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DE10321962A1 - Simulation device for simulating the rotation of a micro-mechanical Coriolis sensor, for its calibration and characterization, has acceleration, compensation and frequency information units - Google Patents

Simulation device for simulating the rotation of a micro-mechanical Coriolis sensor, for its calibration and characterization, has acceleration, compensation and frequency information units Download PDF

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DE10321962A1
DE10321962A1 DE2003121962 DE10321962A DE10321962A1 DE 10321962 A1 DE10321962 A1 DE 10321962A1 DE 2003121962 DE2003121962 DE 2003121962 DE 10321962 A DE10321962 A DE 10321962A DE 10321962 A1 DE10321962 A1 DE 10321962A1
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DE
Germany
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primary
signal
frequency
rotation rate
movement
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Application number
DE2003121962
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German (de)
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DE10321962B4 (en
Inventor
Markus Braxmaier
Alexander Gaisser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hann-Schickard-Gesellschaft fuer Angewandte Forschung eV
Original Assignee
Hann-Schickard-Gesellschaft fuer Angewandte Forschung eV
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces

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Abstract

The angular velocity sensor is of a micro-mechanical type, configured for Coriolis measurement of acceleration forces. The calibration device has a first unit for applying a first acceleration to a first vibrating unit (100) in a primary direction (102) and a second acceleration in a secondary direction (104); a unit for compensating deflection of the vibrating unit in primary and secondary directions and; a unit for provision of frequency information. The device units are used to excite the vibrating unit in a manner analogous to rotation of a body. Independent claims are also included for three associated calibration or re-calibration device and four associated calibration or re-calibration methods.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Drehratensensoren und insbesondere auf die Kalibrierung von Drehratensensoren. Mikromechanische Coriolis-Kraft-Drehratensensoren besitzen vielfältige Anwendungsfelder, von denen beispielsweise die Positionsbestimmung eines Automobils oder eines Flugzeugs zu nennen ist. Allgemein besitzen solche Sensoren eine bewegliche mechanische Struktur, welche zu einer periodischen Schwingung angeregt wird. Diese periodische, durch Anregung erzeugte Schwingung wird auch als primäre Schwingung bezeichnet. Erfährt der Sensor eine Drehung um eine Achse senkrecht zu der Primärschwingung oder Primärbewegung, so führt die Bewegung der Primärschwingung zu einer Coriolis-Kraft, die proportional zur Messgröße, d. h. der Winkelgeschwindigkeit, ist. Durch die Coriolis-Kraft wird eine zweite, zur Primärschwingung orthogonale Schwingung angeregt. Diese zweite, zur Primärschwingung orthogonale Schwingung wird auch als Sekundärschwingung oder Sekundärbewegung bezeichnet. Die Sekundärschwingung, die auch als Detektionsschwingung bezeichnet wird, kann durch verschiedene Messverfahren erfasst werden, wobei die erfasste Größe als Maß für die auf den Drehratensensor wirkende Drehrate dient. Um die Primärschwingung zu erzeugen, werden unter anderem thermische, piezoelektrische, elektrostatische und induktive Verfahren verwendet, welche in der Technik bekannt sind. Zu der Erfassung der Sekundärschwingung sind piezoelektrische, piezoresistive oder kapazitive Prinzipien Stand der Technik.The The present invention relates to yaw rate sensors and in particular on the calibration of yaw rate sensors. Micromechanical Coriolis force rotation rate sensors possess diverse Fields of application, for example position determination of an automobile or an aircraft. Generally possess such sensors have a movable mechanical structure, which too a periodic vibration is excited. This periodic, Vibration generated by excitation is also called the primary vibration designated. learns the sensor rotates about an axis perpendicular to the primary vibration or primary movement, so leads the movement of the primary vibration to a Coriolis force that is proportional to the measurand, d. H. the angular velocity. The Coriolis force makes one second, for primary vibration orthogonal vibration excited. This second, to the primary vibration Orthogonal vibration is also called secondary vibration or movement designated. The secondary vibration, which is also referred to as a detection oscillation, can be different Measurement methods are recorded, with the recorded size as a measure of the serves the yaw rate sensor acting yaw rate. About the primary vibration thermal, piezoelectric, electrostatic and inductive processes used in the Technology are known. To capture the secondary vibration are piezoelectric, piezoresistive or capacitive principles Stand of the technique.

Drehratensensoren können auf verschiedenartigste Arten und Weisen ausgeführt werden. Alle Drehratensensoren haben jedoch gemeinsam, dass sie eine Schwingeinrichtung umfassen, die durch eine Primäranregungseinrichtung in die Primärbewegung versetzbar ist und dass sie eine Sekundärerfassungseinrichtung haben, die eine Sekundärbewegung aufgrund einer auf den Drehratensensor wirkenden Drehrate messen kann. Bei nichtentkoppelten Sensoren führt ein und dieselbe schwingende Masse sowohl die Primärbewegung als auch die Sekundärbewegung aus. Diese Schwingeinrichtung ist dann derart ausgestaltet, dass sie eine Masse umfaßt, die sowohl in der x-Richtung als auch in der y-Richtung bewegbar aufgehängt wird. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit wird angenommen, dass die x-Richtung die Richtung der Primärbewegung oder der Primärschwingung ist, und dass die y-Richtung die Richtung der Sekundärbewegung bzw. der Sekundärschwingung ist, und dass die Drehrate auf die Schwingeinrichtung in z-Richtung wirkt.Gyroscopes can be carried out in a variety of ways. All rotation rate sensors have in common, however, that they include an oscillating device, by a primary excitation device in the primary movement is relocatable and that they have a secondary detection device, which is a secondary movement can measure based on a rotation rate acting on the rotation rate sensor. With uncoupled sensors one and the same vibrating mass both the primary movement and also the secondary movement out. This oscillating device is then designed in such a way that it comprises a mass which can be moved both in the x-direction and in the y-direction suspended becomes. Without restriction The general assumption is that the x-direction is the direction of the primary movement or the primary vibration and that the y direction is the direction of the secondary motion or the secondary vibration is, and that the rotation rate on the vibrating device in the z direction acts.

Die WO 98/15799 offenbart Drehratensensoren mit entkoppelten Bewegungen der Schwingeinrichtung. Die Schwingeinrichtung ist in einen Primärschwinger und einen Sekundärschwinger aufgeteilt. Der Primärschwinger führt eine Schwingung in Primärrichtung durch und ist so mit dem Sekundärschwinger gekoppelt, dass die Primärschwingung auf den Sekundärschwinger übertragen wird. Der Primärschwinger ist jedoch derart an einem Substrat aufgehängt, dass er sich lediglich in Primärrichtung bewegen kann, nicht aber in Sekundärrichtung. Damit führt eine auf den Primärschwinger wirkende Coriolis-Kraft aufgrund einer Drehrate nicht dazu, dass der Primärschwinger in Sekundärrichtung ausgelenkt wird, da dieser Bewegungsfreiheitsgrad aufgrund seiner Aufhängung für den Primärschwinger nicht existiert. Dagegen ist der Sekundärschwinger derart aufgehängt, dass er sich sowohl in Primärrichtung als auch in Sekundärrichtung bewegen kann. Die Sekundärbewegung führt dazu, dass sich der Sekundärschwinger in Sekundärrichtung be wegt, wobei diese Sekundärbewegung durch die Sekundärerfassungseinrichtung erfassbar ist. Vorzugsweise ist die Sekundärerfassungseinrichtung dabei so ausgebildet, dass sie die Primärbewegung nicht erfasst, die der Sekundärschwinger ja nur deswegen ausführt, um auf die Coriolis-Kraft „sensitiv" zu sein. Die Verbindung zwischen den Primärschwinger und dem Sekundärschwinger ist ferner, um eine noch bessere Kopplung zu erreichen, derart ausgebildet, dass zwar die Primärschwingung von dem Primärschwinger auf den Sekundärschwinger übertragen wird, dass jedoch die Sekundärschwingung nicht auf den Primärschwinger zurück übertragen wird.The WO 98/15799 discloses rotation rate sensors with decoupled movements the vibrating device. The vibrating device is in a primary vibrator and a secondary transducer divided up. The primary vibrator leads one Vibration in the primary direction through and so is with the secondary transducer coupled that the primary vibration transferred to the secondary transducer becomes. The primary vibrator is however suspended from a substrate in such a way that it only in the primary direction can move, but not in the secondary direction. So one leads on the primary transducer Coriolis force due to a rotation rate does not mean that the primary vibrator in the secondary direction is deflected because this degree of freedom due to its suspension for the primary oscillator does not exist. In contrast, the secondary oscillator is suspended in such a way that he both in the primary direction as well as in the secondary direction can move. The secondary movement leads to, that the secondary vibrator in the secondary direction be moves, this secondary movement through the secondary detection device is detectable. The secondary detection device is preferably included trained so that it does not capture the primary movement that the secondary transducer yes only because to be "sensitive" to the Coriolis force. The connection between the primary transducers and the secondary transducer is further designed in order to achieve an even better coupling, that while the primary vibration from the primary transducer transferred to the secondary transducer is that however the secondary vibration not on the primary transducer transferred back becomes.

Ein solcher Drehratensensor, wie er aus der WO 98/15799 bekannt ist, ist in 5 dargestellt. Der Drehratensensor 500 weist einen Primärschwinger 506 auf, der über eine Primärschwingeraufhängung 504, die aus vier Verankerungen 504a und vier Federbalken 504b besteht, an einem Grundkörper (nicht gezeigt) befestigt ist. Um den Primärschwinger zu erregen, d. h. in Schwingung zu versetzen, umfaßt derselbe auf zwei gegenüberliegenden Seiten jeweils eine Elektrodengruppe 508, die zu einer feststehenden Elektrodengruppe 510, d. h. zu einer mit dem Grundkörper verbundenen Elektrodengruppe 510, angeordnet ist, um einen sogenannten Comb-Drive zu bilden, um den Primärschwinger 506 kapazitiv anzuregen. Die Primärschwingeraufhängung 504 ist derart ausgelegt, um eine Schwingung des Primärschwingers 506 in x-Richtung zuzulassen, während eine Bewegung des Primärschwingers 506 in den beiden anderen Richtungen wirksam vermieden wird. Die Federbalken 504 weisen daher einen rechteckigen Querschnitt auf, wobei die schmale Seite des Querschnitts entlang der x-Richtung gewählt ist, während die lange Seite des Querschnitts entlang der z-Richtung verläuft. Auch hier sei angemerkt, dass zusätzlich zur Querschnittsgeometrie der Federbalken die anisotrope Steifigkeit der Primär- und Sekundärschwingeraufhängung auch durch die Anordnung mehrerer Federbalken mit gleichen Quer schnittsgeometrien an entsprechenden Plätzen erreicht werden kann.Such a rotation rate sensor, as is known from WO 98/15799, is shown in 5 shown. The rotation rate sensor 500 has a primary transducer 506 on that via a primary vibration suspension 504 consisting of four anchors 504a and four cantilevers 504b is attached to a base body (not shown). In order to excite the primary oscillator, ie to set it in vibration, it comprises an electrode group on two opposite sides 508 leading to a fixed electrode group 510 , ie to an electrode group connected to the base body 510 , is arranged to form a so-called comb drive to the primary transducer 506 to stimulate capacitively. The primary transducer suspension 504 is designed to vibrate the primary vibrator 506 allow in the x direction while moving the primary transducer 506 is effectively avoided in the other two directions. The cantilevers 504 therefore have a rectangular cross section, the narrow side of the cross section being selected along the x direction, while the long side of the cross section is running along the z direction. It should also be noted here that in addition to the cross-sectional geometry of the cantilevers, the aniso tropic stiffness of the primary and secondary vibration suspension can also be achieved by arranging several cantilevers with the same cross-sectional geometries in appropriate places.

Ein Sekundärschwinger 514 ist über Sekundärschwingeraufhängungen 512 mit dem Primärschwinger 506 verbunden, wie es in 5 gezeigt ist. Der Sekundärschwinger 514 weist parallel zur x-Achse angeordnete Sekundärschwingerelektrodengruppen 550 auf, die in feststehende Sekundärschwingererfassungselektrodengruppen 552 kammartig ineinander eingreifend angeordnet sind, um eine kapazitive Erfassung der Bewegung des Sekundärschwingers 514 in y-Richtung zu ermöglichen.A secondary vibrator 514 is about secondary transducer suspensions 512 with the primary transducer 506 connected as it is in 5 is shown. The secondary transducer 514 has secondary oscillator electrode groups arranged parallel to the x-axis 550 on that in fixed secondary vibration detection electrode groups 552 are arranged in a comb-like manner to engage in a capacitive detection of the movement of the secondary oscillator 514 enable in the y direction.

Wird der Drehratensensor 500 mit einer Winkelgeschwindigkeit Ωy um die Symmetrieachse des Sekundärschwingers 514 oder parallel zu dieser Symmetrieachse, also zu einer Achse parallel zur y-Achse, gedreht, so wirkt auf den Sekundärschwinger 514 eine Coriolis-Kraft, die zu einer im wesentlichen translatorischen Bewegung des Sekundärschwingers in z-Richtung führt. Die translatorische Bewegung des Sekundärschwingers 514 in der z-Richtung kann durch eine Erfassungselektrode 516, die unter dem Sekundärschwinger 514 angeordnet ist, kapazitiv erfasst werden.The rotation rate sensor 500 with an angular velocity Ω y around the axis of symmetry of the secondary oscillator 514 or rotated parallel to this axis of symmetry, i.e. to an axis parallel to the y-axis, acts on the secondary oscillator 514 a Coriolis force which leads to an essentially translatory movement of the secondary oscillator in the z direction. The translatory movement of the secondary vibrator 514 in the z-direction can by a detection electrode 516 that under the secondary transducer 514 is arranged to be capacitively detected.

Wird der Drehratensensor 500 mit einer Winkelgeschwindigkeit Ωz um eine Achse, die senkrecht durch den Mittelpunkt des Sekundärschwingers 514 verläuft und zu der z-Achse parallel ist oder allgemein zu einer zu der z-Achse parallelen Achse gedreht, so wirkt auf den Sekundärschwinger eine Coriolis-Kraft, die eine Bewegung desselben in der y-Richtung veranlasst. Diese Bewegung in der y-Richtung des Sekundärschwingers 514 stellt eine translatorische Schwingung dar, da auch der Primärschwinger eine translatorische Schwingung ausführt. Die Erfassung der Bewegung des Sekundärschwingers 514 in der y-Richtung findet auf kapazitivem Wege durch die Sekundär schwingerelektrodengruppe 550 und durch die feststehenden Erfassungselektrodengruppen 552 statt. Die Federbalken 512 umfassen eine im wesentlichen quadratische Querschnittskonfiguration, da sie eine Auslenkung sowohl in der z-Richtung als auch in der y-Richtung zulassen, derart, dass eine zweiachsige Erfassung erfolgen kann. Eine Relativbewegung des Sekundärschwingers 514 und des Primärschwingers 506 wird durch die Anordnung der Federbalken 512 verhindert, welche alle parallel zur x-Achse verlaufen. Wenn der in 5 gezeigte Drehratensensor als einachsiger Sensor ausgeführt sein soll mit einer Sekundärbewegung in xy-Richtung, so sind die Federbalkenquerschnitte rechteckförmig ausgelegt.The rotation rate sensor 500 with an angular velocity Ω z around an axis that is perpendicular through the center of the secondary transducer 514 runs and is parallel to the z-axis or generally rotated to an axis parallel to the z-axis, a Coriolis force acts on the secondary oscillator, causing it to move in the y-direction. This movement in the y direction of the secondary vibrator 514 represents a translatory vibration, since the primary oscillator also carries out a translational vibration. The detection of the movement of the secondary vibrator 514 in the y direction takes place capacitively through the secondary vibrating electrode group 550 and by the fixed detection electrode groups 552 instead of. The cantilevers 512 comprise an essentially square cross-sectional configuration, since they allow deflection both in the z direction and in the y direction, in such a way that biaxial detection can take place. A relative movement of the secondary vibrator 514 and the primary transducer 506 is due to the arrangement of the cantilever 512 prevents which all run parallel to the x-axis. If the in 5 rotation rate sensor shown should be designed as a single-axis sensor with a secondary movement in the xy direction, the spring bar cross sections are designed rectangular.

Die Primärschwingeraufhängung stellt sicher, dass der Primärschwinger 504 nicht durch die Coriolis-Kraft in y- oder z-Richtung bewegbar ist, da eine Bewegung des Primärschwingers in z-Richtung durch die Querschnittskonfiguration der Federbalken 504b unmöglich gemacht wird, wobei zusätzlich die Anordnung der Federbalken 504b parallel zur y-Achse eine Bewegung in y-Richtung des Primärschwingers verhindert. Ferner besitzen die Verankerungen 504a eine entsprechende Steifigkeit, damit auch sie keine Auslenkung in der y-Richtung erlauben.The primary transducer suspension ensures that the primary transducer 504 cannot be moved in the y or z direction by the Coriolis force, since movement of the primary oscillator in the z direction is due to the cross-sectional configuration of the cantilevers 504b is made impossible, in addition the arrangement of the cantilever 504b movement in the y direction of the primary oscillator is prevented parallel to the y axis. The anchorages also have 504a a corresponding stiffness so that they do not allow any deflection in the y direction.

