專利名稱：確定軸對稱振動傳感器的旋轉(zhuǎn)速度的方法以及實(shí)現(xiàn)該方法的慣性設(shè)備的制作方法
確定軸對稱振動傳感器的旋轉(zhuǎn)速度的方法以及實(shí)現(xiàn)該方法
的慣性設(shè)備本發(fā)明涉及一種確定軸對稱傳感器的旋轉(zhuǎn)速度的方法，以及包括軸對稱振動傳感器的相應(yīng)的慣性設(shè)備。本發(fā)明尤其涉及在振動的位置上呈現(xiàn)諧波地取決于所述振動相對于該設(shè)施的外殼的位置的角度漂移的傳感器。
背景技術(shù)：
為了確定載體的方位，尤其是為了對飛機(jī)進(jìn)行導(dǎo)航，已知可使用具有一個(gè)或更多個(gè)軸對稱振動傳感器的慣性設(shè)備，每個(gè)軸對稱振動傳感器利用具有階數(shù)等于或大于四的對稱性并能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)相同和正交的退化振動模式的諧振器，其呈現(xiàn)相對于對稱軸具有η階周期性的形變，即，具有η倍于與圍繞對稱軸公轉(zhuǎn)一周相同的振動模式的形變。尤其地，已知使用2階的傳感器，諸如，包括適宜數(shù)目的電極的半球鐘形振動傳感器，或者諸如其中兩種模式中的振動方位不幾何正交但模態(tài)正交(即，它們模態(tài)上偏移)的quapason振動陀螺儀。還已知軸對稱振動傳感器適宜用于自由陀螺儀模式或速率陀螺儀模式。在自由陀螺儀模式中，振動被保持，但讓其位置自由；當(dāng)載體的方位改變時(shí)，振動相對于基座的位置即代表載體已轉(zhuǎn)過的角度。在速率陀螺儀模式中，振動被保持并且其相對于其基座的位置通過應(yīng)用適宜的電子控制信號而保持駐定；因此這些控制信號的值即表示載體在慣性空間中的旋轉(zhuǎn)速度。還已知當(dāng)振動陀螺儀在自由陀螺儀模式中操作時(shí)，該陀螺儀呈現(xiàn)引起振動位置上的變化的漂移誤差，即使當(dāng)該載體不受任何旋轉(zhuǎn)作用時(shí)亦是如此。該漂移包括兩個(gè)分量，一常數(shù)分量和一交變漂移分量，其中常數(shù)分量對于半球諧振陀螺儀是每小時(shí)百分之幾度的數(shù)量級，而交變漂移分量由諧波組成，主要由與振動傳感器具有相同階數(shù)η的諧波以及該振動傳感器的階數(shù)兩倍的諧波組成，這取決于振動的位置。使用半球諧振陀螺儀，階數(shù)為η的諧波產(chǎn)生每小時(shí)一度的數(shù)量級的漂移誤差，階數(shù)為2η的諧波產(chǎn)生每小時(shí)十分之一度的數(shù)量級的漂移誤差。已知在車間中來校準(zhǔn)陀螺儀和建立校正表，當(dāng)這些陀螺儀在使用中時(shí)可應(yīng)用這些校正表。然而，漂移誤差不僅是振動位置的函數(shù)，還是環(huán)境溫度和陀螺儀的老化的函數(shù)。在實(shí)踐中，校正的潛能被限制。此外，從文獻(xiàn)US 2006/037417獲知了一種方法，用于借助于振動陀螺儀來測量旋轉(zhuǎn)速度，其中規(guī)定將借助于模型預(yù)測的信號與在向振動的預(yù)定位置進(jìn)動期間測得的信號相比較。從該比較中，提取用于更新該模型的數(shù)據(jù)。因此該步驟并不直接涉及確定旋轉(zhuǎn)速度， 而是涉及使得有可能得到關(guān)于該陀螺儀行為的更佳知識的步驟。確定旋轉(zhuǎn)速度在于將陀螺儀設(shè)置成為以該陀螺儀的固有振蕩頻率的兩倍的頻率振動以及測量進(jìn)動。發(fā)明目的本發(fā)明的目的是確定軸對稱振蕩傳感器的旋轉(zhuǎn)速度同時(shí)最小化漂移誤差。發(fā)明概述為了達(dá)到該目的，本發(fā)明提供了一種確定軸對稱振動傳感器的旋轉(zhuǎn)速度的方法，該軸對稱振動傳感器具有與控制電極和檢測電極關(guān)聯(lián)的振動件，以產(chǎn)生具有呈現(xiàn)η階周期性的形變并且具有作為傳感器的旋轉(zhuǎn)的函數(shù)的可變的位置的振動，該方法的特征在于包括以下步驟·接連地評估該振動相對于這些電極的至少2Ν+1個(gè)位置的旋轉(zhuǎn)速度，這些位置相對于彼此幾何偏移，并且使用預(yù)先建立的比例因子通過應(yīng)用進(jìn)動控制信號將振動從一個(gè)位置移到另一個(gè)位置；·從2Ν+1個(gè)評估中識別該振動的秩最高達(dá)N的至少一個(gè)諧波漂移；以及·為已減去所識別出的諧波漂移的至少一個(gè)評估確定旋轉(zhuǎn)速度。每個(gè)評估包括傳感器速度中的非諧波漂移、該速度中的諧波漂移、以及噪聲。該識別階段用于識別秩最高達(dá)N的諧波漂移，從而能夠從至少一個(gè)評估中減去該漂移以確定不再受該漂移影響的旋轉(zhuǎn)速度。