用于校正来自振动角惯性传感器的测量的方法技术

本发明专利技术涉及设置在载体上的振动惯性传感器的测量，并且振动惯性传感器包括谐振器，谐振器围绕限定

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于校正来自振动角惯性传感器的测量的方法


[0001]本专利技术的领域是振动惯性传感器的领域，其中，至少两个质量体，或者甚至包括至少两个部分的单个质量体振动，其中，一个质量体或者质量体的部分能够相对于另一质量体或者质量体的另一部分变形
。
在不受限制的情况下，本专利技术特别地涉及可以具有平面结构的
MEMS
类型的惯性传感器
(
例如，在支撑板中微加工的传感器
)。
本专利技术涉及一种角测量方法
(
角度或角速度
)
，并且特别地涉及一种用于校正这种测量的方法
。

技术介绍

[0002]振动惯性传感器
(
或者音叉传感器
)
是本领域技术人员已知的
。
振动惯性传感器包括谐振器，该谐振器可以是但不一定是轴对称的，并且与用于使谐振器振动的单元和用于检测振动
(
振动波
)
相对于传感器的参考系的定向的单元相关联
。
这些单元总体上包括固定至传感器和
/
或谐振器的外壳的至少两组致动器以及也固定至外壳和
/
或谐振器的至少两组检测器
。
[0003]为了简单起见，贯穿本说明书，角惯性传感器可以等效地被称为“惯性传感器”或者“角传感器”或者甚至被称为“传感器”。
[0004]这种传感器被设置在载体上，以便测量所述载体的角度和
/
或角速度值
。r/>载体可以是飞机
、
轮船
、
火车
、
卡车
、
汽车
、
卫星或者任何其他空中
、
陆地或者海上交通工具的全部或者部分
。
[0005]值得注意的是，现有的惯性传感器是在薄平板中微加工的，从而允许测量角位置
(
陀螺仪
)
或者角速度
(
陀螺测量仪
)
，这些传感器在文档
EP 2960625
中被特别描述
。
主要特征回顾如下
。
[0006]制造这些微加工的传感器，也称为“MEMS”(
微机电系统
)
传感器，使用类似于用于制造电子集成电路的技术的集体微机械加工
、
蚀刻
、
掺杂沉积技术等，从而实现低生产成本
。
[0007]申请
EP 2960625
中描述的
MEMS
传感器由两个振动可移动质量体
M1
和
M2
组成，如图1所示，这两个质量体同心地围绕彼此设置并且被激励，以便经由一个或多个激励换能器在板的平面
(
图1中的
xy
平面
)
中以音叉模式振动
。
两个质量体通过悬挂弹簧
RS(
正交各向异性的
)
悬挂在板的固定锚定点
A
处
。
两个质量体通过加强元件
RC
耦合在一起
。
总体目标是通过构造来获得沿
x
的刚度等于沿
y
的刚度以及
x
和
y
之间的零耦合刚度
。
有用的振动模式与两个质量体的反相线性振动相对应
。
[0008]更一般地，可以涉及两个以上的可移动质量体
(
例如，四个可移动质量体
)
，或者相反，可以涉及包括至少两个部分的单个质量体，其中，一个部分能够相对于另一部分变形
(
例如，在半球形谐振器微陀螺测量仪
(
μ
HRG)
上
)。
[0009]申请
EP 2960625
中描述的结构形成具有通过科里奥利
(Coriolis)
加速度耦合在一起的两个质量体的谐振器系统
(
称为“谐振器”)。
当传感器绕垂直于
xy
平面的
z
轴旋转时，其中，
z
轴称为“灵敏轴”，受迫振动与角旋转矢量的合成通过科里奥利效应生成力，力导致
可移动质量体垂直于激励振动和灵敏轴自然振动；自然振动的振幅与转速成正比
。
与传感器相关联的电子器件计算在与激励方向正交的方向上的自然振动的振幅，而与所述激励方向
(
假设已知
)
无关
。
[0010]传感器可以在陀螺测量仪模式中操作：通过修改激励来使激励方向保持固定，并且因此，垂直于该振动的轴相对于传感器的外壳保持固定，并且然后输出信息反映需要向激励换能器施加的所要求的能量，以便在外壳发生任何移动的情况下也能使自然振动方向保持固定
。
测量该能量
(
或者“反作用力”)
即可获取传感器的角速度
Ω
。
[0011]传感器还可以在陀螺仪模式中操作：激励振动的方向是自由的并且被检测，以便提供传感器相对于惯性参考系的角定向，角定向也可以简单地称为“角度”。
传感器的角速度还可以通过对角度测量进行求导来推导出来
。
[0012]申请
EP 2960625