Die WO 98/15799 offenbart ferner eine Vielzahl weiterer Drehratensensoren mit unterschiedlichen Arten von Primär- und Sekundärschwingungen, die darauf basieren, dass die Primärschwingung von der Sekundärschwingung entkoppelt ist. Während der in 5 gezeigte Drehratensensor sowohl in Primärrichtung als auch in Sekundärrichtung eine lineare Schwingung ausführt, sind auch andere Drehratensensoren beschrieben, und zwar solche, die in Primärrichtung eine rotatorische Bewegung ausführen und die in Sekundärrichtung ebenfalls eine rotatorische Bewegung ausführen. Alternative Drehratensensoren be stehen auch darin, dass z. B. die Primärbewegung rotatorisch ist, die Sekundärbewegung aber linear ist und umgekehrt.WO 98/15799 also discloses a large number of further rotation rate sensors with different types of primary and secondary vibrations, which are based on the fact that the primary vibration is decoupled from the secondary vibration. During the in 5 rotation rate sensor shown executes a linear oscillation both in the primary direction and in the secondary direction, other rotation rate sensors are also described, namely those which perform a rotational movement in the primary direction and which likewise perform a rotational movement in the secondary direction. Alternative rotation rate sensors are also that z. B. the primary movement is rotational, but the secondary movement is linear and vice versa.

Der Preis für mikromechanische Drehratensensoren wird im wesentlichen durch die Kosten für die Fertigung des Siliziumchips, die Aufbau- und Verbindungstechnik sowie das Testen und Kalibrieren der Sensoren bestimmt. Bei größeren Stückzahlen verteilen sich die Kosten näherungsweise gleichmäßig. Der Siliziumchip sowie die Aufbau- und Verbindungstechnik betragen zusammen zwei Drittel, während das zeitintensive Testen und Kalibrieren der Drehratensensoren bis zu einem Drittel der Gesamtkosten ausmacht. Der Grund für die sehr hohen Kosten des Tests und der Kalibrierungen ist die Tatsache, dass vollständig aufgebaute Drehratensensoren üblicherweise einzeln auf einem Drehtisch auf ihre Funktionalität hin getestet und kalibriert werden müssen. Besonders kostenintensiv sind dabei Messungen über den gesamten Temperaturbereich, in dem der Drehratensensor arbeiten soll. Insbesondere für automotive Anwendungen ist dieser Temperaturbereich beträchtlich, er wird sich von Minusgraden bis zu hohen Plusgraden erstrecken, um in dem gesamten Temperaturbereich, in dem ein Kraftfahrzeug arbeitet, für eine z. B. Navigation des Fahrzeugs verfügbar zu sein.The price for micromechanical rotation rate sensors is essentially by the costs for the manufacture of the silicon chip, the assembly and connection technology as well as testing and calibrating the sensors. For larger quantities the costs are distributed approximately evenly. The Silicon chip and the assembly and connection technology together two thirds while the time-consuming testing and calibration of the rotation rate sensors up to accounts for a third of the total cost. The reason for the very high cost of the test and calibrations is the fact that completely built-up rotation rate sensors usually individually tested for functionality on a turntable and need to be calibrated. Measurements over the entire temperature range are particularly cost-intensive, in which the rotation rate sensor should work. Especially for automotive Applications this temperature range is considerable, it will differ from minus degrees extend up to high plus degrees in the entire temperature range, in which a motor vehicle works, for a z. B. Navigation of the Vehicle available to be.

Im Kontext mit den stetig steigenden technischen Anforderungen, besonders an die Zuverlässigkeit sowie an die Leistungsparameter, sollen mikromechanische Drehratensensoren Spezifikationen mit sehr hohen Ansprüchen genügen, welche bisher ausschließlich von faseroptischen Gyroskopen erfüllt werden, die einer Preisklasse von mehreren tausend Euro zuzuordnen sind. Beispiele für Anwendungen mit Spezifikationen hoher Ansprüche sind die meisten militärischen Anwendungen und Navigationssysteme der Luft- sowie Raumfahrt.In the context of the steadily increasing technical requirements, particularly regarding reliability and performance parameters, micromechanical rotation rate sensors should meet specifications with very high demands, which so far have only been met by fiber-optic gyroscopes, which ei can be assigned to a price range of several thousand euros. Examples of applications with specifications of high demands are most military applications and navigation systems of the aerospace.

Neben der zeitaufwendigen einzelnen Kalibrierung der Drehratensensoren auf einem Drehtisch, der eine Drehrate für den Drehratensensor erzeugt, und der möglicherweise in einem Labor bereitsteht, ist es auch erforderlich, die Funktionalität des Sensors im Betrieb zu überwachen. Insbesondere bei mikromechanischen Drehratensensoren existieren starke Temperatureinflüsse, und zwar insbesondere dann, wenn die Schwingeinrichtung im Hinblick auf die Primärbewegung in Resonanz betrieben wird, um einen Sensor mit hoher Empfindlichkeit zu erreichen, was nur dann möglich ist, wenn die Resonanzüberhöhung aufgrund der primärseitigen Resonanz ausgenutzt wird. Eine Nachkalibrierung aufgrund der Temperaturvariationen des Sensors im normalen Betrieb fand daher dadurch statt, dass die Temperatur des Sensors gemessen wurde und aufgrund der im Labor aufgenommenen Temperaturspezifikationen eine Nachregelung stattgefunden hat. Alternativ und zusätzlich sind auch primärseitige Amplituden- und Phasenregelungen bekannt, dahingehend, dass die Primäramplitude und Primärfrequenz des Primäranregungssignals immer derart geändert werden, dass einerseits der Drehratensensor immer in primärseitiger Resonanz betrieben wird und dass andererseits die Amplitude der Primärschwingung konstant ist oder zumindest einer nachgeschalteten Auswerteelektronik bekannt ist.Next the time-consuming individual calibration of the rotation rate sensors on a turntable that generates a rotation rate for the rotation rate sensor, and possibly is available in a laboratory, it is also necessary the functionality of the sensor to monitor in operation. In particular with micromechanical rotation rate sensors exist strong temperature influences, in particular when the vibrating device is in view on the primary movement is operated in resonance to a sensor with high sensitivity to achieve what is only possible is when the resonance peaks due the primary side Resonance is exploited. A recalibration due to the temperature variations of the sensor in normal operation therefore took place in that the Temperature of the sensor was measured and due to in the laboratory readjusted temperature specifications Has. Alternatively and additionally are also primary-sided Amplitude and phase controls are known in that the primary amplitude and primary frequency of the primary excitation signal always changed like this that the rotation rate sensor is always in the primary side Resonance is operated and that on the other hand the amplitude of the primary oscillation is constant or at least one downstream evaluation electronics is known.

Problematisch ist an diesen Maßnahmen, dass sie insbesondere im Hinblick auf die im Labor aufgenommenen Temperaturvariationen einen realen Fall lediglich annähern können, da Variationen zweiter Ordnung, wie beispielsweise ein Altern der mechanisch stark beanspruchten Struktur insgesamt nicht berücksichtigt wird. Aus diesem Grund ist es bekannt, Plausibilitätsüberprüfungen des Ausgangssignals vorzunehmen, indem die Ausleseelektronik ein Testsignal generiert, das über elektrostatische Kräfte dem Drehratensensor eine der Coriolis-Kraft entsprechende Kraft einprägt, die wiederum ein Ausgangssignal liefert. Das Testausgangssignal wird mit einem ermittelten initialen Ausgangssignal verglichen und bei zu starker Abweichung erfolgt eine Fehlermeldung. Dieser Selbsttest kann auch eine Funktionalität des Sensors durch Anlegen einer definierten Spannung an einem dafür vorgesehenen Pin umfassen.Problematic is on these measures, that they are particularly relevant to those recorded in the laboratory Temperature variations can only approximate a real case because Second order variations, such as mechanical aging heavily used structure is not taken into account overall. For this Reason it is known, plausibility checks of the output signal by the readout electronics generating a test signal, the above electrostatic forces a force corresponding to the Coriolis force to the rotation rate sensor imprints, which in turn provides an output signal. The test output signal is compared with a determined initial output signal and if the deviation is too large, an error message is issued. This self test can also be a functionality the sensor by applying a defined voltage to a designated one Include pin.

Im Stand der Technik findet die initiale Kalibrierung daher unter Verwendung eines Drehtisches zum Erzeugen einer realen Drehrate bzw. mehrerer Drehraten statt, wobei im Betrieb eine Nachkalibrierung lediglich auf der Basis von im Labor ermittelten Temperaturvariationen stattfindet. Ferner kann das Ausgangssignal des Sensors hinsichtlich seiner Plausibilität überprüft werden, um im Falle einer zu großen Abweichung eine Fehlfunktion des Sensors zu signalisieren, um den Sensor auszubauen, ins Labor zu bringen und nachzukalibrieren, oder gleich durch einen neuen (frisch kalibrierten) Sensor auszutauschen.in the State of the art therefore uses the initial calibration a turntable to generate a real rotation rate or several Rates of rotation take place, with only one recalibration during operation takes place on the basis of temperature variations determined in the laboratory. Furthermore, the plausibility of the output signal of the sensor can be checked, to in the case of a too big one Deviation to signal a malfunction of the sensor Remove the sensor, bring it to the laboratory and recalibrate it, or to be replaced with a new (freshly calibrated) sensor.

Nachteilig an dieser Vorgehensweise ist die Tatsache, dass zum einen, wie es ausgeführt worden ist, die Kalibrierung sehr zeit- und damit kostenintensiv ist, da ein Drehtisch benötigt wird, um den Sensor zu kalibrieren, und da ferner der gesamte Temperaturgang aufgezeichnet werden muß, um eine wenigstens annähernd gute Nachkalibrierung des Sensors im Betrieb zu erhalten.adversely in this approach is the fact that for one thing like it accomplished calibration has been very time-consuming and therefore costly is because a turntable is needed to calibrate the sensor, and furthermore the entire temperature response must be recorded at least approximately maintain good recalibration of the sensor during operation.

Weiterhin nachteilig ist die Tatsache, dass dann, wenn die Plausibilitätsüberprüfung anzeigt, dass der Sensor nicht mehr plausible Ausgangssignale liefert, ein kompletter Ausbau des Sensors verbunden mit einer Nachkalibrierung bzw. einem vollständigen Ersatz nötig sein kann, was insbesondere bei automotiven Anwendungen oder auch bei Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt wenig tolerierbar bzw. nicht möglich ist.Farther disadvantageous is the fact that if the plausibility check indicates that the sensor no longer delivers plausible output signals complete removal of the sensor combined with recalibration or a complete one Replacement needed can be what especially in automotive applications or in applications in air and Space travel is not tolerable or is not possible.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein effizienteres und fehlertoleranteres Konzept zum Kalibrieren von Drehratensensoren zu schaffen.The The object of the present invention is to create a more efficient one and more tolerant concept for calibrating yaw rate sensors to accomplish.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Charakterisieren eines Drehratensensors nach Patentanspruch 1, ein Verfahren zum Charakterisieren eines Drehratensensors nach Patentanspruch 16, eine Vorrichtung zum Simulieren einer Drehrate nach Patentanspruch 17, ein Verfahren zum Simulieren einer Drehrate nach Patentanspruch 21, eine Vorrichtung zum Kalibrieren eines Drehratensensors nach Patentanspruch 22, ein Verfahren zum Kalibrieren eines Drehratensensors nach Patentanspruch 25, eine Vorrichtung zum Nachkalibrieren eines Drehratensensors nach Patentanspruch 26, ein Verfahren zum Nachkalibrieren eines Drehratensensors nach Patentanspruch 39 oder ein Computer-Programm nach Patentanspruch 40 gelöst.This The object is achieved by a device for characterizing a rotation rate sensor according to claim 1, a method for characterizing a Rotation rate sensor according to claim 16, a device for simulating a rotation rate according to claim 17, a method for simulating a rotation rate according to claim 21, a device for calibration a rotation rate sensor according to claim 22, a method for Calibrating a rotation rate sensor according to claim 25, a Device for recalibrating a rotation rate sensor according to claim 26, a method for recalibrating a rotation rate sensor according to Claim 39 or a computer program according to claim 40 solved.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sowohl die initiale Kalibrierung eines Drehratensensors als auch die In-Betrieb-Nachkalibrierung eines Drehratensensors entschieden vereinfacht werden können, wenn auf den Sensor keine bekannte Drehrate (z. B. durch einen Drehtisch) ausgeübt wird, sondern wenn die Schwingeinrichtung in Sekundärbewegung derart angeregt wird, dass eine genau quantifizierte Drehrate simuliert wird. Das Simulieren einer genau quantifizierten Drehrate durch ein Ansteuersignal an eine Sekundäranregungseinrichtung, die vorzugsweise mit der Sekundärerfassungseinrichtung identisch ist, ermöglicht es zum einen, eine initiale Kalibrierung des Drehratensensors unter Verwendung von zwei unterschiedlichen simulierten Drehraten vollständig ohne Verwendung eines Drehtisches durchzuführen.The present invention is based on the knowledge that both the initial calibration of a Yaw rate sensor and the recalibration of a yaw rate sensor can be decisively simplified if no known yaw rate is exerted on the sensor (e.g. by a turntable), but if the vibrating device is excited in a secondary movement in such a way that a precisely quantified yaw rate is simulated. Simulating a precisely quantified yaw rate by means of a control signal to a secondary excitation device, which is preferably identical to the secondary detection device, makes it possible, on the one hand, to carry out an initial calibration of the yaw rate sensor using two different simulated yaw rates completely without using a turntable.

Weiterhin ermöglicht es die Simulierung einer genau quantifizierten Drehrate, dass eine In-Betrieb-Nachkalibrierung des Drehratensensors erfolgen kann, ohne dass der Drehratensensor ausgebaut werden muß, und ohne dass für den Drehratensensor beispielsweise gefordert werden muß, dass sich das. Fahrzeug, in dem sich der Drehratensensor befindet, in einer definierten Situation befinden muß.Farther allows it is simulating a precisely quantified yaw rate that a Recalibration of the rotation rate sensor can be carried out, without having to remove the yaw rate sensor, and without that for the rotation rate sensor must be required, for example, that the vehicle in which the rotation rate sensor is located in a defined situation.

Weiterhin ermöglicht es das erfindungsgemäße Simulieren einer genau quantifizierten Drehrate, dass auf die Aufzeichnung eines Temperaturgangs im Labor verzichtet werden kann, wenn eine primärseitige Regelung vorgesehen ist. Dann kann auf der Basis einer aufgrund der primärseitigen Regelung veränderten Antriebsfrequenz oder Antriebsamplitude die zu simulierende genau quantifizierte Drehrate nachgesteuert werden, dahingehend, dass bei der zu simulierenden Drehrate durch Auslenkung der Schwingeinrichtung in Sekundärrichtung die Ergebnisse der primärseitigen Regelung verwendet werden, um auch bei veränderten Temperaturbedingungen eine korrekte und definierte quantifizierte Drehrate zu simulieren und darauf aufbauend eine Kalibrierung des Drehratensensors vornehmen zu können.Farther allows it the simulation according to the invention a precisely quantified yaw rate that on the record a temperature change in the laboratory can be omitted if one primary side Scheme is provided. Then on the basis of one the primary side Regulation changed Drive frequency or drive amplitude exactly to be simulated quantified rotation rate are readjusted in such a way that at the rotation rate to be simulated by deflecting the oscillating device in the secondary direction the results of the primary Regulation can be used even with changed temperature conditions to simulate a correct and defined quantified yaw rate and based on this, perform a calibration of the rotation rate sensor to be able to.

Zur Simulierung einer genau quantifizierten Drehrate des Drehratensensors wird der Drehratensensor erfindungsgemäß charakterisiert, indem auf die Schwingeinrichtung in Richtung der Primärbewegung eine erste Beschleunigung ausgeübt wird, und indem dann ein Kompensationssignal zum Kompensieren der Auslenkung aufgrund der ersten Beschleunigung ermittelt wird. Damit wird die Empfindlichkeit des Primärantriebs, also das Verhältnis der auf den Primärantrieb wirkenden Kraft, die gleich dem Produkt der Masse des Primärantriebs und der ersten Beschleunigung ist, zu dem an den Primärantrieb zu Kompensationszwecken anzulegenden elektrischen Signal ermittelt.to Simulation of a precisely quantified yaw rate of the yaw rate sensor the rotation rate sensor is characterized according to the invention by the oscillating device has a first acceleration in the direction of the primary movement exercised and then by a compensation signal to compensate for the Deflection is determined based on the first acceleration. In order to the sensitivity of the primary drive, i.e. the ratio of the on the primary drive acting force, equal to the product of the mass of the primary drive and the first acceleration is that to the primary drive determined electrical signal to be applied for compensation purposes.

Entsprechend wird für die Sekundärerfassungseinrichtung bzw. den benötigten Sekundärantrieb vorgegangen, wobei der Sekundärantrieb typischerweise identisch zu der Sekundärerfassungseinrichtung sein wird, wobei dies insbesondere im elekt rostatischen Fall eines Kammantriebs als Sekundärerfassungseinrichtung so sein wird. Hierbei wird wiederum der Sekundärantrieb mit einer zweiten Beschleunigung in Richtung der Sekundärbewegung ausgelenkt, wobei diese Auslenkung dann durch Anlegen eines Signals an den Sekundärantrieb kompensiert wird, wobei das damit erhaltene Kompensationssignal wiederum dazu dient, um die Empfindlichkeit des Sekundärantriebs zu ermitteln. Die Empfindlichkeit des Sekundärantriebs ist wiederum das Verhältnis der Kraft, die auf den Sekundärantrieb wirkt und des Produkts aus der Masse des Sekundärschwingers und der zweiten Beschleunigung, wobei das an den Sekundärantrieb anzulegenden elektrische Signal zur Kompensation der erzeugten Auslenkung berücksichtigt wird.Corresponding is for the secondary detection device or the required secondary drive proceeded with the secondary drive will typically be identical to the secondary detection device, this is particularly the case in the electrostatic case of a comb drive as a secondary detection device will be like this. Here again the secondary drive with a second one Acceleration deflected in the direction of the secondary movement, whereby this deflection then by applying a signal to the secondary drive is compensated, the compensation signal thus obtained in turn serves to increase the sensitivity of the secondary drive to investigate. The sensitivity of the secondary drive is again that relationship the force on the secondary drive acts and the product of the mass of the secondary vibrator and the second Acceleration, the electrical to be applied to the secondary drive Signal for compensation of the generated deflection taken into account becomes.

