專利名稱：用于轉(zhuǎn)速傳感器的振動補償?shù)闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于轉(zhuǎn)速傳感器的補償電路，其中，所述補償電路包括一第一分析處理單元，所述第一分析處理單元用于在考慮一第一測量值和一第二測量值的差值或和 值的情況下產(chǎn)生一正交補償信號。此外，本發(fā)明涉及一種用于轉(zhuǎn)速傳感器的檢測電路，其 中，所述檢測電路具有一用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)速信號的調(diào)制器或乘法器，所述轉(zhuǎn)速信號表示所述轉(zhuǎn) 速傳感器的轉(zhuǎn)速的大小的特征。本發(fā)明還涉及一種轉(zhuǎn)速傳感器，其中，該轉(zhuǎn)速傳感器包括一 驅(qū)動單元。此外涉及一種用于轉(zhuǎn)速傳感器的補償方法。
背景技術(shù)：
在一種常規(guī)的轉(zhuǎn)速傳感器中，如在DE 10 2004 061 804 Al中描述的轉(zhuǎn)速傳感器， 會產(chǎn)生正交力，這些正交力是抑制傳感元件的干擾運動所必須的。這些正交力導(dǎo)致轉(zhuǎn)速傳 感器的振動敏感性增加，即，導(dǎo)致待測量的轉(zhuǎn)速值以實際上并不存在的量值失真形成測量 的轉(zhuǎn)速。測量值失真也被稱為“實際轉(zhuǎn)速”。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種用于轉(zhuǎn)速傳感器的補償電路，該補償電路提供的轉(zhuǎn)速 測量值沒有由于振動的測量值失真或者由于振動的測量值失真至少顯著降低。此外，本發(fā) 明的目的是提供具有這一優(yōu)點的用于轉(zhuǎn)速傳感器的檢測電路和一種具有這一優(yōu)點的轉(zhuǎn)速 傳感器。此外，本發(fā)明的目的是提供一種相應(yīng)的、用于轉(zhuǎn)速傳感器的補償方法。這些目的通 過獨立權(quán)利的特征組合實現(xiàn)。本發(fā)明的有利實施形式在從屬權(quán)利要求中給出。本發(fā)明通過以下方式建立在這種類型的補償電路上，S卩，所述補償電路具有一第 二分析處理單元，所述第二分析處理單元用于在考慮檢測到的第一測量值和第二測量值的 和值或差值的情況下產(chǎn)生一振動補償信號。一種優(yōu)選的實施形式規(guī)定，所述第二分析處理單元具有一輸入端，所述輸入端用 于來自所述轉(zhuǎn)速傳感器的驅(qū)動單元的調(diào)節(jié)回路的調(diào)節(jié)量。所述補償電路可以具有一加法器或減法器，所述加法器或減法器用于由所述正交 補償信號和所述振動補償信號產(chǎn)生一第三和值或差值。另一種優(yōu)選實施形式規(guī)定，所述第一分析處理單元具有一第一濾波器、尤其是一 第一低通或帶通濾波器，和/或，所述第二分析處理單元具有一第二濾波器、尤其是一第二 低通濾波器。本發(fā)明通過以下方式建立在這種類型的檢測電路上，S卩，所述檢測電路包括一按 本發(fā)明的補償電路。本發(fā)明通過以下方式建立在這種類型的轉(zhuǎn)速傳感器上，即，所述轉(zhuǎn)速傳感器包括 一按本發(fā)明的補償電路或一按本發(fā)明的檢測電路。此外，本發(fā)明通過以下方式建立在這種類型的補償方法上，S卩，所述補償方法包括 以下步驟在檢測傳感元件上檢測一第一測量值和一第二測量值；由所述第一測量值和所述第二測量值產(chǎn)生一第一差值或和值；在考慮所述第一差值或和值的情況下產(chǎn)生一正交補 償信號；由所述第一測量值和所述第二測量值產(chǎn)生一第二和值或差值；和在考慮所述第二和值或差值的情況下產(chǎn)生一振動補償信號。所述產(chǎn)生振動補償信號的步驟可以包括與一調(diào)節(jié)量調(diào)制或相乘，所述調(diào)節(jié)量來自 所述轉(zhuǎn)速傳感器的驅(qū)動單元的調(diào)節(jié)回路。有利的是，所述補償方法包括一個另外的步驟，在所述另外的步驟中，由所述正交 補償信號和所述振動補償信號產(chǎn)生一第三和值或差值。特別優(yōu)選的是，所述正交補償信號的產(chǎn)生包括一第一濾波、尤其是一第一低通或 帶通濾波，和/或，所述振動補償信號的產(chǎn)生包括一第二濾波、尤其是一第二低通濾波。


