專利名稱：用于運(yùn)行振動陀螺儀的方法和傳感器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行振動陀螺4義的方法和一種具有振動 陀螺4義的傳感器系統(tǒng)，該4展動陀螺儀構(gòu)成共振器并且是至少一個控 制電路的一部分，該控制電路通過輸入激勵信號以振動陀螺儀的固 有頻率來激勵振動陀螺儀，其中從振動陀螺儀獲得輸出信號，通過 過濾和放大而由輸出信號導(dǎo)出激勵信號。
背景技術(shù)：
例如在EP0 461 761 Bl中公開了一種旋轉(zhuǎn)速率傳感器，在該旋 轉(zhuǎn)速率傳感器中，振動陀螺4義在兩個相對于主軸線而徑向指向的軸 線中被激勵，為此在振動陀螺儀上設(shè)置有帶有相應(yīng)轉(zhuǎn)換器的初級和 次級控制電路。如果這種在機(jī)動車中的旋轉(zhuǎn)速率傳感器用于穩(wěn)定機(jī) 動車的移動，那么該旋轉(zhuǎn)速率傳感器在才幾動車開始運(yùn)轉(zhuǎn)后需要立即 起作用。 <旦是，這通過控制電路的起振特性(瞬態(tài)響應(yīng) Einschwingverhalten )而被延遲。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的在于，加速控制電路的起振。根據(jù)本發(fā)明 這才羊達(dá)到該目的，即在"l妄通具有振動陀螺4義的傳感器系統(tǒng)之后，由 事先測量的并在存4渚器中存々者的固有頻率的l史值和自測量以來引 起固有頻率的變化的參數(shù)來計(jì)算固有頻率的初始值，以及將激勵信 號以所計(jì)算的頻率初始值輸送至振動陀螺儀。利用根據(jù)本發(fā)明的方法可以實(shí)現(xiàn)，使初始值如此近地接近實(shí)際 存在的固有頻率，從而^f吏得起沖展過程需要才及短時間。在才艮據(jù)本發(fā)明 的方法中有利地設(shè)置了，由所存儲的數(shù)值、其溫度相關(guān)性和在接通 時所測量的溫度來計(jì)算初始值。如果在測量待存儲的lt值時振動陀 螺儀的溫度不是恒定的(該測量通常在制造工藝中的校準(zhǔn)過程中實(shí) 現(xiàn))，那么也可以附加地存儲在校準(zhǔn)時的溫度數(shù)值。在多種情況下， 固有頻率的溫度相關(guān)性是恒定的，從而在校準(zhǔn)過程中不必特別地確 定和存儲該溫度相關(guān)性，而是可作為常數(shù)寫入存儲器。才艮據(jù)本發(fā)明的方法的改進(jìn)方案如此用于進(jìn)一步加速起振，存在 于控制電路中的相位檢測器被加栽 一 已處于初相位的輸出信號，并 且延遲地，接通相位控制，并且延遲地4妄通相位控制。在此優(yōu)選"^殳計(jì) 了，在接通相位控制之后接通放大控制。該改進(jìn)方案可以通過下述方式進(jìn)一步改良，即將所述激勵信號 在初相位時以最大允許的振幅輸送至所述振動陀螺儀。本發(fā)明的另 一 改進(jìn)方案用于，盡可能早地識別功能故障或失 效。這通過下述方式實(shí)現(xiàn)，-為了進(jìn)行監(jiān)測，由所述固有頻率的當(dāng)前數(shù)值與事先在校 準(zhǔn)時測量并在存儲器中存儲的所述固有頻率的數(shù)值之間的差 值以及由所述固有頻率的溫度系lt來計(jì)算相關(guān)于測量的溫度 變化的第一數(shù)值，所述存儲的固有頻率數(shù)值在基準(zhǔn)溫度下測 得，-由在所述當(dāng)前溫度下的溫度傳感器的輸出值與在所述存 儲器中存儲的基準(zhǔn)溫度下的所述溫度傳感器的輸出值之間的 差值以及由所述溫度傳感器的所述溫度系數(shù)來計(jì)算相關(guān)于測 量的溫度變化的第二數(shù)值，-比較所述兩個計(jì)算得到的數(shù)值，以及-當(dāng)差值超出預(yù)定范圍時產(chǎn)生故障信號。在該改進(jìn)方案中有利地設(shè)置了將校正溫度包括在計(jì)算中，校正 溫度考慮到相對于溫度傳感器的校準(zhǔn)已改變的熱條件。該改進(jìn)方案的一個有利的設(shè)計(jì)在于，即由包括所述溫度傳感器 的集成電路的所測量的功率損耗、由在校準(zhǔn)時測量的并在所述存儲 器中存儲的功率損耗以及由所述集成電路相對于環(huán)境的熱阻來計(jì) 算所述校正溫度。根據(jù)本發(fā)明的傳感器系統(tǒng)中均存在溫度傳感器和微型控制器， 從而實(shí)施根據(jù)該改進(jìn)方案的方法不需要額外的硬件費(fèi)用，而只需要 將據(jù)本發(fā)明:技術(shù)措施作為程序來執(zhí)行。