Ferner wird der Drehratensensors dahingehend kalibriert, dass der Frequenzgang des Sekundärschwingers ermittelt wird, was ohne Einsatz eines Drehtisches dadurch geschieht, dass ein Antriebssignal mit verschiedenen Frequenzen angelegt wird und die Bewegung des Sekundärschwingers aufgrund des Antriebssignals vorzugsweise nach Betrag und Phase aufgezeichnet wird. Aus der Resonanzkurve ist dann ohne weiteres die Resonanzfrequenz der Schwingeinrichtung in Sekundärbewegung und vorzugsweise auch die Güte bzw. Dämpfung ermittelbar, welche als Frequenzganginformationen bereits genügen.Further the rotation rate sensor is calibrated in such a way that the frequency response of the secondary transducer it is determined what happens without using a turntable, that a drive signal with different frequencies is applied and the movement of the secondary vibrator based on the drive signal, preferably by amount and phase is recorded. From the resonance curve is then easily the resonance frequency of the vibrating device in secondary movement and preferably also the quality or damping can be determined, which is already sufficient as frequency response information.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Schwingeinrichtung in Sekundärrichtung außerhalb der Resonanz betrieben, so dass in diesem Fall keine Frequenzganginformationen über die Schwingeinrichtung in Sekundärbewegungsrichtung benötigt werden. Wird die Schwingeinrichtung in Sekundärbewegungsrichtung jedoch ebenfalls in Resonanz oder sehr nah an der Resonanz betrieben, so wird vorzugsweise auch der Frequenzgang der Sekundäreinrichtung aufgezeichnet.at the preferred embodiment the vibrating device is outside in the secondary direction operated the resonance, so that in this case no frequency response information about the Vibrating device in the secondary movement direction needed become. However, the vibrating device in the secondary movement direction also operated in resonance or very close to resonance, so is preferably the frequency response of the secondary device recorded.

Auf der Basis der Kompensationssignale, der Frequenzganginformationen und des Zahlenwerts der zu simulierenden Drehrate ist dann erfindungsgemäß ein an die Sekundärantriebseinrichtung anzulegendes Amplitudensignal ermittelbar, das noch von der Amplitude des Anregungssignals und der Frequenz des Anregungssignals abhängt, und das, wenn es an die Sekundärantriebseinrichtung angelegt wird, zu einer Auslenkung der Schwingeinrichtung in Sekundärrichtung führt, die genau dieselbe ist, wie wenn kein Signal an die Sekundärerfassungseinrichtung angelegt werden würde, wenn jedoch statt der simulierten Drehrate eine echte Drehrate mit genau derselben Quantität vorhanden sein würde.On the basis of the compensation signals, the frequency response information and the numerical value of the rotation rate to be simulated, an amplitude signal to be applied to the secondary drive device can then be determined, which still depends on the amplitude of the excitation signal and the frequency of the excitation signal, and that when it is applied to the secondary drive device leads to a deflection of the oscillating device in the secondary direction, which is exactly the same as if no signal would be applied to the secondary detection device, but if a real instead of the simulated yaw rate Rotation rate would exist with exactly the same quantity.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass zur initialen Kalibrierung eines Drehratensensors kein Drehtisch mehr benötigt wird. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass aufgrund der möglichen In-Betrieb-Nachkalibrierung keine kompletten Temperaturgänge vorab im Labor aufgezeichnet werden müssen.On The advantage of the present invention is that the initial Calibration of a rotation rate sensor no longer requires a turntable. Another advantage of the present invention is that due to the possible In-service recalibration no complete temperature changes must be recorded in advance in the laboratory.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der Sensor im Betrieb nachkalibrierbar ist, so dass keine Plausibilitätsüberprüfung mehr erforderlich ist, und dass insbesondere Alterungssituationen individuell Rechnung getragen werden kann, was dazu führt, dass ein Sensor erst dann ausgetauscht werden muß, wenn er mechanisch zerstört ist, nicht jedoch, wenn er lediglich die Kalibrierung verloren hat.On Another advantage of the present invention is that the sensor can be recalibrated during operation, so that there is no longer a plausibility check is necessary, and that in particular aging situations individually Can be taken into account, which leads to a sensor only then needs to be replaced if it mechanically destroyed is, but not if he has just lost the calibration.

Erfindungsgemäß wird daher einerseits der Aufwand für die Endtests von aufgebauten Drehratensensoren durch die eigenständige Erst- bzw. initiale Kalibrierung ohne Einsatz eines Drehtisches reduziert. Andererseits wird durch die Realisierung einer vorzugsweise permanenten eigenständigen Kontrolle während des Sensorbetriebs und durch eine eigenständige Reka librierung ebenfalls während des Sensorbetriebs die Performance der Drehratensensoren, insbesondere die Drift der Sensorparameter Skalenfaktor und Nullpunkt, verbessert.According to the invention on the one hand the effort for the final tests of built-up rotation rate sensors by the independent initial or initial calibration reduced without using a turntable. On the other hand, the implementation of a preferably permanent independent Control during of sensor operation and also through an independent recalibration while the performance of the rotation rate sensors, in particular the drift of the sensor parameters scale factor and zero point, improved.

Bei den Gesamtkosten der Drehratensensoren werden erfindungsgemäß die vergleichsweise hohen Kosten für das zeitintensive Testen sowie Kalibrieren reduziert. Insbesondere das sehr kostenintensive Testen der Sensoren über den gesamten Temperaturbereich wird in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Rekalibrierung hinfällig, die auf der Simulation einer genau quantifizierten Drehrate aufbaut. Ferner wird den stetig steigenden Anforderungen besonders an die Zuverlässigkeit sowie an die Leistungsparameter durch die Minimierung der größten Fehler bezüglich der Sensorstabilität bzw. Sensorgenauigkeit, welche durch das Driften des Skalenfaktors und des Nullpunkts entstehen, Rechnung getragen.at According to the invention, the total costs of the rotation rate sensors are compared high cost of reduces time-consuming testing and calibration. In particular the very cost-intensive testing of the sensors over the entire temperature range becomes obsolete in connection with the recalibration according to the invention is based on the simulation of a precisely quantified yaw rate. Furthermore, the steadily increasing demands on the reliability as well as performance parameters by minimizing the biggest mistakes in terms of the sensor stability or sensor accuracy, which is caused by the drifting of the scale factor and the zero point arise, taken into account.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der betrachtete Drehratensensor ein Drehratensensor mit orthogonal entkoppelten Schwingungen, also mit einer Primärschwingung, die von der Sekundärschwingung orthogonal entkoppelt ist, derart, dass die Schwingeinrichtung einen Primärschwinger und einen vom Primärschwinger getrennt und durch eine spezielle Kopplung verbundenen Sekundärschwinger umfaßt. Ferner wird es bevorzugt, den Primärschwinger linear anzuregen und eine lineare Sekundärbewegung zu erhalten, so dass die Charakterisierung des Drehratensensors und insbesondere der Primäranregungseinrichtung und der Sekundärerfassungseinrichtung mit linearen Beschleunigungen stattfinden kann. Insbesondere wird es dann bevorzugt, als lineare Beschleunigung sowohl zur Auslenkung des Primärantriebs als auch der Sekundärerfassung die Erdbeschleunigung zu verwenden, die überall vorhanden ist, und deren Wert insbesondere nahezu konstant ist. Damit muß zur Charakterisierung des Drehratensensors nicht einmal eine Beschleunigung erzeugt werden, sondern es kann die überall vorhandene Erdbeschleunigung als genau bekannte Referenz ausgenutzt werden. Dies wird dadurch erreicht, dass der Drehratensensor derart im Gravitationsfeld angeordnet wird, dass in einem ersten Schritt die Erdbeschleunigung eine Auslenkung der Schwingeinrichtung in Primärbewegung bewirkt, und dass in einem zweiten Kalibrationsschritt der Drehratensensor so bezüglich des Gravitationsfelds angeordnet wird, dass die Erdbeschleunigung eine Auslenkung der Schwingeinrichtung in Richtung der Sekundärbewegung bewirkt. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, dass keine Beschleunigungen erzeugt werden müssen. Lediglich die Kontrolle der Ausrichtung des Drehratensensors im Gravitationsfeld also beispielsweise unter Verwendung einer einfachen Wasserwaageneinrichtung oder eines Pendels etc. ist erforderlich, um ein ausreichend genaues Kompensationssignal ermitteln zu können.at a preferred embodiment of the present invention is the rotation rate sensor under consideration Rotation rate sensor with orthogonally decoupled vibrations, i.e. with a primary vibration, that of the secondary vibration is orthogonally decoupled, in such a way that the oscillating device primary oscillator and one from the primary transducer separated and connected by a special coupling secondary transducer includes. It is also preferred to linearly excite the primary oscillator and a linear secondary movement to get, so the characterization of the rotation rate sensor and in particular the primary excitation device and the secondary detection device can take place with linear accelerations. In particular then it is preferred as a linear acceleration both for deflection of the primary drive as well as secondary registration to use the gravitational acceleration that is everywhere and its Value in particular is almost constant. In order to characterize the Rotation rate sensor not even generate an acceleration it can do it anywhere existing gravitational acceleration is used as a precisely known reference become. This is achieved in that the rotation rate sensor is such is arranged in the gravitational field that in a first step the acceleration due to gravity is a deflection of the vibrating device in primary movement causes, and that in a second calibration step, the rotation rate sensor so regarding the gravitational field is arranged that gravitational acceleration a deflection of the oscillating device in the direction of the secondary movement causes. It is particularly advantageous here that there are no accelerations must be generated. Only the control of the orientation of the rotation rate sensor in the Gravitational field, for example, using a simple one Spirit level device or a pendulum etc. is required in order to be able to determine a sufficiently precise compensation signal.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen:preferred embodiments of the present invention are hereinafter referred to the accompanying drawings explained in detail. Show it:

1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Charakterisieren eines Drehratensensors; 1 a block diagram of the inventive device for characterizing a rotation rate sensor;

2 eine Vorrichtung zum Simulieren einer Drehrate in einem in 2 ebenfalls gezeigten Drehratensensor; 2 a device for simulating a rotation rate in an in 2 rotation rate sensor also shown;

3 eine Vorrichtung zum initialen Kalibrieren eines Drehratensensors; 3 a device for the initial calibration of a rotation rate sensor;

4 eine Vorrichtung zum In-Betrieb-Nachkalibrierung eines Drehratensensors; 4 a device for the operational recalibration of a rotation rate sensor;

5 eine Draufsicht auf einen bekannten Drehratensensor mit orthogonal entkoppelten Schwingungsmoden in Primär- und Sekundärrichtung; 5 a plan view of a known rotation rate sensor with orthogonally decoupled vibration modes in the primary and secondary directions;

6 ein Spannungs/Drehraten-Diagramm zur Erläuterung der In-Betrieb-Nachkalibrierung; 6 a voltage / rotation rate diagram to explain the in-service recalibration;

7 ein Spannungs/Drehraten-Diagramm zur Erläuterung der Kalibrierung des Nullpunkts im Betrieb des Drehratensensors; und 7 a voltage / rotation rate diagram to explain the calibration of the zero point during operation of the rotation rate sensor; and

8 eine detaillierte Darstellung einer Ansteuer- bzw. Ausleseelektronik gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 8th a detailed representation of a control or readout electronics according to a preferred embodiment of the present invention.

Nachfolgend wird Bezug nehmend auf 2 allgemein ein Drehratensensor dargestellt, der zunächst erfindungsgemäß charakterisiert wird, um dann eine Drehrate zu simulieren, die z. B. für die initiale Kalibrierung des Sensors oder für die In-Betrieb-Nachkalibrierung des Sensors verwendet werden kann. Der Drehratensensor umfaßt allgemein eine Schwingeinrichtung 100, die je nach Ausführungsform eine einzige schwingungsfähige Masse oder, wie es anhand von 5 dargestellt worden ist, einen Primärschwinger und einen Sekundärschwinger oder eine beliebige Anzahl von Primär- und Sekundärschwingern umfassen kann. Allgemein ist die Schwingeinrichtung 100 aufgehängt, um zum einen eine Primärbewegung 102 beispielsweise in x-Richtung ausführen zu können, und um eine Sekundärbewegung 104 z. B. in y-Richtung ausführen zu können. Die Primärbewegung 102 wird durch eine Primäranregungseinrichtung 106 erreicht, die allgemein ausgebildet ist, um ein Eingangssignal 107 mit einer Amplitude Ux 107a und einer Frequenz ω 107b in eine Bewegung der Schwingeinrichtung 100 in Primärrichtung 102 umzusetzen.In the following, reference is made to 2 generally shown a rotation rate sensor, which is initially characterized according to the invention, in order to then simulate a rotation rate, which, for. B. can be used for the initial calibration of the sensor or for the operational recalibration of the sensor. The rotation rate sensor generally comprises an oscillating device 100 which, depending on the embodiment, a single vibratory mass or, as it is based on 5 has been shown, can comprise a primary oscillator and a secondary oscillator or any number of primary and secondary oscillators. In general, the vibrating device 100 suspended, on the one hand a primary movement 102 for example, to be able to execute in the x direction, and by a secondary movement 104 z. B. to be able to execute in the y direction. The primary movement 102 is by a primary excitation device 106 achieved, which is generally designed to an input signal 107 with an amplitude Ux 107a and a frequency ω 107b in a movement of the vibrating device 100 in the primary direction 102 implement.

Der Drehratensensor umfaßt ferner eine Sekundäreinxichtung 108, die je nach Ausführungsform unterteilt sein kann in eine Sekundärerfassungseinrichtung 108a und eine Sekundäranregungseinrichtung 108b, die jedoch auch auf denselben physikalischen Elementen basieren kann. So genügt es typischerweise, eine einzige Elektrodenstruktur sekundärseitig anzuordnen, durch die sowohl eine Sekundärbewegung gemessen als auch eine Sekundärbewegung anregbar ist. In diesem Fall würden die Elemente 108a und 108b in eine einzige Einrichtung 108 verschmelzen. Genauso verhält es sich für die Primäranregungseinrichtung 106, die ebenfalls in eine tatsächliche Anregungseinrichtung und eine primärseitige Erfassungseinrichtung aufgeteilt sein kann. Es kann jedoch auch z. B. ein gemeinsamer Comb-Drive, also eine Anordnung mit ineinander greifenden Elektroden verwendet werden, um sowohl die Schwingeinrichtung 100 in Primärrichtung 102 anzuregen als auch die Bewegung der Schwingeinrichtung 100 in Primärbewegungsrichtung 102 zu erfassen.The rotation rate sensor also includes a secondary device 108 which, depending on the embodiment, can be divided into a secondary detection device 108a and a secondary excitation device 108b which, however, can also be based on the same physical elements. It is typically sufficient to arrange a single electrode structure on the secondary side, by means of which both a secondary movement can be measured and a secondary movement can be excited. In this case, the elements 108a and 108b in a single facility 108 merge. The same applies to the primary excitation device 106 , which can also be divided into an actual excitation device and a primary-side detection device. However, it can also e.g. B. a common comb drive, so an arrangement with interlocking electrodes can be used to both the vibrating device 100 in the primary direction 102 stimulate as well as the movement of the vibrating device 100 in the primary direction of movement 102 capture.

Die Sekundärerfassungseinrichtung 108 ist ausgebildet, um ein Signal V auszugeben, das bei einem normalen Drehratensensor proportional zu einer anliegenden Drehrate Ω ist. Die Sekundäranregungseinrichtung 108b ist im Hinblick auf die mechanische Ausgestaltung analog zur Primäranregungseinrichtung 106 ausgebildet, um ein Sekundäranregungssignal 109, das wieder eine Sekundäranregungsamplitude Uy 109a und eine Sekundäranregungsfrequenz ω 109b umfaßt, in eine Sekundärbewegung y der Schwingeinrichtung 100 umzusetzen. Das Element 106 in 2 würde den Elektroden 508, 510 in 5 entsprechen, während das Element 108 in 2 einerseits den Elektroden 550, 552 oder den Elektroden 514, 516 von 5 entsprechen würde.The secondary capture device 108 is designed to output a signal V, which is proportional to an applied rotation rate Ω in a normal rotation rate sensor. The secondary excitation device 108b is analogous to the primary excitation device with regard to the mechanical design 106 designed to generate a secondary excitation signal 109 , which again has a secondary excitation amplitude Uy 109a and a secondary excitation frequency ω 109b includes, in a secondary movement y of the vibrating device 100 implement. The element 106 in 2 would the electrodes 508 . 510 in 5 match while the item 108 in 2 on the one hand the electrodes 550 . 552 or the electrodes 514 . 516 of 5 would correspond.

