WO2011131285A1 - Drehratensensor-anordnung und verfahren zum betrieb einer drehratensensor-anordnung - Google Patents

Drehratensensor-anordnung und verfahren zum betrieb einer drehratensensor-anordnung Download PDF

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WO2011131285A1
WO2011131285A1 PCT/EP2011/001597 EP2011001597W WO2011131285A1 WO 2011131285 A1 WO2011131285 A1 WO 2011131285A1 EP 2011001597 W EP2011001597 W EP 2011001597W WO 2011131285 A1 WO2011131285 A1 WO 2011131285A1
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rate sensor
actuator
rotation rate
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along
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Werner Schröder
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Northrop Grumman Litef Gmbh
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    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/5719—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using planar vibrating masses driven in a translation vibration along an axis
    • G01C19/5726—Signal processing
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    • G01C21/16—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
    • G01C21/166—Mechanical, construction or arrangement details of inertial navigation systems

Definitions

  • Yaw rate sensors typically include one or more moveably suspended seismic masses that are initially excited to a linear or rotational excitation vibration. If the rate of rotation sensor experiences a rotational movement about a sensitive axis (measuring axis), then the seismic mass or the seismic masses is excited to a further oscillation, which is usually orthogonal to the excitation oscillation. This is superimposed on the excitation oscillation and can be detected independently of it.
  • piezo sensors and piezo actuators for protecting printed circuit boards.
  • the piezo actuators and piezo sensors are arranged on both sides of the printed circuit board.
  • the piezo sensors detect a deformation of the printed circuit board due to vibrations or static thermal or mechanical loads.
  • the piezoactuators are controlled so that they counteract the deformation of the circuit board.
  • a piezocrystal connects an otherwise movably mounted seismic mass to a transducer housing.
  • the piezoelectric crystal detects a deflection of the seismic mass relative to the transducer housing.
  • a piezoelectric yaw rate sensor based on the principle of a tuning fork is described in US Pat. No. 6,474,162 B1.
  • the two prongs of the fork are connected by a beam structure with a non-oscillating reference structure and are excited to vibrate orthogonal to a reference surface. If the sensor experiences a rotational acceleration, the beam structure is twisted.
  • a piezoelectric sensor detects the torsion of the beam structure. From the output signal of the piezoelectric sensor can be closed to the spin back.
  • US 5,488,862 relates to a monolithic yaw rate sensor having an outer frame that is electrostatically excited to vibrate. Under the influence of a Coriolis force, an inner frame movably connected to the outer frame begins to vibrate and twists two Rotary axes that connect the inner frame with a transducer housing. Piezoelectric sensors detect the torsion of the axes of rotation.
  • the object of the invention is to provide yaw rate sensor arrangements with reduced noise components in the output signal.
  • FIG. 1 is a simplified block diagram of a rotation rate sensor arrangement according to one embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic side view of a yaw rate sensor arrangement with two piezoelectric actuators connected to a carrier according to a further embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of a yaw rate sensor arrangement with six piezoelectric actuators according to a further embodiment.
  • FIG. 4A is a schematic plan view of a further rotation rate sensor arrangement with three pairs of piezoelectric actuators for illustrating the suppression of a translatory oscillation of a rotation rate sensor according to a further embodiment.
  • FIG. 4B is a simplified diagram illustrating the relationship between the translational deflection of the yaw rate sensor of FIG. 4A and the length extension of piezoelectric actuators to explain embodiments of the invention.
  • FIG. 4C is a schematic plan view of the rotation rate sensor arrangement of FIG. 4A for illustrating the suppression of a rotational oscillation of the rotation rate sensor according to a further embodiment.
  • FIG. 4D is a simplified diagram illustrating the relationship between the rotational displacement of the yaw rate sensor of FIG. 4C and the length extension of piezoelectric actuators to explain embodiments of the invention.
  • FIG. 5 is a simplified flow chart to illustrate a method of operating a yaw rate sensor assembly according to another embodiment.
  • a rotation rate sensor arrangement 100 comprises a rotation rate sensor device 110 having an output 19 at which the rotation rate sensor device 110 outputs an electrical output signal 18, which in a useful signal component comprises a rotational acceleration of the rotation rate sensor device 1 10 around a sensitive axis (measuring axis).
  • the rotation rate sensor device 1 10 comprises exactly one rotation rate sensor whose output signal indicates the rotational movement about one of the spatial axes.
  • the rotation rate sensor device 1 10 two, three or more individual sensors, which may be substantially identical, and whose measuring axes deviate from each other.
  • the rotation rate sensor device 1 10 has three substantially identical rotation rate sensors with three mutually orthogonal measurement axes.
  • the yaw rate sensor device 110 can be, for example, a microelectromechanical system (MEMS yaw rate sensor) with spring elements between mutually movable individual parts or a piezoelectric yaw rate sensor.
  • MEMS yaw rate sensor microelectromechanical system
  • the rotation rate sensor arrangement 100 furthermore has at least one measuring device, for example a piezoelectric sensor 121, which is fastened, for example glued or soldered, to a first surface 11 1 of the rotation rate sensor device 110, wherein the first surface 1 1 1 is planar, may be substantially planar or curved.
  • the piezoelectric sensor 121 is, for example, a linear oscillator or shearing oscillator and registers a translatory oscillation of the rotation rate sensor device 1 10 relative to a reference structure 150 (shown schematically) along a first one Room axis 151.
  • the piezoelectric sensor 121 may be fixed, for example, on the side opposite the rotation rate sensor device, or "free", ie, without further connection, and the "free" piezoelectric sensor 121 may be thought of as supporting itself at its own mass ,
  • the sensor 121 outputs a first measurement signal, which is supplied to a control circuit 140.
  • the reference structure 150 is, for example, a carrier or printed circuit board on which the yaw rate sensor device 110 is mounted, a housing, a frame, or a mounting module, which in turn may be mounted on a large structure, such as a vehicle frame.
  • the control circuit 140 may comprise, for example, a measuring amplifier 142 for amplifying the first measuring signal, an electronic control unit 144 for generating a first control signal derived from the first measuring signal, for example phase-shifted, and an amplifier circuit 146 for actuating a piezoelectric actuator 131.
  • the control electronics 144 may be constructed analog or digital or include both analog and digital components.
  • the first measurement signal is at least partially derived from the electrical output signal 1 18 of the rotation rate sensor device 1 10 itself, which also contains noise components in addition to the useful signal.
  • a signal conditioning unit 1 15 is provided to which the at least one output signal 1 18 of the rotation rate sensor device 1 10 is supplied.
  • the signal conditioning unit 1 15 filters out of the output signal 1 18 that interference component which can be counteracted by a corresponding activation of the actuator 131.
  • the control electronics 144 is supplied exclusively from the output signal 1 18 derived measurement signal.
  • the control electronics 144 are supplied with both a measurement signal derived from the output signal 18 and a signal received by the piezoelectric sensor 121.
