KR20060069366A

KR20060069366A - 회전 속도 센서 조절 방법

Info

Publication number: KR20060069366A
Application number: KR1020057025151A
Authority: KR
Inventors: 우베 베츠; 게오르크 크레틀러; 하인츠-베르너 모렐
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2003-07-04
Filing date: 2004-06-03
Publication date: 2006-06-21
Also published as: WO2005003684A1; US7188522B2; JP4317219B2; US20060174684A1; KR101120732B1; EP1642088A1; EP1642088B1; JP2009513942A; DE502004003700D1

Abstract

본 발명은, 제1 입력부와 제1 출력부가 제1 제어 회로의 일부인 진동 자이로스코프를 구비한 회전 속도 센서의 조절 방법에 관한 것이다. 이러한 제어 회로는 진동 자이로스코프에 여기 신호를 제공함으로써 그 진동 자이로스코프를 고유 진동수에서 여기시킨다. 진동 자이로스코프의 제2 입력부와 제2 출력부는 제2 제어 루프의 일부이다. 제2 출력부로부터 출력 신호가 산출될 수 있고, 그 출력 신호는 증폭 및 아날로그/디지털 변환 후에 복조되어 동상 성분과 이상 성분을 형성한다. 필터링 후에, 이러한 동상 성분과 이상 성분이 변조되고 조합되어 제2 입력부로 제공되는 드라이버 신호를 형성하며, 회전 속도 신호가 동상 성분으로부터 산출된다. 본 발명의 회전 속도 센서 조절 방법은, 진동 자이로스코프가 움직이지 않을 때, 보정치가 동상 성분 및 이상 성분에 추가되고, 이러한 보정치는 동상 성분 및 이상 성분이 각각 최소치에 도달할 때까지 변화되는 것을 특징으로 한다. 이러한 보정치는 비휘발성 메모리에 저장되어 회전 속도 센서의 작동 중에 사용된다.

회전 속도 센서, 조절 방법

Description

회전 속도 센서 조절 방법{METHOD FOR ALIGNING A ROTATION RATE SENSOR}

본 발명은, 진동 자이로스코프를 구비한 회전 속도 센서의 조절 방법으로서, 진동 자이로스코프의 제1 입력부와 제1 출력부는 그 제1 입력부에 여기 신호(excitation signal)를 제공함으로써 고유 진동수에서 여기되도록 하는 제1 제어 루프의 일부이고, 진동 자이로스코프의 제2 입력부와 제2 출력부는 제2 제어 루프의 일부이며, 제2 출력부로부터 출력 신호가 산출될 수 있고, 출력 신호는 증폭 및 아날로그/디지털 변환 후에 복조되어 동상 성분(in-phase component)과 이상 성분(quadrature component)을 형성하며, 동상 성분과 이상 성분은 필터링 후에 재변조되고 조합되어 제2 입력부로 제공되는 드라이버 신호를 형성하고, 동상 성분으로부터 회전 속도 신호가 산출되는 회전 속도 센서 조절 방법에 관한 것이다.

진동 자이로스코프를 구비한 회전 속도 센서가 서두에 언급한 방식으로 작동되는 경우에, 코리올리 힘(Coriolis force)에 의한 출력 신호의 변동이 회전 속도 신호에 포함될 뿐만 아니라, 적어도 하나의 제어 루프를 형성하는 부품들의 지연 시간으로 인해 우발적으로 위상 편이(phase shift) 현상이 발생될 수 있다.

본 발명의 한 가지 목적은 회전 속도 신호에 미치는 이러한 영향을 최소화시키는 것이다.

본 발명에 따르면, 이러한 목적은, 진동 자이로스코프가 움직이지 않을 때, 보정치가 동상 성분 및 이상 성분에 추가되고 그 동상 성분 및 이상 성분이 각각 최소일 때까지 변화되며, 이러한 보정치가 비휘발성 메모리에 저장되어 회전 속도 센서의 작동 중에 사용됨으로써 달성된다.

