简化校准的陀螺仪以及陀螺仪的简化校准方法_2

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不使用额外的传感 器且不需要陀螺仪的静止位置的情况下完成重校准;重校准能够在陀螺仪的正常工作过程 中完成,这简化了重校准。
[0054] 因此,本发明的主题是一种陀螺仪,包括:
[0055] 至少一个激励振荡器,包括悬挂在衬底上的至少一个激励质量块,所述激励质量 块具有单个激励运动方向;
[0056] 至少一个检测振荡器,包括悬挂在所述激励质量块上的至少一个检测质量块,所 述检测质量块能够沿所述激励方向并且沿与所述激励方向垂直的检测方向运动;
[0057] 激励装置,用于在所述激励运动方向上激励所述激励质量块;
[0058] 第一检测装置,用于对所述检测质量块沿所述检测方向的运动进行检测并提供第 一检测信号,
[0059] 该陀螺仪还包括:
[0060] 第二检测装置,用于对所述激励质量块沿所述检测方向的运动进行检测并提供第 二检测信号;以及
[0061] 处理装置,用于处理所述第一检测信号和所述第二检测信号,以便确定所述陀螺 仪承受的转速并提供所述陀螺仪的至少一个校准参数。
[0062] 陀螺仪的转速使用科里奥利力来确定。
[0063] 优选地,所述陀螺仪的所述至少一个校准参数是放大系数,所述放大系数对所述 陀螺仪的灵敏度和/或所述陀螺仪的偏置进行表征。放大系数使得可以通过使用本领域的 技术人员已知的方程式并尤其是上文中给出的方程式来确定陀螺仪的灵敏度。
[0064] 所述第一检测信号和所述第二检测信号的所述处理装置使用所述第一检测信号 来确定正交偏置以及相位偏置和转速之和,使用所述第二检测信号来确定所述相位偏置和 放大系数的比率以及所述正交偏置和所述放大系数的比率,并且使所述正交偏置除以所述 正交偏置与所述放大系数的比率来确定所述放大系数。
[0065] 所述第一检测信号和所述第二检测信号的所述处理装置将所述相位偏置和所述 放大系数的比率与由所述除法确定的所述放大系数相乘。
[0066] 优选地,处理装置包括第一检测信号和第二检测信号的放大装置以及能够解调放 大信号的第一装置。
[0067] 更优选地,所述处理装置进一步包括第二装置,所述第二装置被用于在所述第一 解调装置之前解调所述放大信号并对所述放大信号滤波,从而将解调信号变换到所述陀螺 仪的驱动频率下。
[0068] 在一个实施例中,第一检测装置和第二检测装置是电容类型的。测量信号的放大 装置能够包括与至少一个电容器并联安装的放大器。
[0069] 在另一实施例中,第一检测装置和第二检测装置是压阻类型的。测量信号的放大 装置能够包括一个或多个具有差分输入端的放大器。
[0070] "具有差分输入端的放大器"指的是可以对输入信号之间的差进行放大的放大器。
[0071] 例如,能够解调所述放大信号的所述第一装置包括所述第二检测信号的滤波器和 所述第一检测信号的滤波器,所述第二信号的滤波器的通带比所述第一检测信号的滤波器 的通带小,以此所述第一检测信号和所述第二检测信号具有接近或相同的分辨率。
[0072] 该陀螺仪能够包括所述第二检测信号的移位(shift)装置,在使用所述第一解调 装置对所述第二检测信号的解调之前使用所述移位装置应用该移位,以此重现所述检测振 荡器的移位。
[0073] 优选地,陀螺仪具有未调谐的激励频率和检测频率。
[0074] 有利地,所述激励质量块被弹簧类型的悬挂装置悬挂在所述衬底上,所述悬挂装 置具有沿所述检测方向的第一弹簧常数以及沿所述激励方向的第二弹簧常数,所述第一弹 簧常数远大于所述第二弹簧常数。
[0075] 第一弹簧常数和第二弹簧常数的比率能够大于100。
[0076] 陀螺仪能够包括位于放大装置上游的连接装置,例如开关或多个开关,从而周期 性地完成对所述陀螺仪的所述至少一个校准参数的确定。
[0077] 本发明的另一主题是一种陀螺仪的校准方法,所述陀螺仪包括至少一个激励振荡 器,所述激励振荡器包括至少一个激励质量块和至少一个检测质量块,所述激励质量块具 有单个激励运动方向,所述检测质量块能够沿所述激励方向并沿检测方向运动,所述方法 包括以下步骤:
