[发明专利]具有交流加力和敏感电路的振动旋转传感器

说明书

本发明的主题与以下专利申请所披露的发明有关，这些申请包括由Matthews，Darling和Varty等人申请的“具有多路复用电路的振动旋转传感器”，由Matthews、Varty、Li和Lynch等人申请的“具有全角跟踪的振动旋转传感器”以及由Lynch申请的“具有AC驱动电压的振动旋转传感器”。

本发明一般涉及振动旋转传感器，尤其涉及与该旋转传感器有关的电子线路。

如图1分解示意图所示，现有技术的振动旋转传感器(VRS)10包括外构件12、半球形共振器14和内构件16，所有部件都由熔凝的石英制成并加入了铟。惯性敏感元件为薄壁的、5.8厘米直径的半球形共振器14，它置于外构件12与内构件16之间并由导杆26支承。

环形加力器电极20和16个分散的加力器电极22接合于外构件12的内表面。在组装后的VRS10中，环形加力器电极20和16个分散的加力器电极22紧靠半球形共振器14的金属化外表面32。在组装的VRS中，置于内构件16上的8个敏感电极24紧靠半球形共振器14的金属化内表面30。

通过在半球形共振器14与环形加力器电极20之间合适的加力电压，可以将容性压力加在半球形共振器14上，以最低阶非伸缩(或弯曲)方式使半球形共振器振动。所形成的驻波围绕圆周有4个按90度间隔的波腹，4个节点与波腹偏离45度。0度和180度波腹与90度和270度波腹的相位相差90度。该驻波引起半球形共振器的边缘形状从圆形变为椭圆形(长轴通过0度/180度波腹)，到从圆形变为椭圆形(长轴通过90度/270度波腹)的变化。

VRS10绕着与半球形共振器边缘34的平面相垂直的轴旋转，使得驻波沿反向旋转一个角度，该角度与VRS10的旋转角度成正比。这样，通过测量该驻波相对VRS10的旋转角度，即可确定VRS10的旋转角度。

通过在半球形共振器14上设置直流偏压，在环形加力器电极20上设置交流电压，交流电压的频率为半球形共振器14之共振频率的两倍，激励半球形共振器14的振动模式。

当半球形共振器14振动以及敏感电极24相对半球形共振器的电容改变时，通过测量极高阻抗(约为恒定负荷)敏感电极24的输出电压，确定相对VRS10的驻波图形角。从组合式V₀-V₉₀+V₁₈₀-V₂₇₀获得x轴信号V_x，其中，下标表示相对产生电压的电极的x轴的角度位置。同样，从组合式V₄₅-V₁₃₅+V₂₂₅-V₃₁₅获得y轴信号V_y。由V_y与V_x之比给出相对0度(即x)轴的两倍驻波图形角的正切。

由于半球形共振器14的厚度不一致，第一驻波的确立将导致生成以相位正交振荡的第二驻波，其波腹与第一驻波的节点一致。通过将合适的电压加在16个分离的加力器电极22上，可以抑制第二驻波的生成。

直流偏压一般维持在半球形共振器14上。直流偏压的存在导致HRG电性能的缓慢改变，而这一改变归结为发生在外构件12和内构件16或其内部的电荷迁移现象所引起的电容变化。随着时间的消逝，这些缓慢变化导致难以接受的大幅度性能劣化，必须提供特殊的装置对这些影响进行补偿。

本发明是一种控制振动旋转传感器(VRS)振动模式的方法和装置，VRS包括共振器和同时用作接地电位基准的壳体。共振器的表面具有导电区域，壳体具有多个相对共振器上的导电区域而设置的附加电极。通过将交流敏感信号馈送到共振器上的导电区域并获得一个或多个振动信号，同时将共振器上导电区域的对地电位维持在100毫伏，确定共振器驻波振动图形的参数。每个振动信号是交流敏感信号的复制品，其幅度调制是共振器表面导电区域内一点至相对壳体电极之距离的周期函数。调幅频率就是共振器的振动频率。驻波参数根据振动信号确定，通过产生合适的交流加力电压施加到壳体电极，用这些参数控制驻波参数。

图1表示现有技术的振动旋转传感器的组成部分。

图2示意性表示共振器的导电区域以及附加到振动旋转传感器壳体的相对电极。

图3是振动旋转传感器的加力和敏感电路的示意图。

图4是振动信号解调器的方框图。

图2中示意性表示采用32个分散的加力器电极(而不是图1所示环形加力器电极20和16个分散加力器电极22)的振动速率传感器连同基准X和Y轴的实施例。共振器用圆40表示。32个分散加力器电极42位于VRS的外构件上，8个敏感电极44位于内构件上。