微机械惯性角度传感器的校准方法和校准系统技术方案

一种用于校准微机械惯性角度传感器(2)的方法，所述微机械惯性角传感器包括支撑件、至少一个能够相对于所述支撑件移动的振动质量块、至少一个用于激发所述振动质量块的振动运动块的换能器、至少一个用于检测所述振动质量块的振动的换能器、以及至少一个能够向所述振动质量块施加可调静电刚度的静电换能器，所述校准方法包括以下步骤：所述角度传感器接收从与所述激励换能器分离的激励装置(18)发射的预定振动激励；所述检测换能器测量所述振动质量块的振动，以从所述检测换能器的所述测量中获得测量信号(S

【技术实现步骤摘要】
微机械惯性角度传感器的校准方法和校准系统


[0001]本专利技术涉及一种用于校准微机械惯性角度传感器的方法。
[0002]本专利技术还涉及一种被配置为校准微机械惯性角度传感器的校准系统。
[0003]本专利技术涉及机载惯性角度传感器领域，特别是用于导航、驾驶、制导或航向搜索。

技术介绍

[0004]这种惯性角度传感器被配置为测量角位置，通常称为陀螺仪，或者测量角速度，通常称为陀螺计。
[0005]这样的传感器是已知的，例如来自申请人的EP 2960625A1。这种传感器包括激励装置、检测装置，通常还包括平衡装置。在传感器中，质量块通常会在由X轴和Y轴形成的平面内激发振动。该平面垂直于Z轴，Z轴形成所谓的传感器敏感轴。当传感器围绕其敏感轴旋转时，移动质量块的振动与角度旋转矢量的组合产生了科里奥利效应，这导致移动质量块垂直于激励振动和敏感轴自然振动。这种自然振动的振幅与传感器的旋转速度成正比，可以推算出围绕敏感轴的角速度值。
[0006]例如，如果这种传感器的质量因制造公差而导致不平衡，则在某些情况下，测量结果容易受到干扰，因此不完全正确。
[0007]已经提出了解决这个问题的解决方案，例如激光处理以去除材料。
[0008]其他解决方案旨在在传感器内部添加额外的元件，以允许通过机械方式进行不平衡补偿。
[0009]还有其他解决方案提供对激励装置的直接控制。然而，这种控制很难实现，因为它取决于大量的参数，如温度、压力等。
[0010]这些解决方案可以进一步改进，因为它们难以实施和/或没有将惯性角度传感器测量的可靠性提高到令人满意的程度。