在根據(jù)本發(fā)明的傳感器系統(tǒng)中設(shè)置了 一以如下方式引起所述 控制電路快速起振的裝置，即在接通傳感器系統(tǒng)之后，由事先測量 的并在存儲器中存儲的固有頻率的數(shù)值和自測量以來引起固有頻 率變化的參凄史來計(jì)算用于固有頻率的初始值，以及將激勵信號以所 計(jì)算的頻率初始值^皮輸送至振動陀螺4義。優(yōu)選地，該系統(tǒng)的有利i殳計(jì)在于，該裝置包括具有非易失性存 儲器的微型控制器和頻率合成器。為了監(jiān)控根據(jù)本發(fā)明的傳感器系統(tǒng)可以設(shè)置有裝置，該裝置-用于由所述固有頻率的所述當(dāng)前凄t值與事先在4交準(zhǔn)時 測量并在存儲器中存儲的所述固有頻率的數(shù)值之間的差值以 及由所述固有頻率的溫度系數(shù)來計(jì)算溫度變化的第 一數(shù)值，所 述存儲的固有頻率數(shù)值在基準(zhǔn)溫度下測得，-用于由在所述當(dāng)前溫度下的溫度傳感器的輸出值與在之間的差值以及由所述溫度傳感器的所述溫度系數(shù)來計(jì)算溫 度變化的第二數(shù)值，-比較所述兩個計(jì)算得到的數(shù)值，以及-當(dāng)差值超出預(yù)定范圍時產(chǎn)生故障信號。通過從屬權(quán)利要求中提及的技術(shù)措施使得根據(jù)本發(fā)明的傳感 器系統(tǒng)的更多有利改進(jìn)方案以及改良成為可能。


本發(fā)明允許大量實(shí)施例。在附圖中示意性地示出了其中一個實(shí) 施例并隨后描述該實(shí)施例。附圖示出了具有振動陀螺4義的傳感器系 統(tǒng)的方框圖，具有可用于實(shí)施才艮據(jù)本發(fā)明的方法的元件。
具體實(shí)施方式
傳感器系統(tǒng)以及其組成部分雖然被表示為方框圖。但是這并不 意味著，根據(jù)本發(fā)明的傳感器系統(tǒng)被限制于借助單個相應(yīng)于方框的 電路來實(shí)現(xiàn)。而是根據(jù)本發(fā)明以特別優(yōu)選的方式借助于高度集成電 ^各來實(shí)現(xiàn)傳感器系統(tǒng)。此處可以^吏用樣i型信息處理器，在合適的編 程時執(zhí)行在方框圖示出的處理步驟。傳感器系統(tǒng)具有振動陀螺4義1,該振動陀螺4義具有用于初級激勵信號PD和次級激勵信號SD的兩個輸入端2、 3。通過合適的轉(zhuǎn) 換器(Wandler)(例如電磁轉(zhuǎn)換器)實(shí)現(xiàn)激勵。振動陀螺儀還具有 用于初級輸出信號PO和次級輸出信號SO的兩個輸出端4、 5。這 些信號反映出在陀螺4義上的空間偏移的多個位置處的各個振動。這 種陀螺4義例如在EP 0 307 321 Al 中乂>開并且以科氏力 (Corioliskraft )的作用為基礎(chǔ)。振動陀螺儀l構(gòu)成高品質(zhì)的濾波器，其中，在輸入端2與輸出 端4之間的區(qū)段是初級控制電路6的一部分，以及在輸入端3與輸 出端5之間的區(qū)段是次級控制電路的一部分，因?yàn)槔斫獗景l(fā)明不需 要對次級控制電路進(jìn)^亍解釋，所以未示出該次級控制電路。初級控 制電路6用于以振動陀螺儀的例如14kHz的諧振頻率激勵振蕩。由 此，在振動陀螺儀的一個軸線上實(shí)現(xiàn)激勵，并且用于次級控制電路 中的振動方向相對于該軸線偏移了 90。。在次級控制電路(未示出) 中信號SO分成兩個分量，其中一個分量在合適的處理之后可以作 為與旋轉(zhuǎn)速率成比例的信號被拾取。在兩個控制電路中以^t字化的方式實(shí)現(xiàn)了大部分信號處理。信 號處理所需要的時鐘信號在石英控制的數(shù)字頻率合成器10中產(chǎn)生， 該頻率合成器的時鐘頻率在所示出的實(shí)例中是14.5MHz。對于應(yīng)用 才艮據(jù)本發(fā)明的方法，基本上可以考慮初級控制電路，因此在圖1中 示出了初級控制電路的實(shí)施例。該控制電路具有用于輸出信號PO的放大器11,抑制混淆信號 (Anti-Alias)濾波器12和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器13連接在放大器處。 借助于倍增器14、 15 (載波Til和Tql祐^命送給該倍增器)來實(shí)現(xiàn) 分成為同相分量和正交分量。兩個分量隨后經(jīng)過^^一個(sinx/x) 濾波器16、 17和一個〗氐通濾波器18、 19。