Der in 2 gezeigte Drehratensensor umfaßt eine Einrichtung 20 zum Erzeugen des Sekundäranregungssignals 109, also der Sekundäranregungsamplitude Uy 109a und der Sekundäranregungsfrequenz ω 109b (= Antriebsfrequenz ωantrieb), wobei die Einrichtung 20 ausgebildet ist, um als Eingangsgrößen für das Erzeugen des Sekundäranregungssignals 109 die zu simulierende Drehrate Ωsimuliert 21, Frequenzganginformationen der Primäranregungseinrichtung 22 sowie Kompensationssignale 23 zu erhalten. Während die zu simulierende Drehrate Ωsimuliert 21 von außen eingegeben wird, werden die Frequenzganginformationen 22 und die Kompensationssignale 23 von einer Einrichtung 24 zum Bereitstellen dieser Informationen geliefert. Die Einrichtung 24 kann entweder on-line die Informationen 22, 23 liefern, wie später Bezug nehmend auf 1 dargestellt wird. Alternativ kann die Einrichtung 24 zum Bereitstellen auch als Speicher ausgebildet sein, um die Frequenzganginformationen 22 sowie die Kompensationssignale 23 bei Bedarf aus einem Speicher auszulesen, der irgendwann einmal, nämlich als der Drehratensensor 100, 106, 108 die Fabrik verlassen hat, beschrieben worden ist. Die Einrichtung 24 zum Bereitstellen kann ferner ausgebildet sein, um lediglich eine Eingabefunktion zu liefern, derart, dass ein Betreiber des Drehratensensors die von ihm während der Charakterisierung des Drehratensensors, wie sie später Bezug nehmend auf 1 dargestellt wird, ermittelten Frequenzganginformationen 22 und Kompensationssignale 23 zu erhalten.The in 2 rotation rate sensor shown comprises a device 20 for generating the secondary excitation signal 109 , ie the secondary excitation amplitude U y 109a and the secondary excitation frequency ω 109b (= Drive frequency ω drive ), the device 20 is designed to be used as input variables for generating the secondary excitation signal 109 simulates the rotation rate Ω to be simulated 21 , Frequency response information of the primary excitation device 22 as well as compensation signals 23 to obtain. While simulating to be simulated rotation rate Ω 21 is entered from outside, the frequency response information 22 and the compensation signals 23 from a facility 24 to provide this information. The facility 24 can either on-line the information 22 . 23 deliver as referenced later 1 is pictured. Alternatively, the facility 24 can also be designed as a storage to provide the frequency response information 22 as well as the compensation signals 23 can be read out from a memory if necessary at some point, namely as the rotation rate sensor 100 . 106 . 108 has left the factory. The facility 24 for providing can also be designed to provide only an input function such that an operator of the yaw rate sensor uses the information provided by him during the characterization of the yaw rate sensor, as will be referred to later 1 is shown, determined frequency response information 22 and compensation signals 23 to obtain.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass das Signal V, das von der Sekundärerfassungseinrichtung 108 ausgegeben wird, in dem Fall, in dem eine äußere Drehrate Ω 101 anliegt, proportional zu der anliegenden, also gemessenen Drehrate Ωgemessen ist . Liegt keine Drehrate an, sondern wird lediglich eine Drehrate durch das Sekundäranregungssignal 109 simuliert, so „misst" die Sekundärerfassungseinrichtung 108 diese simulierte Drehrate Ωsimuliert und gibt ein Signal V aus, das proportional zu der simulierten Drehrate Ωsimuliert ist.At this point it should be noted that the signal V, which is from the secondary detection device tung 108 is output in the case where an external rotation rate Ω 101 is applied, is measured in proportion to the applied so measured rotation rate Ω. If there is no rotation rate, it is only a rotation rate due to the secondary excitation signal 109 simulates, the secondary detection device "measures" 108 This simulated rotation rate Ω simulated and outputs a signal V out which is proportional to the simulated simulated rotation rate Ω.

Zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend das Charakterisierungsprinzip allgemein erläutert, bevor dann auf 1 detailliert eingegangen wird. Das „Simulieren" einer Drehrate basiert darauf, der inertialen Masse, also der Schwingeinrichtung bzw. dem Sekundärschwinger der Schwingeinrichtung bei orthogonal entkoppelten Schwingungsmoden eine Kraft FE einzuprägen, die der Coriolis-Kraft entspricht, d. h. eine Kraft einzuprägen, die proportional zur Primärbewegung ist und eine Sekundärbewegung und damit ein Ausgangssignal V generiert, das den gleichen Wert hat, wie wenn keine Kraft auf die inertiale Masse in Richtung der Sekundärbewegung eingeprägt werden würde, sondern eine äußere Drehrate wirken würde, deren Wert gleich der simulierten Drehrate Ωsimuliert ist.In order to illustrate the present invention, the characterization principle is explained in general below, before then 1 is detailed. The "simulation" of a rotation rate is based on impressing a force F E on the inertial mass, that is to say the oscillating device or the secondary oscillator of the oscillating device in the case of orthogonally decoupled oscillation modes, that is to say the Coriolis force, that is to say an impressing force that is proportional to the primary movement a secondary movement and thus an output signal V generated which has the same value as when no force would be imprinted on the inertial mass in the direction of the secondary movement, but would act an external rate of rotation, the value of which is equal to the simulated rotation rate Ω is simulated.

Das physikalische Prinzip der einzuprägenden Kraft FE ist beliebig. Nachfolgend wird jedoch Bezug nehmend auf den speziellen entkoppelten Drehratensensor von 5 bzw. auf den allgemeinen Drehratensensor von 2 eine Krafteinprägung mittels eines elektrostatischen Feldes durch Anlegen einer Wechselspannung an die Detektionselektroden des Sekundärschwingers dargestellt. Anhand der bekannten Größen der eingeprägten Kraft wird erfindungsgemäß die Coriolis-Kraft nachgebildet, und wird erfindungsgemäß eine Drehrate nachgebildet bzw. simuliert.The physical principle of the force F E to be impressed is arbitrary. In the following, however, reference is made to the special decoupled rotation rate sensor from 5 or the general rotation rate sensor from 2 a force injection by means of an electrostatic field is shown by applying an alternating voltage to the detection electrodes of the secondary oscillator. The Coriolis force is simulated according to the invention on the basis of the known quantities of the impressed force, and a rotation rate is simulated or simulated according to the invention.

Die vorliegende Erfindung ist dahingehend vorteilhaft, dass eine Drehrate ohne Geometriedaten des Drehratensensors simuliert werden kann, da sämtliche Geometrieabhängigkeiten des Drehratensensors aufgrund der Kompensationssignale und des Frequenzgangs in meßbare Signale bzw. berechenbare Größen „transformiert" werden. Dies betrifft insbesondere lokal auf dem Wafer bzw. dem Chip variierende Geometrieparameter wie beispielsweise die sogenannte Trenchverbreiterung, die Variation der Höhe der Siliziumschicht und die Variation des Abstands zwischen Substrat und Sensorstruktur. Diese Größen haben direkten Einfluss auf die Leistungsparameter der einzelnen Sensoren bzw. Sensorchips. Erfindungsgemäß wird zur Optimierung der Genauigkeit der nachgebildeten Drehrate die Chip- bzw. Sensor-spezifische Nachbildung der definierten und genau quantifizierten Drehrate unabhängig von den technologischen Prozesstoleranzen durchgeführt, so dass einerseits eine eigenständige initiale Kalibrierung mittels Krafteinprägung und andererseits eine In-Betrieb-Nachkalibrierung ebenfalls mittels Krafteinprägung, also durch Simulation einer Drehrate erhalten wird.The The present invention is advantageous in that a rotation rate can be simulated without geometry data of the yaw rate sensor, because everyone geometry dependencies of the rotation rate sensor due to the compensation signals and the frequency response in measurable Signals or calculable variables are “transformed”. This concerns in particular, geometry parameters that vary locally on the wafer or the chip such as the so-called trench broadening, the variation the height the silicon layer and the variation of the distance between the substrate and sensor structure. Have these sizes direct influence on the performance parameters of the individual sensors or sensor chips. According to the invention Optimization of the accuracy of the simulated yaw rate that is chip or sensor specific Simulation of the defined and precisely quantified yaw rate independent of the technological process tolerances, so that on the one hand a independent initial calibration by force injection and on the other hand a In-service recalibration also by means of force injection is obtained by simulating a rotation rate.

Zur Nachbildung der Drehrate unabhängig von technologischen Toleranzen wird vorzugsweise eine elektrostatische Kraft (das „Ausgangssignal" des Blocks 108b in 2) zur Generierung der simulierten oder Pseudo-Drehrate verwendet. Ferner wird es bevorzugt, die Erdbeschleunigung als Referenz einzusetzen, sowie eine spezielle digitale Auswertung zur individuellen Charakterisierung der Bewegungsmoden bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einzusetzen.To simulate the rotation rate regardless of technological tolerances, an electrostatic force (the "output signal" of the block 108b in 2 ) used to generate the simulated or pseudo rotation rate. Furthermore, it is preferred to use the acceleration due to gravity as a reference and to use a special digital evaluation for the individual characterization of the movement modes in a preferred embodiment.

Allgemein gilt mit der auf den Primärschwinger eingeprägten Geschwindigkeit ν und der Drehrate Ω für die auf die inertiale Masse ms (Masse des Sekundärschwingers) wirkende Coriolis-Kraft FC folgender Zusammenhang:

Figure 00190001
In general, the following relationship applies to the velocity ν impressed on the primary oscillator and the yaw rate Ω for the Coriolis force F C acting on the inertial mass ms (mass of the secondary oscillator):
Figure 00190001

Die vorstehende Gleichung gilt für senkrecht aufeinanderstehende Bewegungsachsen. Die eingeprägte Geschwindigkeit ν ent spricht der zeitlichen Ableitung der sinusförmigen Antriebs- bzw. Primärbewegung des Sensors und kann mit der Amplitude x0 sowie der Phase φp der Primärschwingung und der Antriebsfrequenz ω durch folgende Gleichung dargestellt werden: ν(t) = ẋ(t) = –x0·ω·sin(ωt – φp) The above equation applies to perpendicular axes of motion. The impressed speed ν corresponds to the time derivative of the sinusoidal drive or primary movement of the sensor and can be represented with the amplitude x 0 and the phase φ p of the primary vibration and the drive frequency ω by the following equation: ν (t) = ẋ (t) = –x 0 · Ω · sin (ωt - φ p )

In der vorstehenden Gleichung wird die Amplitude x0 der Primärschwingung folgendermaßen dargestellt, wobei ωp die Antriebsfrequenz ist:

Figure 00200001
In the above equation, the amplitude x 0 of the primary vibration is represented as follows, where ω p is the drive frequency:
Figure 00200001

Die Phase φp der Primärschwingung lautet dabei folgendermaßen:

Figure 00200002
The phase φ p of the primary vibration is as follows:
Figure 00200002

In den vorstehenden Gleichungen steht FCD0 für die Amplitude der sinusförmigen Antriebskraft auf den Primärschwinger. mp gibt die Masse des Primärschwingers an, während βp die Dämpfung der Primärbewegung darstellt.In the above equations, F CD0 stands for the amplitude of the sinusoidal driving force on the primary vibrator . m p indicates the mass of the primary oscillator, while β p represents the damping of the primary movement.

Erfindungsgemäß wird für die Primärschwingung und, wenn es benötigt wird, auch für die Sekundärschwingung der frequenzabhängige Amplituden- sowie Phasenverlauf „messtechnisch" exakt ermittelt. Daraus werden dann weitere, den Sensor charakterisierende Frequenzgangparameter, wie die Dämpfung bzw. Güte berechnet, und insbesondere auch die Resonanzfrequenz der Schwingeinrichtung in Primärbewegungsrichtung. Hierzu ist eine Steuereinrichtung beispielsweise innerhalb eines digitalen Signalprozessors, vorgesehen, um verschiedene Anregungsfrequenzen durchzufahren und an der Primäranregungseinrichtung 106 die Reaktion des Primärschwingers auf die entsprechende Anregung zu erfassen. So wird es bevorzugt, zu einem ersten Zeitpunkt eine Primärschwingung mit einer bestimmten Amplitude und einer bestimmten Primärfrequenz einzuprägen und die Primärbewegung aufgrund des eingeprägten Signals zu messen. Zu einem anderen Zeitpunkt wird dann vorzugsweise eine Primärschwingung mit der vorbestimmten Amplitude und einer anderen Frequenz eingeprägt, und es wird wiederum die Auslenkung des Primärschwingers aufgrund dieser Anregung gemessen. Wird dieses Prozedere für mehrere Frequenzen wiederholt, wobei eine Antriebsfrequenz vor der Resonanz des Primärschwingers liegt und eine andere Frequenz nach der Resonanz des Primärschwingers liegt, so ergeben sich mehrere Antriebsfrequenz/Reaktions-Wertepaare, die wenn sie aufsteigend mit der Frequenz aufgezeichnet werden, die Resonanzkurve bzw. Resonanzüberhöhungskurve des Primärschwingers angeben. Aus der Resonanzüberhöhungskurve kann durch beliebige Maßnahmen die Resonanzfrequenz des Primärschwingers abgeleitet werden. Die Resonanzfrequenz des Primärschwingers ist die Anregungsfrequenz, bei der aufgrund der vorbestimmten eingeprägten Amplitude eine maximale Reaktion des Primärschwingers stattfindet. Die Güte ist aus der 3 dB-Bandbreite der Resonanzüberhöhungskurve ableitbar. Dasselbe trifft für die Dämpfung zu, die, wie es in der Technik bekannt ist, mit der Güte verkoppelt ist.According to the invention, the frequency-dependent amplitude and phase curve is determined “by measurement” for the primary vibration and, if required, also for the secondary vibration. From this, further frequency characteristic parameters characterizing the sensor, such as the damping or quality, are calculated, and in particular also the For this purpose, a control device, for example within a digital signal processor, is provided in order to pass through different excitation frequencies and on the primary excitation device 106 to record the reaction of the primary transducer to the corresponding excitation. Thus, it is preferred to impress a primary vibration with a certain amplitude and a certain primary frequency at a first point in time and to measure the primary movement on the basis of the impressed signal. At another point in time, a primary oscillation with the predetermined amplitude and a different frequency is then preferably impressed, and the deflection of the primary oscillator based on this excitation is again measured. If this procedure is repeated for several frequencies, with one drive frequency before the resonance of the primary oscillator and another frequency after the resonance of the primary oscillator, this results in several drive frequency / reaction value pairs, which are recorded ascending with the frequency, the resonance curve or indicate the resonance increase curve of the primary transducer. The resonance frequency of the primary oscillator can be derived from the excessive resonance curve by any measures. The resonance frequency of the primary oscillator is the excitation frequency at which a maximum reaction of the primary oscillator takes place due to the predetermined impressed amplitude. The quality can be derived from the 3 dB bandwidth of the resonance peak curve. The same applies to the damping, which, as is known in the art, is coupled to the quality.

Analog kann für den Sekundärschwinger vorgegangen werden, wenn auch die Resonanzüberhöhungskurve des Sekundärschwingers benötigt wird. Typischerweise wird es jedoch bevorzugt, Drehratensensoren mit entkoppelten Schwingungsmoden derart zu betreiben, dass sich die Resonanzfrequenz des Sekundärschwingers in der Sekundärbewegungsrichtung von der Resonanzfrequenz des Primärschwingers in Primärbewegungsrichtung unter scheidet. In diesem Fall wird der Frequenzgang des Sekundärschwingers nicht benötigt, da der Sekundärschwinger in Sekundärbewegungsrichtung außerhalb der Resonanz betrieben wird und somit keine Resonanzüberhöhung auftritt. Wird auch der Primärschwinger nicht in Resonanz betrieben, so sind die Frequenzganginformationen derart, dass angezeigt wird, dass der Primärschwinger außerhalb der Resonanz betrieben wird. Aufgrund der wesentlich erhöhten Empfindlichkeit wird es jedoch bevorzugt, den Primärschwinger in Resonanz zu betreiben und insbesondere den Punkt der maximalen Amplitude, also die Frequenz der Anregungsschwingung mit einer Phasenregelung derart nachzuführen, dass auch bei veränderten Temperaturbedingungen der Primärschwinger immer in Resonanz bzw. in einer definierten Bandbreite um die Resonanz herum betrieben wird.Analogous can for the secondary transducer be followed, if the resonance curve of the secondary transducer needed becomes. Typically, however, it is preferred to use rotation rate sensors to operate with decoupled vibration modes in such a way that the resonance frequency of the secondary transducer in the secondary movement direction from the resonance frequency of the primary transducer in the primary direction of movement differentiates. In this case the frequency response of the secondary oscillator not required, because the secondary vibrator in the secondary movement direction outside the resonance is operated and thus no resonance increase occurs. Becomes the primary transducer too the frequency response information is not operated in resonance such that it indicates that the primary vibrator is outside the resonance is operated. Because of the significantly increased sensitivity however, it is preferred to operate the primary oscillator in resonance and in particular the point of maximum amplitude, i.e. the frequency track the excitation oscillation with a phase control in such a way that even with changed temperature conditions the primary vibrator always in resonance or in a defined range around the resonance is operated around.