技术实现思路

[0011]因此，本专利技术的一个目的是获得一种校准微机械惯性角度传感器的方法，该方法易于实施，同时实现令人满意的传感器测量精度。
[0012]为此，本专利技术的目的是一种用于校准微机械惯性角度传感器的方法，所述微机械惯性角传感器包括支撑件、至少一个能够相对于所述支撑件移动的振动质量块、至少一个用于激发所述振动质量块的振动运动的激励换能器、至少一个用于检测所述振动质量块的振动的检测换能器、以及至少一个能够向所述振动质量块施加可调静电刚度的静电换能器，所述校准方法包括以下步骤：
[0013]所述角度传感器从激励装置接收预定的振动激励；
[0014]所述检测换能器测量所述振动质量块的振动，以基于所述检测换能器的所述测量获得测量信号；
[0015]在所述测量信号的预定时间窗口内将所述测量信号转换为功率谱密度；
[0016]根据所述功率谱密度的一部分来确定至少一个值，称为噪声值，所述功率谱密度的所述一部分包括的频率小于或等于预定频率；
[0017]反馈回路调节所述静电刚度，接收所述噪声值作为输入，并向所述静电换能器提供控制信号作为输出，所述控制信号包括要施加到所述振动质量块的最小化所述噪声值的静电刚度，优选的是最小化所述噪声值的幅度；
[0018]所述静电换能器根据所述控制信号施加静电刚度。
[0019]该校准方法允许对惯性角度传感器进行非常简单和可靠的校准，因为反馈回路的调节至少降低或者甚至消除了角度传感器对振动的敏感性，尤其是对线性和声学振动的敏感性。特别是，这可以补偿会导致这种灵敏度的传感器质量不平衡。
[0020]此外，根据校准方法进行的校准特别可靠，因为当接收到预定振动激励时，噪声值仅具有与传感器质量不平衡的存在相关的低频。
[0021]在本专利技术的其他有益方面，校准方法包括一个或多个单独或以任何技术上可能的组合获得的以下特征：
[0022]所述激励装置与所述激励换能器分离；
[0023]所述角度传感器包括至少两个振动质量块，所述至少两个振动质量块能够相对于所述支撑件移动，并且能够相对于彼此移动，所述至少两个振动质量块通过悬挂弹簧悬挂在所述支撑件的固定锚固点，并且通过耦接弹簧耦接在一起以反相振动，所述角度传感器分别针对每个振动质量块包括至少一个激励换能器和至少一个检测换能器，所述测量步骤包括由相应的检测换能器测量每个振动质量块的振动，测量信号是从每个振动质量块的振动的测量获得；
[0024]所述角度传感器包括分别用于每个振动质量块的至少一个静电换能器；并且所述调节步骤包括向每个静电换能器提供控制信号，以用于向每个振动质量块施加最小化噪声值的相应的静电刚度；
[0025]对于每个振动质量块，所述控制信号包括相对于彼此不同的静电刚度，以考虑所述振动质量块的不平衡；
[0026]其中一个振动质量块被称为外部质量块，而另一个振动质量块被称为内部质量块；并且，在所述调节步骤中，所述反馈回路提供包括静电刚度的控制信号，所述静电刚度产生如下确定的力：
[0027]其中：
[0028]Kti是施加到内部质量块的静电刚度的总和，Kte是施加到外部质量块的静电刚度的总和，Xi是内部质量块的位移，以及Xe是外部质量块的位移；
[0029]该力抵消了以下所谓的干扰力：
[0030]和其中，Mi是内部质量块的质量，Me是外部质量块的质量、是内部质量块的加速度、是外部质量块的加速度，Ki是将内部质量块连接到支撑件的所述悬挂弹簧的刚度的总和，Ke是将外部质量块连接到支撑件的所述悬挂弹簧的刚度的总和；
[0031]所述测量步骤包括所述或每个检测换能器沿着所述支撑件的平面中的第一轴线
测量所述或每个振动质量块的振动，以及对于所述或每个振动质量块，附加检测换能器沿着垂直于所述第一轴线并包括在所述平面中的第二轴线测量所述或每个振动质量块的振动；
[0032]所述控制信号包括由所述或每个静电换能器针对所述或每个振动质量块沿着所述第一轴线要施加的静电刚度，所述控制信号还包括由所述附加静电换能器针对所述或每个振动质量块沿着所述第二轴线要施加的静电力刚度；
[0033]所述施加步骤包括根据所述控制信号，由所述或每个静电换能器沿着所述第一轴线以及由所述或者每个附加静电换能器沿着所述第二轴线施加相应的静电刚度；
[0034]所述校准方法包括至少重复一次接收步骤、测量步骤、处理步骤、确定步骤、调节步骤和施加步骤；
[0035]在所述重复期间，所述控制信号包括将在所述支撑件的平面中在不同于所述第一轴线和所述第二轴线的方向上要施加的静电刚度；
[0036]所述控制信号还包括由静电换能器要施加的用于补偿正交偏置的静电刚度，所述正交偏置对应于所述悬挂弹簧沿所述第一轴线和所述第二轴线的刚度耦合；
[0037]所述激励装置包括扬声器、压电元件和振动发生器中的至少一个；
[0038]所述噪声值等于在小于或等于0.1Hz的频率下多个功率谱密度值的算术平均值。
