專利名稱：借助轉(zhuǎn)速科式陀螺測(cè)量轉(zhuǎn)速/加速度的方法和實(shí)現(xiàn)該方法的科式陀螺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用轉(zhuǎn)速科式陀螺測(cè)量加速度的方法，并且涉及一種適用于此目的的科式陀螺。
背景技術(shù)：
科式陀螺(也被稱為振動(dòng)陀螺)正在越來(lái)越多地用于導(dǎo)航的目的?？剖酵勇菥哂锌杀粚?dǎo)致振蕩的質(zhì)量系統(tǒng)。每個(gè)質(zhì)量系統(tǒng)通常具有大量的振蕩模式，這些振蕩模式初始時(shí)是互相獨(dú)立的。為了操作科氏陀螺，質(zhì)量系統(tǒng)的特定振蕩模式由人工激勵(lì)進(jìn)行振蕩，下文中稱之為“激勵(lì)振蕩”。當(dāng)振動(dòng)陀螺被旋轉(zhuǎn)時(shí)，出現(xiàn)科式力，所述科式力吸收來(lái)自質(zhì)量系統(tǒng)的激勵(lì)振蕩的能量，并且傳送該質(zhì)量系統(tǒng)的另一振蕩模式，下文中稱之為“讀出振蕩”(readoscillation)。為了確定科式陀螺的旋轉(zhuǎn)，讀出振蕩被分接(tap off)，相應(yīng)的讀出信號(hào)經(jīng)估算以確定是否在讀出振蕩的振幅中出現(xiàn)任何變化，所述變化即表示對(duì)科式陀螺的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行的測(cè)量?？剖酵勇菘刹捎瞄_環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)的形式。在閉環(huán)系統(tǒng)中，讀出振蕩的振幅經(jīng)由相應(yīng)的控制回路被持續(xù)重設(shè)為固定值-優(yōu)選為0，并且該重設(shè)的力被測(cè)量。
科式陀螺的質(zhì)量系統(tǒng)(在下文中也被稱為“諧振器”)在這種情況下可以采用很多不同的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如，可使用整體質(zhì)量系統(tǒng)。可替代地，可將質(zhì)量系統(tǒng)分為兩個(gè)振蕩器，它們經(jīng)由彈性系統(tǒng)相互耦合并且可實(shí)現(xiàn)相互的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。高尺寸精度尤其可由線性雙振蕩器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)包括由兩個(gè)線性振蕩器組成的耦合系統(tǒng)。在雙振蕩器系統(tǒng)中，將兩個(gè)線性振蕩器相互耦合的彈性系統(tǒng)通常采用下述方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，即兩個(gè)線性振蕩器可被致使沿著第一振蕩軸線振蕩，在這種情況下，第二振蕩器可額外地實(shí)現(xiàn)沿著第二振蕩軸線的振蕩，該軸線與第一振蕩軸線成直角。第二振蕩器沿著第二振蕩軸線的運(yùn)動(dòng)在這種情況下可被認(rèn)為是讀出振蕩，第一和第二振蕩器沿著第一振蕩軸線的運(yùn)動(dòng)可被認(rèn)為是激勵(lì)振蕩。
線性雙振蕩器系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于，兩個(gè)線性振蕩器沿著第一振蕩軸線的振蕩可導(dǎo)致陀螺框架的振動(dòng)或者偏轉(zhuǎn)。在這種情況下，“陀螺框架”應(yīng)該被理解為機(jī)械的、非振蕩的并且“嵌入”振蕩器的結(jié)構(gòu)，例如硅片的非振蕩部分。陀螺框架中的振動(dòng)或偏轉(zhuǎn)又可導(dǎo)致對(duì)振蕩器運(yùn)動(dòng)的干擾(例如阻尼效應(yīng))。例如，第一和第二線性振蕩器沿著第一振蕩軸線的振蕩因此可被沿著第一振蕩軸線作用的外部振動(dòng)和加速所干擾。與此類似，作用在第二振蕩軸線方向上的外部振動(dòng)和加速會(huì)干擾第二線性振蕩器沿著該振蕩軸線的振蕩，這-與上述所有其他的干擾影響完全相同-會(huì)導(dǎo)致測(cè)得的轉(zhuǎn)速變差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是說(shuō)明一種科式陀螺，借助該陀螺，讀出振蕩的任何干擾，也就是說(shuō)，在第二振蕩軸線上的第二線性振蕩器的振蕩的任何干擾，作為上述干擾影響的結(jié)果可被很大程度地避免。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的科式陀螺。而且，本發(fā)明提供了一種使用根據(jù)權(quán)利要求7所述的轉(zhuǎn)速科式陀螺測(cè)量加速度/轉(zhuǎn)速的方法。本發(fā)明的思想的有利改善和發(fā)展體現(xiàn)在從屬權(quán)利要求中。
根據(jù)本發(fā)明的科式陀螺，具有第一和第二諧振器，每個(gè)諧振器都采用包括第一和第二線性振蕩器的耦合系統(tǒng)的形式，所述第一諧振器機(jī)械地/靜電地連接/耦合于所述第二諧振器，從而使所述兩個(gè)諧振器能夠沿著公共振蕩軸線以相互反相的方式進(jìn)行振蕩。
因此，根據(jù)本發(fā)明的科式陀螺具有包括兩個(gè)雙振蕩器系統(tǒng)(也就是說(shuō)兩個(gè)諧振器)或四個(gè)線性振蕩器的質(zhì)量系統(tǒng)。在這種情況下，兩個(gè)諧振器相互的反相振蕩會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量系統(tǒng)的重心保持固定，如果這兩個(gè)諧振器設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)脑?。這將使質(zhì)量系統(tǒng)的振蕩不能產(chǎn)生任何外部的振動(dòng)，該振動(dòng)又會(huì)依次導(dǎo)致衰減/偏轉(zhuǎn)形式的干擾。而且，在公共振蕩軸線方向上的外部振動(dòng)和加速不會(huì)影響兩個(gè)諧振器沿著公共振蕩軸線的反相運(yùn)動(dòng)。
