借助转速科式陀螺测量转速/加速度的方法和实现该方法的科式陀螺技术

本发明专利技术涉及一种科式陀螺（１’），具有第一和第二谐振器（７０↓［１］，７０↓［２］），每个谐振器都采用包括第一和第二线性振荡器（３↓［１］，３↓［２］，４↓［１］，４↓［２］）的耦合系统的形式构成，其中，第一谐振器（７０↓［１］）与第二谐振器（７０↓［２］）被致使沿着公共振荡轴线（７２）相对地进行振荡。本发明专利技术的耦合系统可同时测量转速和加速度，并且不敏感于干扰影响，例如外部或内部产生的振动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用转速科式陀螺测量加速度的方法，并且涉及一种适用于此目的的科式陀螺。
技术介绍
科式陀螺(也被称为振动陀螺)正在越来越多地用于导航的目的。科式陀螺具有可被导致振荡的质量系统。每个质量系统通常具有大量的振荡模式，这些振荡模式初始时是互相独立的。为了操作科氏陀螺，质量系统的特定振荡模式由人工激励进行振荡，下文中称之为“激励振荡”。当振动陀螺被旋转时，出现科式力，所述科式力吸收来自质量系统的激励振荡的能量，并且传送该质量系统的另一振荡模式，下文中称之为“读出振荡”(readoscillation)。为了确定科式陀螺的旋转，读出振荡被分接(tap off)，相应的读出信号经估算以确定是否在读出振荡的振幅中出现任何变化，所述变化即表示对科式陀螺的旋转进行的测量。科式陀螺可采用开环系统和闭环系统的形式。在闭环系统中，读出振荡的振幅经由相应的控制回路被持续重设为固定值-优选为0，并且该重设的力被测量。科式陀螺的质量系统(在下文中也被称为“谐振器”)在这种情况下可以采用很多不同的方式进行设计。例如，可使用整体质量系统。可替代地，可将质量系统分为两个振荡器，它们经由弹性系统相互耦合并且可实现相互的相对运动。高尺寸精度尤其可由线性双振荡器系统实现，该系统包括由两个线性振荡器组成的耦合系统。在双振荡器系统中，将两个线性振荡器相互耦合的弹性系统通常采用下述方式进行设计，即两个线性振荡器可被致使沿着第一振荡轴线振荡，在这种情况下，第二振荡器可额外地实现沿着第二振荡轴线的振荡，该轴线与第一振荡轴线成直角。第二振荡器沿着第二振荡轴线的运动在这种情况下可被认为是读出振荡，第一和第二振荡器沿着第一振荡轴线的运动可被认为是激励振荡。线性双振荡器系统的缺点在于，两个线性振荡器沿着第一振荡轴线的振荡可导致陀螺框架的振动或者偏转。在这种情况下，“陀螺框架”应该被理解为机械的、非振荡的并且“嵌入”振荡器的结构，例如硅片的非振荡部分。陀螺框架中的振动或偏转又可导致对振荡器运动的干扰(例如阻尼效应)。例如，第一和第二线性振荡器沿着第一振荡轴线的振荡因此可被沿着第一振荡轴线作用的外部振动和加速所干扰。与此类似，作用在第二振荡轴线方向上的外部振动和加速会干扰第二线性振荡器沿着该振荡轴线的振荡，这-与上述所有其他的干扰影响完全相同-会导致测得的转速变差。
技术实现思路
本专利技术的目的是说明一种科式陀螺，借助该陀螺，读出振荡的任何干扰，也就是说，在第二振荡轴线上的第二线性振荡器的振荡的任何干扰，作为上述干扰影响的结果可被很大程度地避免。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种根据权利要求1所述的科式陀螺。而且，本专利技术提供了一种使用根据权利要求7所述的转速科式陀螺测量加速度/转速的方法。本专利技术的思想的有利改善和发展体现在从属权利要求中。根据本专利技术的科式陀螺，具有第一和第二谐振器，每个谐振器都采用包括第一和第二线性振荡器的耦合系统的形式，所述第一谐振器机械地/静电地连接/耦合于所述第二谐振器，从而使所述两个谐振器能够沿着公共振荡轴线以相互反相的方式进行振荡。因此，根据本专利技术的科式陀螺具有包括两个双振荡器系统(也就是说两个谐振器)或四个线性振荡器的质量系统。在这种情况下，两个谐振器相互的反相振荡会导致质量系统的重心保持固定，如果这两个谐振器设计适当的话。这将使质量系统的振荡不能产生任何外部的振动，该振动又会依次导致衰减/偏转形式的干扰。而且，在公共振荡轴线方向上的外部振动和加速不会影响两个谐振器沿着公共振荡轴线的反相运动。