréquence associée aux tensions d'excitation.
43. Procédé selon la revendication 31, dans lequel le signal du premier ensemble est la somme de deux composantes qui sont fonction des paramètres des ondes stationnaires et de l'angle de poursuite, l'étape (d) comprenant les étapes suivantes : (dl) extraire chacune des deux composantes du signal du résonateur ; et
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(d2) déterminer la différence entre l'angle d'orientation de l'une des ondes stationnaires et l'angle de poursuite en réalisant des opérations sur les deux composantes.
44. Procédé selon la revendication 43, dans lequel les deux composantes occupent des bandes de fréquence séparées, chaque composante étant extraite en réalisant des opérations sur le signal du premier ensemble qui effectuent une discrimination entre les bandes de fréquence séparées.
45. Procédé selon la revendication 43, dans lequel les deux composantes sont des fonctions périodiques du temps ayant la même fréquence et des phases qui diffèrent d'un quart de cycle, chaque composante étant extraite en réalisant des opérations sur le signal du premier ensemble qui effectuent une discrimination entre les phases des deux composantes.
46. Procédé selon la revendication 43, dans lequel les deux composantes sont présentes dans le signal du premier ensemble pendant des durées différentes, chaque composante étant extraite en réalisant des opérations sur le signal apparaissant sur le premier ensemble d'électrodes qui effectuent une discrimination entre les durées différentes.
47. Procédé selon la revendication 43, dans lequel les deux composantes sont des séquences pseudo-aléatoires de 0 et de 1, l'intercorrélation des deux séquences pseudo-aléatoires étant égale à 0, chaque composante étant extraite en réalisant des opérations sur le signal du premier ensemble qui effectuent une discrimination entre les deux séquences pseudo-aléatoires.
48. Procédé selon la revendication 43, dans lequel chacune des composantes est une somme de deux termes, l'un des termes comprenant le sinus de deux fois la différence entre l'angle d'orientation et l'angle de poursuite, l'autre terme comprenant le cosinus de deux fois la différence entre l'angle d'orientation et l'angle de poursuite.
49. Procédé selon la revendication 43 comprenant en outre l'étape suivante :
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(e) amener l'angle de poursuite à être égal à une constante ou à une fonction d'une ou plusieurs variables, les diverses variables comprenant le temps, l'orientation de l'onde stationnaire, et des variables obtenues à partir de sources externes .
50. Procédé selon la revendication 49 comprenant l'étape suivante : (f) calculer l'angle d'orientation en ajoutant l'angle de poursuite à la différence mesurée entre l'angle d'orientation et l'angle de poursuite.
51. Procédé selon la revendication 31, dans lequel la tension de commande de chacune d'une ou plusieurs électrodes du second ensemble comprend une composante qui amène la somme des carrés des amplitudes de flexion du résonateur en phase et en quadrature à rester constante.
52. Procédé selon la revendication 31, dans lequel la tension de commande de chacune d'une ou plusieurs électrodes du second ensemble comprend une composante qui amène l'amplitude de flexion du résonateur en quadrature à être égale à zéro.
53 Procédé selon la revendication 31, dans lequel la tension de commande d'une ou plusieurs électrodes du second ensemble comprend une composante qui amène l'angle d'orientation à devenir et à rester égal à l'angle de poursuite.
54. Procédé selon la revendication 31, comprenant en outre l'étape suivante : (e) amener l'angle de poursuite à devenir égal à l'angle d'orientation et à rester égal à cet angle.
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|---|---|---|---|
| US09/123,959 US6065340A (en) | 1998-07-29 | 1998-07-29 | Vibratory rotation sensor with novel electrode placements |
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Family Applications (1)
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| FR9909988A Withdrawn FR2784180A1 (fr) | 1998-07-29 | 1999-07-28 | Capteur vibratoire de position |
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| FR (1) | FR2784180A1 (fr) |
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