[0039]本专利技术还涉及一种校准系统，该校准系统被配置为校准微机械惯性角传感器，所述微机械惯性角传感器包括支撑件、至少一个能够相对于所述支撑件移动的振动质量块、至少一个用于激发所述振动质量块的振动运动的激励换能器、至少一个用于检测所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于校准微机械惯性角度传感器(2)的方法(100)，所述微机械惯性角传感器包括支撑件(6)、至少一个能够相对于所述支撑件(6)移动的振动质量块(8、10)、至少一个用于激发所述振动质量块(8、10)的振动运动的激励换能器(Ex、Ey)、至少一个用于检测所述振动质量块(8、10)的振动的检测换能器(Dx、Dy)、以及至少一个能够向所述振动质量块(8、10)施加可调静电刚度的静电换能器(Tx、Ty)，所述校准方法(100)包括以下步骤：所述角度传感器(2)接收(110)从激励装置(18)发射的预定的振动激励；所述检测换能器(Dx、Dy)测量(120)所述振动质量块(8、10)的振动，以基于所述检测换能器(Dx、Dy)的所述测量获得测量信号(S
m
)；在所述测量信号(S
m
)的预定时间窗口内将所述测量信号(S
m
)转换(130)为功率谱密度；根据所述功率谱密度的一部分来确定(135)至少一个值，称为噪声值(V)，所述功率谱密度的所述一部分包括的频率小于或等于预定频率；反馈回路(26)调节(140)所述静电刚度，接收所述噪声值(V)作为输入，并向所述静电换能器(Tx、Ty)提供控制信号(S
c
)作为输出，所述控制信号包括要施加到所述振动质量块(8、10)的最小化所述噪声值(V)的静电刚度；所述静电换能器(Tx、Ty)根据所述控制信号(Sc)施加(150)所述静电刚度。2.根据权利要求1所述的校准方法，其中所述激励装置(18)与所述激励换能器(Ex、Ey)分离。3.根据权利要求1或2所述的校准方法，其中所述角度传感器(2)包括至少两个振动质量块(8、10)，所述至少两个振动质量块能够相对于所述支撑件(6)移动，并且能够相对于彼此移动，所述至少两个振动质量块通过悬挂弹簧(12)悬挂在所述支撑件(6)的固定锚固点(14)，并且通过耦接弹簧(16)耦接在一起以反相振动，所述角度传感器(2)分别针对每个振动质量块(8、10)包括至少一个激励换能器(Ex、Ey)和至少一个检测换能器(Dx、Dy)；其中所述测量步骤(120)包括由相应的检测换能器(Dx、Dy)测量每个振动质量块(8、10)的振动，所述测量信号(S
m
)是从每个振动质量块(8、10)的振动的测量获得。4.根据权利要求3所述的校准方法，其中所述角度传感器(2)包括分别用于每个振动质量块(8、10)的至少一个静电换能器(Tx、Ty)；并且其中所述调节步骤(140)包括向每个静电换能器(Tx、Ty)提供所述控制信号(S
c
)，以用于向每个振动质量块(8、10)施加最小化噪声值(V)的相应的静电刚度。5.根据权利要求4所述的校准方法，其中对于每个振动质量块(8、10)，所述控制信号(S
c
)包括相对于彼此不同的静电刚度，以考虑所述振动质量块(8、10)的不平衡。6.根据权利要求3所述的校准方法，其中所述振动质量块(8、10)中的一个被称为外部质量块(10)，并且所述振动质量块中的另一个被称作内部质量部(8)；并且其中在所述调节步骤(140)中，所述反馈回路(26)提供包括静电刚度的所述控制信号(S
c
)，所述静电刚度产生如下确定的力：其中：Kti是施加到内部质量块(8)的静电刚度的总和，Kte是施加到外部质量块(10)的静电刚度的总和，Xi是内部质量块(8)的位移，以及
Xe是外部质量块(10)的位移。7.根据权利要求6所述的校准方法，其中所述力抵消了以下所谓的干扰力：和其中Mi是所述内部质量块(8)的质量，Me是所述外部质量块(10)的质量，是所述内部质量块(8)的加速度，是所述外部质量块(10)的加速度，Ki是将所述内部质量块(8)连接到所述支撑件(6)的所述悬挂弹簧(12)的刚度的总和，以及Ke是将所述外部质量块(10)连接到所述支撑件(6)的所述悬挂弹簧(12)的刚度的总和。8.根据权利要求1所述的校准方法，其中所述测量步骤(120)包括所述或每个检测换能器(Dx)沿着所述支撑件(6)的平面中的第一轴线(X)测量所述或每个振动质量块(8、10)的振动，以及对于所述或每个振动质量块(8、10)，附加检测换能器(Dy)沿着垂直于所述第一轴线(X)并包括在所述平面中的第二轴线(Y)测量所述或每个振动质量块(8、10)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼古拉斯，
申请(专利权)人：泰勒斯公司，
类型：发明
国别省市：