第一諧振器可耦合于第二諧振器，例如經(jīng)由將第一諧振器連接于第二諧振器的彈性系統(tǒng)。還有的可行方案是將第一諧振器經(jīng)由靜電場(chǎng)連接于第二諧振器。這兩種類型的耦合可單獨(dú)或結(jié)合使用。例如，兩個(gè)諧振器可足以形成在公共基板上，從而使機(jī)械耦合由機(jī)械連接所替代，該連接本身由公共基板提供。
第一和第二諧振器的設(shè)置優(yōu)選地在質(zhì)量和形狀方面是相同的。在這種情況下，兩個(gè)諧振器可相對(duì)于與所述公共振蕩軸線成直角的對(duì)稱軸線布置成相互軸向?qū)ΨQ，也就是說(shuō)，第一諧振器通過(guò)對(duì)稱軸映射至第二諧振器上。不過(guò)，本發(fā)明并不局限于此，兩個(gè)諧振器具有相同的質(zhì)量但是設(shè)計(jì)成不同的形狀就足夠了。
如已經(jīng)描述的，耦合諧振器被設(shè)計(jì)成諧振器的兩個(gè)線性振蕩器可沿著第一振蕩軸線以反相進(jìn)行振蕩(激勵(lì)振蕩)，并且第二線性振蕩器可額外地被導(dǎo)致沿著第二振蕩軸線振蕩(讀出振蕩)。如果第一和第二振蕩軸相互成直角，并且兩個(gè)諧振器被致使沿著第一振蕩軸線(公共振蕩軸線)相互反相地進(jìn)行振蕩，那么第二振蕩器在科式陀螺旋轉(zhuǎn)期間在相反方向上被偏轉(zhuǎn)(反相偏轉(zhuǎn))，同時(shí)，相反，在科式陀螺的加速期間，第二線性振蕩器沿相同的方向被偏轉(zhuǎn)(同相偏轉(zhuǎn))。因此，可選擇性地測(cè)量加速度或轉(zhuǎn)速。加速度通過(guò)對(duì)同相振蕩的估算而進(jìn)行測(cè)量，轉(zhuǎn)速通過(guò)對(duì)反相振蕩的估算而進(jìn)行測(cè)量。在下文中，術(shù)語(yǔ)“同相”和“反相”具有下述意思如果在激勵(lì)方向上的坐標(biāo)軸被標(biāo)為x，在讀出方向上的坐標(biāo)軸被標(biāo)為y，那么對(duì)于同相振蕩，x1＝x2、y1＝y(tǒng)2，對(duì)于反相振蕩，x1＝-x2、y1＝-y2(在這種情況下，下標(biāo)“1”表示第一振蕩器，下標(biāo)“2”表示第二振蕩器)。
出于該原因，本發(fā)明提供了一種選擇性地或同時(shí)地測(cè)量轉(zhuǎn)速和加速度的方法。該方法使用轉(zhuǎn)速科式陀螺，所述陀螺具有第一和第二諧振器，所述諧振器的每個(gè)采用包括第一和第二線性振蕩器的耦合系統(tǒng)的形式，其中有待確定的轉(zhuǎn)速通過(guò)對(duì)所述第二振蕩器的偏轉(zhuǎn)進(jìn)行分接和估算而得以確定。該方法具有下述步驟-所述兩個(gè)諧振器被致使沿著公共振蕩軸線以相互反相的方式進(jìn)行振蕩，-所述第二振蕩器的偏轉(zhuǎn)被相互比較，從而確定作為對(duì)所述有待測(cè)量的轉(zhuǎn)速進(jìn)行的測(cè)量的反相偏轉(zhuǎn)分量和/或從而確定作為對(duì)所述有待測(cè)量的加速度進(jìn)行的測(cè)量的公共同相偏轉(zhuǎn)分量，-根據(jù)所述同相偏轉(zhuǎn)分量/反相偏轉(zhuǎn)分量計(jì)算所述有待測(cè)量的轉(zhuǎn)速/加速度。
公共同相偏轉(zhuǎn)分量有利地如下確定確定在所述第一諧振器(701)中發(fā)生的第一正交偏差(quadrature bias)，和在所述第二諧振器(702)中發(fā)生的第二正交偏差。所述第一和第二正交偏差隨后被加和減從而確定公共正交偏差分量(同相分量)和差值正交偏差分量(反相分量)。該公共正交偏差分量與有待測(cè)量的加速度成比例并且對(duì)應(yīng)于所述公共同相偏轉(zhuǎn)分量。該差值正交偏差分量(差值)對(duì)應(yīng)于反相偏轉(zhuǎn)分量。轉(zhuǎn)速因此可經(jīng)由差值正交偏差分量被同時(shí)測(cè)量為加速度。
為了幫助理解上述加速度測(cè)量原理，將在下文使用線性雙振蕩系統(tǒng)的實(shí)例再次簡(jiǎn)要說(shuō)明科式陀螺的物理原理。
通常，科式陀螺具有正交偏差，也就是說(shuō)，零誤差。正交分量在這種情況下包括多個(gè)正交偏差分量。這些正交偏差分量之一由第一和第二線性振蕩器彼此的對(duì)齊誤差造成，由于生產(chǎn)公差的原因，這些對(duì)齊誤差是不可避免的。兩個(gè)振蕩器之間的對(duì)齊誤差在測(cè)得轉(zhuǎn)速信號(hào)中產(chǎn)生零誤差。
科式力可表示如下F→=2mv→sxΩ→---[1]]]> 科式力m振蕩器質(zhì)量 振蕩器速度 轉(zhuǎn)速如果對(duì)科式力作出反作用的質(zhì)量等于振蕩質(zhì)量，如果振蕩器在固有頻率ω下操作，那么2mv→sxΩ→=ma→c---[2]]]>振蕩器速度由下式給出v→s=v→s0sinωt---[3]]]>其中 振蕩器幅值ω振蕩器的固有頻率振蕩器和科式加速度因此由下式給出a→s=v→s0ωcosωt]]>a→c=2v→s0sinωt×Ω→---[4]]]>因此，兩個(gè)加速度矢量在空間上相互成直角并且在時(shí)間函數(shù)中相互偏移90°(空間和時(shí)間正交性)。
使用這兩種標(biāo)準(zhǔn)從而將振蕩器加速度 與科式加速度 分離開。上述加速幅值ac和as的比率為acas=2Ωω---[5]]]>如果轉(zhuǎn)速為Ω＝5°/h并且振蕩器的固有頻率為fs＝10KHz，那么acas=7.7·10-10---[6]]]>對(duì)于5°/h，第一振蕩器與第二振蕩器的不理想的耦合不能超過(guò)7.7·10-10，或者必須保持恒定為該值。如果使用包括兩個(gè)線性振蕩器的質(zhì)量系統(tǒng)，所述振蕩器經(jīng)由彈性件相互耦合，那么空間正交性的精度將被限制，因?yàn)樵谡袷幠Ｊ脚c測(cè)量模式之間的彈性元件存在對(duì)齊誤差?？色@得的精度(受制造公差限制)為10-3至10-4。時(shí)間正交性的精度由電子元件的相位精度限制為例如10KHz，其精度同樣地僅按照至多10-3至10-4。這意味著上述加速度比值無(wú)法被滿足。
實(shí)際上，測(cè)得加速度比值 為 空間誤差導(dǎo)致所謂的正交偏差BQ，該偏置又與時(shí)間相位誤差Δ共同導(dǎo)致偏差BBQ＝6.5·106°/h至6.5·105°/hΔ＝10-3至10-4B＝BQ·Δ＝6,500°/h至65°/h[8]因此，正交偏差造成對(duì)測(cè)量精度的主要限制。在這種情況下，應(yīng)該注意，上述誤差分析僅考慮振蕩模式對(duì)讀出模式的直接耦合。其他正交偏差分量也例如由于與其他振蕩模式的耦合而存在和發(fā)生。
