全角跟踪振动旋转传感器制造技术

本发明专利技术提供一种振动旋转传感器，它包括：共振器，共振器为旋转对称的薄壁物体，能够以多种驻波模式振动，驻波相对共振器上参考点的方向由方位角定义，一个或多个电极附着在共振器表面，一个或多个电极与单个输出端口电学连接；具有与共振器输出端口相连的输入端口的检测电子线路，检测电子线路从共振器输出端口的共振器信号中获取驻波方位角与跟踪角之间的差值，跟踪角相对共振器的参考点而言。（*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专利申请“加交流作用力和检测电子线路的振动旋转传感器”(Kumar和Foster)、“具有多路复用电子线路的振动旋转传感器”(Matthews，Darling和Varty)和“施加交流作用力电压的振动旋转传感器”(Lynch)中揭示的专利技术主题相同。本专利技术通常涉及振动旋转传感器，特别是涉及与这类旋转传感器相连的电子线路。附图说明图1示出了组装前的现有技术振动旋转传感器(VRS)10，它由外层部件12、半球形共振器14和内层部件16组成，所有这些部分由熔凝石英构成并通过铟结合在一起。惰性敏感元件为薄壁状直径为5.8cm的半球形共振器14，它位于外层部件12与内层部件16之间并且由杆26支承。一个环状冲头电极20和16个分立的冲头电极22被淀积在外层部件12的内表面上。在组装好的VRS10中，环状冲头电极20和16个分立的冲头电极22紧靠在半球形共振器14的外部金属化表面32附近。在组装好的VRS中，淀积在内层部件16上的8个敏感元件电极24紧靠在半球形共振器14的内部金属化表面30附近。电容力借助半球形共振器与环状冲头电极20之间适当的作用力电压施加在半球形共振器14上从而使其以最低阶非伸缩(或柔性)模式振动。建立起了具有沿四周以90度相隔的四个反节点的驻波，四个节点与反节点偏离45度。0度和180度反节点与90度和270度反节点形成相差90度的振荡。驻波使半球形共振器的边缘形状从圆形变化为椭圆状(半主轴通过0度/180度的反节点和90度/270度的反节点)。VRS10围绕垂直于半球形共振器边缘34平面的轴转动，使得驻波相对VRS沿反方向转动，其转动角度正比于VRS10的转动角。这样，通过测量驻波相对VRS10的转动角度，可以确定VRS10的转动角度。通过在半球形共振器14上施加直流偏压并在环状冲头电极20上施加交流电压激发了半球形共振器14的振动模式，其中交流电压的频率是半球形共振器14共振频率的两倍。当半球形共振器14振动并且敏感元件电极24相对半球形共振器的电容发生变化时，通过测量流入流出敏感元件电极24的电流确定了驻波相对VRS10的模式角。x轴信号Ix源于组合I0-I90+I180-I270，这里的下标表示相对电流源电极x轴的角度定向。同样，y轴信号Iy源于组合I45-I135+I225-I315。两倍于驻波相对0度(即x)轴模式角的正切值等于Iy/Ix.。由于半球形共振器14厚度的不均匀，第一驻波的建立将会导致第二驻波的生成，第二驻波以正交相位振荡，其反节点与第一驻波的节点重合。通过在16个分立冲头电极22上施加合适的电压可以阻止第二驻波的形成。为了降低施加在环状冲头电极20和分立冲头电极22上的交流作用力电压的幅值并且使施加在共振器上的力相对交流驱动电压呈线性变化，直流偏压通常维持在半球形共振器14上。直流偏压的存在导致VRS电学性质变化缓慢，这归因于外层部件12和内层部件16上或内部发生的电荷迁移现象所引起的电容变化。这些缓慢变化导致时间性能令人无法接受地大幅度下降，因此需要提供特殊的装置来补偿这些效应。本专利技术提供一种包含共振器和附着共振器的壳罩的振动旋转传感器，本专利技术还提供一种利用大小等于平均方位角的跟踪角读取这种传感器的驻波方位角的方法。共振器为旋转对称的薄壁物体，可以以多种驻波模式振动。驻波的方向由驻波某一反节点轴相对共振器上固定点的方位角限定。在共振器表面上淀积有一个或多个电极并且与单输出端口电学连接。壳罩包括多个靠近一个或多个共振器电极的淀积电极。读取特定驻波方位角的方法包括以下步骤产生多个激发电压；将激发电压施加到壳罩电极上；以及通过对出现在共振器输出端口的共振器信号进行运算处理确定方位角与合成跟踪角之差。