中描述的谐振器的整个结构关于限定传感器参考系的两个
x
和
y
轴轴对称，如图1所示
。“轴对称”被理解为是指该结构相对于
x
对称并且相对于
y
对称
。
然而，应当理解，该定义可以涵盖所有可能的微小不对称性
。
如下文所述，这些轴形成沿着这两个轴操作的致动器和检测器的主方向
。
[0013]为了在平面的任何给定方向上激励有用的振动模式，激励信号被分成具有调整后的相应的振幅的两个分量
。
如图2所示，两个振幅分量可以分别施加到沿
x
方向作用的激励换能器
Ex
和沿
y
方向作用的激励换能器
Ey
，其中，这两个激励换能器与至少一个可移动质量体
(
图2中的内部质量体
M1)
相关联
。
因此，激励力被施加到这些换能器上，以生成和维持振动波：所述激励力能够经由振幅命令
Ca(
对抗传感器的阻尼
)
以及在
xy
平面的任何方向上经由进动命令
Cp(
使波旋转
)
维持受迫振动
。
[0014]波的振动轴被称为
x'
轴
。
该轴定义了
x'y'
参考系，其中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种用于校正振动惯性传感器
(10)
的测量的方法
(100)
，所述惯性传感器被设置在载体上并且包括谐振器
(Res)
，所述谐振器
(Res)
围绕限定
xy
传感器参考系的两个相互垂直的
x
轴和
y
轴延伸，并且所述惯性传感器包括：
‑
至少一个振动可移动质量体
(M1)
，其中，所述至少一个可移动质量体包括至少两个部分，所述至少两个部分被配置为以振动脉动
(
ω
)
并且在限定
x'y'
波参考系的方向
x'
上反相振动，其中，沿
x'
的振动波
(OV)
相对于所述
x
轴形成电角度
θ
；
‑
多个静电换能器，所述多个静电换能器由电压控制并且沿两个轴
x
或者
y
操作，其中，所述换能器至少包括：
‑‑
一对检测换能器
(Dx
，
Dy)
，其被配置为检测所述振动波沿
x
和
y
的移动；
‑‑
一对激励换能器
(Ex
，
Ey)
，通过由自动控件根据检测到的移动确定出的多个激励命令分别沿
x
和
y
向所述一对激励换能器施加激励力，所述一对激励换能器被配置为：经由振幅命令
(Ca)
将波维持在恒定振幅，并且可选地，经由进动命令
(Cp)
使所述振动波旋转；当所述传感器在振动波
(OV)
沿所述
x'
轴振动的情况下操作时应用所述校正方法；所述方法包括以下步骤，当所述载体实质上平稳时：
A
根据命令角度值
Ω
c
命令所述振动波
(OV)
进行电旋转，使得所述电角度
θ
扫描至少一个弧度为
k
π
的角范围，其中，
k
为大于或等于1的整数；然后
B
针对所述命令角度值
Ω
c
取回由所述惯性传感器
(10)
在所述电角度
θ
的所述弧度为
k
π
的角范围内测量的测量角度值
Ω
e
，并且确定在所述角范围内测量的所述角度值的平均值
Ω
em
；然后
C
从所述测量角度值的平均值
Ω
em
中减去所述命令角度值
Ω
c
；其中，针对至少两个不同的命令角度值进行步骤
A
至步骤
C
，以确定所述测量角度值的至少两个平均值；然后
D
确定：
‑
平均电比例因子误差
FEem
，其中，所述电比例因子与由于电旋转命令而引起的所述测量角度值与所述命令角度值
Ω
c
之间的比率相对应；以及
‑
所述载体的实际角度值
Ω
v
加上所述传感器的漂移值
Dm
；所述确定是基于所述命令角度值
Ω
c
和所述测量角度值的平均值
Ω
em
，并且根据以下方程进行的：
Ω
em
‑
Ω
c
＝
(
Ω
v+Dm)+FEem.
Ω
c。2.
根据权利要求1所述的校正方法
(100)
，包括附加的步骤，所述附加的步骤包括，当所述载体实质上平稳时：
E
根据以下方程，基于在以命令角速度
Ω
c
进行电旋转期间的至少一圈或者一圈的一小部分期间的所述测量角度值
Ω
e
，确定所述传感器的周期性漂移
D(
θ
)
作为所述电角度
θ
的函数以及确定周期性电比例因子误差
FEe(
θ
)
作为所述电角度
θ
的函数：
Ω
e
‑
Ω
c
＝
Ω
v+Dm+D(
θ
)+(FEem+FEe(
θ
)).
Ω
c。3.
根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：N，
申请(专利权)人：塔莱斯公司，
类型：发明
国别省市：