現(xiàn)在參照附圖借助一些特別優(yōu)選的實施形式來闡述本發(fā)明。其中示出圖1示意性地示出轉(zhuǎn)速傳感器的微機械的傳感器部分；和圖2示出按本發(fā)明的轉(zhuǎn)速傳感器的第一實施形式的示意性方框圖。
具體實施例方式按本發(fā)明的實施形式的以下說明在同時使用這兩幅圖的情況下進行。在振動陀螺 儀中，科里奧利力用于確定外部的轉(zhuǎn)速Ω。為此，使微機械傳感器部分(科里奧利元件)12 的振動質(zhì)量10(運動的質(zhì)量結(jié)構(gòu))置身于沿第一方向χ的速度ν中。這借助一驅(qū)動振蕩14 實現(xiàn)，該驅(qū)動振蕩14具有頻率ω。振動質(zhì)量10借助一些彈簧元件16懸掛在基底18上， 其中，該振動質(zhì)量10能夠在第一方向χ上執(zhí)行驅(qū)動振蕩14(偏移)并且能夠在第二方向y 上執(zhí)行偏移20，該第二方向y與第一方向χ垂直?？评飱W利力Fc = 2mvX Ω與速度成比例 并且在第二方向y上作用，其中，這樣檢測到的轉(zhuǎn)速Ω(旋轉(zhuǎn)速度)的矢量指向一個與平面 (x，y)垂直地定向的方向ζ。轉(zhuǎn)速傳感器38包括一振蕩器/驅(qū)動單元40和一分析處理/檢測單元42。一用于 保證振蕩條件的調(diào)節(jié)電路44和一用于調(diào)節(jié)一恒定的驅(qū)動信號24的AGC調(diào)節(jié)電路46 (自動 增益控制(automatic gain control))被用于構(gòu)成用于以有限振幅驅(qū)動的振動質(zhì)量10的 振蕩器/驅(qū)動單元40。在該振蕩器/驅(qū)動單元40中，機械振動器10、16受到一機械驅(qū)動力 Fa。為了在第一方向χ上驅(qū)動振動質(zhì)量10而設(shè)有一些驅(qū)動器件22，這些驅(qū)動器件22作為 電容器示出，因為這些驅(qū)動器件可以設(shè)計成電容式的。一驅(qū)動信號24可以被輸送給這些驅(qū) 動器件22，該驅(qū)動信號24在這些驅(qū)動器件22中轉(zhuǎn)換成一機械驅(qū)動力Fa。此外，在振動質(zhì)量 10上設(shè)置有驅(qū)動測量器件26，這些驅(qū)動測量器件26由于振動質(zhì)量10在第一方向χ上的驅(qū) 動振蕩14而產(chǎn)生一反饋信號對281、282，所述反饋信號對281、282借助一電容電壓轉(zhuǎn)換器 對30和一第一差動式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器48進行處理。在所示的實施形式中，這些驅(qū)動測量器 件26同樣被設(shè)計成電容式的并且作為電容器示出。經(jīng)處理的反饋信號50被輸送給一 PLL 電路52 (鎖相環(huán)路(phase-locked-loop))，該PLL電路52由該反饋信號50產(chǎn)生一調(diào)節(jié)量 54。該調(diào)節(jié)量54被輸送給一第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器56，該第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器56產(chǎn)生所述 驅(qū)動信號24。此外，經(jīng)處理的反饋信號50被輸送給一用于自動增益控制的AGC調(diào)節(jié)器58， 該AGC調(diào)節(jié)器產(chǎn)生一 AGC信號60，該AGC信號60用于影響輸送給驅(qū)動器件22的驅(qū)動信號24的強度。