Sowohl für den Primärschwinger als auch für den Sekundärschwinger werden die Informationen über Amplitude und Phase des Primär- bzw. Sekundärschwingers vorzugsweise mittels einer I/Q-Demodulation im digitalen Signalprozessor realisiert. Basierend auf den messtechnischen Bestimmungen des Amplituden- und Phasenverlaufs der Oszillatoren können dann die weiteren erforderlichen Parameter, wie Resonanzfrequenz, Güte und Dämpfung extrahiert werden.Either for the primary oscillator for as well the secondary transducer the information about amplitude and phase of the primary or secondary transducer preferably by means of I / Q demodulation in the digital signal processor realized. Based on the metrological determinations of the amplitude and the phase profile of the oscillators can then be the other required Parameters such as resonance frequency, quality and damping are extracted.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Aufnahme der sogenannten Frequenzgänge, also die Erfassung der Frequenzinformationen für jeden Sensor einzeln erfolgt, somit Chip- und Sensor-spezifisch ist und damit unabhängig von den technologischen Prozesstoleranzen ist. Dies ist der Fall, da sich die technologischen Prozesstoleranzen in dem Frequenzgang des Primärschwingers gewissermaßen niederschlagen und in den Informationen über Resonanzfrequenz, Güte bzw. Dämpfung, also in den Frequenzganginformationen enthalten sind. Unter Berücksichtigung der Resonanzparameter wird die Coriolis-Kraft folgendermaßen dargestellt:

Figure 00230001
It should be noted that the so-called frequency responses, that is to say the acquisition of the frequency information for each sensor, are chip-specific and sensor-specific and are therefore independent of the technological process tolerances. This is the case because the technological process tolerances are reflected to a certain extent in the frequency response of the primary oscillator and are contained in the information about the resonance frequency, quality or damping, that is to say in the frequency response information. Taking the resonance parameters into account, the Coriolis force is represented as follows:
Figure 00230001

Die vorstehende Gleichung enthält im Nenner die Resonanzinformationen im Hinblick auf die Resonanzfrequenz des Primärschwingers ωp sowie die Dämpfung des Primärschwingers βp. Die vorstehende Gleichung enthält jedoch noch geometrieabhängige Größen in Form der Massen mp sowie ms (Masse des Primärschwingers mp und Masse des Sekundärschwingers ms) und der Amplitude FCD0 der Antriebskraft des Primärschwingers.The above equation contains the resonance information with regard to the resonance in the denominator frequency of the primary oscillator ω p and the damping of the primary oscillator β p . However, the above equation also contains geometry-dependent variables in the form of the masses m p and m s (mass of the primary oscillator m p and mass of the secondary oscillator m s ) and the amplitude F CD0 of the driving force of the primary oscillator.

Die Amplitude der Antriebskraft FCD0 wird gemäß folgender Gleichung mit der Amplitude des Antriebssignals, also 107a in 2 in Beziehung gesetzt: FCD0 = Kx·Ux 2 The amplitude of the driving force F CD0 is calculated according to the following equation with the amplitude of the drive signal , ie 107a in 2 related: F CD0 = K x · U x 2

Die Konstante Kx repräsentiert die Geometrie beispielsweise des Kammantriebs, wenn eine elektrostatische Anregung in Form eines Comb-Drives eingesetzt wird. Die Konstante Kx berücksichtigt also die wirkenden homogenen als auch inhomogenen elektrischen Felder des Kammantriebs. So kann bei bekannten Kx die reale Antriebskraft ermittelt und eingestellt werden. Es sei darauf hingewiesen, dass eine ähnliche Konstante Kx selbstverständlich für beliebige andere Anregungen, also beispielsweise piezoelektrische, induktive etc. Anregungen definiert werden kann, die allgemein einen Zusammenhang zwischen der Antriebskraft FCD0 und der Anregungssignalamplitude Ux angeben. In einem solchen Fall muß das Signal Ux in dieser Gleichung nicht immer quadratisch auftreten, sondern kann auch linear oder kubisch etc. auftreten. Ferner sei darauf hingewiesen, dass das Antriebssignal, obgleich nachfolgend von Spannungen gesprochen wird, nicht unbedingt eine Spannung sein muß, sondern dass das Antriebssignal auch ein Strom oder eine andere anlegbare Größe ist, die durch eine Amplitude 107a und eine Frequenz 107b in 2 repräsentierbar ist.The constant K x represents the geometry of the comb drive, for example, when electrostatic excitation in the form of a comb drive is used. The constant K x thus takes into account the acting homogeneous as well as inhomogeneous electric fields of the comb drive. In the case of known K x, the real driving force can be determined and set. It should be noted that a similar constant K x can of course be defined for any other excitations, for example piezoelectric, inductive etc. excitations, which generally indicate a relationship between the driving force F CD0 and the excitation signal amplitude U x . In such a case, the signal U x does not always have to appear quadratic in this equation, but can also occur linearly or cubically etc. Furthermore, it should be pointed out that the drive signal, although hereinafter referred to as voltages, does not necessarily have to be a voltage, but that the drive signal is also a current or another variable that can be applied, which is determined by an amplitude 107a and a frequency 107b in 2 is representable.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die geometrieabhängige Konstante Kx unter Verwendung der Erdbeschleunigung als Referenz bestimmt. Dies wird dadurch erreicht, dass der Drehratensensor während der Charakterisierung desselben so gekippt wird, dass auf den Primärschwinger, d. h. die gesamte bewegliche Masse, die einfache Erdbeschleunigung wirkt. Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel, bei dem eine Primärbewegung in x-Richtung angesetzt wird, wird der Drehratensensor daher so gekippt, dass die Primärbewegungsrichtung 102 parallel zum Gravitationsfeld der Erde ist. Damit hat die Gravitationskraft der Erde, also die Kraft, die aus dem Produkt der Masse des Primärschwingers und der Erdbeschleunigung resultiert, eine Auslenkung der Schwingeinrichtung in Primärrichtung zur Folge. Diese statische Auslenkung wird detektiert (V1xg) bzw. durch Anlegen einer zur einfachen Erdbeschleunigung äquivalenten, elektrischen Spannung Ux1g kompensiert bzw. geregelt. Es wird also eine Gleichspannung Ux an die Primäranregungseinrichtung angekoppelt, wobei der Wert dieser Gleichspannung so eingestellt wird, dass die Auslenkung der Schwingeinrichtung in Primärbewegungsrichtung x wieder im wesentlichen auf 0 gestellt wird. Der Wert der Kompensationsspannung, der abzulesen ist, wenn die Auslenkung aufgrund der Gravitation zu 0 gesetzt wird, ist gleich dem ersten Kompensationssignal Ux1g. Aus der Gleichwertigkeit der Antriebskraft bei einer angelegten Spannung von Ux1g und der Gewichtskraft auf dem Primärschwinger lässt sich die Konstante Kx Sensor- bzw. Chip-spezifisch folgendermaßen darstellen:

Figure 00250001
In a preferred embodiment of the present invention, the geometry-dependent constant K x is determined using the acceleration of gravity as a reference. This is achieved by tilting the yaw rate sensor during the characterization so that the simple gravitational acceleration acts on the primary oscillator, ie the entire moving mass. At the in 2 Embodiment shown, in which a primary movement in the x direction is applied, the rotation rate sensor is therefore tilted so that the primary movement direction 102 is parallel to the earth's gravitational field. The gravitational force of the earth, i.e. the force that results from the product of the mass of the primary vibrator and the acceleration due to gravity, thus results in a deflection of the vibrating device in the primary direction. This static deflection is detected (V 1xg ) or compensated or regulated by applying an electrical voltage U x1g equivalent to simple gravitational acceleration. A direct voltage U x is therefore coupled to the primary excitation device, the value of this direct voltage being set such that the deflection of the oscillating device in the primary direction of movement x is again set essentially to 0. The value of the compensation voltage that can be read when the deflection is set to 0 due to gravity is equal to the first compensation signal U x1g . From the equivalence of the driving force with an applied voltage of U x1g and the weight on the primary vibrator , the constant K x sensor or chip specific can be represented as follows:
Figure 00250001

In der obigen Gleichung stellt g die Erdbeschleunigung dar, die einen Wert von 9,81 N/m2 hat. Wird die obige Gleichung in die Gleichung für die Coriolis-Kraft eingesetzt, so ergibt sich folgender Zusammenhang:

Figure 00250002
In the above equation, g represents the acceleration due to gravity, which has a value of 9.81 N / m 2 . If the above equation is inserted into the Coriolis force equation, the following relationship results:
Figure 00250002

In der vorstehenden Gleichung ist lediglich die Masse des Sekundärschwingers ms vorhanden, die noch eine Geometrieabhängigkeit aufweist, also eine Größe ist, die nicht durch Messung bzw. Auswertung ohne weiteres bestimmbar ist.In the above equation is only the mass of the secondary vibrator ms available, which still has a geometry dependency, i.e. one Size is which cannot easily be determined by measurement or evaluation is.

Entsprechend der realen Antriebskraft kann auch die reale elektrostatische Kraft FE, also die auf die Detektionselektroden des Sekundärschwingers einzuprägende Kraft zur Generierung der Sekundärschwingung ohne Anwesenheit einer Drehrate allgemein als Funktion der Antriebsspannung Uy und einer Chip- bzw. Sensor-spezifischen Konstanten Ky dargestellt werden. Die einzuprägende Kraft FE stellt sich folgendermaßen dar: FE = FE0·sin(ω·t – φp)) In accordance with the real driving force, the real electrostatic force F E , i.e. the force to be applied to the detection electrodes of the secondary oscillator for generating the secondary oscillation without the presence of a rotation rate, can generally be represented as a function of the drive voltage U y and a chip or sensor-specific constant K y become. The force F E to be impressed is as follows: F e = F E0 Sin (ωt - φ p ))

Die Amplitude FE0 der vorstehenden Gleichung ergibt sich unter Verwendung der Sensor-spezifischen Konstante Ky folgendermaßen: FE0 = Ky·Uy 2 The amplitude F E0 of the above equation is calculated as follows using the sensor-specific constant K y : F E0 = K y · U y 2

Analog zu Kx repräsentiert Ky die Geometrie der Detektionselektroden und berücksichtigt sowohl wirkende homogene als auch inhomogene elektrische Felder. Entsprechend der beschriebenen Vorgehensweise zur Ermittlung von Kx erfolgt die Bestimmung von Ky folgendermaßen:

Figure 00260001
Analogous to K x , K y represents the geometry of the detection electrodes and takes into account both homogeneous and inhomogeneous electric fields. According to the described procedure for determining K x , K y is determined as follows:
Figure 00260001

Hierbei ist Uy1g die Spannung äquivalent zur einfachen Erdbeschleunigung der inertialen Masse des Sekundärschwingers in Richtung der Sekundärschwingung. Uy1g wird wieder durch Kippen des Drehratensensors ermittelt, wobei der Drehratensensor nun jedoch orthogonal zu der vorherigen Kipprichtung gekippt wird, nämlich so, dass die Sekundärbewegungsrichtung 104 aus 2 parallel zur Gravitationskraft ist, so dass der Sekundärschwinger bzw. die Schwingeinrichtung 100 allgemein in Richtung der Sekundärbewegung ausgelenkt wird. Das zweite Kompensationssignal Ux1g ist nunmehr wiederum der Wert der von der Sekundäranregungseinrichtung 108b angelegten Gleichspannung, die vonnöten ist, um die Auslenkung der Schwingeinrichtung 100 in Sekundärbewegungsrichtung 104 aufgrund der Erdbeschleunigung zu kompensieren, also auf 0 „zurückzubringen".Here U y1g is the voltage equivalent to the simple gravitational acceleration of the inertial mass of the secondary oscillator in the direction of the secondary oscillation . U y1g is again determined by tilting the yaw rate sensor, but the yaw rate sensor is now tilted orthogonally to the previous tilt direction, namely in such a way that the secondary movement direction 104 out 2 is parallel to the gravitational force, so that the secondary vibrator or the vibrating device 100 is generally deflected in the direction of the secondary movement. The second compensation signal U x1g is now again the value of the secondary excitation device 108b applied DC voltage, which is necessary to the deflection of the oscillating device 100 in the secondary movement direction 104 to compensate for the acceleration due to gravity, ie to "bring it back" to 0.

Aus der Gleichwertigkeit der Coriolis-Kraft und der einzuprägenden Kraft unter Berücksichtigung der Gleichungen für die Konstante Ky ergibt sich folgender Zusammenhang für eine nachzubildende Drehrate Ω:

Figure 00260002
From the equivalence of the Coriolis force and the force to be impressed, taking into account the equations for the constant K y , the following relationship results for a rotation rate Ω to be simulated:
Figure 00260002

Wird ferner der Primärschwinger in Resonanz betrieben, was typischerweise bevorzugt wird, so vereinfacht sich die vorstehende Gleichung zu folgender Gleichung:

Figure 00270001
If the primary oscillator is also operated in resonance, which is typically preferred, the above equation is simplified to the following equation:
Figure 00270001

Die beiden vorstehenden Gleichungen liefern nunmehr den numerischen Zusammenhang zwischen einer einzuprägenden bzw. zu simulierenden Drehrate Ω und der Amplitude des Anregungssignals Ux (107a in 2) und der Amplitude des Sekundäranregungssignals Uy (109a von 2), so dass nunmehr bei einer zu simulierenden Drehrate Ω und bei einer bekannten Anregungssignalamplitude Ux sowie bei einer bekannten Anregungsfrequenz ω ohne weiteres die Amplitude des in Sekundäranregungseinrichtung 108b einzuspeisenden Signals 109a berechnet werden kann. Alternativ kann natürlich auch eine bestimmte Amplitude 109a in die Sekundäranregungseinrichtung 108b eingespeist werden, um dann eine Amplitude 107a des in die Primäranregungseinrichtung 106 eingespeisten Signals derart einzustellen, dass eine bestimmte Drehrate Ω simuliert wird. Sind Ω und Ux gegeben, so berechnet sich Uy so, wie es in einem Block 16 in 1 gleichungsmäßig dargestellt ist.The two equations above now provide the numerical relationship between a rotation rate Ω to be impressed or simulated and the amplitude of the excitation signal U x ( 107a in 2 ) and the amplitude of the secondary excitation signal U y ( 109a of 2 ), so that now with a rotation rate to be simulated Ω and with a known excitation signal amplitude U x as well as with a known excitation frequency ω the amplitude of the secondary excitation device 108b signal to be fed 109a can be calculated. Alternatively, of course, a certain amplitude 109a into the secondary excitation device 108b be fed in, then an amplitude 107a of the primary excitation device 106 set the fed signal in such a way that a certain rotation rate Ω is simulated. If Ω and U x are given, U y is calculated as it is in a block 16 in 1 is shown in equation.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Konzept zum Charakterisieren eines Drehratensensors mit einer Schwingeinrichtung 100, einer Primäranregungseinrichtung 106 zum Antreiben der Schwingeinrichtung zu einer Primärbewegung 102, einer Sekundärerfassungseinrichtung 108 zum Ausgeben eines Ausgangssignals V, das von einer Sekundärbewegung der Schwingeinrichtung aufgrund einer Drehrate des Drehratensensors um eine sensitive Achse abhängt, dargestellt.The concept according to the invention for characterizing a rotation rate sensor with an oscillating device is described below 100 , a primary excitation device 106 for driving the vibrating device for a primary movement 102 , a secondary detection device 108 for outputting an output signal V, which depends on a secondary movement of the oscillating device due to a rotation rate of the rotation rate sensor about a sensitive axis.

Im einzelnen umfaßt die Vorrichtung zum Charakterisieren eines Drehratensensors, wie sie in 1 dargestellt ist, eine Einrichtung 10 zum Ausüben einer ersten Beschleunigung auf die Schwingeinrichtung 100 in Richtung der Primärbewegung und einer zweiten Beschleunigung auf die Schwingeinrichtung in Richtung der Sekundärbewegung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung von 1 umfaßt ferner eine Einrichtung 12 zum Kompensieren der Auslenkungen in Primär- und Sekundärrichtung, wie es vorstehend dargestellt worden ist, um ein erstes Kompensationssignal Ux1g 12a sowie ein zweites Kompensationssignal Uy1g 12b zu liefern. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Charakterisieren umfaßt ferner eine Einrichtung 14 zum Bereitstellen von Frequenzganginformationen für die Primärbewegung, wobei die Frequenzganginformationen vorzugsweise die Resonanzfrequenz ωp, die Dämpfung βp bzw. die Güte Qp der Schwingeinrichtung 100 in Primärbewegungsrichtung 102 umfassen.In particular, the device for characterizing a rotation rate sensor, as described in 1 is shown, a facility 10 for exerting a first acceleration on the oscillating device 100 in the direction of the primary movement and a second acceleration on the oscillating device in the direction of the secondary movement. The inventive device from 1 also includes a device 12 to the Compensating the deflections in the primary and secondary directions , as has been shown above, by a first compensation signal U x1g 12a and a second compensation signal U y1g 12b to deliver. The characterizing device according to the invention further comprises a device 14 to provide frequency response information for the primary movement, the frequency response information preferably the resonance frequency ω p , the damping β p or the quality Q p of the oscillating device 100 in the primary direction of movement 102 include.

Die durch die in 1 gezeigte Vorrichtung ermittelten Informationen über den Frequenzgang, die in 2 auch mit 22 bezeichnet sind sowie die beiden Kompensationssignale zur Charakterisierung der Empfindlichkeiten der Primäranregungseinrichtung und der Sekundärerfassungseinrichtung 12a, 12b erlauben es, gemäß dem in dem Block 16 gezeigten Zusammenhang eine beliebige numerische Drehrate zu simulieren, indem ein Signal 109, das gemäß dem Block 16 bestimmt ist, an die Sekundäranregungseinrichtung 108b die vorzugsweise identisch mit der Sekundärerfassungseinrichtung 108b ist, angelegt wird. Wird ein derartiges Sekundäranregungssignal 109 mit einer Sekundäranregungsamplitude 109a und einer Sekundäranregungsfrequenz 109b an die Sekundärerfassungseinrichtung 108 des Drehratensensors angelegt, so führt der Sekundärschwinger eine Bewegung aus, die identisch zu der Bewegung ist, die er ausführen würde, wenn kein Sekundäranregungssignaleingeprägt werden würde, wenn der Drehratensensor jedoch der Drehrate Ω 101 unterworfen wäre, deren Wert gleich dem in dem Block 16 von 1 angenommene Wert Ω ist. Selbstverständlich wird die Sekundärerfassungseinrichtung 108a von 2 ein entsprechendes Ausgangssignal V ausgeben, das gleich der simulierten Drehrate Ωsimuliert ist, bzw. das gleich einer gemessenen Drehrate Ωgemessen wäre, wenn statt der simulierten Drehrate die entsprechende gemessene Drehrate tatsächlich vorhanden wäre.The through the in 1 shown device determined information about the frequency response, which in 2 also with 22 and the two compensation signals for characterizing the sensitivities of the primary excitation device and the secondary detection device 12a . 12b allow, according to that in the block 16 shown to simulate any numerical rotation rate by a signal 109 that according to the block 16 is determined to the secondary excitation device 108b which are preferably identical to the secondary detection device 108b is created. Such a secondary excitation signal 109 with a secondary excitation amplitude 109a and a secondary excitation frequency 109b to the secondary detection device 108 of the rotation rate sensor, the secondary oscillator executes a movement which is identical to the movement which it would carry out if no secondary excitation signals were impressed, but if the rotation rate sensor has the rotation rate Ω 101 would be subject to the same value as that in the block 16 of 1 assumed value is Ω. Of course, the secondary detection device 108a of 2 a corresponding output signal V output that is equal to the simulated rotation rate Ω is simulated, or the equal to a measured rotational rate Ω would be measured when the corresponding measured rotation rate were actually present instead of the simulated turning rate.