  • the rotation rate sensor arrangement 100 comprises at least one piezoelectric actuator 131 which is mechanically connected to the rotation rate sensor device 110 and whose extent along the first axis can be controlled by the first control signal.
  • the piezoelectric actuator 131 may be aligned on a first surface 11 1 1 parallel or substantially parallel second surface 1 12 of the rotation rate sensor device 1 10 may be arranged.
  • the piezoelectric actuator 131 is disposed adjacent to the piezoelectric sensor 121.
  • the piezoelectric actuator 131 may, for. B.
  • the control circuit 144 derives the first control signal from the first measurement signal such that the piezoelectric actuator 131 counteracts a deflection of the rotation rate sensor device 100 relative to the reference structure 150 along the first axis 151.
  • the first axis 151 is oriented, for example, orthogonal to the surfaces 1 1 1, 1 12.
  • the piezoelectric actuator 131 responds to a voltage output at the piezoelectric sensor 121 with a shortening or elongation, for example, to a deflection dx of the rotation rate sensor device 1 10 in the positive direction of the first spatial axis 151 with a corresponding contraction or elongation by dl.
  • the piezoelectric actuator 131 which has a finite small intrinsic mass, is firmly connected exclusively to the rotation rate sensor device 110. If the piezoelectric actuator 131 is offset by the control circuit 140 in an opposite phase to the translational oscillation of the rotation rate sensor device 1 10, the piezoelectric actuator 131 is based on its the yaw rate sensor device 1 10 opposite side inertially with its own mass and therefore exert a force on the rotation rate sensor device 1 10, which is directed against the deflection. This is especially true for vibrations in a frequency range from about 5 kHz, about 8 kHz, for example, about 10 kHz.
  • the piezoelectric actuator 131 is connected both to the rotation rate sensor device 110 and to a housing structure otherwise not fixedly connected to the rotation rate sensor device 110 as a reference structure 150, so that the piezoelectric actuator 131 is supported on the housing structure.
  • the rotation rate sensor device 110 can have one or more piezoelectric actuators for each spatial axis 151, 152, 153, one or more of the actuators being fixedly connected to the housing structure and the remaining actuators being able to form a housing structure without further connection.
  • pairs of equally oriented and controllable along the same orientation actuators on the rotation rate sensor device 1 10 are provided.
  • the actuators of each actuator pair are provided on the same surface, they can be controlled in phase in such a way that both actuators counteract a translational vibration of the rotation rate sensor device 110 and in the ideal case completely suppress them.
  • the actuators of each actuator pair can also be controlled in antiphase such that a rotational oscillation of the rotation rate sensor Elnoplasty 1 10 counteracted or this is completely suppressed.
  • the actuator pair is driven with two counter-phased control signals, which are superimposed on the same in-phase component, so that both a translational and a rotational oscillation can be counteracted.
  • at least one pair of actuators is provided for each spatial axis.
  • the actuators of each pair of actuators are provided on surfaces of the rotation rate sensor device 1 10 opposite each other and are antiphased so that both actuators counteract a translatory vibration of the rotation rate sensor device 1 10 and in the ideal case completely suppress them. If the actuators of the actuator pair are arranged relative to one another (asymmetrical arrangement) such that they can exert a torque on the rotation rate sensor element 10, then the actuators of each actuator pair can also be driven in phase in such a way that a rotational oscillation of the rotation rate sensor direction is 10 counteracted or completely suppressed.
  • FIG. 2 relates to a rotation rate sensor arrangement 200 with piezoelectric actuators 231, 232 supported on two sides.
  • the rotation rate sensor arrangement 200 comprises a rotation rate sensor device 210, which is arranged on a carrier 250 and connected thereto via non-rigid fastening means 261, eg. Clamps, rivets, screws, springs or adhesive structures, is connected.
  • the carrier 250 may be deflected by external forces and excited to oscillate, which may be more or less modified, transmitted to the rotation rate sensor device 210 such that the rotation rate sensor device 210 translates to components along three more orthogonal ones Spaces 251, 252, 253 and / or to rotational oscillations with components around the three spatial axes 251, 252, 253 can be excited.
  • the vibrations relative to the carrier 250 can be registered via measuring devices 221, 222, for example via capacitive or piezoelectric sensors.
  • Such oscillations that the rotation rate sensor device 210 together with the carrier 250 performs in relation to further structures to which the carrier 250 is connected can be derived, for example, from the electrical output signal of the rotation rate sensor device 210 or connected exclusively to the rotation rate sensor device 210 piezoelectric sensors are detected.
  • a first and a second piezoelectric actuator 231, 232 may be provided between the housing 250 and the rotation rate sensor device 210.
  • the electrodes or connections of the actuators 231, 232 are arranged such that the extension of the first actuator 231 is controllable along a first spatial axis 251 which is perpendicular to a first surface 21 1.
  • the actuator 231 is controlled in antiphase to the deflection of the rotation rate sensor device 210 along the first spatial axis.
  • the rotation rate sensor device 210 is removed from the bottom of the housing 250, a corresponding signal is registered and the first actuator 231 is activated in such a way that its extent along the first spatial axis 251 is reduced. If a deflection registered in the direction of the second spatial axis 252, the second piezoelectric actuator 232 is driven such that its expansion along the second spatial axis 252 is reduced, whereby the deflection is counteracted.
  • the two piezoelectric actuators 231, 232 are each assigned a signal and a control circuit which derive the control signal from the corresponding measurement signal in such a way that the respective actuator 231, 232 attenuates a deflection or oscillation of the rotation rate sensor device 210 along the respective axis.
  • FIG. 3 shows a rotation rate sensor arrangement 300 with a rotation rate sensor 310, for which a cubic design is assumed for the sake of simplicity and which has an electrical connection 319 as an electrical interface to a drive and evaluation unit.
  • the rotation rate sensor 310 is mounted on a carrier 350 and can with this via not shown fastening means, for example spring elements, terminals, rivets, screws, adhesive structures or piezoelectric elements be connected.
  • a first actuator 331a is arranged between the carrier 350 and the rotation rate sensor 310 and is fixedly connected both to the rotation rate sensor 310 and to the carrier 350 and whose extent can be controlled at least along a first spatial axis 351.
  • a second actuator 331 b On a first actuator 331 a opposite surface of the rotation rate sensor 310 may be provided a second actuator 331 b, which is arranged asymmetrically to the first actuator and forms with this a first pair of actuators 331.
  • the actuators of the first actuator pair 331 suppress with appropriate in-phase control a rotational oscillation of the rotation rate sensor 310 about a direction of extension of the actuators of the first pair of actuators 331 orthogonal axis 351, 352, 353rd
  • the rotation rate sensor arrangement 300 may further comprise a second 332 or a second 332 and a third pair of actuators each having two actuators whose extent is controllable along two axes orthogonal to the first axis 351. In each case none, one of the two or both actuators of each Aktuatorenpackes 331 -333 may / may be connected to the carrier 350.