如果科式陀螺設(shè)計(jì)成使得第一振蕩器通過(guò)第一彈性元件連接于科式陀螺的陀螺框架，并且第二振蕩器在每種情況下通過(guò)第二彈性元件連接于第一振蕩器之一，那么有待測(cè)量的加速度將導(dǎo)致第一振蕩器相對(duì)于第二振蕩器的相互對(duì)齊的變化，并且這尤其在第二彈性元件的對(duì)齊的變化中表現(xiàn)出來(lái)。在這種情況下，第二彈性元件的對(duì)齊變化產(chǎn)生“人工”正交偏差分量，也就是說(shuō)，正交偏差信號(hào)中的“誤差”。因此，可不直接使用正交偏差的確定值推斷有待測(cè)量的加速度，這會(huì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的“人工”正交偏差分量。
第一和第二彈性元件的對(duì)齊優(yōu)選地相互成直角。彈性元件可以具有任何理想的形狀。
術(shù)語(yǔ)“第一正交偏差”和“第二正交偏差”在每種情況下優(yōu)選地表示諧振器的總正交偏差。不過(guò)，也可在根據(jù)本發(fā)明的加速度測(cè)量方法中確定在每個(gè)諧振器中的僅一個(gè)正交偏差分量，在這種情況下，所確定的正交偏差分量必須包括至少由有待測(cè)量的加速度或有待測(cè)量的轉(zhuǎn)速產(chǎn)生的分量。
科式陀螺優(yōu)選地具有用于確定第一轉(zhuǎn)速和在第一諧振器中發(fā)生的正交偏差信號(hào)以及第二轉(zhuǎn)速和在第二諧振器中發(fā)生的正交偏差信號(hào)的裝置。而且，科式陀螺可具有一種產(chǎn)生靜電場(chǎng)的裝置，借助該裝置，能夠改變所述第一彈性元件相對(duì)于所述陀螺框架的對(duì)齊角(alignment angle)，和/或能夠改變所述第二彈性元件相對(duì)于所述第一振蕩器的對(duì)齊角。靜電場(chǎng)的對(duì)齊/強(qiáng)度可隨后通過(guò)設(shè)置適當(dāng)?shù)目刂苹芈范M(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使得第一和第二正交偏差在每種情況下盡可能地小。計(jì)算單元可使用第一和第二轉(zhuǎn)速/正交偏差信號(hào)確定所述轉(zhuǎn)速，并且使用補(bǔ)償?shù)谝缓偷诙黄畹撵o電場(chǎng)的同相分量，從而推斷有待測(cè)量的加速度。
正交偏差因此優(yōu)選地在其本身起始點(diǎn)處被消除，也就是說(shuō)，兩個(gè)振蕩器相互之間的機(jī)械對(duì)齊誤差以及由有待測(cè)量的加速度/轉(zhuǎn)速造成的兩個(gè)振蕩器的相互對(duì)齊的變化借助作用在一個(gè)或兩個(gè)振蕩器上并且由靜電場(chǎng)產(chǎn)生的靜電力進(jìn)行補(bǔ)償。這種類型的正交偏差補(bǔ)償具有下述優(yōu)點(diǎn)，即，轉(zhuǎn)速和加速度能夠以增加的測(cè)量精度進(jìn)行確定。
在一項(xiàng)特定優(yōu)選實(shí)施例中，電場(chǎng)改變第一和第二彈性元件的對(duì)齊角，從而使第一和第二彈性元件以相互正交的方式對(duì)齊。諸如此類的正交化導(dǎo)致對(duì)由這種方式產(chǎn)生的正交偏差(分量)進(jìn)行補(bǔ)償。對(duì)于正交偏差的其他作用被用來(lái)設(shè)定相對(duì)于正交性的誤差角，從而使整個(gè)正交偏差消失。第二彈性元件相對(duì)于第一振蕩器的對(duì)齊角優(yōu)選地借助靜電場(chǎng)進(jìn)行改變，第一彈性元件相對(duì)于科式陀螺的陀螺框架的對(duì)齊角沒(méi)有發(fā)生變化。不過(guò)，也可使用靜電場(chǎng)從而只改變第一彈性元件的對(duì)齊角，或改變第一和第二彈性元件二者的對(duì)齊角。
根據(jù)本發(fā)明的科式陀螺的一項(xiàng)特定優(yōu)選實(shí)施例具有-(“整體”)諧振器，其采用包括兩個(gè)被耦合的第一(線性)振蕩器(“子振蕩器”)的系統(tǒng)的形式，所述振蕩器被反相激勵(lì)并且每個(gè)都包含第二線性讀出振蕩器，-一種產(chǎn)生至少一個(gè)靜電場(chǎng)的裝置，借助該裝置，能夠改變兩個(gè)耦合的第一振蕩器相對(duì)于第二(讀出)振蕩器對(duì)齊。
-一種確定讀出振蕩器的正交偏差的裝置，所述偏差由兩個(gè)振蕩器相對(duì)于激勵(lì)振蕩器和其他耦合機(jī)構(gòu)的對(duì)齊誤差所導(dǎo)致，-控制回路，該回路在每種情況下借助至少一個(gè)對(duì)應(yīng)控制信號(hào)調(diào)節(jié)至少一個(gè)靜電場(chǎng)的強(qiáng)度，從而使所確定的正交偏差盡可能小，以及-計(jì)算單元，該單元在每種情況下形成至少一個(gè)控制信號(hào)的差值和總和，并且使用它們確定轉(zhuǎn)速和加速度。
在原理上，可僅根據(jù)所確定的正交偏差計(jì)算加速度和轉(zhuǎn)速，也就是說(shuō)，并不絕對(duì)必須補(bǔ)償?shù)谝缓偷诙黄顝亩_定正交偏差。不過(guò)，對(duì)于測(cè)量精度的問(wèn)題來(lái)說(shuō)這是有益的，因?yàn)橄辔还顣?huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)速和正交偏差相互混合。本發(fā)明覆蓋了上述兩種備選方案。
也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，每個(gè)第二振蕩器“在一端處”連接于或者夾至諧振器中的第一振蕩器是有利的?！皧A至一端處”在這種情況下不僅可以理解為字面的意思也可理解為普通的含義。通常，連接或者夾至“一端處”表示力從第一振蕩器基本上從第一振蕩器的一“側(cè)”導(dǎo)入第二振蕩器。如果，例如，振蕩器系統(tǒng)將設(shè)計(jì)成使得第二振蕩器與第一振蕩器鄰接并且借助第二彈性元件與第一振蕩器連接，那么術(shù)語(yǔ)“夾至或者連接于一端處”將表示下述含義，第二振蕩器通過(guò)第一振蕩器被重新調(diào)整以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，通過(guò)第一振蕩器借助第二彈性元件可選擇地“推”或“拉”第二振蕩器。