已濾過的實(shí)部被_輸送至 PID調(diào)節(jié)器20，該P(yáng)ID調(diào)節(jié)器控制數(shù)字頻率合成器，由此閉合相位 控制電路，該相位控制電路產(chǎn)生載波Til和Tql的正確相位。還產(chǎn) 生了載波Tq2,在電路22中利用另一PID調(diào)節(jié)器21的輸出信號調(diào) 制該載波，其包括已低通濾過的虛部。將電路22的輸出信號輸送 至振動陀螺儀1的輸入端2作為激勵信號PD。特別是，根據(jù)各種 前提條件也可以設(shè)置其它調(diào)節(jié)器，如PI調(diào)節(jié)器，來代替PID調(diào)節(jié) 器。為了實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法設(shè)置了微型控制器27，該微型控制 器控制根據(jù)本發(fā)明的方法的各個步驟并且對設(shè)計(jì)為EEPROM的非 易失性存儲器28進(jìn)行訪問。此外，對于根據(jù)本發(fā)明的方法使用了 在多種傳感器電路中均存在的溫度傳感器，該溫度傳感器由實(shí)際的 傳感器29和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器30構(gòu)成?？偩€系統(tǒng)31將上述部件彼 此連接，并且將上述部件與數(shù)字頻率合成器10以及與電路22連接。初始<直的計(jì)算以簡單的方式才艮據(jù)7>式FQTa= (VTA-VRT) /TCv X TCf0 + FoRT來實(shí)現(xiàn)。在此F。Ta是在利用溫度傳感器29測量的溫度下4展動陀螺儀的固有頻率，也就是初始值，以及Fort是在室溫下才交準(zhǔn)過程期間測量的并在存儲器28中存儲的固有頻率。Tcv是溫度傳 感器29的溫度系數(shù)，而Tcfo是振動陀螺儀固有頻率的溫度系數(shù)。Vta和vrt是在接通時的溫度下和在校準(zhǔn)時的溫度下(該溫度存儲于存儲器28中)溫度傳感器29的兩個輸出電壓。在計(jì)算初始值之后，由樣史型控制器27以初始值作為頻率來調(diào) 節(jié)頻率合成器10以產(chǎn)生激勵信號。在此例如通過中斷時鐘Til和 Tql來中斷控制電路。 一旦振動陀螺儀獲得激勵信號，控制電路就 閉合，而且首先進(jìn)行相位調(diào)節(jié)并隨后進(jìn)行放大調(diào)節(jié)。為了進(jìn)行監(jiān)測，在運(yùn)行期間隨時從存儲器28讀取這些變量， 并且為了進(jìn)行比較，在考慮到當(dāng)前利用傳感器29測量的溫度(輸 出電壓VTA)的情況下，將這些變量與各個當(dāng)前固有頻率進(jìn)行比庫交。 例如，所述比較以下述公式為基礎(chǔ)Tadeltal= ( F()ta - F0RT ) /TcF0 Tadelta2= ( V丁a _ VRT ) /To在此T,ta2是借助于溫度傳感器確定的溫度改變，T^^是由 頻率改變確定的溫度改變，Tcv是在存儲器中存儲的溫度傳感器29 的溫度系數(shù)，F(xiàn)oTA是當(dāng)前頻率，F(xiàn)肌t是在存儲器中存儲的頻率，以 及TCF()同樣是在存儲器中存儲的振動陀螺儀固有頻率的溫度系數(shù)。固有頻率的當(dāng)前數(shù)值可以由數(shù)字頻率合成器10的分配器的各個設(shè)置和其時鐘頻率來獲得。然而，也可以借助于頻率測量裝置來計(jì)算當(dāng)前數(shù)值，該頻率測量裝置由另一放大器24、施密特(Schmitt) 觸發(fā)器25和計(jì)ft器26組成。在理想情況下，Tadeltal和Tade^是相等的；如果差值為超過預(yù)定范圍的數(shù)值，可以推斷出多種可能的故障中的一種故障的存在， 并且例如以警示燈閃爍的形式表示故障，或者可以^皮存^f諸在存〗諸器中，以1更可以用于后來的i貪斷目的。為了考慮到至少包括初級控制電路6的電路的功率損耗(該功 率損肆毛與4交準(zhǔn)不同)，借助于具有數(shù)值R的測量電阻32測量了電路 的耗用電流I。用于電路的工作電壓U被輸送至接口 33，并通過電 路節(jié)點(diǎn)(Schaltungspunkt) 34 #皮分配到不同元4牛。測量電阻32處 的壓降Uj在放大器35中以系數(shù)v被放大，并通過多路復(fù)用器36 被輸送至模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器30。隨后，微型控制器27根據(jù)公式？= U*I = U*Ui/(R*v)計(jì)算功率損專毛。在4交準(zhǔn)時，功率損肆毛Prt和所屬 的環(huán)境溫度TW被存儲在存儲器中。在下文中以PA表示在工作時計(jì) 算的功率損耗。由此可以計(jì)算才交正溫度，即作為丁!^ = 1^+ (PA-PRT) *RTH, 其中，RTH表示電路與環(huán)境之間的熱阻。以下述7>式補(bǔ)充用于計(jì)算Taddta2的上述7^式Tadelta2kor = Tadelta2 — Tkor12如上已經(jīng)^是及的，在不相等時(即在Tadeltal #Tadelta2k。r時)可以 輸出故障信號。