  • Electrodes 325 may be provided on the carrier 350, which are capable of detecting translational and / or rotational oscillations of the rotation rate sensor 310 along the spatial axes 351, 352, 353 by determining the position of the rotation rate sensor 310 relative to the electrodes 325.
  • Each actuator 331, 332, 333 is assigned a control circuit which derives the control signals for the actuators 331, 332, 333 from three different measurement signals and / or electrical output of the rotation rate sensor 310 that can be tapped at the terminal 31 1.
  • each actuator pair 331, 332, 333 may be associated with a control circuit from the relevant measurement signals and / or the terminal 319 tappable electrical output of the rotation rate sensor 310, the control signals for the respective actuator pair 331, 332, 333 derives.
  • FIG. 4A relates to a rotation rate sensor arrangement 400 having a rotation rate sensor device 410 and three pairs of actuators 431, 432, 433.
  • the two piezoelectric actuators 431a, 431b of the first actuator pair 431 are each in their extension 11, 12 along a first spatial axis 451 controllable. If the two piezoelectric actuators 431 a, 43 1 b of the first actuator pair 431 are operated in push-pull, then they can counteract a translational oscillation of the rotation rate sensor device 410 along the first spatial axis 451 and compensate for them in the ideal case.
  • FIG. 4B shows, for the example of a translatory vibration 491, the deflection of the rotation rate sensor dx along the first spatial axis 451 as a function of the time t.
  • the deflection is now counteracted by the first actuator pair such that the length change function 492 of the first on the side facing away from the deflection arranged actuator for deflection in phase, the length change function 493 of the second on the side oriented for deflection side in phase with the deflection.
  • a rotational oscillation of the rotation rate sensor arrangement 400 is counteracted by the rotation rate sensor device 410 and the three actuator pairs 431, 432, 433.
  • the two piezoelectric actuators 431a, 431b of the first actuator pair 431 are offset relative to one another with respect to a second spatial axis 452 so that they are able to exert a torque on the rotation rate sensor device 410 and can be controlled along their extension 11, 12 along a first spatial axis 451.
  • the two piezoelectric actuators 431 a, 431 b of the first Aktuatorenpackes 431 are operated in common mode and can thus counteract a rotational oscillation of the rotation rate sensor means 410 to a first spatial axis 541 orthogonal second spatial axis 452 and ideally compensate for this.
  • FIG. 4D shows, for the example of a rotational vibration 496, the deflection angle of the rotation rate sensor dphi about the second spatial axis 452 as a function of the time t.
  • the deflection angle dphi is now counteracted by in-phase length change functions 497, 498 of the two actuators 431 a, 431b.
  • Rotates the rotation rate sensor means 410 for example in the course of the rotary oscillation in the positive direction of rotation about the second spatial axis 452, the two piezoelectric actuators 431 a, 431 b of the first Actuator pair so controlled that extend both actuators 431 a, 431 b along the first spatial axis 451, so that there is an opposite direction of the excitation torque.
  • the rotation rate sensor device 410 rotates in the opposite direction in the course of the rotational oscillation, the two piezoelectric actuators 431a, 431b of the first actuator pair 431 are controlled in such a way that the two actuators 431a, 431b shorten.
  • All three actuator pairs 431, 432, 433 can be operated independently of each other in a corresponding manner, so that with six piezoelectric actuators and six piezoelectric sensors, a full three-axis vibration damping can be done.
  • a method for operating a rotation rate sensor arrangement is shown schematically.
  • a deflection of a rotation rate sensor device for example a yaw rate sensor or a sensor block, relative to a reference structure along at least one axis is detected (502) and a measurement signal representing the first deflection is generated (504).
  • a control signal is generated from the measurement signal such that a piezoelectric actuator connected to the rotation rate sensor device and acted upon by the first control signal counteracts the deflection by deformation (506).
  • the piezoelectric actuator may be an actuator mounted only on one side, which may be considered on one side against the yaw rate sensor and on the other side as being supported on its own ground.
  • the piezoelectric actuator is supplied with the control signal (508).
  • the deflection is based on disturbing influences, which lead in the output signal to noise components, which is superimposed on a useful portion.
  • the useful part is the proportion in the output signal of the rotation rate sensor, which is due to a deflection or oscillation around the sensitive axis (measuring axis).

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Abstract

Eine Drehratensensor-Anordnung (100) umfasst eine mikro-elektronisch mechanische Drehratensensor-Einrichtung (110) und einen piezoelektrischen Aktuator (131), der mit der Drehratensensor-Einrichtung (110) mechanisch verbunden ist. Eine Regelschaltung (140) erfasst eine durch Störeinflüsse bedingte Auslenkung der Drehratensensor-Einrichtung (110) und steuert den piezoelektrischen Aktuator (131) derart, dass der piezoelektrischen Aktuator (131) der störungsbedingten Auslenkung der Drehratensensor-Einrichtung (110) entgegenwirkt. Der piezoelektrische Aktuator kann ausschließlich mit der Drehratensensor-Einrichtung (110) verbunden sein und sich an seiner eigenen Masse abstützen.

Description

Drehratensensor-Anordnung und Verfahren zum Betrieb einer
Drehratensensor-Anordnung
Die Anmeldung bezieht sich auf Drehratensensoren und Sensorblöcke mit einer Mehrzahl von Drehratensensoren sowie auf ein Verfahren zum Betrieb von Drehratensensoren. Drehratensensoren umfassen üblicherweise eine oder mehrere beweglich aufgehängte seismische Massen, die zunächst zu einer linearen oder rotatorischen Anregungsschwingung angeregt werden. Erfährt der Drehratensensor eine Drehbewegung um eine sensitive Achse (Messachse), so wird die seismische Masse bzw. werden die seismischen Massen zu einer weiteren, zur Anregungsschwingung üblicherweise orthogonalen Schwingung, angeregt. Diese überlagert sich der Anregungsschwingung und kann unabhängig von dieser erfasst werden.
In der DE 10 2004 058 675 A I wird der Einsatz von Piezosensoren und Piezoaktuatoren zum Schutz von Leiterplatten beschrieben. Die Piezoaktuatoren und Piezosensoren sind auf beiden Seiten der Leiterplatte angeordnet. Die Piezosensoren erfassen eine Verformung der Leiterplatte aufgrund von Vibrationen oder statischen thermischen bzw. mechanischen Belastungen. Die Piezoaktuatoren werden so angesteuert, dass sie der Verformung der Leiterplatte entgegenwirken. In piezoelektrischen Beschleunigungssensoren verbindet ein Piezokristall eine ansonsten beweglich gelagerte seismische Masse mit einem Aufnehmergehäuse. Der Piezokristall erfasst eine Auslenkung der seismischen Masse relativ zum Aufnehmergehäuse.