[0078] a)测量所述检测质量块在所述检测方向上的运动,形成第一检测信号;
[0079] b)测量所述激励质量块沿所述检测方向的运动,形成第二检测信号;
[0080] c)处理所述第一检测信号和所述第二检测信号,以便确定所述陀螺仪承受的转速 并提供所述陀螺仪的至少一个校准参数;
[0081] d)基于该参数来校准所述陀螺仪。
[0082] 处理第一信号和第二信号的步骤c)包括:
[0083] 处理所述第一检测信号,以便获得正交偏置以及相位偏置和转速之和;
[0084] 处理所述第二检测信号,以便获得所述相位偏置和放大系数的比率以及所述正交 偏置和所述放大系数的比率;
[0085] 通过使所述正交偏置除以所述正交偏置和所述放大系数的比率来确定所述放大 系数。
[0086] 步骤a)能够包括以下子步骤:
[0087] al)对所述第一检测信号放大并滤波;
[0088] a2)解调第一放大信号;以及
[0089] 步骤b)能够包括以下子步骤:
[0090] bl)对所述第二检测信号放大并滤波;
[0091] b2)解调第二放大信号。
[0092] 根据权利要求的校准方法,包括介于步骤al)和a2)之间以及步骤bl)和b2)之 间的解调滤波步骤,以便将所述第一放大信号和所述第二放大信号变换到驱动频率。
[0093] 在检测信号为电容性的示例中,步骤a2)和b2)由电容式读取级来完成。
[0094] 在检测信号为压电性的示例中,步骤a2)和b2)由一个或多个具有差分输入端的 放大器来完成。
[0095] 该方法有利地依照陀螺仪的环境变化被连续地、或周期性地、或一次性地实现。
[0096] 该方法能够在陀螺仪的使用寿命期间来实现,以此重校准陀螺仪。
[0097] 重校准步骤优选地发生在陀螺仪的正常工作过程中。
[0098] 重校准步骤能够在对陀螺仪的环境温度的变化进行检测之后来完成。
【附图说明】
[0099] 通过使用以下说明和附图来更好地理解本发明,在附图中:
[0100] 图1为本发明能够应用的电容式检测陀螺仪的结构的一个示例的俯视图,该陀螺 仪为Z型陀螺仪;
[0101] 图2A为本发明能够应用的电容式检测陀螺仪的结构的另一示例的俯视图,该陀 螺仪为X/Y型陀螺仪;
[0102] 图2B为图2A的结构的局部侧视图;
[0103] 图3为本发明所应用的振荡圆盘型的电容式检测陀螺仪的结构的另一示例的俯 视图,该陀螺仪为XY型陀螺仪;
[0104] 图4为本发明所应用的压阻式检测陀螺仪的结构的另一示例的俯视图,该陀螺仪 为X/Y型陀螺仪;
[0105] 图5为本发明所应用的压阻式检测陀螺仪的结构的另一示例的俯视图,该陀螺仪 为Z型陀螺仪;
[0106] 图6示出了依照根据应用于电容式检测陀螺仪的本发明的校准方法的校准参数 的测量图;
[0107] 图7示出了依照根据应用于压阻式检测陀螺仪的本发明的校准方法的校准参数 的测量图;
[0108] 图8以图形示出了由Xcos仿真获得的放大因数A随着以秒为单位的时间的变化;
[0109] 图9以图形示出了通过仿真重构的相位偏置和在检测质量块上测量的相位偏置 Bi之间的差随着以秒为时间的变化。
【具体实施方式】
[0110] 本发明涉及对任何陀螺仪的校准和重校准,该陀螺仪包括至少一个激励质量块和 至少一个检测质量块。在此对本发明所应用的陀螺仪结构的数个示例进行说明,但是数个 示例并不是限制性的,并且本发明应用于具有至少一个激励质量块和至少一个检测质量块 的任何其他陀螺仪结构,激励质量块具有沿激励轴线运动的自由度。此外,如下所述的陀螺 仪并不超出本发明的范围:其包括被连接在一起并机械耦合的多个激励质量块,且每个激 励质量块的自由度彼此不同且每个激励质量块与一检测质量块关联。
[0111] "轴线"(axis)或"方向"(direction)被没有区别地用于指质量块的运动方向。
[0112] 对于全部附图,轴线的限定应当如下:轴线X和Y位于页面平面内,轴线X在结构 的表示的水平方向上,且轴线Y在附图的表示的垂直方向上。轴线Z与轴线X和Y垂直并
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