由于傳感元件10中存在缺陷，在驅(qū)動振蕩14的頻率ω的范圍中也產(chǎn)生一與路 程成比例的干擾偏移xQ，該干擾偏移被稱為“正交干擾”(或者簡稱為“90°相位差”)。振 動質(zhì)量10的干擾偏移xQ由力Fq產(chǎn)生并且與由所述與速度成比例的科里奧利力Fc產(chǎn)生的 測量偏移X。的相位差為90°。第二方向y上的總偏移Xm = xe+xQ是測量偏移和干擾偏 移xQ的疊加。該總偏移在測量器件34上測量并且轉(zhuǎn)換成一偏移信號621、622。這些測量 器件34在此同樣設(shè)計成電容式的并且作為電容器示出。該干擾偏移xQ可以具有不同的方 向。但是重要的是，干擾偏移xQ的矢量分量在第二方向y上，因為這些測量器件34測量該 方向y上的偏移χΜ。補償器件64被設(shè)置用于抑制干擾偏移xQ，這些補償器件64作用在振 動質(zhì)量10上。這些補償器件64在此同樣設(shè)計為電容式的并且作為電容器示出。一補償驅(qū) 動信號66可被輸送給這些補償器件64，該補償驅(qū)動信號66用于通過電裝置來抑制干擾信 號xQ，因而在傳感器輸出68端上見不到該干擾信號?，F(xiàn)在說明所述分析處理/檢測單元42。與速度成比例的科里奧利力Fc = 2mvX Ω 引起振動質(zhì)量10在方向y上(即在測量器件34上)的測量偏移20，并且由此產(chǎn)生一調(diào)幅 的、具有驅(qū)動振蕩14的頻率ω的信號對621、622。所述信號對621、622借助一第二電容電 壓轉(zhuǎn)換器對70和一第二差動式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器72處理。所述分析處理通過力補償?shù)脑?(即一種所謂的“閉環(huán)”原理)進行。在此，振動質(zhì)量10由于通過科里奧利力以及正交干擾 Xq產(chǎn)生的力作用Fc+Fq而產(chǎn)生的偏移y借助一施加到傳感器部分10上的補償力Fk回到零。 這些力Fc和Fq與一通過所述反饋信號74產(chǎn)生的補償力Fk共同形成一合力，該合力作用在 機械振動器10、16上。由于該合力，導(dǎo)致傳感器部分10的機械偏移。該偏移y借助第二電 容電壓轉(zhuǎn)換器70轉(zhuǎn)換為電偏移信號621、622并且被輸送給第二差動式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器72 和一數(shù)字濾波器76，從而產(chǎn)生一負反饋信號74作為調(diào)節(jié)信號。該負反饋信號74被輸送給 一第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器78并且被轉(zhuǎn)換成一補償力FK，該補償力Fk使傳感器部分10的偏移 y減小。該負反饋信號74也構(gòu)成傳感器輸出信號80的基礎(chǔ)。該負反饋信號74經(jīng)受與電 驅(qū)動信號24的調(diào)節(jié)量54的同步調(diào)制82。與距離成比例的干擾信號(90°相位差)\的抑 制通過該同步調(diào)制82進行，所述干擾信號間接地源于驅(qū)動力Fa。隨后，在一輸出濾波器84 中進行輸出濾波并且由此在輸出端68上產(chǎn)生所述傳感器輸出信號80。在常規(guī)結(jié)構(gòu)類型的閉環(huán)轉(zhuǎn)速傳感器中，尤其是在平面外(out-of-plane)轉(zhuǎn)速傳 感器中，通過將調(diào)制的力Fq反饋到傳感器部分10中的有源正交補償會出現(xiàn)振動敏感性，該 振動敏感性使測量結(jié)果失真。