在一端處將第二振蕩器夾于第一振蕩器具有下述優(yōu)勢(shì)，當(dāng)靜電力由于由此導(dǎo)致的第二振蕩器的對(duì)齊/位置變化而施加于第二振蕩器，第二彈性元件可被輕微地彎曲，因此可毫無(wú)問(wèn)題地改變第二彈性元件的對(duì)應(yīng)對(duì)齊角。如果在該實(shí)例中的第二振蕩器以下述方式連接于其他第二彈性元件，即在第一振蕩器的運(yùn)動(dòng)期間第二振蕩器同時(shí)被第二彈性元件“拉”或“推”，那么這將相當(dāng)于第二振蕩器“在兩端處”夾至或連接于第一振蕩器(在力從第一振蕩器的兩個(gè)相對(duì)端導(dǎo)入第二振蕩器的情況下)。在這種情況下，當(dāng)施加靜電場(chǎng)時(shí)，其他第二彈性元件將產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的相對(duì)力，從而只能困難地獲得第二彈性元件的對(duì)齊角度的改變。不過(guò)，夾在兩端處在下述情況下是可接受的，即當(dāng)其他的第二彈性元件設(shè)計(jì)成使得這些彈性元件的影響較小，以使得所有的彈性元件也可在這種情況下毫無(wú)問(wèn)題地彎曲，也就是說(shuō)，夾在一端處是有效的。根據(jù)振蕩器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，夾在一端處可優(yōu)選地僅通過(guò)額外第二彈性元件的40％或更少的“作用”(力的導(dǎo)入)而提供。不過(guò)，該值并不表示任何對(duì)本發(fā)明的限制，第二彈性元件超過(guò)40％的影響也是可行的。例如，夾在一端處可通過(guò)將第二振蕩器連接于平行布置的并且相互在相同平面上的第一振蕩器的所有第二彈性元件而實(shí)現(xiàn)。第二彈性元件的所有開始和結(jié)束點(diǎn)在每種情況下都連接于第一和第二振蕩器的相同端部。第二彈性元件的開始和結(jié)束點(diǎn)在這種情況下可有利地在同一軸線上，所述軸線與第二彈性元件成直角相交。
如果第二振蕩器在一端處連接于或夾在第一振蕩器上，那么第一彈性元件優(yōu)選地設(shè)計(jì)成使得它們將第一振蕩器在兩端處夾在陀螺框架上(術(shù)語(yǔ)“在一端處”和“在兩端處”可類似地使用于此)。不過(guò)，作為備選方案，彈性元件也可設(shè)計(jì)成使得它們?cè)谝欢颂帄A至第一振蕩器。例如，所有的將第一振蕩器連接于科式陀螺的陀螺框架的第一彈性元件可相互平行布置并且處于同一平面上，在每種情況下，第一彈性元件的開始和結(jié)束點(diǎn)優(yōu)選地位于同一軸上。彈性元件同樣可以設(shè)計(jì)成使得第一振蕩器在一端處夾在陀螺框架上，第二振蕩器在兩端處被第一振蕩器夾上。兩個(gè)振蕩器也可夾在兩端處上。對(duì)于正交偏差補(bǔ)償來(lái)說(shuō)，有利的是，兩個(gè)振蕩器的至少一個(gè)夾在一端處。


本發(fā)明將在下文參照附圖中的示例性實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，其中圖1示出了質(zhì)量系統(tǒng)的一項(xiàng)可能的實(shí)施例，其包括兩個(gè)線性振蕩器，并帶有用于激勵(lì)第一振蕩器的對(duì)應(yīng)控制回路；圖2示出了質(zhì)量系統(tǒng)的一項(xiàng)可能的實(shí)施例，其包括兩個(gè)線性振蕩器，并帶有對(duì)于轉(zhuǎn)速Ω和正交偏差BQ的對(duì)應(yīng)測(cè)量和控制回路，以及對(duì)于正交偏差BQ進(jìn)行補(bǔ)償?shù)妮o助控制回路；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的質(zhì)量系統(tǒng)的概要示意圖，其包括四個(gè)線性振蕩器，并帶有對(duì)于轉(zhuǎn)速Ω和正交偏差BQ的對(duì)應(yīng)測(cè)量和控制回路，以及對(duì)于正交偏差BQ進(jìn)行補(bǔ)償?shù)妮o助控制回路；圖4示出了圖3所示的控制系統(tǒng)的一項(xiàng)優(yōu)選實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了具有對(duì)應(yīng)電極的線性雙振蕩器1的概要設(shè)計(jì)，以及相關(guān)估算/激勵(lì)電極2的方框圖。線性雙振蕩器1優(yōu)選地由硅片借助蝕刻過(guò)程制成，并且具有第一線性振蕩器3、第二線性振蕩器4、第一彈性元件51至54，第二彈性元件61和62以及中間框架71和72和陀螺框架73和74部件。第二振蕩器4安裝在第一振蕩器3中，從而使其能夠振蕩，并且經(jīng)由第二彈性元件61和62與其進(jìn)行連接。第一振蕩器3借助第一彈性元件51至54和中間框架71、72連接于陀螺框架73、74。
而且，設(shè)置有第一激勵(lì)電極81至84、第一讀出電極91至94、第二激勵(lì)電極101至104以及第二讀出電極111和112。所有的電極機(jī)械連接于陀螺框架并且被電氣隔離。術(shù)語(yǔ)“陀螺框架”表示“嵌入”有振蕩器的機(jī)械、非振蕩的結(jié)構(gòu)，例如硅片的非振蕩部分。
如果第一振蕩器3借助第一激勵(lì)電極81至84激勵(lì)以在X1方向上振蕩，那么該運(yùn)動(dòng)將通過(guò)第二彈性元件61和62傳送至第二振蕩器4(交替“拉”和“推”)。第一彈性元件51至54的垂直對(duì)齊可阻止第一振蕩器3在X2方向上運(yùn)動(dòng)。不過(guò)，垂直振蕩可作為第二彈性元件61和62的水平對(duì)齊的結(jié)果通過(guò)第二振蕩器4實(shí)現(xiàn)。當(dāng)對(duì)應(yīng)的科式力由此產(chǎn)生時(shí)，那么第二振蕩器4被激勵(lì)以在X2方向上振蕩。
