一种包括共振器和共振器壳体的振动旋转传感器，以及利用多路复用电路控制和读出该传感器的方法。该共振器是旋转对称的薄壁物体，它可以按多种驻波模式振动。有一或多个电极附设到共振器的表面并连接到单个输出端口，壳体上有多个附设的电极紧靠共振器电极。控制和读出振动旋转传感器的方法包括将驱动电压加到壳体电极并通过运算由共振器输出端口产生的共振器信号确定驻波参数。驱动电压可以包括或激励电压或力电压或两者。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术的主题与以下专利申请所披露的专利技术有关，这些申请包括由Kumar和Foster申请的“具有AC能量和敏感电子装置的振动旋转传感器”，由Matthews、Varty、Li和Lynch等人申请的“具有全角跟踪的振动旋转传感器”以及由Lynch申请的“具有AC能量电压的振动旋转传感器”。本专利技术一般涉及振动旋转传感器，尤其涉及与该旋转传感器有关的电子线路。如附图说明图1分解示意图所示，现有技术的振动旋转传感器(VRS)10包括外构件12、半球形共振器14和内构件16，所有部件都由熔化的石英制成并加入了铟。惯性敏感元件为薄壁的、5.8厘米直径的半球形共振器14，它置于外构件12与内构件16之间并由导杆26支承。环形加压器电极20和16个分散的加压器电极22置于外构件的内表面上。在组装后的VRS 10中，环形加压器电极20和16个分散的加压器电极22紧靠半球形共振器14的金属化外表面32。在组装的VRS中，置于内构件16上的8个敏感电极24紧靠半球形共振器14的金属化内表面30。通过在半球形共振器14与环形加压器电极20之间合适地加压，可以将容性压力加在半球形共振器14上，以最低阶非伸缩方式使半球形共振器振动。所形成的驻波围绕圆周有4个按90度间隔的波腹，4个节点与波腹偏离45度。0度和180度波腹点的振动相位，与90度和270度波腹点的振动相位相差90度。该驻波引起半球形共振器的边缘形状从圆形变为椭圆形(长半轴通过0度/180度波腹)，到从圆形变为椭圆形(长半轴通过90度/270度波腹)的变化。VRS 10绕着与半球形共振器边缘34的平面相垂直的轴旋转，使得驻波相对于VRS沿反向旋转一个角度，与VRS 10的旋转角度成正比。这样，通过测量该驻波相对VRS 10的旋转角度，即可确定VRS 10的旋转角度。通过在半球形共振器14上设置直流偏压，在环形加压器电极20上设置交流电压，交流电压的频率为半球形共振器14之共振频率的两倍，激励半球形共振器14的振动模式。当半球形共振器14振动以及敏感电极24相对半球形共振器的电容改变时，通过测量流进和流出敏感电极24的电流，确定相对VRS 10的驻波图形角。从组合式I0-I90+I180-I270获得x轴信号Ix，其中，下标表示相对产生电流的电极的x轴的角度位置。同样，从组合式I45-I135+I225-I315获得y轴信号Iy。通过Iy与Ix之比给出相对0度(即x)轴的两倍驻波图形角的正切。由于半球形共振器14的厚度不一致，第一驻波的确立将导致以直角相移振荡的第二驻波的发展，其波腹与第一驻波的波节一致。通过将合适的电压加在16个分离的加压器电极22上，可以制约第二驻波的发展。直流偏压一般维持在半球形共振器14上，以减少施加在环形加压器电极20和分离的加压器电极22上的交流电压的幅值，并使施加在共振器上的力成为交流驱动电压的线性函数。直流偏压的存在导致VRS电性能的缓慢改变，它归结为发生在外构件12和内构件16或内部的电荷移动现象所引起的电容变化。随着时间的过去，这些缓慢变化已导致难以接受的大幅度性能劣化，必须提供特殊的装置对这些影响进行补偿。本专利技术是一种振动旋转传感器，它包括共振器和支承该共振器的壳体，以及利用多路复用电路控制和读出这种传感器的方法。共振器是一种旋转对称的薄壁物体，它可以以多种驻波模式振动。一或多个电极附设在共振器的表面上并相互电连接，且连接到出现共振器信号的单个输出端口。壳体具有多个附加电极靠近一或多个共振器电极。控制和读出振动旋转传感器的方法包括产生多个驱动电压、将驱动电压加到壳体电极、以及通过操作共振器输出端口出现的共振器信号确定一或多个驻波参数的步骤。加到壳体电极的驱动电压通过壳体电极与共振器电极之间所存在的电容传导到共振器输出端口。