第一谐振器可耦合于第二谐振器，例如经由将第一谐振器连接于第二谐振器的弹性系统。还有的可行方案是将第一谐振器经由静电场连接于第二谐振器。这两种类型的耦合可单独或结合使用。例如，两个谐振器可足以形成在公共基板上，从而使机械耦合由机械连接所替代，该连接本身由公共基板提供。第一和第二谐振器的设置优选地在质量和形状方面是相同的。在这种情况下，两个谐振器可相对于与所述公共振荡轴线成直角的对称轴线布置成相互轴向对称，也就是说，第一谐振器通过对称轴映射至第二谐振器上。不过，本专利技术并不局限于此，两个谐振器具有相同的质量但是设计成不同的形状就足够了。如已经描述的，耦合谐振器被设计成谐振器的两个线性振荡器可沿着第一振荡轴线以反相进行振荡(激励振荡)，并且第二线性振荡器可额外地被导致沿着第二振荡轴线振荡(读出振荡)。如果第一和第二振荡轴相互成直角，并且两个谐振器被致使沿着第一振荡轴线(公共振荡轴线)相互反相地进行振荡，那么第二振荡器在科式陀螺旋转期间在相反方向上被偏转(反相偏转)，同时，相反，在科式陀螺的加速期间，第二线性振荡器沿相同的方向被偏转(同相偏转)。因此，可选择性地测量加速度或转速。加速度通过对同相振荡的估算而进行测量，转速通过对反相振荡的估算而进行测量。在下文中，术语“同相”和“反相”具有下述意思如果在激励方向上的坐标轴被标为x，在读出方向上的坐标轴被标为y，那么对于同相振荡，x1＝x2、y1＝y2，对于反相振荡，x1＝-x2、y1＝-y2(在这种情况下，下标“1”表示第一振荡器，下标“2”表示第二振荡器)。出于该原因，本专利技术提供了一种选择性地或同时地测量转速和加速度的方法。该方法使用转速科式陀螺，所述陀螺具有第一和第二谐振器，所述谐振器的每个采用包括第一和第二线性振荡器的耦合系统的形式，其中有待确定的转速通过对所述第二振荡器的偏转进行分接和估算而得以确定。该方法具有下述步骤-所述两个谐振器被致使沿着公共振荡轴线以相互反相的方式进行振荡，-所述第二振荡器的偏转被相互比较，从而确定作为对所述有待测量的转速进行的测量的反相偏转分量和/或从而确定作为对所述有待测量的加速度进行的测量的公共同相偏转分量，-根据所述同相偏转分量/反相偏转分量计算所述有待测量的转速/加速度。公共同相偏转分量有利地如下确定确定在所述第一谐振器(701)中发生的第一正交偏差(quadrature bias)，和在所述第二谐振器(702)中发生的第二正交偏差。所述第一和第二正交偏差随后被加和减从而确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)。该公共正交偏差分量与有待测量的加速度成比例并且对应于所述公共同相偏转分量。该差值正交偏差分量(差值)对应于反相偏转分量。转速因此可经由差值正交偏差分量被同时测量为加速度。为了帮助理解上述加速度测量原理，将在下文使用线性双振荡系统的实例再次简要说明科式陀螺的物理原理。通常，科式陀螺具有正交偏差，也就是说，零误差。正交分量在这种情况下包括多个正交偏差分量。这些正交偏差分量之一由第一和第二线性振荡器彼此的对齐误差造成，由于生产公差的原因，这些对齐误差是不可避免的。两个振荡器之间的对齐误差在测得转速信号中产生零误差。科式力可表示如下F→=2mv→sxΩ→---]]> 科式力m振荡器质量 振荡器速度 转速如果对科式力作出反作用的质量等于振荡质量，如果振荡器在固有频率ω下操作，那么2mv→sxΩ→=ma→c-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种科式陀螺（１’），具有第一和第二谐振器（７０↓［１］，７０↓［２］），每个谐振器都采用包括第一和第二线性振荡器（３↓［１］，３↓［２］，４↓［１］，４↓［２］）的耦合系统的形式，所述第一谐振器（７０↓［１］）机械地／静电地连接／耦合于所述第二谐振器（７０↓［２］），使得所述两个谐振器可被导致沿着公共振荡轴线（７２）以相互反相的方式进行振荡。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃伯哈德汉德里赫，
申请(专利权)人：利特夫有限责任公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]