专利名称：漂移补偿的惯性旋转传感器的制作方法
漂移补偿的惯性旋转传感器本发明涉及具有漂移补偿的惯性旋转传感器。
背景技术：
已知各向同性振动陀螺仪由具有两个自由度的轴向对称谐振器构成。其振动的位置由各自由一组固定至外壳的电极构成的两个静电检测器标识。用于控制振动的控制由各自由一组固定至外壳的电极构成的两个静电驱动器施 加。振动的控制包括补偿减幅、消除频率各向异性、并且还可能修改振动的方向和/ 或频率。在自由陀螺仪模式中，相对于外壳的振动的位置部分地根据应用于装置的角速度 确定。在该工作模式中，漂移即因装置的缺陷导致的明显旋转取决于振动相对于外壳的位置。在由两个检测器构成的参考系中，振动可由其极坐标表征。极角θ以Π为模定义，因此陀螺仪的漂移是周期为Π的θ的周期函数。然后陀螺仪的漂移可被测定为由项cos (2η θ )和sin (2η θ )构成的傅里叶级数的 形式，其中η指整数集。平均漂移(傅里叶级数中的常数项)的主要原因是检测器基准点和驱动器基准点 的变址(indexing)。将相同电极用作驱动器和检测器用来第一近似地消除平均漂移。为了使该过程有效，有必要使检测器增益和驱动器增益的数学表达式相似，从而 检测器的实现中的缺陷能由驱动器自然补偿。在已知设备中，检测信号通过使得每个检测电极与高阻抗负载电路相关联来测 量，该高阻抗负载电路即其输入阻抗与相应检测电极的输出阻抗相比极高的电路。在这种 情况下，由检测电极递送的电流接近零，而在负载电路的端子上拾取的电压在理论上是气 隙调制的线性函数。不幸的是，因制造旋转传感器时的缺陷产生的寄生阻抗使传感器响应 的线性度退化。为了使该效应最小化，检测信号一般通过有源屏蔽来传送，而有源屏蔽极为 昂贵并且极为笨重。此外，气隙中电场的调制因为杂质引起电损耗，由此以因变于阻尼振动 方向的方式对该阻尼振动作出贡献，并由此引起漂移，该漂移本身是相对于外壳的振动的 方向的函数。发明目的本发明的一个目的是使得漂移的与相对于装置外壳的振动的位置无关的部分最 小化。
发明内容
为了实现此目的，本发明提出了一种具有振动元件的惯性旋转传感器，该振动元 件具有构成经由复用器/分用器元件与控制电路相关联的可变电容电容器的彼此面对的镀有金属的部分。控制电路被安排成具有驱动工作级和检测工作级，并在这些级上都呈现 低阻抗。复用器系统使得在交替时间周期中将电极用作致动器(驱动级)和检测器(检测 级)成为可能。复用器/分用器元件和低阻抗控制电路的这种组合在驱动级和检测级中都 用来补偿漂移，由此自动消除与相对于装置外壳的振动的位置无关的漂移项。附图简述本发明的其它特征和优点在阅读以下对本发明的惯性旋转传感器的特定实施例 的描述时显现。参照附图，其中
图1是根据本发明的半球形振动谐振传感器的截面图；以及图2是与该传感器相关联的处理电路的示图。发明的具体描述参照附图，所示振动传感器按常规方式包括由紧固至底部3的杆4支撑的二氧化 硅材料帽1。帽1的内表面连同其边缘、还有杆4覆盖有金属层2。底部3支撑电极5。每 个电极5与面对的帽1的镀有金属的边缘协作形成可变电容电容器6，该可变电容电容器6 通过给出总基准的处理系统16来交替进行控制操作和检测操作。处理系统16包括与构成 负载电路的控制电路8相关联的复用器/分用器7。控制电路8具有将复用器/分用器元 件7连接至处理器单元10的第一和第二支路9a和％。处理器单元10具有与帽1的镀有 金属边缘相连的另一端子。处理器单元10被安排成将偏压施加至电容器的端子之一，另一 端子则短路。处理器单元10测量电极的短路电流。第一支路9a包括与复用器/分用器7和处理器单元10串联的电阻器11。