借助于本發(fā)明，殘余的漂移誤差由此很小，并且是因非諧波漂移以及還因較高階的諧波漂移而導(dǎo)致，但其振幅相對較小。由此可在設(shè)備的初始校準(zhǔn)期間補(bǔ)償該誤差，只有值初始很小且已被補(bǔ)償?shù)淖兓瘜υO(shè)備的測得旋轉(zhuǎn)速度造成干擾。有利地，本方法包括從多個(gè)評估中減去諧波漂移以及對這些評估取平均的步驟。因此，取平均起到減少噪聲的作用，由此進(jìn)一步改善速度確定的精確度。當(dāng)輸入值為零時(shí)，用于測量振動的角度位置的電子編碼器所產(chǎn)生的線性誤差是最大的，因此可選擇用于測量旋轉(zhuǎn)速度的角度以避免(遞送輸入到角度編碼器的信號的)檢測電極輸出零值。還適當(dāng)?shù)赜^察到，所描述的本發(fā)明以下述原理操作正是諧振器的諧波漂移導(dǎo)致在振動的各個(gè)位置之間旋轉(zhuǎn)速度測量上的誤差因此需要使應(yīng)用于傳感器的所有旋轉(zhuǎn)速度全都相同并在這些測量時(shí)自始至終恒定，這是因?yàn)榉駝t不可能消去諧波漂移項(xiàng)。事實(shí)上，現(xiàn)實(shí)的約束是獲知對應(yīng)于這些測量的時(shí)間段期間的各個(gè)旋轉(zhuǎn)速度之間的差額，而相同的恒定速度純粹是差額為零的特殊情況。本發(fā)明還提供了一種用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的慣性設(shè)備。該慣性設(shè)備包括具有與控制電極和檢測電極關(guān)聯(lián)的振動件的軸對稱振動傳感器、用于激發(fā)該傳感器以產(chǎn)生振動的裝置，并包括用于評估該傳感器在該振動相對于這些電極的2Ν+1個(gè)位置中的每個(gè)位置中的旋轉(zhuǎn)速度的裝置，用于在使用預(yù)先建立的比例因子的同時(shí)應(yīng)用進(jìn)動控制信號直至該振動到達(dá)該2Ν+1個(gè)位置中的每個(gè)位置的裝置，以及用于識別該振動的秩最高達(dá)N的至少一個(gè)諧波漂移并在已從至少一個(gè)評估中減去該至少一個(gè)所識別出的諧波漂移之后從所述至少一個(gè)評估確定旋轉(zhuǎn)速度的裝置。附圖簡要說明在閱讀以下參照附圖給出的本發(fā)明的特定非限定性實(shí)現(xiàn)的描述時(shí)本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將顯現(xiàn)，其中·

圖1是沿圖2的I-I的概略軸向剖視圖，其示出半球鐘形振動傳感器； 圖2是沿圖1的II-II線的剖視圖；·圖3是示出本發(fā)明的方法的實(shí)現(xiàn)及其各種應(yīng)用的框圖；以及·圖4是地球儀以及振動傳感器的概略視圖，其說明本發(fā)明的尋北應(yīng)用。發(fā)明具體描述
參考圖1和2，示出具有二階形變的振動傳感器的本發(fā)明的慣性設(shè)備。該設(shè)備包括半球鐘形振動傳感器7，該傳感器7按照已知的方式包括搭載在基座2(也由硅石制成)上的硅石鐘1、鐘1由密封的外殼3包圍，使得該傳感器能在真空中操作。還是按照已知方式，鐘1的內(nèi)表面與其底部邊緣一樣是鍍金屬的，該底部邊緣面向兩對控制電極4和兩對檢測電極5延伸，這些電極適宜地連接至控制和檢測單元6以產(chǎn)生圖2中由點(diǎn)劃線表示、且其位置由相對于參考電極5的角度θ來標(biāo)識的振動11。振動 11的位置由控制單元6通過向控制電極4應(yīng)用進(jìn)動控制信號來控制。根據(jù)本發(fā)明的方法包括以下步驟·接連地評估該振動相對于這些電極的至少2Ν+1個(gè)位置的旋轉(zhuǎn)速度，這些位置相對于彼此幾何偏移，并且通過在使用預(yù)先建立的比例因子的同時(shí)應(yīng)用進(jìn)動控制信號來將該振動從一個(gè)位置移到另一個(gè)位置；·從2Ν+1個(gè)評估中識別該振動的秩最高達(dá)N的至少一個(gè)諧波漂移；以及·從已減去所識別出的諧波漂移的至少一個(gè)評估確定旋轉(zhuǎn)速度。軸對稱振動傳感器中的諧波漂移誤差的模型具有以下形式
權(quán)利要求