從第一讀出電極91至94讀出并且與第一振蕩器3的X1運(yùn)動(dòng)的振幅/頻率成比例的讀出信號(hào)經(jīng)由適當(dāng)?shù)姆糯笃髟?1、22和23輸送至模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器24。來(lái)自模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器24的適當(dāng)數(shù)字化的輸出信號(hào)不僅由第一解調(diào)器25而且由第二解調(diào)器26進(jìn)行解調(diào)，從而形成對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)，這兩個(gè)解調(diào)器相互以90°的偏移量進(jìn)行操作。第一解調(diào)器25的輸出信號(hào)被輸入第一調(diào)節(jié)器27，從而調(diào)節(jié)激勵(lì)振蕩的頻率(質(zhì)量系統(tǒng)1在X1方向上的振蕩)，其輸出信號(hào)控制頻率發(fā)生器30，從而使從解調(diào)器25下游出現(xiàn)的信號(hào)被調(diào)節(jié)為零。與此類似，第二解調(diào)器26的輸出信號(hào)被調(diào)節(jié)為恒定值，該值是由電子元件29預(yù)定的。第二調(diào)節(jié)器31確保激勵(lì)振蕩的幅值被調(diào)節(jié)。頻率發(fā)生器30和幅值調(diào)節(jié)器31的各輸出信號(hào)借助乘法器32彼此相乘。乘法器32的輸出信號(hào)不僅作用在第一力/電壓轉(zhuǎn)換器33上而且作用在第二力/電壓轉(zhuǎn)換器34上，該輸出信號(hào)與施加于第一激勵(lì)電極81至84的力成比例，所述轉(zhuǎn)換器使用數(shù)字力信號(hào)產(chǎn)生數(shù)字電壓信號(hào)。力/電壓轉(zhuǎn)換器33、34的數(shù)字輸出信號(hào)經(jīng)由第一和第二數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器35、36被轉(zhuǎn)換至對(duì)應(yīng)的模擬電壓信號(hào)，所述信號(hào)隨后被傳送至第一激勵(lì)電極81至84。第一調(diào)節(jié)器27和第二調(diào)節(jié)器31重新調(diào)整第一振蕩器3的固有頻率，并且將激勵(lì)振蕩的幅值設(shè)定為特定的、可預(yù)定的值。
當(dāng)產(chǎn)生科式力時(shí)，由該力產(chǎn)生的第二振蕩器4在X2方向上的運(yùn)動(dòng)(讀出振蕩)由第二讀出電極111和112檢測(cè)到，并且與讀出振蕩的運(yùn)動(dòng)成比例的讀出信號(hào)經(jīng)由適當(dāng)?shù)姆糯笃髟?0、41和42供給至模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器43(見圖2)。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器43的數(shù)字輸出信號(hào)由第三解調(diào)器44與直流偏置信號(hào)同相地進(jìn)行解調(diào)，并且由第四解調(diào)器45解調(diào)，偏移量為90°。第一解調(diào)器44的對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)被應(yīng)用于第三調(diào)節(jié)器46，其輸出信號(hào)是補(bǔ)償信號(hào)并且對(duì)應(yīng)于有待測(cè)量的轉(zhuǎn)速Ω。第四調(diào)制器45的輸出信號(hào)被應(yīng)用于第四調(diào)節(jié)器47，其輸出信號(hào)是補(bǔ)償信號(hào)并且與有待補(bǔ)償?shù)恼黄畛烧取５谌{(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)借助第一調(diào)制器48進(jìn)行調(diào)制，并且第四調(diào)節(jié)器47的輸出信號(hào)以與此類似的方式借助第二調(diào)制器49進(jìn)行調(diào)制，從而產(chǎn)生幅值調(diào)節(jié)信號(hào)，其頻率對(duì)應(yīng)于X1方向上的振蕩的固有頻率 調(diào)制器48、49的對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)被加入加法階段50，其輸出信號(hào)被供給至第三力/電壓轉(zhuǎn)換器51和第四力/電壓轉(zhuǎn)換器52。對(duì)于力/電壓轉(zhuǎn)換器51、52的對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)被供給至數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器53、54，其模擬輸出信號(hào)被輸出至第二激勵(lì)電極102至103，并且重新設(shè)定第二振蕩器4的振蕩幅值。
由第二激勵(lì)電極101至104產(chǎn)生的靜電場(chǎng)(或由電極對(duì)101、103和102、104產(chǎn)生的兩個(gè)靜電場(chǎng))會(huì)導(dǎo)致第二振蕩器4在X2方向上的對(duì)齊/位置變化，因此會(huì)導(dǎo)致第二彈性元件61和62的對(duì)齊發(fā)生變化。第四調(diào)節(jié)器47調(diào)節(jié)輸入于第二激勵(lì)電極101至104的信號(hào)，以使得包含在第四調(diào)節(jié)器47的補(bǔ)償信號(hào)中的正交偏差盡可能小，或者消失。第五調(diào)節(jié)器55、第五和第六力/電壓轉(zhuǎn)換器56、57以及兩個(gè)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器58、59被用于此目的。
第四調(diào)節(jié)器47的輸出信號(hào)作為正交偏差的測(cè)量值，該信號(hào)被供給至第五調(diào)節(jié)器55，該調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)由兩個(gè)激勵(lì)電極101和104產(chǎn)生的靜電場(chǎng)，從而使正交偏差BQ消失。為此目的，第五調(diào)節(jié)器55的輸出信號(hào)在每種情況下都被供給至第五和第六力/電壓轉(zhuǎn)換器56、57，所述轉(zhuǎn)換器使用第五調(diào)節(jié)器的數(shù)字力/輸出信號(hào)產(chǎn)生數(shù)字電壓信號(hào)。這些信號(hào)隨后被轉(zhuǎn)換為模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器58、59中的模擬電壓信號(hào)。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器58的模擬輸出信號(hào)被供給至第二激勵(lì)電極101或者可替代地供給至111。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器59的模擬輸出信號(hào)被供給至第二激勵(lì)電極104或者可替代地供給至112。