借助分析性的計算可以證實起干擾作用的振動敏感性在低 頻范圍內(nèi)是振動運動與力Fqk調(diào)制的結(jié)果，所述力Fqk是對正交運動xQ進行補償所必需的。 對平面外加速度的主要影響是正交力Fqk，所述正交力Fqk是抑制傳感器部分10的干擾運動 、所必須的=Fqk= (1/2) e (A/d)U2(公式1)。正交補償力Fqk滿足A = b y sin — t)(公 式2)。在沿ζ軸的干擾運動中，距離d = d0+z Sin(G)干擾t)(公式3)變化。因此得到一力 Fqk,該力與以下的因素有關(guān)Fqk ^ sin(ot)/ (1+ (z/d0) sin (ω 干擾 t))(公式 4)。冪級數(shù)的第二項的展開得到如下結(jié)果Fqk ^ sin(ot)/ (1-2 (z/d0) sin (ω 干擾 t) +· · ·)(公式 5)。這對應(yīng)于兩個運動形式的調(diào)制并且在邊帶ω-ω刊尤和ω + ω干擾中產(chǎn)生力Fqk (sin(cot)) (sin(co 干擾 t)) = (1/2) (cos ((ω - ω 干擾)t)—cos ((ω + ω 干擾)t))(公式 7)。所 述力Fqk通過(平板)電容器的非線性的靜電學(xué)以ω展開(zurilckfalten)并且由此得到 一信號，該信號對應(yīng)于實際轉(zhuǎn)速。 按照本發(fā)明，一描述該調(diào)制的力分量FQTa的振動補償信號99在振動仿真電路 86(第二分析處理單元86)中盡可能精確地仿真并且通過一加法器或減法器100和現(xiàn)有的 補償器件(電極)64反饋給傳感器部分10。因此，靜電學(xué)的非線性的影響可以完全地或在 很大程度上被避免或者至少顯著地被減小。為了實現(xiàn)對由振動引起的干擾XQTa的這類補 償，由振動引起的(起干擾作用的)運動XQTa借助一第二模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器88檢測。這樣 檢測到的信號90可以通過濾波器92在帶寬上進行限制，以便避免振動補償?shù)钠鸶蓴_作用 的副作用。振動仿真電路86的這樣獲得的輸出信號94(其含有實際的轉(zhuǎn)速信息)與驅(qū)動 單元40的調(diào)節(jié)量54在一同步調(diào)制器96中調(diào)制并且借助一加法器或減法器100相加地饋 送到閉環(huán)檢測調(diào)節(jié)電路102的負反饋信號74中。替代地，通過振動補償產(chǎn)生的并檢測或推 導(dǎo)出的信號94也可以用于對平均轉(zhuǎn)速80或者計算出的偏移誤差進行數(shù)字補償。
權(quán)利要求
用于轉(zhuǎn)速傳感器(38)的補償電路(42)，其中，所述補償電路(42)包括一第一分析處理單元(72，76)，所述第一分析處理單元(72，76)用于在考慮一第一測量值(621)和一第二測量值(622)的差值或和值的情況下產(chǎn)生一正交補償信號(73)，其特征在于，所述補償電路(42)具有一第二分析處理單元(86)，所述第二分析處理單元(86)用于在考慮檢測到的所述第一測量值(621)和所述第二測量值(622)的和值或差值(90)的情況下產(chǎn)生一振動補償信號(99)。
2.如權(quán)利要求1所述的補償電路(42)，其特征在于，所述第二分析處理單元(86)具有 一輸入端(98)，所述輸入端(98)用于來自所述轉(zhuǎn)速傳感器(38)的驅(qū)動單元(40)的調(diào)節(jié)回 路(44)的調(diào)節(jié)量(54)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的補償電路(42)，其特征在于，所述補償電路(42)具有一加 法器或減法器(100)，所述加法器或減法器(100)用于由所述正交補償信號(73)和所述振 動補償信號(99)產(chǎn)生一第三和值或差值(74)。