放大器 12与电阻器11并联连接以便于使反相输入连接至复用器/分用器元件7、使非反相输入接 地、并使输出连接至处理器单元10。第二支路9b包括与复用器/分用器7和处理器单元10串联的电阻器13和14。 放大器15与电阻器13并联连接以便于使反相输入连接在电阻器13和14之间以供经由电 阻器14连接至处理器单元10、使非反相输入接地、并使输出连接至复用器/分用器元件7。电极5被组织成两组，每一组经由相应通道17. 1,17.2连接至复用器/分用器7。根据本发明，控制电路8(即各个支路9. 1和9. 2)是低阻抗电路，即它呈现相对于 电容器的输出阻抗为低的阻抗。更精确地，该电路满足以下关系R/G<<1/(Cco0)其中R是电阻器11、13的电阻值(取决于感兴趣的支路)，G是放大器12、15的增 益(取决于感兴趣的支路)，C是可变电容器6的电容，而Oci是在传感器的谐振频率下振 动的角频率。放大器12和15放大电压，因此呈现低阻抗。由此，通过使用同一电路，即控制电路8的支路9. 1，对通道17. 1、17. 2两者执行检 测，且通过使用同一电路，即控制电路8的支路9. 2，对通道17. 1,17.2两者执行驱动(或如 图2标示的控制)。自然，本发明不限于所示实施例，并且易于有可展现给本领域技术人员的实施例 变体，而不背离如权利要求所限定的本发明的范围。具体而言，尽管本发明参照具有振动帽的惯性旋转传感器来描述，但本发明也可应用于任何包括安排成构成交替用作致动器和检测器的可变电容电容器的面对电极的旋 转传感器。尽管给出了负载电路的两个示例，但本发明也适用于使用低阻抗负载电路、即其 输出阻抗与可变电容器的输出阻抗相比极小的电路的任何设备。帽的镀有金属的边缘可以是连续的或不连续的，以便在该边缘上形成彼此分离的 电极(从帽的极延伸的蛛状导电层)。
权利要求
1.一种包括振动元件(1)的惯性旋转传感器，所述振动元件(1)具有构成经由复用器 /分用器元件(7)与控制电路相关联的可变电容电容器(6)的彼此面对的镀有金属的部 分0，5)，所述控制电路被安排成具有驱动工作级和检测工作级，并在这些级上都呈现低阻 抗。
2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，镀有金属的部分(5)被组织成两组，每个 组通过相应通道(17. 1，17. 2)连接至复用器/分用器元件(7)。
3.如权利要求1或2所述的传感器，其特征在于，控制电路(8)包括经由第一支路 (9. 1)和第二支路(9. 连接至复用器/分用器元件(7)的处理器单元(10)；第一支路 (9. 1)包括与所述复用器/分用器和所述处理器单元串联的电阻器(11)，并且放大器(12) 与所述电阻器并联连接以便于使反相输入连接至所述复用器/分用器元件、使非反相输入 接地、并使输出连接至所述处理器单元10 ；第二支路(9. 2)包括与所述复用器/分用器元 件和所述处理器单元串联的电阻器(13)，并且放大器(15)与所述电阻器并联连接以便于 使反相输入连接至所述处理器单元、使非反相输入接地、并使输出连接至所述复用器/分 用器元件。
全文摘要
惯性旋转传感器包括振动元件(1)，该振动元件(1)具有构成经由复用器/分用器元件(7)与低阻抗负载电路(9)相关联的可变电容电容器(6)的彼此面对的镀有金属的部分(2，5)。
文档编号G01C19/56GK102057250SQ200980122573
公开日2011年5月11日 申请日期2009年6月12日 优先权日2008年6月13日
发明者V·拉戈 申请人:萨甘安全防护公司