Zur Anregung der Sekundärerfassungseinrichtung in Richtung der Sekundärbewegung ist somit eine auf den Sensor wirkende Drehrate simulierbar, wobei eine Amplitude des Sekundäranregungssignals 109 zum Anregen der Schwingung der Schwingeinrichtung von einer Primäranregungsamplitude Ux, einer Primäranregungsfrequenz ω, dem ersten Kompensationssignal, dem zweiten Kompensationssignal, den Frequenzganginformationen und der zu simulierenden Drehrate Ωsimuliert abhängt.A rotation rate acting on the sensor can thus be simulated to excite the secondary detection device in the direction of the secondary movement, with an amplitude of the secondary excitation signal 109 for stimulating the oscillation of the oscillating device depends on a primary excitation amplitude U x , a primary excitation frequency ω, the first compensation signal, the second compensation signal, the frequency response information and the rotation rate to be simulated Ω simulated .

In Abweichung von dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, bei dem die Einrichtung zum Ausüben einer ersten und einer zweiten Beschleunigung (Einrichtung 10 in 1) ausgebildet ist, um den Drehratensensor lediglich entsprechend der Beschleunigung zu kippen, können auch, sofern entsprechende Vorrichtungen zur Verfügung stehen, von der Erdbeschleunigung abweichende lineare Beschleunigungen angelegt werden, was insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn die Erdbeschleunigung nicht ausreicht und z. B. größere Beschleunigungen benötigt werden, oder wenn die Erdbeschleunigung zu stark ist und kleinere Beschleunigungen benötigt werden.In deviation from the exemplary embodiment described above, in which the device for exerting a first and a second acceleration (device 10 in 1 ) is designed to tilt the rotation rate sensor only in accordance with the acceleration, linear accelerations deviating from the acceleration due to gravity can also be applied, if appropriate devices are available, which is particularly advantageous if the acceleration due to gravity is insufficient and e.g. B. larger accelerations are required, or if the acceleration due to gravity is too strong and smaller accelerations are required.

Ist die Schwingeinrichtung 100 in eine rotatorische Primärbewegung versetzbar, so ist die Einrichtung 10 zum Ausüben einer Beschleunigung ausgebildet, um keine lineare Beschleunigung, sondern eine rotatorische Beschleunigung in Primärbewegungsrichtung bzw. in Sekundärbewegungsrichtung auf die Schwingeinrichtung 100 auszuüben, wenn die Schwingeinrichtung gleichzeitig eine rotatorische Sekundärbewegung ausführt. Eine rotatorische Beschleunigung kann z. B. dadurch erzielt werden, dass auf den Primär- bzw. Sekundärschwinger durch geeignete Manipulatoren eine definierte Torsionskraft ausgeübt wird, zu deren Kompensation dann wieder ein Kompensationssignal berechenbar ist.Is the vibrating device 100 The device can be set into a rotary primary movement 10 designed to exert an acceleration, not a linear acceleration, but a rotational acceleration in the primary movement direction or in the secondary movement direction on the oscillating device 100 to exercise when the vibrating device simultaneously performs a rotary secondary movement. A rotational acceleration can e.g. B. can be achieved in that a defined torsional force is exerted on the primary or secondary vibrator by suitable manipulators, for the compensation of which a compensation signal can then again be calculated.

Es sei ferner darauf hingewiesen, dass die auf den Primärschwinger und den Sekundärschwinger ausgeübten Beschleunigungen nicht unbedingt identisch sein müssen. Sind sie identisch, so kürzen sie sich aus dem Ausdruck für die Drehrate Ω heraus. Sind sie nicht identisch, so bleiben sie in dem Ausdruck für Ω erhalten. In diesem Fall, wenn die Beschleunigungen nicht identisch sind, ist es vorteilhaft, die einzelnen Werte zu kennen. Die Gleichung für Ω ist jedoch auch berechenbar, wenn lediglich das Verhältnis der beiden Beschleunigungen bekannt ist, da die beiden „Referenzbeschleunigungen" lediglich in ihrem Verhältnis zueinander in der Gleichung auftreten.It it should also be noted that the primary transducer and the secondary transducer exerted Accelerations do not necessarily have to be identical. are they identical, so shorten them out of expression for the rotation rate Ω. If they are not identical, they are retained in the expression for Ω. In this case, if the accelerations are not the same, it is advantageous to know the individual values. the equation for Ω, however also predictable if only the ratio of the two accelerations is known because the two "reference accelerations" only in their relationship occur to each other in the equation.

Erfindungsgemäß wird somit eine Drehrate eingeprägt bzw. nachgebildet oder anders ausgedrückt simuliert. Damit lassen sich technologische Prozesstoleranzen bzw. der Einfluss auf die Chip-spezifische Sensorgeometrie und damit auf die Sensorparameter eliminieren. Die nachgebildete Drehrate wird, wie es aus der vorstehenden Gleichung ersichtlich ist, als Funktion von Parametern dargestellt, die entweder „gemessen" (Resonanzfrequenz ωp), „berechnet" (Güte bzw. Dämpfung) oder „eingestellt" (Antriebsfrequenz ω, Spannungen Ux sowie Uy) bzw. „geregelt" (Spannungen Ux1g sowie Uy1g) werden. Durch Anlegen von Spannungen Uy unterschiedlichen Betrags an die Detektionselektroden des Sekundärschwingers können nunmehr von den Spannungsbeträgen abhängige Drehraten definiert nachgebildet bzw. eingeprägt werden.According to the invention, a rotation rate is thus impressed or simulated or, in other words, simulated. This enables technological process tolerances and the influence on the chip-specific sensor geometry and thus on the sensor parameters to be eliminated. As can be seen from the above equation, the simulated yaw rate is represented as a function of parameters which are either “measured” (resonance frequency ω p ), “calculated” (quality or damping) or “set” (drive frequency ω, voltages U x and U y ) or "regulated" (voltages U x1g and U y1g ). By applying voltages U y of different magnitudes to the detection electrodes of the secondary oscillator, rotation rates dependent on the voltage magnitudes can now be simulated in a defined manner.

Nachfolgend wird Bezug nehmend auf 3 auf die initiale Kalibrierung von Drehratensensoren unter Verwendung eingeprägter Drehraten eingegangen. Es sei bereits jetzt darauf hingewiesen, dass die initiale Kalibrierung erfindungsgemäß kostengünstiger durchgeführt werden kann, da kein Drehtisch mehr benötigt wird. Selbst wenn ein Drehtisch in einem Labor bereits vorhanden ist, wird erfindungsgemäß die Kalibrierung dennoch vereinfacht, da das Plazieren der Drehratensensoren auf dem Drehtisch und das Messen der Drehratensensoren auf dem Drehtisch nicht mehr durchgeführt werden muß.In the following, reference is made to 3 the initial calibration of yaw rate sensors using impressed yaw rates. It should already be pointed out that the initial calibration can be carried out more cost-effectively according to the invention since a rotary table is no longer required. Even if a turntable already exists in a laboratory, the calibration is nevertheless simplified according to the invention, since the placement of the rotation rate sensors on the turntable and the measurement of the rotation rate sensors on the turntable no longer have to be carried out.

Zur Kalibrierung der Drehratensensoren werden typischerweise zwei Größen bestimmt, nämlich der Proportionalitätsfaktor zwischen der zu messenden Drehrate Ω und dem Ausgangssignal V, welcher auch als Skalenfaktor SF (der Skalenfaktor wandelt die Drehrate in eine spannungsäquivalente Größe um) bezeichnet wird, und der sogenannten Nullpunkt NP0, der bei bestimmten Ausführungsformen auf einen spezifizierten Wert angepasst werden soll. Der Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal V, dem Skalenfaktor SF0 und dem Nullpunkt NP0 ist folgendermaßen gegeben: V = SF0·Ω + NP0 Two quantities are typically determined for the calibration of the rotation rate sensors, namely the proportionality factor between the rotation rate Ω to be measured and the output signal V, which is also referred to as the scale factor SF (the scale factor converts the rotation rate into a voltage-equivalent quantity), and the so-called zero point NP 0 that is to be adjusted to a specified value in certain embodiments. The relationship between the output signal V, the scale factor SF 0 and the zero point NP 0 is given as follows: V = SF 0 Ω + NP 0

Der lineare Zusammenhang zwischen der Ausgangsspannung V bzw. allgemein dem Ausgangssignal V und der anliegenden Drehrate Ω bzw. der eingeprägten oder „simulierten" Drehrate Ω ist inhärent aufgrund der vorstehend dargelegten Definitionsgleichung für die Coriolis-Kraft linear. Ein Nullpunkt NP0, also ein Ausgangssignal des Sensors, wenn keine Drehrate anliegt, wird für bestimmte Anwendungen benötigt. So sei beispielsweise der Fall betrachtet, bei dem das Ausgangssignal V aus äußeren Gegebenheiten heraus Werte zwischen 0 V und 5 V annehmen soll. Ferner wird es für diesen Fall beispielsweise gewünscht, dass der Drehratensensor Drehraten messen soll, die Werte zwischen –Ωmax und +Ωmax annehmen soll. In einem solchen Fall würde eine Drehrate von 0, also Ω = 0, einem Wert des Ausgangssignals V von 2,5 V entsprechen. Diese Nullpunktverschiebung wird künstlich erzeugt, so dass, wie ausgeführt abhängig von äußeren Gegebenheiten, ein das Ausgangssignal V empfangender Signalverarbeitungsblock weiß, dass eine Ausgangsspannung von 0 V dem Wert –Ωmax entspricht, das ein Ausgangssignal von 2,5 V einer Drehrate von 0 entspricht, und dass ein Ausgangssignal von +5 V einer Drehrate von +Ωmax entspricht. Würde die Nullpunktverschiebung nicht vorgenommen werden, so würde das Ausgangssignal zwischen –2,5 und +2,5 V liegen. Wird für einen nachfolgenden Signalverarbeitungsblock, der das Ausgangssignal zwischen –2,5 V und +2,5 V verarbeitet, dieses Signal als geeignet betrachtet, so muß keine Nullpunktverschiebung durchgeführt werden. Eine Nullpunktverschiebung wird lediglich dann benötigt, wenn der nachgeschaltete Signalverarbeitungsblock beispielsweise mit negativen Spannungen nicht arbeiten kann oder aus bestimmten Gründen nicht arbeiten soll.The linear relationship between the output voltage V or generally the output signal V and the applied yaw rate Ω or the impressed or “simulated” yaw rate Ω is inherent linear due to the definition equation for the Coriolis force set out above. A zero point NP 0 , ie an output signal of the sensor, if no rotation rate is present, is required for certain applications, for example consider the case in which the output signal V should assume values between 0 V and 5 V due to external circumstances the yaw rate sensor should measure yaw rates that should take values between –Ω max and + Ω max In such a case, a yaw rate of 0, ie Ω = 0, would correspond to a value of the output signal V of 2.5 V. This zero point shift becomes artificial generated, so that, as stated depending on external circumstances, a receiving the output signal V Signal processing block knows that an output voltage of 0 V corresponds to the value Ω max , an output signal of 2.5 V corresponds to a rotation rate of 0, and that an output signal of +5 V corresponds to a rotation rate of + Ω max . If the zero point shift were not carried out, the output signal would be between -2.5 and +2.5 V. If this signal is considered to be suitable for a subsequent signal processing block which processes the output signal between −2.5 V and +2.5 V, no zero point shift has to be carried out. A zero point shift is only required if the downstream signal processing block, for example, cannot work with negative voltages or should not work for certain reasons.

Bevor auf die vorliegende Erfindung eingegangen wird, sei zunächst eine initiale Kalibrierung mit Drehtisch beschrieben. Zur Kalibrierung des Skalenfaktors SF0 unter Verwendung eines kalibrierten Drehtisches wird der Drehratensensor bei mindestens zwei unterschiedlichen Drehraten Ω1 und Ω2 betrieben, wobei üblicherweise die den Messbereich definierenden Drehra ten verwendet werden. Mit den zugehörigen, resultierenden Ausgangssignalen V1 und V2 ergibt sich der nicht-angepasste Skalenfaktor SF0* aus folgender Gleichung:

Figure 00330001
Before going into the present invention, an initial calibration with a turntable will first be described. To calibrate the scale factor SF 0 using a calibrated turntable, the rotation rate sensor is operated at at least two different rotation rates Ω 1 and Ω 2 , the rotation rates defining the measuring range being normally used. With the associated, resulting output signals V 1 and V 2 , the unmatched scale factor SF 0 * results from the following equation:
Figure 00330001

Der Abgleich des ermittelten Skalenfaktors SF0* auf den spezifizierten Wert SF0 erfolgt durch Multiplikation (bzw. Division) der Ausgangssignale mit einem geeigneten Multiplikator, der natürlich auch kleiner als 0 sein kann und somit als Divisor wirkt, welcher aus dem Verhältnis von Soll-Skalenfaktor SF0 zu Ist-Skalenfaktor SF0* ermittelt wird. Es ergibt sich folgende Gleichung

Figure 00330002
die nach Auflösung nach dem Skalenfaktor den Multiplikator kSF liefert. Die Berechnung von kSF sowie die Multiplikation der Ausgangssignale mit kSF erfolgt im digitalen Signalprozessor, auf den später noch Bezug nehmend auf 8 eingegangen wird. Aufgrund der Differenzbildung zweier Signale gemäß dem vorstehenden Prozedere ist die Kenntnis des Nullpunkts zur Kalibrierung des Skalenfaktors nicht notwendig, wobei eine vernachlässigbare Drift zwischen den Messungen vorausgesetzt wird.The determined scale factor SF 0 * is compared to the specified value SF 0 by multiplying (or dividing) the output signals with a suitable multiplier, which of course can also be less than 0 and thus acts as a divisor, which is based on the ratio of target Scale factor SF 0 to actual scale factor SF 0 * is determined. The following equation results
Figure 00330002
which provides the multiplier k SF after resolution according to the scale factor. The calculation of k SF and the multiplication of the output signals by k SF are carried out in the digital signal processor, to which reference will be made later 8th is received. Due to the difference between two signals according to the above procedure, knowledge of the zero point for calibration of the scale factor is not necessary, whereby a negligible drift between the measurements is assumed.

Die Kalibrierung des Nullpunkts NP0 erfolgt durch Messung des Ausgangssignals V0 ohne Anwesenheit einer Drehrate. Es resultiert der nicht-angepasste Nullpunkt NP0*, der folgendermaßen definiert ist: NP0 = V(Ω = 0) = V0 The zero point NP 0 is calibrated by measuring the output signal V 0 without the presence of a rotation rate. The result is the non-adjusted zero point NP 0 *, which is defined as follows: NP 0 = V (Ω = 0) = V 0

Der Abgleich des ermittelten Nullpunkts NP0* auf den spezifizierten Wert NP0 erfolgt durch Addition (bzw. Subtraktion) des Ausgangssignals V0 mit einer geeigneten Konstanten kNP, die aus der Differenz von Soll-Nullpunkt NP0 und Ist-Nullpunkt NP0 ermittelt wird. Es ergibt sich der angepasste Nullpunkt NP0 aus folgender Gleichung: NP0* = V0 + kNP The zero point NP 0 * determined is compared to the specified value NP 0 by adding (or subtracting) the output signal V 0 to a suitable constant k NP , which is determined from the difference between the target zero point NP 0 and the actual zero point NP 0 becomes. The adjusted zero point NP 0 results from the following equation: NP 0 * = V 0 + k NP

Aus der vorstehenden Gleichung ergibt sich unmittelbar die Nullpunktkonstante kNP, indem die vorstehende Gleichung nach kNP aufgelöst wird. Die Berechnung von kNP sowie die Addition des Ausgangssignals mit kNP erfolgt ebenso wie die Skalenfaktorkalibrierung im digitalen Signalprozessor, wie er beispielhaft in 8 dargestellt ist. Aufgrund der Tatsache, dass die Kalibrierung des Nullpunkts ohne Anwesenheit einer Drehrate durchgeführt wird, ist die Kenntnis einer definierten Drehrate bei der initialen Kalibrierung des Nullpunkts nicht erforderlich.The zero point constant k NP results directly from the above equation by solving the above equation for k NP . The calculation of k NP and the addition of the output signal with k NP are carried out as well as the scale factor calibration in the digital signal processor, as exemplified in 8th is shown. Due to the fact that the calibration of the zero point is carried out without the presence of a rotation rate, it is not necessary to know a defined rotation rate during the initial calibration of the zero point.

Für die vorstehend beschriebene initiale Kalibrierung unter Verwendung eines Drehtisches zur Erzeugung der Drehraten Ω1 und Ω2 wird, wie es ausgeführt worden ist, ein Drehtisch benötigt. Die initiale Kalibrierung muß daher bei Laborbedingungen, und zwar im wesentlichen bei definierten und vorzugsweise konstanten Umgebungsbedingungen stattfinden.For the initial calibration described above using a turntable to generate the rotation rates Ω 1 and Ω 2 , as has been stated, a turntable is required. The initial calibration must therefore take place under laboratory conditions, essentially under defined and preferably constant ambient conditions.