Ein piezoelektrischer Drehratensensor basierend auf dem Prinzip einer Stimmgabel (tuning fork) ist in der US 6, 474, 162 B 1 beschrieben. Die beiden Zinken der Gabel sind über eine Balkenstruktur mit einer nicht-schwingenden Bezugsstruktur verbunden und werden zu einer Schwingung orthogonal zu einer Referenzfläche angeregt. Erfährt der Sensor eine Drehbeschleunigung, so verwindet sich die Balkenstruktur. Ein piezoelektrischer Sensor erfasst die Torsion der Balkenstruktur. Aus dem Ausgangssignal des piezoelektrischen Sensors kann auf die Drehbeschleunigung zurück geschlossen werden.
Die US 5 ,488 ,862 bezieht sich auf einen monolithischen Drehratensensor mit einem äußeren Rahmen, der elektrostatisch zu einer Schwingung angeregt wird. Bei Einwirkung einer Corloliskraft beginnt ein beweglich mit dem äußeren Rahmen verbundener innerer Rahmen zu schwingen und verwindet zwei Drehachsen, die den inneren Rahmen mit einem Aufnehmergehäuse verbinden. Piezoelektrische Sensoren erfassen die Torsion der Drehachsen.
Neben der eigentlichen Drehbeschleunigung wirken auf die Einzelteile eines Drehratensensors Störkräfte, beispielsweise lineare Beschleunigungen, die den Drehratensensor oder Teile des Drehratensensors vibrieren lassen. Diese Vibrationen erzeugen Störsignale, die sich in einem Ausgangssignal des Drehratensensors einem Nutzsignal überlagern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Drehratensensoranordnungen mit reduzierten Störanteilen im Ausgangssignal bereitzustellen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Die Figuren haben lediglich erläuternde Funktion und sind nicht maßstabsgerecht. Details der verschiedenen Ausführungsformen lassen sich miteinander unterschiedlich kombinieren.
Die Figur 1 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild einer DrehratensensorAnordnung gemäß einer Ausführungsform. Die Figur 2 ist eine schematische Seitenansicht einer Drehratensensor-Anordnung mit zwei mit einem Träger verbundenen piezoelektrischen Aktuatoren gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Die Figur 3 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Drehratensensor- Anordnung mit sechs piezoelektrischen Aktuatoren gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Die Figur 4A ist eine schematische Draufsicht auf eine weitere DrehratensensorAnordnung mit drei Paaren von piezoelektrischen Aktuatoren zur Darstellung der Unterdrückung einer translatorischen Schwingung eines Drehratensensors gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Die Figur 4B ist ein vereinfachtes Diagram zur Darstellung des Zusammenhangs zwischen der translatorischen Auslenkung des Drehratensensors der Figur 4A und der Längenausdehnung piezoelektrischer Aktuatoren zur Erläuterung von Ausführungsformen der Erfindung. Die Figur 4C ist eine schematische Draufsicht auf die Drehratensensor-Anordung der Figur 4A zur Darstellung der Unterdrückung einer rotatorischen Schwingung des Drehratensensors gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Figur 4D ist ein vereinfachtes Diagram zur Darstellung des Zusammenhangs zwischen der rotatorischen Auslenkung des Drehratensensors der Figur 4C und der Längenausdehnung piezoelektrischer Aktuatoren zur Erläuterung von Ausführungsformen der Erfindung. Die Figur 5 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm zur Darstellung eines Verfahrens zum Betrieb einer Drehratensensor-Anordnung gemäß einer weiteren Au sführungsform.
Entsprechend der Figur 1 umfasst eine Drehratensensor-Anordnung 100 gemäß einer Ausführungsform eine Drehratensensor-Einrichtung 1 10 mit einem Ausgang 1 19, an dem die Drehratensensor-Einrichtung 1 10 ein elektrisches Ausgangssignal 1 18 ausgibt, welches in einem Nutzsignalanteil eine Drehbeschleunigung der Drehratensensor-Einrichtung 1 10 um eine sensitive Achse (Messachse) wiedergibt. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Drehratensensor-Einrichtung 1 10 genau einen Drehratensensor, dessen Ausgangssignal die Drehbewegung um eine der Raumachsen angibt. Gemäß anderen Ausführungsformen weist die Drehratensensor-Einrichtung 1 10 zwei, drei oder mehrere Einzelsensoren auf, die im Wesentlichen baugleich sein können, und deren Messachsen voneinander abweichen. Gemäß einer Ausführungsform weist die Drehratensensor-Einrichtung 1 10 drei im Wesentlichen identische Drehratensensoren mit drei zueinander orthogonalen Messachsen auf. Die Drehratensensor-Einrichtung 1 10 kann beispielsweise ein mikro- elektromechanisches System (MEMS-Drehratensensor) mit Federelementen zwischen gegeneinander beweglichen Einzelteilen oder ein piezoelektrischer Drehratensensor sein.
Die Drehratensensor-Anordnung 100 weist ferner mindestens eine Messeinrichtung, zum Beispiel einen piezoelektrischen Sensor 121 auf, der auf einer ersten Oberfläche 11 1 der Drehratensensor-Einrichtung 1 10 befestigt, z.B. geklebt oder gelötet, ist, wobei die erste Oberfläche 1 1 1 planar, im Wesentlichen planar oder gekrümmt sein kann. Der piezoelektrische Sensor 121 ist beispielsweise ein Linearschwinger oder Scherschwinger und registriert eine translatorische Schwingung der Drehratensensor-Einrichtung 1 10 gegenüber einer - schematisch angedeuteten - Bezugsstruktur 150 entlang einer ersten Raumachse 151. Der piezoelektrische Sensor 121 kann, zum Beispiel auf der der Drehratensensor-Einrichtung gegenüberliegenden Seite, fixiert sein oder „frei", d.h. ohne weitere Verbindung, wobei der„freie" piezoelektrische Sensor 121 sich als an seiner eigenen Masse abstützend gedacht werden kann. Der Sensor 121 gibt ein erstes Messsignal aus, das einer Regelschaltung 140 zugeführt wird.
Die Bezugsstruktur 150 ist beispielsweise ein Träger oder eine Leiterplatte, auf der die Drehratensensor-Einrichtung 1 10 montiert ist, ein Gehäuse, ein Rahmen oder ein Montagemodul, das seinerseits auf einer Großstruktur, etwa einem Fahrzeugrahmen, montiert sein kann. Die Regelschaltung 140 kann beispielsweise einen Messverstärker 142 zur Verstärkung des ersten Messsignals, eine Regelelektronik 144 zur Generierung eines aus dem ersten Messsignal abgeleiteten, zum Beispiel phasenverschobenen, ersten Steuersignals und eine Verstärkerschaltung 146 zur Ansteuerung eines piezoelektrischen Aktuators 131 umfassen. Die Regelelektronik 144 kann analog oder digital aufgebaut sein oder sowohl analoge als auch digitale Komponenten umfassen.