4.如權(quán)利要求1至3之一所述的補償電路(42)，其特征在于，所述第一分析處理單元 (72，76)具有一第一濾波器(76)、尤其是一第一低通或帶通濾波器，和/或，所述第二分析 處理單元具有一第二濾波器(92)、尤其是一第二低通濾波器。
5.用于一轉(zhuǎn)速傳感器(38)的檢測電路(42)，其中，所述檢測電路(42)具有一用于產(chǎn) 生轉(zhuǎn)速信號(80)的調(diào)制器(82)或乘法器(82)，所述轉(zhuǎn)速信號表示所述轉(zhuǎn)速傳感器(38)的 轉(zhuǎn)速的大小的特征，其特征在于，所述檢測電路(42)包括一如權(quán)利要求1至4之一所述的 補償電路(42)。
6.轉(zhuǎn)速傳感器(38)，其中，所述轉(zhuǎn)速傳感器(38)包括一驅(qū)動單元(40)，其特征在于，所 述轉(zhuǎn)速傳感器(38)包括一如權(quán)利要求1至4之一所述的補償電路(42)或一如權(quán)利要求5 所述的檢測電路(42)。
7.用于一轉(zhuǎn)速傳感器(38)的補償方法，其中，所述補償方法包括以下步驟在檢測傳感元件(12)上檢測一第一測量值(621)和一第二測量值(622)；由所述第一測量值(621)和所述第二測量值(622)產(chǎn)生一第一差值或和值；在考慮所述第一差值或和值的情況下產(chǎn)生一正交補償信號(73)；由所述第一測量值(621)和所述第二測量值(622)產(chǎn)生一第二和值或差值(90)；和在考慮所述第二和值或差值(90)的情況下產(chǎn)生一振動補償信號(99)。
8.如權(quán)利要求7所述的補償方法，其特征在于，所述產(chǎn)生振動補償信號(99)的步驟包 括與一調(diào)節(jié)量(54)調(diào)制(96)或相乘(96)，所述調(diào)節(jié)量(54)來自所述轉(zhuǎn)速傳感器(38)的 驅(qū)動單元(40)的調(diào)節(jié)回路(44)。
9.如權(quán)利要求7或8所述的補償方法，其特征在于，所述補償方法包括一個另外的步 驟，在所述另外的步驟中，由所述正交補償信號(73)和所述振動補償信號(99)產(chǎn)生一第三 和值或差值(74)。
10.如權(quán)利要求7至9之一所述的補償方法，其特征在于，所述正交補償信號(73)的 產(chǎn)生包括一第一濾波(76)、尤其是一第一低通濾波或帶通濾波，和/或，所述振動補償信號 (99)的產(chǎn)生包括一第二濾波(92)、尤其是一第二低通濾波。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于轉(zhuǎn)速傳感器(38)的補償電路(42)，包括用于在考慮第一和第二測量值(621，622)的差值或和值的情況下產(chǎn)生正交補償信號(73)的第一分析處理單元(72，76)。補償電路(42)具有第二分析處理單元(86)，其用于在考慮檢測到的第一和第二測量值的和值或差值的情況下產(chǎn)生振動補償信號(99)。本發(fā)明還涉及相應(yīng)的檢測電路(42)和轉(zhuǎn)速傳感器(38)。本發(fā)明還涉及用于轉(zhuǎn)速傳感器的補償方法，包括在檢測傳感元件(12)上檢測第一和第二測量值(621，622)；由第一和第二測量值產(chǎn)生第一差值或和值；在考慮第一差值或和值的情況下產(chǎn)生正交補償信號(73)；由第一和第二測量值產(chǎn)生第二和值或差值(90)；在考慮第二和值或差值(90)的情況下產(chǎn)生振動補償信號(99)。
文檔編號G01C19/56GK101799479SQ20101011656
公開日2010年8月11日 申請日期2010年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月10日
發(fā)明者S·尊福特 申請人:羅伯特·博世有限公司