權(quán)利要求
1.一種用于運(yùn)行振動陀螺儀的方法，所述振動陀螺儀構(gòu)成共振器并且是至少一個控制電路的一部分，所述控制電路通過輸入激勵信號以其固有頻率來激勵所述振動陀螺儀，其中從所述振動陀螺儀獲得輸出信號，通過過濾和放大而由所述輸出信號導(dǎo)出所述激勵信號，其特征在于，在接通具有所述振動陀螺儀的傳感器系統(tǒng)之后，由事先測量的并在存儲器中存儲的所述固有頻率的數(shù)值和從所述測量開始引起所述固有頻率變化的參數(shù)來計(jì)算所述固有頻率的初始值，以及將所述激勵信號以所計(jì)算的所述頻率初始值輸送至所述振動陀螺儀。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，由所述存儲的數(shù)值、 其溫度相關(guān)性和在4妾通時所測量的溫度來計(jì)算所述初始<直。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，存在 于控制電路中的相位檢測器被加載一 已處于初相位的輸出信 號，并且延遲;也4妻通相位控制。
4. 才艮據(jù)4又利要求3所述的方法，其特4正在于，在4妄通所述相4立控 制之后接通放大控制。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將所 述激勵信號在初相位時以最大允許的振幅輸送至所述振動陀 螺儀。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，為了進(jìn)行監(jiān)測，由所述固有頻率的當(dāng)前數(shù)值與事先在校 準(zhǔn)時測量并在存儲器中存儲的所述固有頻率的數(shù)值之間的差 值以及由所述固有頻率的溫度系數(shù)來計(jì)算相關(guān)于測量的溫度 變化的第一數(shù)值，所述存儲的固有頻率數(shù)值在基準(zhǔn)溫度下測 得，由在所述當(dāng)前溫度下的溫度傳感器的輸出值與在所述存差值以及由所述溫度傳感器的所述溫度系數(shù)來計(jì)算相關(guān)于測 量的溫度變化的第二數(shù)值，比較所述兩個計(jì)算得到的數(shù)值，以及當(dāng)差值超出預(yù)定范圍時產(chǎn)生故障信號。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，將校正溫度包括在 所述計(jì)算中，所述校正溫度考慮到相對于所述溫度傳感器的校 準(zhǔn)已改變的熱條件。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，由包括所述溫度傳 感器的集成電路的所測量的功率損庫毛、由在^f交準(zhǔn)時測量的并在 所述存儲器中存儲的功率損耗以及由所述集成電路相對于環(huán) 境的熱阻來計(jì)算所述4交正溫度。
9. 一種傳感器系統(tǒng)，所述傳感器系統(tǒng)具有振動陀螺儀，所述振動 陀螺儀構(gòu)成共振器并且是至少一個控制電路的一部分，所述控 制電^各通過輸入激勵信號以其固有頻率來激勵所述振動陀螺 儀，其中從所述振動陀螺儀獲得輸出信號，通過過濾和放大而 由所述輸出信號導(dǎo)出所述激勵信號，其特征在于， 一以如下方 式引起所述控制電路(l、 6)快速起振的裝置(27)，即在接 通所述傳感器系統(tǒng)之后，由事先測量的并在存4諸器(28)中存儲的所述固有頻率的凝:值和/人所述測量開始引起所述固有頻 率變化的參凄史來計(jì)算用于所述固有頻率的初始值，以及將所述 激勵信號以所計(jì)算的頻率初始值輸送至所述振動陀螺儀(1 )。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述裝置包 括具有非易失性存儲器(28)的微型控制器(27)和頻率合成 器(10)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9或10中任一項(xiàng)所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在 于，由所述存儲的數(shù)值、其溫度相關(guān)性和在接通時所測量的溫 度來計(jì)算所述初始值。