驱动电压可以包括激励电压或力电压或两者。激励电压基本上不会影响共振器动力学，但当它到达共振器输出端口时，会载送与驻波参数有关的信息。力电压使力加到共振器并由此影响共振器的动力学和驻波参数。由于通过壳体电极-共振器电极电容传送到共振器输出端口，结果，施加到壳体电极的驱动电压集中为单个共振器信号。为了获得驻波参数，将激励电压和力电压设计成可通过合适操作共振器信号而分离。激励电压和力电压可以用各种方式构成。一种频分多路复用方法导致激励电压限于分离的频带，力电压的频谱限于与同激励电压有关的频带分离的频带。相位分离多路复用方法致使激励电压成为频率相同但相位相差四分之一周期的周期函数，使力电压的频谱限于与激励电压频率分离的频带。一种时分多路复用方法致使激励电压与呈现数值0和1的单值方波成正比，每个力电压包括与呈现数值0和1的方波成正比的乘法因子，其中，仅仅与激励电压和力电压有关的一个方波才在任何给定的时间呈现数值1。第二时分多路复用方法致使激励电压与呈现数值0和1的单值方波以及具有预定频率和相位的周期函数的积成正比，每个力电压包括与呈现数值0和1的方波成正比的乘法因子，只有与激励电压和力电压有关的一个方波才在任何给定时间呈现数值1。码分多路复用方法致使激励电压与按照预定的伪随机序列呈现数值-1和1的单值方波成正比，力电压的频谱限于同与激励电压有关的频带分离的频带。从共振器信号获取驻波参数的方法包括，首先从共振器信号中获取至少两个分量，然后通过对该两个分量的运算确定驻波参数。在频分多路复用的情况下，其中两个分量占用分开的频带，通过运算其分开的频带之间有差异的共振器信号获取每个分量。在相位分离多路复用的情况下，其中两个分量为周期性函数，它们具有相同的频率，相位差为四分之一周期，通过运算其两个分量的相位之间有差异的共振器信号获取每个分量。在时分多路复用的情况下，其中两个分量在不同的时期呈现在共振器信号中，通过运算不同时期之间有差异的共振器信号获取每个分量。在码分多路复用的情况下，其中两个分量为伪随机序列0和1，交叉相关的伪随机序列为0，通过运算其两个伪随机序列之间有差异的共振器信号获取每个分量。图1表示现有技术的振动旋转传感器结构。图2表示本专利技术的控制和读出电路的方框图。图3表示用于本专利技术特定实施例的多路复用控制信号。本专利技术是一种振动旋转传感器，用多路复用电压完成对其的控制和读出。本专利技术的振动旋转传感器包括共振器、附设共振器的壳体和多路复用电路。共振器可以是具有驻波振动模式的任何旋转对称薄壁物体。现有技术通常建议共振器为半球形。图2示出了确定驻波参数和控制共振器动力学的简化方法。驻波是相对图示x轴和y轴描绘的。假定对于同相驻波，共振器边缘沿着图2所示的同相波腹轴与圆周的偏差改变为cos(ωt+φ)，其中ω为振动频率。从x轴顺时针测量的同相波腹轴的角坐标或位置角为θ。假定对于直角相移驻波，共振器边缘沿着直角相移波腹轴(从同相波腹轴顺时针移置45度的直角波腹轴)与圆周的偏差的改变为sin(ωt+φ)。置于共振器内表面上的呈圆周连续的共振器电极42由方波电压VB偏置，VB由多路复用器48提供。VB的符号周期性反向，以便当工作于力-重新平衡模式时，避免VRS比例因子中大的偏差和离子移动。为了实现该目的，方波频率应当较佳地至少为几个赫兹。如果方波频率等于共振器的振动频率，可以实现某些设计方便。如果未连续施加力电压，当无力本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种振动旋转传感器，其特征在于包括：共振器，该共振器是一种旋转对称的薄壁物体，它能按多种驻波模式的至少一种模式振动，一或多个电极附设到共振器的表面，该一或多个电极电连接到单一输出端口；敏感电路，其输入端口连接到共振器的输出端口，该敏 感电路取决于在该共振器的输出端口应用的共振器信号，当共振器振动时至少有一个驻波参数存在。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：安东尼马修，J斯科特达林，盖伊托马斯瓦迪，
申请(专利权)人：利顿系统有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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