由于第二振蕩器4僅由第二彈性元件61至62夾住(在一端處夾住)，所以這些彈性元件的對(duì)齊與否可由靜電場(chǎng)毫無(wú)問(wèn)題地進(jìn)行變化。也可提供額外的第二彈性元件，以使第二振蕩器4夾在兩端處，假設(shè)這些額外的彈性元件被設(shè)計(jì)成適當(dāng)?shù)卮_保一端的夾緊是有效獲得的。為了允許彈性元件51、52以及彈性元件53、54的相同效果，第三和第四彈性元件53、54以及第一和第二彈性元件53、54可被忽略，因此導(dǎo)致第一振蕩器3被夾在一端處(與未在這里示出的適當(dāng)改進(jìn)電極結(jié)構(gòu)一起)。在諸如此類的情況下，第二振蕩器4也可借助其他彈性元件連接于第一振蕩器，從而實(shí)現(xiàn)在兩端處的夾住。
根據(jù)本發(fā)明的科式陀螺的一項(xiàng)優(yōu)選實(shí)施例和其操作方法將在下文參照?qǐng)D3進(jìn)行更詳細(xì)地說(shuō)明。
圖3示出了耦合系統(tǒng)1’的示意性布局，包括第一諧振器701和第二諧振器702。第一諧振器701借助機(jī)械連接元件71即彈簧耦合于第二諧振器702。第一和第二諧振器701、702形成在共同的基板上并且可被導(dǎo)致沿著公共振蕩軸線72以相對(duì)相位的方式振蕩。第一和第二諧振器701、702是相同的，并且經(jīng)由對(duì)稱軸73相互映射。第一和第二諧振器701、702的設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)合圖1和2進(jìn)行了說(shuō)明，因此在此將不再解釋；相同或相互對(duì)應(yīng)的元件或元件組由相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行標(biāo)示，與不同諧振器相關(guān)聯(lián)的相同元件由不同的標(biāo)記進(jìn)行標(biāo)示。
圖3所示的雙振蕩器與圖1和2所示的雙振蕩器之間的一個(gè)主要差別為一些單獨(dú)電極被物理結(jié)合以形成整體電極。例如，圖3中由附圖標(biāo)記81、82、91和92標(biāo)示的各個(gè)電極因此形成共同電極。而且，由附圖標(biāo)記83、84、93和94標(biāo)示的各個(gè)電極形成共同電極，并且那些由附圖標(biāo)記104、102、112標(biāo)示的以及由附圖標(biāo)記111、103、101標(biāo)示的電極每個(gè)都形成整體電極。相同的設(shè)置以類似的方式應(yīng)用于其他雙振蕩器系統(tǒng)。
在根據(jù)本發(fā)明的耦合系統(tǒng)1’的操作期間，兩個(gè)諧振器701、702沿著公共振蕩軸線72反向地進(jìn)行振蕩。因此，耦合系統(tǒng)1’對(duì)外部干擾或者由耦合系統(tǒng)1’本身向安裝有諧振器701、702的基板發(fā)射的干擾是不敏感的。
當(dāng)耦合系統(tǒng)1’被旋轉(zhuǎn)時(shí)，隨后第二振蕩器41和42以相互相對(duì)的方向偏轉(zhuǎn)(在X2方向上以及與X2方向相反的方向上)。當(dāng)耦合系統(tǒng)1’產(chǎn)生加速時(shí)，然后第二振蕩器41和42相互以相同的方向偏轉(zhuǎn)，具體地說(shuō)，在與加速的相同方向上，假設(shè)該加速在X2方向上，或者在與其相反的方向上。加速和旋轉(zhuǎn)因此可被同時(shí)或選擇性地測(cè)量。正交偏差補(bǔ)償可在測(cè)量過(guò)程期間在諧振器701、702中同時(shí)進(jìn)行。不過(guò)，這不是絕對(duì)重要的。
在原理上，也根據(jù)圖1和2所述的估算/激勵(lì)電極2操作耦合系統(tǒng)1’。不過(guò)，可使用備選方法(載波方法)代替圖3所示的實(shí)施例中的該方法。該操作方法將在下文中進(jìn)行說(shuō)明。
由附圖標(biāo)記2’標(biāo)示的估算/激勵(lì)電極2具有三個(gè)控制回路用于沿公共振蕩軸線72激勵(lì)和/或控制第一振蕩器31和32的反相振蕩的第一控制回路，用于重設(shè)和補(bǔ)償?shù)诙袷幤?1沿X2方向的振蕩的第二控制回路，以及用于重設(shè)和補(bǔ)償?shù)诙袷幤?2沿X2方向的振蕩的控制回路。上述三個(gè)控制回路具有放大器60、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器61、信號(hào)分離模塊62、第一至第三解調(diào)模塊631至633、控制模塊64、電極電壓計(jì)算模塊65、載波頻率加入模塊67和第一至第六數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器661至666。
載波頻率可應(yīng)用于電極81至88、91至98、101至108和111至114，以采用多種方式分接第二振蕩器41、42的反相振蕩或振蕩的激勵(lì)a)使用三種不同的頻率，一個(gè)頻率與每個(gè)控制回路相關(guān)聯(lián)，b)由時(shí)分多工傳輸方法采用方波信號(hào)，或者c)使用隨機(jī)相位擾頻(隨機(jī)調(diào)制方法)。載波頻率經(jīng)由相關(guān)信號(hào)UyAo、UyAu(對(duì)于第二振蕩器41)和Uxl、Uxr(對(duì)于第一振蕩器31至32的反向諧振)以及UyBu和UyBo(對(duì)于第二振蕩器42)應(yīng)用于電極81至88、91至98、101至108和111至114，其產(chǎn)生于載波頻率加入模塊67并且以與上述頻率信號(hào)相反的相位進(jìn)行激勵(lì)。第一和第二振蕩器31、32、41和42的振蕩經(jīng)由陀螺框架由附圖標(biāo)記77、79、711和713標(biāo)示的那些部分被分接，在這種情況下，除了作為質(zhì)量系統(tǒng)的懸掛點(diǎn)之外，還額外地用作分接電極。為此目的，兩個(gè)諧振器701、702優(yōu)選地且有利地設(shè)計(jì)為可導(dǎo)電的，具有所有的框架、彈簧和連接。