Gemäß anderen Ausführungsformen wird das erste Messsignal zumindest teilweise aus dem elektrischen Ausgangssignal 1 18 der Drehratensensor- Einrichtung 1 10 selbst abgeleitet, das neben dem Nutzsignal auch Störanteile enthält. Beispielsweise ist eine Signalkonditioniereinheit 1 15 vorgesehen, dem das mindestens eine Ausgangssignal 1 18 der Drehratensensor-Einrichtung 1 10 zugeführt wird. Die Signalkonditioniereinheit 1 15 filtert aus dem Ausgangssignal 1 18 denjenigen Störanteil heraus, dem durch eine entsprechende Ansteuerung des Aktuators 131 entgegengewirkt werden kann. Beispielsweise wird der Regelelektronik 144 ausschließlich ein aus dem Ausgangssignal 1 18 abgeleitetes Messsignal zugeführt. In Übereinstimmung mit weiteren Ausführungsformen werden der Regelelektronik 144 sowohl ein aus dem Ausgangssignal 1 18 abgeleitetes Messsignal als auch ein von dem piezoelektrischen Sensor 121 aufgenommenes Signal zugeführt. Anstelle des oder ergänzend zum piezoelektrischen Sensor 121 kann auch ein anderer Sensortyp, bspw. ein kapazitiver Sensor, als Messeinrichtung oder als Teil der Messeinrichtung vorgesehen sein. Ferner umfasst die Drehratensensor-Anordnung 100 mindestens einen mit der Drehratensensor-Einrichtung 1 10 mechanisch verbundenen piezoelektrischen Aktuator 131 , dessen Ausdehnung längs der ersten Achse durch das erste Steuersignal steuerbar ist. Der piezoelektrischen Aktuator 131 kann auf einer zur ersten Oberfläche 1 1 1 parallelen oder im Wesentlichen parallel ausgerichteten zweiten Oberfläche 1 12 der Drehratensensor-Einrichtung 1 10 angeordnet sein. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist der piezoelektrische Aktuator 131 neben dem piezoelektrischen Sensor 121 angeordnet. Der piezoelektrische Aktuator 131 kann z. B. aufgeklebt oder aufgelötet und als Linear- oder als Scherschwinger realisiert sein. Die Regelschaltung 144 leitet aus dem ersten Messsignal das erste Steuersignal derart ab, dass der piezoelektrische Aktuator 131 einer Auslenkung der Drehratensensor-Einrichtung 100 gegenüber der Bezugsstruktur 150 längs der ersten Achse 151 entgegenwirkt.
Die erste Achse 151 ist beispielsweise orthogonal zu den Oberflächen 1 1 1 , 1 12 orientiert. Der piezoelektrische Aktuator 131 reagiert auf eine am piezoelektrischen Sensor 121 ausgegebene Spannung mit einer Kürzung bzw. Längung, bspw. auf eine Auslenkung dx der Drehratensensor-Einrichtung 1 10 in positive Richtung der ersten Raumachse 151 mit einer entsprechenden Kontraktion bzw. Längung um dl.
Gemäß einer Ausführungsform ist der piezoelektrische Aktuator 131 , der eine endlich kleine Eigenmasse aufweist, ausschließlich mit der Drehratensensor- Einrichtung 1 10 fest verbunden. Wird der piezoelektrische Aktuator 131 durch die Regelschaltung 140 in eine zur translatorischen Schwingung der Drehratensensor-Einrichtung 1 10 gegenphasige Schwingung versetzt, so stützt sich der piezoelektrische Aktuator 131 auf seiner der Drehratensensor- Einrichtung 1 10 gegenüberliegenden Seite inertial mit seiner eigenen Eigenmasse ab und kann daher eine Kraft auf die Drehratensensor-Einrichtung 1 10 ausüben, die der Auslenkung entgegen gerichtet ist. Dies gilt insbesondere bei Schwingungen in einem Frequenzbereich ab etwa 5 kHz, etwa ab 8kHz, beispielsweise um etwa 10kHz.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist der piezoelektrische Aktuator 131 sowohl mit der Drehratensensor-Einrichtung 1 10 als auch mit einer ansonsten nicht fest mit der Drehratensensor-Einrichtung 1 10 verbundenen Gehäusestruktur als Bezugsstruktur 150 verbunden, so dass sich der piezoelektrische Aktuator 131 an der Gehäusestruktur abstützt. Die Drehratensensor-Einrichtung 1 10 kann für jede Raumachse 151 , 152, 153 einen oder mehrere piezoelektrische Aktuatoren aufweisen, wobei einer oder mehrere der Aktuatoren fest mit der Gehäusestruktur verbunden sind und die restlichen Aktuatoren ohne weitere Verbindung zu einer Gehäusestruktur sein können. Gemäß anderen Ausführungsformen sind jeweils Paare von gleichorientierten und entlang derselben Orientierung steuerbaren Aktuatoren an der Drehratensensor- Einrichtung 1 10 vorgesehen . Sind die Aktuatoren eines jeden Aktuatorenpaares auf derselben Oberfläche vorgesehen, so können diese gleichphasig derart angesteuert werden, dass beide Aktuatoren einer translatorischen Vibration der Drehratensensor-Einrichtung 1 10 entgegenwirken und diese im Idealfall vollständig unterdrücken. In diesem Fall können die Aktuatoren eines jeden Aktuatorenpaares auch gegenphasig derart angesteuert werden, dass einer rotatorischen Schwingung der Drehratensensor-Elnrichtung 1 10 entgegengewirkt bzw. diese vollständig unterdrückt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Aktuatorenpaar mit zwei gegenphaslgen Steuersignalen angesteuert, denen derselbe gleichphasige Anteil überlagert Ist, so dass sowohl einer translatorischen als auch einer rotatorischen Schwingung entgegen gewirkt werden kann. Gemäß einer Ausführungsform ist für jede Raumachse mindestens ein Aktuatorenpaar vorgesehen.
Gemäß anderen Ausführungsformen sind die Aktuatoren eines jeden Aktuatorenpaares auf einander der Drehratensenor-Einrichtung gegenüberliegenden Oberflächen der Drehratensenor-Einrichtung 1 10 vorgesehen und werden gegenphasig derart angesteuert, dass beide Aktuatoren einer translatorischen Vibration der Drehratensensor-Einrichtung 1 10 entgegenwirken und diese im Idealfall vollständig unterdrücken. Sind die Aktuatoren des Aktuatorenpaars so zueinander angeordnet (asymmetrische Anordnung), dass sie ein Drehmoment auf die Drehratensensor-Elnrlchtung 1 10 ausüben können, so können die Aktuatoren eines jeden Aktuatorenpaares auch gleichphasig derart angesteuert werden, dass einer rotatorischen Schwingung der Drehratensensor- Elnrichtung 1 10 entgegengewirkt bzw. diese vollständig unterdrückt wird.