Nachfolgend wird Bezug nehmend auf 3 auf die erfindungsgemäße initiale Kalibrierung ohne Verwendung eines Drehtisches eingegangen. Eine Vorrichtung zum initialen Kalibrieren umfaßt eine Einrichtung 30 zum Simulieren einer ersten und einer zweiten Drehrate, wobei die Einrichtung 30 ausgebildet ist, um die Sekundäranregungssignale 109 für die beiden Dreh raten unter Verwendung der in Block 16 von 1 gezeigten Zusammenhänge zu berechnen. Im einzelnen ist die Einrichtung 30 ausgebildet, um eine erste Sekundäranregungssignalamplitude Uy1 zur Simulierung der ersten Drehrate Ω1 zu erzeugen und der Sekundäranregungseinrichtung 108b von 2 zuzuführen. Die Einrichtung 30 zum Simulieren ist ferner ausgebildet, um eine zweite Sekundäranregungssignalamplitude Uy2 unter Verwendung der Zusammenhänge von 1, Block 16 zu berechnen und der Sekundäranregungseinrichtung 108b von 2 zuzuführen. Die in 3 gezeigte Vorrichtung umfaßt ferner eine Einrichtung 32 zum Messen der Ausgangssignale V1, V2 am Ausgang des Drehratensensors, wobei V1 dann gemessen wird, wenn die erste Drehrate Ω1 durch Zuführen des ersten Sekundäranregungssignals Uy1 erzeugt wird, und wobei V2 gemessen wird, wenn die zweite Drehrate Ω2 durch Zuführen des Sekundäranregungssignals Uy2 zu der Sekundäranregungseinrichtung 108b simuliert wird.In the following, reference is made to 3 discussed the initial calibration according to the invention without using a turntable. A device for initial calibration comprises a device 30 to simulate a first and a second rotation rate, the device 30 is formed to the secondary excitation signals 109 for the two rotation rates using the one in block 16 of 1 to show the correlations shown. In detail is the facility 30 designed to generate a first secondary excitation signal amplitude U y1 for simulating the first rotation rate Ω 1 and the secondary excitation device 108b of 2 supply. The facility 30 for simulation is further configured to generate a second secondary excitation signal amplitude U y2 using the relationships of 1 , Block 16 to be calculated and the secondary excitation device 108b of 2 supply. In the 3 The device shown further comprises a device 32 for measuring the output signals V 1 , V 2 at the output of the rotation rate sensor, wherein V 1 is measured when the first rotation rate Ω 1 is generated by supplying the first secondary excitation signal U y1 , and V 2 is measured when the second rotation rate Ω 2 by supplying the secondary excitation signal U y2 to the secondary excitation device 108b is simulated.

Die in 3 gezeigte Vorrichtung zur initialen Kalibrierung umfaßt ferner eine Einrichtung 34 zum Berechnen von kSF gemäß der in Block 34 gezeigten Definitionsgleichung für kSF. Die Einrichtung 34 erhält als Eingangswerte von der Einrichtung 32 zum Messen die Ausgangssignale V1, V2. Die Einrichtung 34 erhält ferner die Werte der simulierten Drehrate Ω1, Ω2 sowie den Soll-Skalenfaktor SF0, der typischerweise ebenfalls von äußeren Gegebenheiten diktiert wird. So ergibt sich der Skalenfaktor daraus, dass normalerweise ein zu messender Drehratenbereich auf einen definierten Ausgangsspannungsbereich abgebildet wird. Der Soll-Skalenfaktor entspricht daher dem Quotienten aus Vmax – Vmin geteilt durch Ωmax – Ωmin.In the 3 The initial calibration device shown further comprises a device 34 to calculate k SF according to the in block 34 shown definition equation for k SF . The facility 34 receives as input values from the facility 32 for measuring the output signals V 1 , V 2 . The facility 34 also receives the values of the simulated yaw rate Ω 1 , Ω 2 and the target scale factor SF 0 , which is also typically dictated by external factors. The scale factor results from the fact that a range of rotation rates to be measured is usually mapped to a defined output voltage range. The target scale factor therefore corresponds to the quotient of V max - V min divided by Ω max - Ω min .

Die Einrichtung 34 liefert ausgangsseitig den Kalibrierungsfaktor kSF, der dann verwendet wird, um ein von dem Drehratensensor erzeugtes Ausgangssignal V eindeutig in eine Dreh rate umzurechnen, und zwar gemäß der in 3 unten dargestellten Gleichung. In der in 3 unten dargestellten Gleichung bezeichnet Ω die anliegende oder simulierte Drehrate, bedeutet V das Ausgangssignal des Sensors, bedeutet NP0 den Soll-Nullpunkt des Sensors, bedeutet kNP den Nullpunkt-Korrekturwert, bedeutet SF0 den Soll-Skalenfaktor und bedeutet kSS schließlich den Kalibrierungsfaktor, der bei der initialen Kalibrierung gemäß 3 berechnet worden ist.The facility 34 provides the calibration factor k SF on the output side, which is then used to unambiguously convert an output signal V generated by the rotation rate sensor into a rotation rate, in accordance with the in 3 equation shown below. In the in 3 Equation shown below denotes Ω the applied or simulated yaw rate, V means the sensor output signal, NP 0 means the sensor's target zero point, k NP means the zero correction value, SF 0 means the target scale factor and k SS finally means the calibration factor according to the initial calibration 3 has been calculated.

Die Berechnung des Nullpunkt-Korrekturwerts kNP erfolgt analog zur Kalibrierung des Nullpunkts mit Einsatz eines Drehtisches. Der Nullpunkt-Korrekturwert kNP ist, wie es ausgeführt worden ist, ohne Anlegen einer Drehrate bestimmbar.The zero point correction value k NP is calculated analogously to the calibration of the zero point using a rotary table. The zero point correction value k NP can, as has been stated, be determined without applying a rotation rate.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass es prinzipiell unerheblich ist, welcher Natur das Ausgangssignal V ist, so lange das Ausgangssignal V proportional zur Drehrate Ω ist, derart, dass der Zusammenhang zwischen V und Ω durch die vorstehend genannte Geradengleichung mit dem Skalenfaktor als Steigung und dem Nullpunkt als Null-Verschiebung dargestellt werden kann. So kann das Signal V tatsächlich eine nach längerer Signalverarbeitung bestimmte Gleichspannung sein, wie sie am Ausgang des in 8 gezeigten digitalen Signalprozessors erhalten wird. V kann jedoch auch ein Signal sein, das z. B. die Amplitude der Translation des Sekundärschwingers wiedergibt. Alternativ kann V natürlich auch die veränderliche Kapazität des Kammantriebs beispielsweise für die Sekundärerfassungseinrichtung etc. darstellen. Es wird jedoch bevorzugt, als V eine bereits verarbeitete Gleichspannung zu haben, die über einen Skalenfaktor, der gleich dem Produkt des Soll-Skalenfaktors und des Kalibrierungsfaktors ist, und einer Nullpunktverschiebung, die gleich der Summe der Soll-Nullpunktverschiebung und des Nullpunktverschiebungskorrek turwerts ist, mit der gemessenen oder simulierten Drehrate zusammenhängt.At this point it should be pointed out that it is in principle irrelevant what the nature of the output signal V is, as long as the output signal V is proportional to the rotation rate Ω, such that the relationship between V and Ω due to the above-mentioned straight line equation with the scale factor as the slope and the zero point can be represented as a zero shift. Thus, the signal V can actually be a DC voltage determined after prolonged signal processing, as it appears at the output of the 8th digital signal processor shown is obtained. However, V can also be a signal, e.g. B. reproduces the amplitude of the translation of the secondary transducer. Alternatively, V can of course also change the variable capacity of the Represent comb drive for example for the secondary detection device, etc. However, it is preferred to have, as V, a DC voltage that has already been processed, which has a scale factor that is equal to the product of the target scale factor and the calibration factor and a zero offset that is equal to the sum of the target zero offset and the zero offset correction value. is related to the measured or simulated yaw rate.

Nachfolgend wird Bezug nehmend auf 4 auf eine weitere bevorzugte Anwendung der simulierten Drehrate eingegangen, um eine In-Betrieb-Nachkalibrierung, d. h. eine In-Betrieb-Bestimmung eines Kalibrierungsfaktors kSF und, falls gewünscht, des Nullpunktkorrekturwerts kNP zu erhalten. Damit kann eine permanente Kontrolle von Skalenfaktor und Nullpunkt bzw. eine eigenständige Rekalibrierung von Nullpunkt und Skalenfaktor während des Sensorbetriebs erhalten werden. Das Konzept zur Rekalibrierung, d. h. zur Bestimmung und zum Abgleich der Sensorparameter Skalenfaktor und Nullpunkt während des Sensorbetriebs, wird nachfolgend bezugnehmend auf 4 dargestellt.In the following, reference is made to 4 discussed another preferred application of the simulated yaw rate in order to obtain an in-service recalibration, ie an in-operation determination of a calibration factor k SF and, if desired, the zero point correction value k NP . This enables permanent control of the scale factor and zero point or independent recalibration of the zero point and scale factor during sensor operation. The concept for recalibration, ie for determining and comparing the sensor parameters scale factor and zero point during sensor operation, is referred to below 4 shown.

Um den Sensorbetrieb bei der Rekalibrierung nicht zu beeinflussen, wird es bevorzugt, den Primärschwinger frequenzselektiv mit zwei Antriebsfrequenzen ω1 und ω2 anzuregen, so dass die simultane Messung zweier Ausgangssignale bei derselben Drehrate durchführbar ist. Die Primärschwingung der ersten Antriebsfrequenz (ω1) liefert bei Drehung des Sensors um seine sensitive Achse das zu beobachtende bzw. zu rekalibrierende Ausgangssignal V1, wobei der Index „1" hierbei den Zusammenhang zur Antriebsfrequenz ω1 (im Gegensatz zu ω2) darstellt, und wobei der Index „2" auf die Beobachtungs-Antriebsfrequenz hinweist.In order not to influence the sensor operation during recalibration, it is preferred to excite the primary oscillator frequency-selectively with two drive frequencies ω 1 and ω 2 , so that the simultaneous measurement of two output signals can be carried out at the same rotation rate. When the sensor rotates about its sensitive axis, the primary oscillation of the first drive frequency (ω 1 ) supplies the output signal V 1 to be observed or recalibrated, the index “1” representing the relationship to the drive frequency ω 1 (in contrast to ω 2 ) , and where the index "2" indicates the observation drive frequency.

Ein Ausgangssignal V2 stellt daher den Beitrag im Ausgangssignal aufgrund der zweiten Antriebsfrequenz ω2 dar. Die jeweiligen Antriebsfrequenzen werden vorzugsweise so gewählt, dass die erste Antriebsfrequenz gleich der Resonanzfrequenz des Primärschwingers bzw. der Schwingeinrichtung in Primärbewegung ist, dass also gilt ω1 = ωp. Die zweite Antriebsfre quenz wird vorzugsweise so gewählt, dass sie nicht zu weit entfernt von der ersten Antriebsfrequenz ist, das s. sie jedoch nicht zu nah an der ersten Antriebsfrequenz ist, dass sie noch einigermaßen gut frequenzselektiv bezüglich der ersten Antriebsfrequenz verarbeitbar ist. So wird es bevorzugt, die zweite Antriebsfrequenz bezüglich der ersten Antriebsfrequenz so zu wählen, dass sie kleiner als das 0,95-fache der ersten Antriebsfrequenz oder größer als das 1,05-fache der ersten Antriebsfrequenz ist. Ferner wird die zweite Antriebsfrequenz derart gewählt, dass sie größer als das 0,5-fache der ersten Antriebsfrequenz und kleiner als das 2-fache der ersten Antriebsfrequenz ist, derart, dass die Beobachtungsfrequenz ausreichend entfernt von der Antriebsfrequenz ist, um Komponenten aufgrund der beiden Frequenzen in dem Ausgangssignal selektiv bearbeiten zu können, wobei die Beobachtungsfrequenz jedoch nicht zu weit weg von der Antriebsfrequenz gewählt werden sollte, damit sie ihre Beobachtungsfunktion noch erfüllt. Dies ist dann der Fall, wenn eine ausreichend gute Korrelation der Verhältnisse bei der Antriebsfrequenz und der Verhältnisse bei der Beobachtungsfrequenz vorhanden ist.An output signal V 2 therefore represents the contribution in the output signal based on the second drive frequency ω 2. The respective drive frequencies are preferably selected such that the first drive frequency is equal to the resonance frequency of the primary oscillator or the oscillating device in primary movement, that is to say ω 1 = ω p . The second drive frequency is preferably chosen so that it is not too far from the first drive frequency, that s. however, it is not too close to the first drive frequency, so that it can still be processed relatively well frequency-selectively with respect to the first drive frequency. Thus, it is preferred to select the second drive frequency with respect to the first drive frequency in such a way that it is less than 0.95 times the first drive frequency or greater than 1.05 times the first drive frequency. Furthermore, the second drive frequency is chosen such that it is greater than 0.5 times the first drive frequency and less than 2 times the first drive frequency, such that the observation frequency is sufficiently distant from the drive frequency to include components due to the two To be able to selectively process frequencies in the output signal, but the observation frequency should not be selected too far away from the drive frequency so that it still fulfills its observation function. This is the case when there is a sufficiently good correlation between the ratios at the drive frequency and the ratios at the observation frequency.

Hierzu ist, wie es in 4 dargestellt ist, eine Einrichtung 40 zum Erzeugen eines Primärsignals ausgebildet, die der Ansteuerung der Primärantriebseinrichtung 106 von 2 dient, wobei das Primäransteuersignal bzw. Primärsignal eine erste Ansteuerkomponente bei der Antriebsfrequenz ω1 und eine zweite Ansteuerkomponente bei der Beobachterfrequenz ω2 aufweist. Die Amplituden des Ansteuersignals für die Antriebsfrequenz und die Beobachterfrequenz sind prinzipiell beliebig wählbar, können jedoch auch gleichgesetzt werden.This is how it is in 4 is shown, a facility 40 trained to generate a primary signal that the control of the primary drive device 106 of 2 serves, wherein the primary control signal or primary signal has a first control component at the drive frequency ω 1 and a second control component at the observer frequency ω 2 . The amplitudes of the control signal for the drive frequency and the observer frequency can in principle be selected as desired, but can also be equated.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Nachkalibrieren eines voreingestellten Skalenfaktors eines Drehratensensors umfaßt ferner eine Einrichtung zum frequenzselektiven Erfassen, um eine Ausgangssignalkomponente V1 zu ermitteln, die auf die Antriebsfrequenz ω1 zurückgeht, und um eine Ausgangssignalkomponente V2 zu erfassen, die auf die Beobachterfrequenz ω2 zurückgeht. Diese Einrichtung ist in 4 allgemein mit 42 bezeichnet. Die in 4 gezeigte Nachkalibriervorrichtung umfaßt ferner eine Einrichtung 44 zum Simulieren einer Drehrate ΩE bezüglich der Beobachterfrequenz ω2. Ferner ist eine Ablaufsteuerungseinrichtung 46 sowie eine Einrichtung 48 zum Berechnen eines aktuellen Kalibrierungsfaktors kSF vorgesehen. Die Einrichtung 44 zum Simulieren einer Drehrate ΩE bezüglich der Beobachterfrequenz ω2 ist ferner vorzugsweise mit einer primärseitigen Phasen- und Amplitudenregelungseinrichtung 49 gekoppelt, um bei dem Simulieren der Drehrate ΩE bei der Beobachterfrequenz ω2 Temperaturvariationen zu berücksichtigen, welche zumindest indirekt durch die primärseitige Phasen- und Amplitudenregelungseinrichtung 49 erfasst werden, wie später noch beschrieben wird.The device according to the invention for recalibrating a preset scale factor of a rotation rate sensor further comprises a device for frequency-selective detection in order to determine an output signal component V 1 which is based on the drive frequency ω 1 and to detect an output signal component V 2 which is based on the observer frequency ω 2 , This facility is in 4 generally with 42 designated. In the 4 shown recalibrating device further comprises a device 44 to simulate a rotation rate Ω E with respect to the observer frequency ω 2 . There is also a sequence control device 46 as well as a facility 48 provided for calculating a current calibration factor k SF . The facility 44 to simulate a rotation rate Ω E with respect to the observer frequency ω 2 is also preferably with a primary phase and amplitude control device 49 coupled in order to take into account temperature variations in the simulation of the rotation rate Ω E at the observer frequency ω 2 , which are at least indirectly caused by the primary-side phase and amplitude control device 49 are recorded, as will be described later.

Die Realisierung des Sensorbetriebs mit zwei unterschiedlichen Primäransteuerfrequenzen und die Detektion der resultierenden Ausgangssignale erfolgt, wie später noch dargelegt werden wird, unter Verwendung der in 8 gezeigten digitalen Auswerteelektronik, die auf den in der DE 10059775 A1 beschriebenen Auswertekonzeption zur Verarbeitung von analogen Ausgangssignalen von kapazitiven Sensoren basiert, wie es nachfolgend noch detaillierter dargelegt wird.The realization of the sensor operation with two different primary control frequencies and the detection of the resulting output signals takes place, as will be explained later, using the in 8th shown digital evaluation electronics, which on the in the DE 10059775 A1 described Evaluation concept for processing analog output signals from capacitive sensors is based, as will be explained in more detail below.