본 발명에 따른 회전 속도 센서 조절 방법은 회전 속도 센서의 제조 중에 최종 조절 공정에서 행해진다. 이러한 경우에 비휘발성 메모리는 보정치 및 초기화 수치에 대해 사용되며, 따라서 비휘발성 메모리는 본 발명에 따른 회전 속도 센서 조절 방법에 대해서는 마련될 필요가 없다.

본 발명에 의하면 여러 가지 실시예들이 가능하다. 그 중 하나의 실시예가 도면들에 개략적으로 도시되어 있으며, 그 도면들을 참고하여 이하에서 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 회전 속도 센서의 블록 다이어그램이다.

도 2는 회전 속도 센서의 제2 제어 루프를 보다 상세하게 도시한 도면이다.

본 발명의 실시예와 그의 구성 요소들이 블록 다이어그램 형태로 도시되어 있다. 하지만, 이는 본 발명에 따른 장치가 블록에 해당되는 개별 회로를 사용한 실시예로만 국한됨을 의미하는 것은 아니다. 실제로, 본 발명에 따른 장치는 대규모 집적 회로를 사용하여 아주 바람직한 방식으로 실시될 수 있다. 이러한 경우에 는, 적절하게 프로그램되면 블록 다이어그램에 도시된 처리 단계들을 수행할 수 있는 마이크로프로세서가 사용될 수 있다.

도 1은 진동 자이로스코프(1)가 제1 여기 신호(excitation signal)(PD) 및 제2 여기 신호(SD)에 대한 2개의 입력부(2, 3)를 구비한 장치의 블록 다이어그램이다. 적절한 트랜스듀서 혹은 컨버터, 일례로 전자기 트랜스듀서가 여기용으로 사용된다. 진동 자이로스코프는 또한 제1 출력 신호(PO) 및 제2 출력 신호(SO)에 대한 2개의 출력부(4, 5)를 구비한다. 이러한 신호들은 자이로스코프의 물리적으로 각기 다른 지점들 각각에서의 진동을 나타낸다. 이러한 자이로스코프는 일례로 유럽 공개 특허 공보 제0 307 321 A1호로부터 공지되어 있으며, 코리올리 힘(Coriolis force) 효과에 기초하고 있다.

진동 자이로스코프(1)는 높은 Q-인자 필터(Q-factor filter)로서, 입력부(2)와 출력부(4) 사이의 경로는 제1 제어 루프(6)의 일부이고, 입력부(3)와 출력부(5) 사이의 경로는 제2 제어 루프(7)의 일부이다. 제1 제어 루프(6)는 진동 자이로스코프의 공진 주파수, 일례로 14kHz에서 진동을 여기시키는 데 사용된다. 이러한 경우에, 여기력은 진동 자이로스코프의 한 축에 인가되며, 제2 제어 루프에 사용되는 진동 방향은 상기 축에 대해서 90°만큼 편위된다. 신호(SO)는 제2 제어 루프(7)에서 2개의 이상 성분(quadrature component)으로 분할되며, 그 중 하나가 필터(8)를 통해 출력부(9)로 전송되어, 이로부터 회전 속도에 비례한 신호가 산출된다.

대부분의 신호 처리는 두 제어 루프(6, 7)에서 디지털 형태로 행해진다. 신호 처리에 소요되는 클럭 신호(clock signal)는 크리스탈 제어식 디지털 주파수 합 성기(10)에서 생성되며, 이러한 디지털 주파수 합성기의 클럭 주파수는 도시된 실시예에서 14.5MHz이다. 제1 제어 루프는 본 실시예를 파악하는 데 있어 필요없기 때문에 상세히 설명하지 않는다.

제2 제어 루프(7)가 도 2에 블록 다이어그램으로 도시되어 있으며, 증폭기(25), 안티앨리어싱 필터(anti-aliasing filter)(26) 및 아날로그/디지털 컨버터(27)를 포함하고 있다. 증폭되고 디지털화된 신호(SO)와, 아직 분리되지 않은 I 성분 및 Q 성분과, 반송파(Ti1, Tq1)가 제공되는 배율기(28, 29)가 실수부와 허수부로 분할시키는 데 사용된다.