借助陀螺框架77、79、711和713分接并且供給至放大器60的信號(hào)包含所有三種振蕩模式的信息，并且由模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器61轉(zhuǎn)換為供給至信號(hào)分離模塊62的數(shù)字信號(hào)。被組合的信號(hào)在信號(hào)分離模塊62種被分離為三種不同的信號(hào)X(包含關(guān)于反相振蕩的信息)、yA(包含關(guān)于第二振蕩器41的偏轉(zhuǎn)的信息)，以及yB(包含關(guān)于第二振蕩器42的偏轉(zhuǎn)的信息)。這些信號(hào)根據(jù)所使用的載波頻率方法的類型(見上述a)至c))進(jìn)行不同的分離，并且該分離通過(guò)與所使用的載波頻率方法的對(duì)應(yīng)信號(hào)進(jìn)行的調(diào)制。信號(hào)x、yA和yB被供給至解調(diào)模塊631至633，所述模塊使用對(duì)應(yīng)于0°和90°的反相振蕩的操作頻率對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。用于對(duì)信號(hào)Fxl/r或Uxl/r進(jìn)行調(diào)節(jié)/計(jì)算的控制模塊64以及電極電壓計(jì)算模塊65分別優(yōu)選地設(shè)置成類似圖1所示的電子模塊2。用于對(duì)信號(hào)FyAo/u或UyAo/u和FyBo/u或UyBo/u進(jìn)行調(diào)節(jié)/計(jì)算的控制模塊64以及電極電壓計(jì)算模塊65優(yōu)選地設(shè)計(jì)成類似圖2所示的電子模塊2。
圖4示出由圖3種的附圖標(biāo)記64標(biāo)示的控制系統(tǒng)的一項(xiàng)優(yōu)選實(shí)施例?？刂葡到y(tǒng)64具有第一至第三部分641至643。第一部分641具有第一調(diào)節(jié)器80、頻率發(fā)生器81、第二調(diào)節(jié)器82、電子元件83、加法階段84和乘法器85。第一部分的操作方法基本上對(duì)應(yīng)于圖1所示的電子模塊2的操作方法，因此將不在此進(jìn)行說(shuō)明。第二部分642具有第一調(diào)節(jié)器90、第一調(diào)制器91、第二調(diào)節(jié)器92、第二調(diào)制器93和第三調(diào)節(jié)器94。也設(shè)置有第一和第二加法階段95、96。轉(zhuǎn)速信號(hào)Ω可在第一調(diào)節(jié)器90的輸出處確定，并且包括正交偏差BQ和加速度A的組合信號(hào)可在第三調(diào)節(jié)器94的輸出處確定?？刂葡到y(tǒng)64的第三部分643具有第一調(diào)節(jié)器100、第一調(diào)制器101、第二調(diào)節(jié)器102、第二調(diào)制器103和第三調(diào)節(jié)器104。也設(shè)置有第一和第二加法階段105、106。具有負(fù)數(shù)學(xué)符號(hào)的轉(zhuǎn)速信號(hào)Ω可在第一調(diào)節(jié)器100的輸出處被分接，包括具有負(fù)數(shù)學(xué)符號(hào)的正交偏差BQ和加速度信號(hào)A的組合信號(hào)可在第三調(diào)節(jié)器104的輸出處被分接。第二和第三部件642和643的操作方法對(duì)應(yīng)于圖2所示的電子模塊2的操作方法，在這里不再驁述。
只有在與操作頻率乘積之后的用于重設(shè)轉(zhuǎn)速和正交偏差的信號(hào)與用于正交輔助調(diào)節(jié)器的DC電壓共同傳遞至組合電極對(duì)。因此，兩個(gè)信號(hào)被疊加，從而使電極電壓的計(jì)算包括用于振蕩頻率的重設(shè)信號(hào)和用于正交調(diào)節(jié)的DC信號(hào)。采用這種方式計(jì)算的電極電壓Uxl/r、UyAo/u和UyBo/u然后被加入至載波頻率信號(hào)，并且將由模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器661至666聯(lián)合地傳輸至電極。
上述具有反相激勵(lì)的載波頻率方法的優(yōu)勢(shì)在于，只在線性振蕩器31、32以及41和42被偏轉(zhuǎn)時(shí)，信號(hào)被應(yīng)用于放大器60。用于激勵(lì)的頻率信號(hào)可以是離散頻率或者方波信號(hào)。方波激勵(lì)是優(yōu)選的，因?yàn)槠涓子诋a(chǎn)生和處理。
下面將說(shuō)明多個(gè)與根據(jù)本發(fā)明的加速測(cè)量方法的測(cè)量精度有關(guān)的分析。
轉(zhuǎn)速導(dǎo)致科式陀螺的操作頻率下的振蕩器41和42的反相偏轉(zhuǎn)；相反，加速度會(huì)導(dǎo)致振蕩器41和42的同相偏轉(zhuǎn)，在這種情況下，加速度可在0Hz至大約500Hz的頻率范圍內(nèi)、以50mg至50μg的測(cè)量精度進(jìn)行測(cè)量。
有待測(cè)量的同相偏轉(zhuǎn)如下給出
α=al·ω2]]>α偏轉(zhuǎn)角a加速度l彈簧長(zhǎng)度ω振蕩器41至42的固有頻率對(duì)于典型的固有頻率ω＝2*nf＝6000rad/s至60000rad/s以及彈簧長(zhǎng)度為l＝1mm的科式陀螺，測(cè)量的精度例如5mg為α＝1.4*10-6至1.4*10-8rad或者x2＝x1＝1.4nm至14pm。
諸如這些值的小偏轉(zhuǎn)難于在0至500Hz的頻率范圍內(nèi)測(cè)量。至少，這需要對(duì)根據(jù)本發(fā)明的多重傳感器添加額外的電子復(fù)雜度，因?yàn)殡娮釉匦柙趶?至10kHz的陀螺功能的操作范圍(轉(zhuǎn)速測(cè)量)和從0至500Hz的加速度測(cè)量的操作范圍內(nèi)進(jìn)行非常精確地測(cè)量。
這一缺點(diǎn)可根據(jù)本發(fā)明采用上述正交調(diào)節(jié)而得以克服，對(duì)于包括兩個(gè)線性振蕩器的質(zhì)量系統(tǒng)(圖1和2)和包括四個(gè)線性振蕩器的質(zhì)量系統(tǒng)(圖3)來(lái)說(shuō)加速度解調(diào)正交性誤差，因此導(dǎo)致在振蕩器41和42中操作頻率下的同相正交信號(hào)，該信號(hào)清楚可見ΩQ=aQaS·ω2=αω2]]>在這種情況下，ΩQ是正交轉(zhuǎn)速，αQ是正交加速度，αS是振蕩加速度。