Die Figur 2 bezieht sich auf eine Drehratensensor-Anordnung 200 mit zweiseitig abgestützten piezoelektrischen Aktuatoren 231 , 232. Die Drehratensensor- Anordnung 200 umfasst eine Drehratensensor-Einrichtung 210, die auf einem Träger 250 angeordnet und mit diesem über nicht steife Befestigungsmittel 261 , z.B . Klemmen, Nieten, Schrauben, Federn oder Klebestrukturen, verbunden ist. Der Träger 250 kann durch externe Kräfte ausgelenkt und zu Schwingungen angeregt werden, die sich - mehr oder weniger modifiziert - auf die Drehratensensor-Einrichtung 210 übertragen können, so dass die Drehratensensor-Einrichtung 210 zu translatorischen Schwingungen bzw. Vlbrationen mit Komponenten entlang dreier zueinander orthogonaler Raumachsen 251 , 252, 253 und/oder zu rotatorischen Schwingungen mit Komponenten um die drei Raumachsen 251 , 252, 253 angeregt werden kann.
Die Schwingungen gegenüber dem Träger 250 können über Messeinrichtungen 221 , 222 registriert werden, beispielsweise über kapazitive oder piezoelektrische Sensoren. Solche Schwingungen, die die Drehratensensor-Einrichtung 210 zusammen mit dem Träger 250 gegenüber weiteren Strukturen ausführt, mit denen der Träger 250 verbunden ist, können beispielsweise aus dem elektrischen Ausgangssignal der Drehratensensor-Einrichtung 210 abgeleitet werden oder mittels ausschließlich mit der Drehratensensor-Einrichtung 210 verbundenen piezoelektrischen Sensoren erfasst werden.
Zwischen dem Gehäuse 250 und der Drehratensensor-Einrichtung 210 können beispielsweise ein erster und ein zweiter piezoelektrischer Aktuator 231 , 232 vorgesehen sein. Die Elektroden bzw. Anschlüsse der Aktuatoren 231 , 232 sind so angeordnet, dass die Ausdehnung des ersten Aktuators 231 längs einer zu einer ersten Oberfläche 21 1 senkrechten ersten Raumachse 251 steuerbar ist. Der Aktuator 231 wird gegenphasig zur Auslenkung der Drehratensensor-Einrichtung 210 entlang der ersten Raumachse gesteuert.
Entfernt sich die Drehratensensor-Einrichtung 210 vom Boden des Gehäuses 250, so wird ein entsprechendes Signal registriert und der erste Aktuator 231 derart angesteuert, dass sich dessen Ausdehnung längs der ersten Raumachse 251 verringert. Wird eine Auslenkung In Richtung der zweiten Raumachse 252 registriert, so wird der zweite piezoelektrischer Aktuator 232 derart angesteuert, dass sich dessen Ausdehnung entlang der zweiten Raumachse 252 reduziert, womit der Auslenkung entgegengewirkt wird. Den beiden piezoelektrischen Aktuatoren 231 , 232 sind jeweils eine Signal- und eine Regelschaltung zugeordnet, die aus dem entsprechenden Messsignal das Steuersignal derart ableiten, dass der jeweilige Aktuator 231 , 232 eine Auslenkung bzw. Schwingung der Drehratensensor-Einrichtung 210 längs der jeweiligen Achse dämpft.
Die Figur 3 zeigt eine Drehratensensor-Anordnung 300 mit einem Drehratensensor 310, für den zur Vereinfachung eine kubische Bauform angenommen wird und der einen elektrischen Anschluss 319 als elektrische Schnittstelle zu einer Ansteuer- und Auswerteeinheit aufweist. Der Drehratensensor 310 ist auf einem Träger 350 montiert und kann mit diesem über nicht näher dargestellte Befestigungsmittel, zum Beispiel Federelemente, Klemmen, Nieten, Schrauben, Klebestrukturen oder piezoelektrische Elemente verbunden sein. Beispielsweise ist zwischen dem Träger 350 und dem Drehratensensor 310 ist ein erster Aktuator 331a angeordnet, der sowohl mit dem Drehratensensor 310 als auch mit dem Träger 350 fest verbunden ist und dessen Ausdehnung mindestens längs einer ersten Raumachse 351 steuerbar ist. Auf einer dem ersten Aktuator 331 a gegenüberliegenden Oberfläche des Drehratensensors 310 kann ein zweiter Aktuator 331b vorgesehen sein, der asymmetrisch zum ersten Aktuator angeordnet ist und mit diesem ein erstes Aktuatorenpaar 331 bildet. Die Aktuatoren des ersten Aktuatorenpaares 331 unterdrücken bei geeigneter gleichphasiger Ansteuerung eine rotatorische Schwingung des Drehratensensors 310 um eine zur Ausdehnungsrichtung der Aktuatoren des erstes Aktuatorenpaar 331 orthogonalen Achse 351 , 352, 353.
Die Drehratensensor-Anordnung 300 kann ferner ein zweites 332 oder ein zweites 332 und ein drittes 333 Aktuatorenpaar mit jeweils zwei Aktuatoren umfassen, deren Ausdehnung längs zweier zur ersten Achse 351 orthogonalen Achsen steuerbar ist. Jeweils keiner, einer der beiden oder beide Aktuatoren eines jeden Aktuatorenpaares 331 -333 kann/ können mit dem Träger 350 verbunden sein.
Am Träger 350 können Elektroden 325 vorgesehen sein, die translatorische und/oder rotatorische Schwingungen des Drehratensensors 310 entlang der/ um die Raumachsen 351 ,352, 353 zu detektieren vermögen, indem die Lage des Drehratensensors 310 relativ zu den Elektroden 325 bestimmt wird. Jedem Aktuator 331 , 332, 333 ist eine Regelschaltung zugeordnet, die aus drei unterschiedlichen Messsignalen und/oder am Anschluss 31 1 abgreifbaren elektrischen Ausgangssignal des Drehratensensors 310 die Steuersignale für die Aktuatoren 331 , 332, 333 ableiten. Die Messsignale werden Regelschaltungen zugeführt, wobei jedem Aktuatorenpaar 331 , 332, 333 eine Regelschaltung zugeordnet sein kann, die aus den relevanten Messsignalen und/ oder dem am Anschluss 319 abgreifbaren elektrischen Ausgangssignal des Drehratensensors 310 die Steuersignale für das jeweilige die Aktuatorenpaar 331 , 332, 333 ableitet.
