[发明专利]用于确定振动结构频率和幅度的,尤其是用于测量加速度或旋转速率的装置和方法

说明书

本发明涉及用于确定振动结构频率和幅度的，尤其是用于测量加速度或旋转速率的一种装置和一种方法。

振动结构在技术上有多种多样的应用可能性。例如采用它们作为加速度和/或旋转速率传感器，在此从振动特性中可以求出运动量。

在US专利4,598,585中说明了在其上主体绕两个互相垂直轴线(x轴线，y轴线)可振动地支承的一种旋转速率传感器。为了确定围绕垂直于x和y轴线延伸的z轴线的旋转速率，激励元件绕y轴线周期性振动。由于在旋转期间的科利奥力实现元件的绕x轴线的一种其它振动，振幅在此是旋转速率的一个尺度。图3中展示了具有双万向铰悬挂的一种这样的旋转速率传感器。

此外，实施振动运动的加速度传感器是已知的，频率在此是在某个方向上作用的加速度的一个尺度。

已知的振动结构却具有这种缺点，不能在振幅的变化和振动元件的平行位移之间作区分。因此例如可能出现使测量值失真的可运动元件的悬挂的间距变化。在量取具有电容器振动元件的位置或偏转时，电容器板间距的极小变化可能如此叠加实际的振幅，以至于准确的测量结果不再是可能的。当干扰或平行位移如激振那样位于相同的频段中时，则尤其适用这一点。

所以本发明的任务在于，创立用于确定振动结构频率和/或幅度的一种装置，和说明用其可以以高精度确定振幅的一种方法，在此有效地抑制例如由于结构的平行位移或变形引起的干扰。

通过按权利要求1的装置和按权利要求8的方法解决此任务。从从属权利要求、说明书和图中得出本发明的其它有利的特征、特点和细节。

用于确定振动结构频率和/或幅度的按本发明的装置尤其是适用于测量加速度和旋转速率，并且拥有可激励其振动的一个可活动的元件，用于确定可活动元件偏转的一副位置传感器，这些位置传感器是如此布置的，使得在振动的半波期间位置传感器的测量值相互超越和/或低出，用于为了从中确定振动半波的阈值而比较两个位置传感器测量值的电路，和用于确定在其中两个位置传感器之一的测量值超越和/或低出阈值的持续时间的装置。

通过位置传感器的特别的布置和测量值与振动半波中的阈值确定的比较来实现，即使在由于振动元件平行位移引起的测量干扰的情况下可以准确求出振幅。避免幅度确定中的差错。

装置有利地包括用于确定振动第二半波的第二阈值的一个其它副间距传感器。间距传感器在此是优先如此布置的，使得正半波中的和负半波中的阈值有相同的绝对值。尤其是在绕规定轴线振动的机械结构上，垂直于振动轴线A作用的加速度不再有幅度测量中的差错的后果。

位置传感器有利地是电容，由此产生成本有利的结构方式。但是也可以通过光学元件，或用于位置或间距测量的对于专业人员已知的类似传感器形成这些位置传感器。

位置传感器副的一个元件优先是超高地布置的，使得阈值在可活动元件规定的偏转时调定。例如通过机械的级，或通过可振动元件上的，或与元件相对面上的电极的级状的布置可以激起阈值。位置传感器在此是优先以离可活动元件转轴的不同间距布置的。

用于确定振动结构频率和/或幅度的按本发明的方法包括这些步骤：确定振动的正和/或负半波中的阈值，确定在其中在振动期间超越和/或低出阈值的持续时间，和从超越和/或低出阈值的持续时间中求出频率和/或幅度。因此可以与可振动元件和固定元件之间的间距无关地确定振幅和求出振动频率。

有利地对于振动的正半波和对于负半波分别确定阈值，并且从超越和/或低出两个阈值的持续时间中求出频率和/或幅度。正半波中的和负半波中的阈值在此可能有相同的绝对值。尤其是通过机械的级可以形成这些阈值。

以下借助于优先的实施例说明本发明。在图中：

图1以示意性剖视图展示按本发明装置的优先实施形式；

图2展示用于阐述振动和特征量的图表，按本发明方法采用这些量用于幅度和频率确定；和

图3展示具有能振动结构的已知的旋转速率传感器。

图1展示具有绕轴线A可振动支承的可活动元件2或摆板的按本发明装置。摆板2例如可以以横梁或板式结构存在，并且通过激励使摆板2进入周期性振动。板式的固定元件1是布置在摆板2对面的。一个第一副位置传感器10、11用于确定可活动元件2和固定元件1之间的间距，和因此用于确定在元件2绕轴线A振动期间的各自的偏转。位置传感器10、11在此是如此布置的，它们的测量值在振动的半波期间相互超越和/或低出。这意味着，在达角度￡p的某个偏转时两个位置传感器10、11的测量值是同等大的，而在超越角度￡p时传感器10比传感器11显示较大的测量值，并且在低出角度￡p传感器10比传感器11显示较小的测量值。