對(duì)于例如5mg的測(cè)量精度(α＝1.4.10-6rad)，這會(huì)導(dǎo)致 在1kHz的固有頻率下 在10kHz的固有頻率下對(duì)于5°/h的轉(zhuǎn)速傳感器，866°/h的正交轉(zhuǎn)速可使用相同的電子元件而被確定地驗(yàn)證，相反，在10kHz的固有頻率下以及8.7°/h的正交轉(zhuǎn)速下，5°/h的轉(zhuǎn)速傳感器的驗(yàn)證極限基本上被用盡。雖然該測(cè)量在長(zhǎng)期中也是穩(wěn)定的，但是其取決于正交轉(zhuǎn)速的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。實(shí)際正交轉(zhuǎn)速是反相信號(hào)。因此，加速度測(cè)量的穩(wěn)定性取決于從振蕩器41至振蕩器42的正交轉(zhuǎn)速的差異，和它們的穩(wěn)定性。
由于兩個(gè)振蕩器相互靠近并且在一個(gè)生產(chǎn)步驟中制造，所以可預(yù)期其可覆蓋從5mg至50μg的低精度的范圍。
權(quán)利要求
1.一種科式陀螺(1’)，具有第一和第二諧振器(701，702)，每個(gè)諧振器都采用包括第一和第二線性振蕩器(31，32，41，42)的耦合系統(tǒng)的形式，所述第一諧振器(701)機(jī)械地/靜電地連接/耦合于所述第二諧振器(702)，使得所述兩個(gè)諧振器可被導(dǎo)致沿著公共振蕩軸線(72)以相互反相的方式進(jìn)行振蕩。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的科式陀螺(1’)，其特征在于，所述第一和第二諧振器(701、702)的構(gòu)型是相同的，所述諧振器(701、702)相對(duì)于與所述公共振蕩軸線(72)成直角的對(duì)稱軸線(73)布置成相互軸向?qū)ΨQ。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的科式陀螺(1’)，其特征在于，所述第一振蕩器(31，32)借助第一彈性元件(51-58)連接至所述科式陀螺的陀螺框架(71-714)，所述第二振蕩器(41，42)的每個(gè)通過(guò)第二彈性元件(61-64)連接至所述第一振蕩器(31，32)中的一個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的科式陀螺(1’)，其特征在于，所述第二振蕩器(41，42)借助所述第二彈性元件(61-64)在一端處連接至/夾至所述第一振蕩器(31，32)和/或所述第一振蕩器(31，32)借助所述第一彈性元件(51-58)在一端處連接至/夾至所述科式陀螺的陀螺框架。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的科式陀螺(1’)，其特征在于，具有一種用于產(chǎn)生靜電場(chǎng)的裝置，借助該裝置，能夠改變所述第一彈性元件(51-58)相對(duì)于所述陀螺框架的對(duì)齊角，和/或能夠改變所述第二彈性元件(61-64)相對(duì)于所述第一振蕩器(31，32)的對(duì)齊角。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的科式陀螺(1’)，其特征在于，-裝置(101-108，111-114)，借助該裝置，能夠確定關(guān)于轉(zhuǎn)速和正交偏差的第一信號(hào)，所述信號(hào)在所述第一諧振器(701)中發(fā)生，以及關(guān)于轉(zhuǎn)速和正交偏差的第二信號(hào)，所述信號(hào)在所述第二諧振器(702)中發(fā)生，-控制回路(60-67)，借助該回路，所述靜電場(chǎng)的對(duì)齊/強(qiáng)度被調(diào)節(jié)從而使所述第一和第二正交偏差的每個(gè)盡可能小，以及-計(jì)算單元，該單元使用所述第一和第二信號(hào)確定所述轉(zhuǎn)速，并且使用補(bǔ)償所述第一和第二正交偏差的所述靜電場(chǎng)的同相分量以確定有待測(cè)量的加速度。
7.一種使用轉(zhuǎn)速科式陀螺(1’)選擇性地或同時(shí)地測(cè)量轉(zhuǎn)速和加速度的方法，所述陀螺具有第一和第二諧振器(701、702)，所述諧振器的每個(gè)采用包括第一和第二線性振蕩器(31，32，41，42)的耦合系統(tǒng)的形式，所述轉(zhuǎn)速通過(guò)對(duì)所述第二振蕩器(41，42)的偏轉(zhuǎn)進(jìn)行分接和估算而得以確定，該方法具有下述步驟-所述兩個(gè)諧振器(701、702)被致使沿著公共振蕩軸線(72)以相互反相的方式進(jìn)行振蕩，-所述第二振蕩器(41，42)的偏轉(zhuǎn)被相互比較，從而確定作為所述有待測(cè)量的轉(zhuǎn)速的測(cè)量值的反相偏轉(zhuǎn)分量和/或從而確定作為所述有待測(cè)量的加速度的測(cè)量值的公共同相偏轉(zhuǎn)分量，-根據(jù)所述同相偏轉(zhuǎn)分量/反相偏轉(zhuǎn)分量計(jì)算所述有待測(cè)量的轉(zhuǎn)速/加速度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述公共同相偏轉(zhuǎn)分量如下確定-確定在所述第一諧振器(701)中發(fā)生的第一正交偏差，-確定在所述第二諧振器(702)中發(fā)生的第二正交偏差，-所述第一正交偏差使用所述第二正交偏差進(jìn)行計(jì)算，從而確定與有待測(cè)量的加速度成比例并且表示所述公共同相偏轉(zhuǎn)分量的公共正交偏差分量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生所述靜電場(chǎng)從而改變所述第一和第二振蕩器(31，32，41，42)的相互對(duì)齊，并且所述靜電場(chǎng)的對(duì)齊/強(qiáng)度被調(diào)節(jié)從而使所述第一和第二正交偏差的每個(gè)盡可能地小。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種科式陀螺(1’)，具有第一和第二諧振器(70
文檔編號(hào)G01C19/56GK1894558SQ200480037514
公開日2007年1月10日 申請(qǐng)日期2004年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月23日
發(fā)明者埃伯哈德·漢德里赫 申請(qǐng)人:利特夫有限責(zé)任公司