Die Figur 4A bezieht sich auf eine Drehratensensor-Anordnung 400 mit einer Drehratensensor-Einrichtung 410 und drei Aktuatorenpaaren 431 , 432 , 433. Die beiden piezoelektrischen Aktuatoren 431a, 431b des ersten Aktuatorenpaares 431 sind jeweils in ihrer Ausdehnung 11 , 12 längs einer ersten Raumachse 451 steuerbar. Werden die beiden piezoelektrischen Aktuatoren 431 a, 43 1 b des ersten Aktuatorenpaares 431 im Gegentakt betrieben, so können sie einer translatorischen Schwingung der Drehratensensor-Einrichtung 410 längs der ersten Raumachse 451 entgegenwirken und diese im Idealfall kompensieren. Die Figur 4B zeigt für das Beispiel einer translatorische Vibration 491 die Auslenkung des Drehratensensors dx entlang der ersten Raumachse 451 als Funktion der Zeit t. Der Auslenkung wird nun durch das erste Aktuatorenpaar derart entgegengewirkt, dass die Längenänderungsfunktion 492 des ersten auf der der Auslenkung abgewandten Seite angeordneten Aktuators zur Auslenkung gegenphasig, die Längenänderungsfunktion 493 des zweiten auf der zur Auslenkung hin orientierten Seite gleichphasig zur Auslenkung ist. Bewegt sich die Drehratensensor-Einrichtung 410 beispielsweise im Zuge der translatorischen Schwingung in positiver Richtung der ersten Raumachse 451 , so wird der erste piezoelektrische Aktuator 431a derart angesteuert, dass er sich entlang der ersten Raumachse 451 verkürzt. Bewegt sich die Drehratensensor- Einrichtung 410 dagegen im Zuge der translatorischen Schwingung in die entgegengesetzte Richtung, so wird der erste piezoelektrische Aktuatoren 431 a so angesteuert, dass er sich entlang der ersten Raumachse verlängert.
Im Falle der Figur 4C wird einer rotatorischen Schwingung der Drehratensensor- Anordnung 400 mit der Drehratensensor-Einrichtung 410 und den drei Aktuatorenpaaren 431 , 432, 433 entgegengewirkt. Die beiden piezoelektrischen Aktuatoren 431a, 431b des ersten Aktuatorenpaares 431 sind bezüglich einer zweiten Raumachse 452 versetzt zueinander angeordnet, so dass sie ein Drehmoment auf die Drehratensensor-Einrichtung 410 auszuüben vermögen, und jeweils in ihrer Ausdehnung 11 , 12 längs einer ersten Raumachse 451 steuerbar. Dazu werden die beiden piezoelektrischen Aktuatoren 431 a, 431b des ersten Aktuatorenpaares 431 im Gleichtakt betrieben und können so einer rotatorischen Schwingung der Drehratensensor-Einrichtung 410 um eine zur ersten Raumachse 541 orthogonalen zweiten Raumachse 452 entgegenwirken und im Idealfall diese kompensieren.
Die Figur 4D zeigt für das Beispiel einer rotatorischen Vibration 496 den Auslenkwinkel des Drehratensensors dphi um die zweite Raumachse 452 als Funktion der Zeit t. Dem Auslenkwinkel dphi wird nun durch gleichphasige Längenänderungsfunktionen 497, 498 der beider Aktuatoren 431 a, 431b entgegengewirkt.
Dreht sich die Drehratensensor-Einrichtung 410 beispielsweise im Zuge der rotatorischen Schwingung in positiver Drehrichtung um die zweite Raumachse 452, so werden die beiden piezoelektrischen Aktuatoren 431 a, 431b des ersten Aktuatorenpaares derart angesteuert, dass sich beide Aktuatoren 431a, 431 b entlang der ersten Raumachse 451 verlängern, so dass sich ein der Anregung entgegen gerichtetes Drehmoment ergibt. Dreht sich die Drehratensensor-Einrichtung 410 dagegen im Zuge der rotatorischen Schwingung in die entgegengesetzte Richtung, so werden die beiden piezoelektrischen Aktuatoren 431 a, 431b des ersten Aktuatorenpaares 431 derart gesteuert, dass sich die beiden Aktuator 431 a, 431 b verkürzen. Alle drei Aktuatorenpaare 431 , 432, 433 können unabhängig voneinander in entsprechender Weise betrieben werden, so dass mit sechs piezoelektrischen Aktuatoren und sechs piezoelektrischen Sensoren eine vollständige dreiachsige Schwingungsdämpfung erfolgen kann. Im Flussdiagramm der Figur 5 ist ein Verfahren zum Betrieb einer Drehratensensor-Anordnung schematisch dargestellt. Eine Auslenkung einer Drehratensensor-Einrichtung, beispielsweise eines Drehratensensors oder eines Sensorblocks, gegenüber einer Bezugsstruktur entlang mindestens einer Achse wird erfasst (502) und ein die erste Auslenkung abbildendes Messsignal erzeugt (504). Aus dem Messsignal wird ein Steuersignal derart erzeugt, dass ein mit der Drehratensensor-Einrichtung verbundener und mit dem ersten Steuersignal beaufschlagter piezoelektrischer Aktuator durch Verformung der Auslenkung entgegenwirkt (506). Der piezoelektrische Aktuator kann ein nur einseitig befestigter Aktuator sein, der sich auf einer Seite gegen den Drehratensensor und auf der anderen Seite als sich auf seine eigene Masse abstützend betrachtet werden kann. Der piezoelektrische Aktuator wird mit dem Steuersignal beaufschlagt (508). Die Auslenkung geht dabei auf Störeinflüsse zurück, die im Ausgangssignal zu Störanteilen führen, die sich einem Nutzanteil überlagert. Der Nutzanteil ist der Anteil im Ausgangssignal des Drehratensensors, der auf eine Auslenkung oder Schwingung um die sensitive Achse (Messachse) zurückgeht.

Claims

Patentansprüche
1. Drehratensensor-Anordnung (100, 400) umfassend eine mikro-elektronlsch mechanische Drehratensensor-Elnrichtung (110, 410), gekennzeichnet durch
einen ersten mit der Drehratensensor-Einrichtung (110, 410) mechanisch fest verbundenen piezoelektrischen Aktuator (131, 431a), dessen Ausdehnung längs einer ersten Achse (151, 451) durch ein erstes Steuersignal steuerbar ist und
eine erste Regelschaltung (144), die aus einem ersten Messsignal das erste Steuersignal derart ableitet, dass der erste Aktuator (131, 431a) einer Auslenkung der Drehratensensor-Einrichtung (110, 410) relativ zu einer Bezugsstruktur (150) längs der ersten Achse (151, 451) entgegenwirkt.
2. Drehratensensor-Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
eine erste Messeinrichtung, die zur Erfassung der Auslenkung der Drehratensensor-Einrichtung (110, 410) und zur Ausgabe des ersten Messsignals geeignet ist.
3. Drehratensensor-Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Messeinrichtung ein erster piezoelektrischer Sensor (121) ist.
4. Drehratensensor-Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
eine Signalkonditionierungseinheit (115), die zur Gewinnung des ersten Messsignals aus einem elektrischen Ausgangssignal (118) der Drehratensensor- Einrichtung geeignet ist, wobei das Ausgangssignal (118) einen Nutzanteil und auf Störeinflüsse zurückgehende Störanteile enthält.