施加在壳罩电极上的驱动电压借助壳罩电极与共振器电极之间的电容连到共振器输出口。驱动电压包括一对激发电压或作用力电压，或者包括全部二者。当激发电压到达共振器输出端口时，它对共振器的动力学基本上没有影响，但是却携带了与跟踪角有关的信息和驻波参数。作用力电压使力施加在共振器上并改变了共振器动力学性能和驻波参数。施加在壳罩电极上的驱动电压与单个共振器信号结合在一起，这是通过壳罩-电极-共振器-电极构成的电容向共振器输出端口发送的结果。为了确定驻波方位角与跟踪角之差，激发和作用力信号被设计成可以通过对共振器信号作适当的运算而分离开来。激发和作用力电压可以采用不同的形式构成。频分多路复用途径使得激发电压局限在分离的频带内而作用力电压的频谱局限在与激发电压有关的频带分离的频带内。相分多路复用途径使得激发电压为频率相同而相位相差1/4周期的时间周期函数，作用力电压的频谱局限在与激发电压频率分离的频带内。一种时分多路复用途径使得激发电压正比于取值为0和1的单一方波，而每个作用力电压包括正比于取值为0和1的方波的倍增因子，其中在任何给定时刻只有与激发和作用力电压相连的方波才取值为1。第二种时分多路复用途径使得每个激发电压正比于具有预定频率和相位的时间周期函数与取值为0和1的独特方波之积，而每个作用力电压包括正比于取值为0和1的方波的倍增因子，其中在任何给定时刻只有与激发和作用力电压相连的一个方波才取值为1。码分多路复用途径使得激发电压正比于按照预定伪随机序列取值为1和-1的独特方波，作用力电压的频谱局限在与激发电压相关频段分离的频带内。从共振器信号中确定驻波方位角的过程包括首先从共振器信号中提取至少两个分量并随后通过对两个分量所作的运算确定方位角与跟踪角之差。在频分多路复用情形下，两个分量占据分离的频带，通过对共振器信号所作的区分分离频带的运算提取每个分量。在相分多路复用情形下，两个分量是频率相同而相位相差1/4周期的周期函数，通过对共振器信号所作的区分两分量相位的运算提取每个分量。在时分多路复用情形下，两个分量存在于不同时间间隔的共振器信号内，通过对共振器信号所作的区分不同时间间隔的运算提取每个分量。在码分多路复用情形下，两个分量是0和1的伪随机序列，伪随机序列的交叉相关度为零，通过对共振器信号所作的区分两伪随机序列的运算提取每个分量。跟踪角不断被调整从而使方位角与跟踪角之差平均为零。通过将跟踪角加上方位角与跟踪角之差计算得到方位角。图1示出了已有技术振动旋转传感器的结构。图2示出了本专利技术的控制和读取电子线路的框图。图3示出了本专利技术特定实施例的多路复用控制信号。本专利技术为用多路信号实现控制和读取的振动旋转传感器。本专利技术的振动旋转传感器由共振器、附着共振器的壳罩和多路复用电子线路组成。共振器可以是任一具有驻波振动模式的旋转对称薄壁物体。现有技术的共振器一般为半球形。图2示出了确定驻波参数并控制共振器动力学的简单方法。驻波相对固定于共振器的x和y轴描述。同相驻波相对共振器的方向可以用从x轴顺时针方向测量的同相反节点轴的方位角θ来定义。共振器边缘沿同相反节点轴与圆的偏离假定随cos(ωt+φ)变化，ω为振动频率，t为时间，而φ为任意相位角。四极驻波相对共振器的取向用从x轴顺时针方向测量的四极反节点轴方位角θ+π/4来定义。共振器边缘沿四极反节点轴与圆的偏离假定随sin(ωt+φ)变化。淀积在共振器内表面上的连续圆周共振器电极42施以直流电压VB并且通过直流阻断电容本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种振动旋转传感器，其特征在于包括：共振器，共振器为旋转对称的薄壁物体，能够至少以多种驻波模式中的一种振动，驻波相对共振器上参考点的方向由方位角定义，一个或多个电极附着在共振器表面，一个或多个电极与单个输出端口电学连接；具有与共振器 输出端口相连的输入端口的检测电子线路，检测电子线路从共振器输出端口的共振器信号中获取驻波方位角与跟踪角之间的差值，跟踪角相对共振器的参考点而言。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：A马修斯，GT凡提，李春明，DD凌奇，
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]