이어서, 2개의 성분은 각각 sinx/x 필터(30, 31)와 저역 필터(32, 33)를 통과한다. 회전 속도 센서에 의해 측정될 회전 속도를 나타내는 2개의 신호(R1, R2)가, 필터링된 실수부로부터 전처리 회로(34)에 의해 산출된다. 신호(R2)가 일례로 현재 활용되고 있는 회로 기술에서 가능한 OV 내지 +5V의 진폭 범위 전체를 차지하지 않는다는 점에서, 신호(R1, R2)는 다르다. 오류 메시지를 출력시키기 위해서, 신호(R2)를 0으로 설정하게 되면, 그 오류 메시지에 의해 연결 시스템을 식별할 수 있게 된다.

저역 필터(32, 33)에 후속하여 각각의 가산기(35, 36)가 구비된다. 2개의 성분(Si, Sq) 각각은 배율기(37, 38)에 의해서 반송파(Ti2, Tq2)와 함께 재변조된다. 도면 부호 39에서의 추가 공정에 의해 14kHz의 진동이 발생되며, 이는 진동 자이로스코프(1)를 여기시키기에 적절한 전류로 출력 드라이버(40)에서 변환된다.

주파수 합성기(10)는, 상세히 도시되어 있지는 않지만 위상 각도(i)를 가지 고서 도면 부호 28에서 변조 공정을 행하고 위상 각도(q)를 가지고서 도면 부호 29에서 복조 공정을 행하도록 제어된다. 이는, 도면 부호 28에서 동상 성분(in-phase component)(I)이 복조되고 도면 부호 29에서 이상 성분(Q)이 복조됨을 의미한다.

하지만, 동상 성분과 이상 성분은 여러 가지 관련 회로들의 지연 시간의 변화로 인해 변동된다. 따라서, 측정 결과, 즉 회전 속도 신호가 변동된다.

이를 방지하기 위해서, 장치(41)에서 생성되는 보정치(k1, k2)가 가산기(35, 36)에 의해서 필터링된 성분들에 추가되는 조절 공정이 행해지며, 이때 보정치(k1, k2)는 위상 편이(phase shift) 중에 여기 신호(SD)와 출력 신호(SO)를 산출할 수 있도록 선정된다. 이어서 절환 스위치(42)가 도시된 위치에 위치하게 된다. 조절 공정 중에, 소정의 수치 범위를 갖는 보정치(k1, k2)가 인가된다. 이와 동시에, 동상 성분과 이상 성분이 각각 0인지 혹은 최소인지 여부를 확인할 수 있도록 장치(43)에서 검사가 행해진다. 만일 그렇다면, 장치(41)에서 생성되는 보정치(k1, k2)가 EEPROM(44)에 저장된다. 정상 작동 중에, 절환 스위치(42)는 우측 위치에 위치하게 되고, 조절 공정 중에 결정된 보정치가 EEPROM(44)으로부터 판독되어 가산기(35, 36)에 제공된다.

Claims

진동 자이로스코프를 구비한 회전 속도 센서의 조절 방법으로서,

- 상기 진동 자이로스코프의 제1 입력부와 제1 출력부는 상기 제1 입력부에 여기 신호를 제공함으로써 고유 진동수에서 여기되도록 하는 제1 제어 루프의 일부이고,

- 상기 진동 자이로스코프의 제2 입력부와 제2 출력부는 제2 제어 루프의 일부이며,

- 상기 제2 출력부로부터 출력 신호가 산출될 수 있고, 상기 출력 신호는 증폭 및 아날로그/디지털 변환 후에 복조되어 동상 성분과 이상 성분을 형성하며,

- 상기 동상 성분과 이상 성분이 필터링 후에 재변조되고 조합되어 상기 제2 입력부로 제공되는 드라이버 신호를 형성하고,

- 상기 동상 성분으로부터 회전 속도 신호가 산출되는 회전 속도 센서 조절 방법에 있어서,

- 상기 진동 자이로스코프가 움직이지 않을 때, 보정치가 동상 성분 및 이상 성분에 추가되고 상기 동상 성분 및 이상 성분이 각각 최소일 때까지 변화되며,

- 상기 보정치는 비휘발성 메모리에 저장되고 회전 속도 센서의 작동 중에 사용되는 것을 특징으로 하는 회전 속도 센서 조절 방법.