5. Drehratensensor-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Aktuator (131, 431a) ausschließlich mit der
Drehratensensor-Einrichtung (110, 410) entlang einer ersten Oberfläche mechanisch fest verbundenen ist und durch das erste Steuersignal die Ausdehnung des ersten Aktuators (131, 431a) längs der ersten Achse (151, 451) steuerbar ist, wobei durch die Steuerung des ersten Aktuators (131, 431a) einer Auslenkung der Drehratensensor-Einrichtung (110, 410) längs der ersten Achse (151, 451) entgegengewirkt wird.
6. Drehratensensor-Anordnung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen zweiten mit der Drehratensensor-Einrichtung (410) mechanisch fest verbundenen piezoelektrischen Aktuator (431 ), dessen Ausdehnung längs der ersten Achse (451 ) durch ein zweites Steuersignal steuerbar ist und der auf der ersten Oberfläche oder auf einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche der Drehratensensor-Einrichtung (410) angeordnet ist, wobei die Regelschaltung ( 144) aus dem ersten Messsignal und einem zweiten Messsignal das erste und das zweite Steuersignal derart ableitet, dass der erste Aktuator (431a) und der zweite Aktuator (431b) einer rotatorischen Auslenkung der Drehratensensor-Einrichtung (410) um eine zur ersten Achse (451 ) orthogonalen zweiten Achse (452) entgegenwirken.
7. Drehratensensor-Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Aktuator (431a, 431b) ein erstes Aktuatorenpaar (431 ) bilden und weiter ein zweites Aktuatorenpaar (432) vorgesehen ist mit Aktuatoren, deren Ausdehnung längs der zweiten Achse 452) steuerbar ist,
und weiter ein drittes Aktuatorenpaar (433) vorgesehen ist mit Aktuatoren, deren Ausdehnung längs einer zur ersten und zweiten Achse orthogonalen dritten Achse steuerbar ist.
8. Drehratensensor-Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Aktuator mit der Bezugsstruktur mechanisch verbunden und durch das erste Steuersignal die Ausdehnung des Aktuators längs der ersten Achse steuerbar ist, wobei durch die Steuerung des Aktuators einer Auslenkung der Drehratensensor-Einrichtung längs der ersten Achse entgegengewirkt ist.
9. Drehratensensor-Anordnung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch
einen zweiten mit der Drehratensensor-Einrichtung verbundenen Aktuator, dessen Ausdehnung längs einer zweiten Achse durch ein zweites Steuersignal steuerbar ist,
eine zweite Regelschaltung, die aus einem zweiten Messsignal das zweite Steuersignal derart ableitet, dass der zweite piezoelektrische Aktuator einer Auslenkung der Drehratensensor-Einrichtung längs der zweiten Achse entgegenwirkt.
einen dritten mit der Drehratensensor-Einrichtung verbundenen Aktuator, dessen Ausdehnung längs einer zur ersten und zweiten Achse orthogonalen dritten Achse durch ein drittes Steuersignal steuerbar ist und
eine dritte Regelschaltung, die aus einem dritten Messsignal das dritte Steuersignal derart ableitet, dass der dritte piezoelektrische Aktuator einer Auslenkung der Drehratensensor-Elnrichtung längs der dritten Achse entgegenwirkt.
10. Drehratensensor-Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Drehratensensor-Elnrichtung drei Drehratensensoren mit drei zueinander orthogonalen Messachsen umfasst.
1 1. Verfahren zum Betrieb einer Drehratensensor-Anordnung, umfassend:
Erfassen einer ersten Auslenkung einer Drehratensensor-Einrichtung entlang einer ersten oder um eine erste Achse;
Erzeugen eines die erste Auslenkung abbildenden ersten Messsignals;
Erzeugen eines ersten oder zweier ersten Steuersignale aus dem ersten Messsignal derart, dass ein mit der Drehratensensor-Einrichtung verbundener und mit dem ersten Steuersignal beaufschlagter erster piezoelektrischer Aktuator oder ein mit der Drehratensensor-Elnrichtung verbundenes und mit den zwei ersten Steuersignalen beaufschlagtes erstes piezoelektrische Aktuatorenpaar der ersten Auslenkung entgegenwirken; und
Beaufschlagen des ersten piezoelektrischen Aktuators mit dem ersten Steuersignal oder des ersten piezoelektrischen Aktuatorenpaares mit den zwei ersten Steuersignalen.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass das Erfassen durch einen oder mehrere mit der Drehratensensor- Einrichtung verbundene piezoelektrische Sensoren erfolgt.
13. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Aktuator oder das erste Aktuatorenpaar nur mit der Drehratensensor-Einrichtung verbunden ist und zum Betrieb für Schwingungsfrequenzen ausgelegt ist, bei welchen sich der erste Aktuator oder das erste Aktuatorenpaar sich als einseitig an der eigenen Masse abstützend betrachtet werden kann.
14. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Aktuator mit der Bezugsstruktur mechanisch verbunden und durch das erste Steuersignal die Ausdehnung des Aktuators längs der ersten Achse steuerbar ist, wobei durch die Steuerung des Aktuators einer Auslenkung der Drehratensensor-Elnrichtung längs der ersten Achse entgegengewirkt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 1 1 , gekennzeichnet durch Erfassen einer zweiten Auslenkung einer Drehratensensor-Elnrlchtung entlang einer zweiten Achse oder um eine zweite Achse;
Erzeugen eines die zweite Auslenkung abbildenden zweiten Messsignals; Erzeugen eines oder zweier zweiter Steuersignale aus dem zweiten Messsignal derart, dass ein mit der Drehratensensor-Elnrlchtung verbundener und mit dem einen zweiten Steuersignal beaufschlagter zweiter piezoelektrischer Aktuator oder ein mit der Drehratensensor-Einrichtung verbundenes und mit den zwei zweiten Steuersignalen beaufschlagtes zweites piezoelektrische Aktuatorenpaar der zweiten Auslenkung entgegenwirken;
Erfassen einer dritten Auslenkung einer Drehratensensor-Einrlchtung entlang oder um eine dritten Achse;
Erzeugen eines die dritte Auslenkung abbildenden dritten Messsignals; Erzeugen eines oder zweier dritter Steuersignale aus dem dritten Messsignal derart, dass ein mit der Drehratensensor-Einrichtung verbundener und mit dem einen dritten Steuersignal beaufschlagter dritter piezoelektrischer Aktuator oder ein mit der Drehratensensor-Einrichtung verbundenes und mit den zwei dritten Steuersignalen beaufschlagtes drittes piezoelektrische Aktuatorenpaar der dritten Auslenkung entgegenwirken;
Beaufschlagen des zweiten piezoelektrischen Aktuators mit dem zweiten Steuersignal oder des zweiten piezoelektrischen Aktuatorenpaares mit den zwei zweiten Steuersignalen; und
Beaufschlagen des dritten piezoelektrischen Aktuators mit dem dritten Steuersignal oder des dritten piezoelektrischen Aktuatorenpaares mit den zwei dritten Steuersignalen.
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