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在 于，存在于控制電路(l、 6)中的相位檢測器(14、 15)被力口 載一已處于初相位的輸出信號，并且延遲地4妄通相位控制。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，在接通所 述相位控制之后4妻通》文大控制。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12或13中任一項(xiàng)所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在 于，將所述激勵信號在初相位時以最大允許的振幅輸送至所述 振動陀螺儀(1 )。
15. 根據(jù)權(quán)利要求9至14中任一項(xiàng)所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在 于，為了監(jiān)測所述傳感器系統(tǒng)，設(shè)置有裝置(27)，所述裝置(27)用于由所述固有頻率的所述當(dāng)前數(shù)值與事先在校準(zhǔn)時測 量并在存儲器中存儲的所述固有頻率的數(shù)值之間的差值以及 由所述固有頻率的溫度系數(shù)來計(jì)算溫度變化的第 一數(shù)值，所述 存儲的固有頻率數(shù)值在基準(zhǔn)溫度下測得，用于由在所述當(dāng)前溫度下的溫度傳感器的輸出值與在所 述存儲器中存儲的基準(zhǔn)溫度下的所述溫度傳感器的輸出值之 間的差值以及由所述溫度傳感器的所述溫度系數(shù)來計(jì)算溫度 變化的第二數(shù)值，比較所述兩個計(jì)算得到的數(shù)值，以及當(dāng)差值超出預(yù)定范圍時產(chǎn)生故障信號。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述裝置 包括具有非易失性存儲器(28)的微型控制器(27)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15或16中任一項(xiàng)所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在 于，所述裝置將校正溫度包括在所述計(jì)算中，所述校正溫度考 慮到相對于所述溫度傳感器的校準(zhǔn)已改變的熱條件。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述裝置 由包括所述溫度傳感器的集成電路的所測量的功率損耗、由在 校準(zhǔn)時測量的并在所述存儲器中存儲的功率損耗以及由所述 集成電路的相對于環(huán)境的熱阻來計(jì)算所述4交正溫度。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15或18中任一項(xiàng)所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在 于，包括用于由數(shù)字頻率合成器(10)的分配器的各個設(shè)置和 其時鐘頻率來確定當(dāng)前數(shù)值的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行振動陀螺儀的方法以及涉及一種具有振動陀螺儀的傳感器系統(tǒng)，所述振動陀螺儀構(gòu)成共振器并且是至少一個控制電路的一部分，所述控制電路通過輸入激勵信號以其固有頻率來激勵所述振動陀螺儀，其中從所述振動陀螺儀獲得輸出信號，通過過濾和放大而由所述輸出信號導(dǎo)出所述激勵信號，其特征在于，在接通具有所述振動陀螺儀的傳感器系統(tǒng)之后，由事先測量的并在存儲器中存儲的所述固有頻率的數(shù)值和從所述測量開始引起所述固有頻率變化的參數(shù)來計(jì)算所述固有頻率的初始值，以及將所述激勵信號以所計(jì)算的所述頻率初始值輸送至所述振動陀螺儀。
文檔編號G01C25/00GK101263363SQ200680033284
公開日2008年9月10日 申請日期2006年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月12日
發(fā)明者拉斐爾·邁爾-韋格林, 海因茨-維爾納·莫雷爾 申請人:威迪歐汽車電子股份公司