1.一種確定軸對稱振動傳感器(7)的旋轉(zhuǎn)速度的方法，所述傳感器具有與控制電極 (4)和檢測電極( 關(guān)聯(lián)的振動件(1)，以產(chǎn)生呈現(xiàn)η階周期性且具有作為所述傳感器的旋轉(zhuǎn)的函數(shù)的可變的位置(Θ)的振動，所述方法的特征在于，包括以下步驟接連地評估所述振動相對于所述電極的至少為2Ν+1個(gè)位置的旋轉(zhuǎn)速度，所述位置相對于彼此幾何偏移，并且使用預(yù)先建立的比例因子通過應(yīng)用進(jìn)動控制信號將所述振動從一個(gè)位置移到另一個(gè)位置；從2Ν+1個(gè)評估中識別所述振動的秩最高達(dá)N的至少一個(gè)諧波漂移；以及為已減去所識別出的諧波漂移的至少一個(gè)評估確定旋轉(zhuǎn)速度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，包括從多個(gè)評估中減去所述諧波漂移以及對這些評估取平均的步驟。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，包括以下步驟 計(jì)算所述評估的平均值；計(jì)算平均諧波漂移；以及從所述評估的所述平均值中減去所述平均諧波漂移。
4.如以上所有或部分權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，包括控制所述振動的定位以占據(jù)被選擇成使得對應(yīng)的檢測信號呈現(xiàn)非零的值的角度的在前步驟。
5.如以上所有或部分權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，包括以下步驟 將所述進(jìn)動控制信號與實(shí)際的對應(yīng)角度的變化相比較02)；以及從中推導(dǎo)所述比例因子的經(jīng)更新值03)。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，包括以下步驟 測量所述傳感器的旋轉(zhuǎn)速度的變化(1 ；以及在建立所評估出的旋轉(zhuǎn)速度的平均值時(shí)代數(shù)地減去所測得的變化。
7.—種慣性設(shè)備，包括具有與控制電極(4)和檢測電極( 關(guān)聯(lián)的振動件(1)的軸對稱振動傳感器(7)、以及用于激發(fā)所述傳感器以產(chǎn)生振動的裝置(6)，所述設(shè)備的特征在于，包括用于評估所述傳感器在所述振動相對于所述電極的2N+1個(gè)位置中的每個(gè)位置的旋轉(zhuǎn)速度的裝置(9)，用于在使用預(yù)先建立的比例因子的同時(shí)應(yīng)用進(jìn)動控制信號直至所述振動到達(dá)所述2N+1個(gè)位置中的每個(gè)位置的裝置(10)，以及用于識別所述振動的秩最高達(dá) N的至少一個(gè)諧波漂移并在已從至少一個(gè)評估中減去該至少一個(gè)所識別出的諧波漂移之后從所述至少一個(gè)評估確定所述旋轉(zhuǎn)速度的裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的慣性設(shè)備，其特征在于，所述識別和確定裝置設(shè)置為從多個(gè)評估中減去所述諧波漂移以及對這些評估取平均。
9.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，包括用于將每個(gè)進(jìn)動控制信號與實(shí)際的對應(yīng)角度變化相比較的裝置02)；以及用于推導(dǎo)所述比例因子的經(jīng)更新值的裝置03)。
10.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，包括用于測量所述傳感器的旋轉(zhuǎn)速度的變化的裝置(19)；以及用于在建立所評估出的旋轉(zhuǎn)速度的平均值的同時(shí)代數(shù)地減去所測得的變化的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種確定軸對稱振動傳感器(7)的旋轉(zhuǎn)速度的方法，所述傳感器(7)包括與控制電極(4)和檢測電極(5)關(guān)聯(lián)的振動件(1)以產(chǎn)生具有大約為n的周期性的形變且具有基于傳感器旋轉(zhuǎn)的可變位置(Θ)的振動，所述方法的特征在于包括以下步驟接連地評估所述振動相對于所述電極的至少2N+1個(gè)位置的旋轉(zhuǎn)速度的評價(jià)，所述位置相對于彼此幾何偏移，并且使用預(yù)設(shè)的比例因子通過應(yīng)用進(jìn)動控制來將振動從一個(gè)位置移到另一個(gè)位置；從2N+1個(gè)評估中識別秩最高達(dá)N的至少一個(gè)諧波漂移；以及從已減去所識別出的諧波漂移的至少一個(gè)評估確定旋轉(zhuǎn)速度。
文檔編號G01C19/5691GK102265113SQ200980152866
公開日2011年11月30日 申請日期2009年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月23日
發(fā)明者D·羅伯弗洛德 申請人:薩甘安全防護(hù)公司