Das erfindungsgemäße Konzept zur Nachkalibrierung bzw. Rekalibrierung gliedert sich ähnlich wie bei der initialen Kalibrierung in zwei Teile. Zunächst wird im Rahmen eines ersten Messzyklus der aktuelle Skalenfaktor bzw. der dem aktuellen Skalenfaktor zugrundeliegende Kalibrierungsfaktor kSF ermittelt und angepasst. Anschließend erfolgt in einem zweiten Messzyklus (mit abgeglichenem Skalenfaktor) die Bestimmung und der Abgleich des Nullpunkts. Es wird hierbei wieder angenommen, dass zwischen den beiden Messzyklen keine weitere Drift bzw. Änderung der Sensorparameter auftritt. Diese Annahme ist üblicherweise ohne weiteres erfüllt, da die besonders problematischen Temperaturänderungen bzw. Änderungen aufgrund der Alterung der Sensoren eher langsam stattfinden, während die Messzyklen relativ schnell aufeinanderfolgend ausführbar sind.The concept according to the invention for recalibration or recalibration is divided into two parts, similar to the initial calibration. First, the current scale factor or the calibration factor k SF on which the current scale factor is based is determined and adjusted as part of a first measurement cycle. The determination and adjustment of the zero point is then carried out in a second measurement cycle (with adjusted scale factor). It is again assumed here that no further drift or change in the sensor parameters occurs between the two measurement cycles. This assumption is usually met without further ado, since the particularly problematic temperature changes or changes due to the aging of the sensors take place rather slowly, while the measuring cycles can be carried out relatively quickly in succession.

Legt man für den Zusammenhang zwischen den jeweiligen Ausgangssignalen, Skalenfaktoren und Nullpunkten bei Anwesenheit einer Drehrate Ω* den vorstehend beschriebenen Zusammenhang zugrunde, so kann allgemein das Ausgangssignal V1 folgendermaßen dargestellt werden: V1 = SF1·Ω* + NP1 If the relationship described above is used for the relationship between the respective output signals, scale factors and zero points in the presence of a rotation rate Ω *, the output signal V 1 can generally be represented as follows: V 1 = SF 1 Ω * + NP 1

Für das Beobachtersignal V2 gilt analog folgendes: V2 = SF2·Ω* + NP2 The following applies analogously to the observer signal V 2 : V 2 = SF 2 Ω * + NP 2

Hierbei stellen SF1 sowie SF2 die zu den mit den unterschiedlichen Antriebsfrequenzen verbundenen Primärschwingungen gehörigen Skalenfaktoren dar. NP1 sowie NP2 stellen die entsprechenden Nullpunkte dar. Der Skalenfaktor SF1 und der Nullpunkt NP1 werden entsprechend einer initialen Kalibrierung als bekannt bzw. festgelegt vorausgesetzt. Sie entsprechen den vorstehend beschriebenen Werten SF0 bzw. NP0. Die Kenntnis von SF2 und NP2 entsprechend einer initialen Kalibrierung ist dagegen für das nachfolgend beschriebene Rekalibrierungskonzept nicht erforderlich.SF 1 and SF 2 represent the scale factors associated with the primary vibrations associated with the different drive frequencies. NP 1 and NP 2 represent the corresponding zero points. The scale factor SF 1 and the zero point NP 1 are known or specified in accordance with an initial calibration provided. They correspond to the values SF 0 and NP 0 described above. On the other hand, knowledge of SF 2 and NP 2 corresponding to an initial calibration is not necessary for the recalibration concept described below.

Wird eine während des Betriebs der Sensoren Temperatur- und Umwelt-bedingte Änderung der Skalenfaktoren und Nullpunkte angenommen, resultieren bei identischer Drehrate Ω* die Ausgangssignale V1'' und V2'' folgendermaßen: V1'' = SF1'·Ω* + NP1' V2'' = SF2'·Ω* + NP2'SF1' sowie SF2' stellen die jeweils „aktuellen" Skalenfaktoren dar. Analog stellen NP1' sowie NP2' die entsprechenden „aktuellen" Nullpunkte dar. Der Index „'" verdeutlicht jeweils einen durch äußere Einflüsse geänderten jeweiligen Sensorparameter dar.If a change in the scale factors and zero points due to temperature and environmental factors is assumed during operation of the sensors, the output signals V 1 '' and V 2 '' result as follows with an identical rotation rate Ω *: V 1 '' = SF 1 '· Ω * + NP 1 ' V 2 '' = SF 2 '· Ω * + NP 2 ' SF 1 'and SF 2 ' each represent the "current" scale factors. Analogously, NP 1 'and NP 2 ' represent the corresponding "current" zero points. The index "'" each represents a respective sensor parameter changed by external influences.

Ziel ist nunmehr, den aktuellen geänderten Skalenfaktor SF1' unter Verwendung eines zu berechnenden Kalibrierungsfaktors kSF auf den Wert der initialen Kalibrierung SF1 bzw. auf den Soll-Skalierungsfaktor abzugleichen. Dagegen ist der Abgleich von SF2' auf einen Wert entsprechend einer initialen Kalibrierung aufgrund der Tatsache, dass das mit der Frequenz ω2 verknüpfte Ausgangssignal V2'' lediglich als „Beobachtersignal" verwendet wird, nicht erforderlich. Jedoch wird vorzugsweise SF2' ermittelt, um daraus SF1' zu bestimmen.The aim now is to adjust the currently changed scale factor SF 1 'using a calibration factor k SF to be calculated to the value of the initial calibration SF 1 or to the target scaling factor. In contrast, the adjustment of SF 2 'to a value corresponding to an initial calibration is not necessary due to the fact that the output signal V 2 ''associated with the frequency ω 2 is only used as an "observer signal". However, SF 2 ' is preferably determined to determine SF 1 'from it.

Die in 4 gezeigte Ablaufsteuerung ist nunmehr ausgebildet, um zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten i, j die Einrichtung 40 und die Einrichtung 42 zu aktivieren, wobei zu dem Zeitpunkt i eine zufällig anwesende Drehrate Ωi berücksichtigt wird, und wobei zum Zeitpunkt j eine zufällig anwesende Drehrate Ωj berücksichtigt wird. Die Einrichtung 42 zum frequenzselektiven Erfassen liefert dann Ausgangssignale V1i'', V1j'', V2i'' und V2j'', wobei diese Werte dann in der Einrichtung 48 zum Berechnen eines aktuellen Kalibrierungsfaktors gespeichert werden. Es sei darauf hingewiesen, dass in 4 aus Übersichtlichkeitsgründen die Striche („''") weg gelassen worden sind. Für die Zeitpunkt i und j gilt somit folgender Zusammenhang:

Figure 00420001
In the 4 The sequence control shown is now designed to operate the device at two different times i, j 40 and the establishment 42 to be activated, wherein a randomly present rotation rate Ω i is taken into account at time i, and a randomly present rotation rate Ω j is taken into account at time j. The facility 42 for frequency-selective detection then delivers output signals V 1i ″, V 1j ″, V 2i ″ and V 2j ″, these values then being provided in the device 48 be saved for calculating a current calibration factor. It should be noted that in 4 the dashes ("''") have been omitted for reasons of clarity. The following relationship therefore applies to times i and j:
Figure 00420001

Für die Ermittlung des „aktuellen" Skalenfaktors SF1' ist die Kenntnis mindestens einer Drehrate oder die Kenntnis der Differenz zweier Drehraten erforderlich. Daher wird zum Zeitpunkt k bei Anwesenheit der unbekannten Drehrate Ωk frequenzselektiv mit der Frequenz ω2 des zur Beobachtung dienenden Sensorsignals eine definierte Drehrate ΩE durch die Einrichtung 44 eingeprägt, wobei die Einrichtung 44 durch die Ablaufsteuerung zum Zeitpunkt k aktiviert wird, und wobei die Einrichtung 42 zum frequenzselektiven Erfassen zum Zeitpunkt k ebenfalls durch die Ablaufsteuerung 46 aktiviert wird, um eine Messung durchzuführen. Die Einrichtung 44 von 4 ist ausgebildet, um ein Sekundäranregungssignal 109 von 2 zu erzeugen, wobei die Frequenz 109b des Sekundäranregungssignals gleich ω2 ist, und wobei die Amplitude des Sekundäransteuersignals, also 109a in 2, so gewählt wird, wie es im Block 16 von 1 dargestellt ist. Insbesondere ist für den Parameter ω im Block 16 in 1 die Beobachterfrequenz ω2 einzusetzen. Ferner ist für Ω im Block 16 von 1 die einzuprägende bekannte Simulationsdrehrate ΩE einzusetzen.Knowing at least one rotation rate or knowing the difference between two rotation rates is required to determine the "current" scale factor SF 1 '. Therefore, at time k in the presence of the unknown rotation rate Ω k, frequency-selective with the frequency ω 2 of the sensor signal used for observation becomes one defined rotation rate Ω E by the device 44 embossed, the device 44 is activated by the sequence control at time k, and the device 42 for frequency-selective detection at time k also by the sequence control 46 is activated to take a measurement. The facility 44 of 4 is designed to generate a secondary excitation signal 109 of 2 to generate, the frequency 109b of the secondary excitation signal is ω 2 , and wherein the amplitude of the secondary drive signal, ie 109a in 2 , is chosen as it is in the block 16 of 1 is shown. In particular, for the parameter ω is in the block 16 in 1 to use the observer frequency ω 2 . Furthermore, for Ω in the block 16 of 1 use the known simulation rotation rate Ω E to be impressed.

Als Amplitude Ux des Ansteuersignals ist die Amplitude des Ansteuersignals bei der Beobachterfrequenz ω2 einzusetzen, so dass durch den Zusammenhang im Block 16 in 1 das von der Einrichtung 44 zum Simulieren der Drehrate bezüglich ω2 zu erzeugende Signal erhaltbar ist.The amplitude U x of the control signal is the amplitude of the control signal at the observer frequency ω 2 , so that due to the relationship in the block 16 in 1 that of the facility 44 can be obtained to simulate the rotation rate with respect to ω 2 signal to be generated.

Wie erwähnt worden ist, wird die Antriebsfrequenz ω1 identisch zu der Resonanzfrequenz ωp des Primärschwingers bzw. der Schwingeinrichtung in Primärrichtung gewählt, so dass mit der Voraussetzung ω1 ungleich ω2 für die einzuprägende Drehrate ΩE die Resonanzüberhöhungskurve, also die Frequenzganginformation, des Primärschwingers berücksichtigt werden muß, da ω2 außerhalb der Resonanz liegt. In Verbindung mit dem nachfolgend Bezug nehmend auf 8 noch erläuterten Ausleseverfahren, insbesondere mit der frequenzselektiven (und phasenselektiven) Demodulation der überlagerten Bewegung des Sekundärschwingers zur Realisierung der einzelnen Signale V1 und V2 bzw. V1'' und V2'' wird durch das frequenzselektive Einprägen der definierten Simulations-Drehrate ΩE mit der Frequenz ω2 der eigentliche Sensorbetrieb, d. h. das zu beobachtende bzw. zu rekalibrierende Ausgangssignal (Primärschwingung mit Frequenz ω1) nicht beeinflusst. Für den Zeitpunkt k gilt somit folgender Zusammenhang:

Figure 00430001
As has been mentioned, the drive frequency ω 1 is chosen to be identical to the resonance frequency ω p of the primary oscillator or the oscillating device in the primary direction, so that with the requirement ω 1 not equal to ω 2 for the rotation rate Ω E to be impressed, the resonance increase curve, i.e. the frequency response information, of the Primary vibrator must be taken into account because ω 2 is outside the resonance. In connection with the following reference to 8th Read-out method explained in particular, in particular with the frequency-selective (and phase-selective) demodulation of the superimposed movement of the secondary oscillator for realizing the individual signals V 1 and V 2 or V 1 ″ and V 2 ″ is Ω by the frequency-selective impressing of the defined simulation rotation rate E with the frequency ω 2 does not influence the actual sensor operation, ie the output signal to be observed or recalibrated (primary oscillation with frequency ω 1 ). The following relationship therefore applies for the time k:
Figure 00430001

Die Einrichtung 48 zum Berechnen ist somit auch ausgebildet, um die Ausgangssignale zum Zeitpunkt k zu erhalten und, wie nachfolgend dargestellt, miteinander zu verrechnen, um schließlich den aktuellen Kalibrierungsfaktor kSF zu erhalten.The facility 48 is therefore also designed to calculate in order to obtain the output signals at time k and, as shown below, to offset them with one another in order finally to obtain the current calibration factor k SF .

Hierzu wird nachfolgend auf das in 6 gezeigte Diagramm Bezug genommen, bei dem entlang der x-Achse die Drehrate Ω aufgetragen ist, während entlang der y-Achse das Ausgangssignal V aufgetragen ist. In 6 sind zwei Geraden 60, 61 eingezeichnet, wobei sich die Gerade 60 auf die Ausgangssig nal-Drehrate-Charakteristik des Drehratensensors bei der Antriebsfrequenz ω1 bezieht, während sich die Gerade 61 auf die Ausgangssignal-Drehrate-Charakteristik des Drehratensensors bei der Beobachterfrequenz ω2 bezieht. Die Schnittpunkte der Geraden 60 und 61 mit der y-Achse in 6, also für Ω = 0 ergeben unmittelbar die aktuellen Nullpunktverschiebungen NP1' und NP2'. Anhand der in 6 dargestellten Geraden 60 und 61 kann ferner ohne weiteres der Skalenfaktor jeder Gerade bestimmt werden, also der Skalenfaktor SF1' auf der Basis der Gerade 60 und der Skalenfaktor SF2' auf der Basis der Gerade 61, wobei die Skalenfaktoren jeweils gleich der Steigung, also einem Delta-y zu einem Delta-x der Gleichungen entsprechen.To this end, reference is made to the in 6 shown diagram referred to, in which the rotation rate Ω is plotted along the x-axis, while the output signal V is plotted along the y-axis. In 6 are two lines 60 . 61 drawn in, the straight line 60 to the output signal-rotation rate characteristic of the rotation rate sensor at the drive frequency ω 1 , while the straight line 61 relates to the output signal rotation rate characteristic of the rotation rate sensor at the observer frequency ω 2 . The intersection of the straight lines 60 and 61 with the y axis in 6 , ie for Ω = 0, the current zero offsets NP 1 'and NP 2 ' result directly. Based on the in 6 straight lines shown 60 and 61 the scale factor of each straight line can also be determined without further ado, that is to say the scale factor SF 1 'on the basis of the straight line 60 and the scale factor SF 2 'based on the straight line 61 , where the scale factors each equal the slope, ie a delta-y to a delta-x of the equations.

Die Reihenfolge der Geraden Ωi, Ωj und Ωk auf der Ω-Achse ist prinzipiell beliebig. Zur besseren Anschaulichkeit wurde jedoch die in 6 gezeigte Reihenfolge gewählt. Durch geeignete Differenzbildung der Signale zu den Zeitpunkten i, j und k lassen sich zunächst die Nullpunkte NP1' und NP2' eliminieren, so dass sich folgender Zusammenhang ergibt:

Figure 00440001
In principle, the order of the straight lines Ω i , Ω j and Ω k on the Ω axis is arbitrary. For better clarity, however, the in 6 shown order selected. By appropriately forming the difference between the signals at times i, j and k, the zero points NP 1 'and NP 2 ' can first be eliminated, so that the following relationship results:
Figure 00440001

Aus den letztgenannten beiden Differenzgleichungen, also denen, wo der Index k vorkommt, und insbesondere aus den Differenzen der Signale mit dem Index „2" ist zu sehen, dass für bekannte Differenzen (Ωk – Ωi) bzw. (Ωk – Ωj) die Berechenbarkeit von SF2' folgt. Mit den folgenden Gleichungen

Figure 00450001
folgt nach Einsetzen in die beiden letztgenannten Differenzgleichungen (mit dem Index „2") und nach einigen algebraischen Umformungen folgender Ausdruck:
Figure 00450002
From the latter two equations of difference, that is, where the index k occurs, and in particular from the differences of the signals with the index “2”, it can be seen that for known differences (Ω k - Ω i ) or (Ω k - Ω j ) the predictability of SF 2 'follows with the following equations
Figure 00450001
after insertion into the last two difference equations (with the index "2") and after some algebraic transformations, the following expression follows:
Figure 00450002

Das Gleichsetzen der Differenzen (Ωj – Ωi) in der vorstehenden Gleichung für die Differenz j – i liefert den Zusammenhang zwischen SF1' und SF2' wie folgt:

Figure 00450003
Equating the differences (Ω j - Ω i ) in the above equation for the difference j - i provides the relationship between SF 1 'and SF 2 ' as follows:
Figure 00450003

Dies bedeutet, dass für den „aktuellen" Skalenfaktor SF1' ein geschlossener Ausdruck angebbar ist. Die vorstehende Gleichung ist auch unmittelbar aus einer geometrischen Betrachtung von 6 ersichtlich, da die Gleichungen 60 und 61 jeweils durch die V1i, V1j, V2i und V2j eindeutig zueinander in Beziehung stehen, da die genannten Messwerte V beide auf die beiden Drehraten Ωi und Ωj bezogen sind.This means that a closed expression can be given for the "current" scale factor SF 1 '. The above equation is also directly from a geometric consideration of 6 evident since the equations 60 and 61 are each clearly related to each other by the V 1i , V 1j , V 2i and V 2j , since the measurement values V mentioned are both related to the two rotation rates Ω i and Ω j .

Im Gegensatz zum Abgleich des Skalenfaktors bei der initialen Kalibrierung werden zum Abgleich des Skalenfaktors. SF1' auf den Wert SF1 nicht sämtliche Gleichspannungssignale (Ausgangssignale nach der „zweiten" Demodulationsstufe, auf die Bezug nehmend auf 8 noch eingegangen wird, mit dem Index „1" mit einer geeigneten Konstanten multipliziert. Der Abgleich des Skalenfaktors SF1' auf den initialen bzw. den spezifizierten Wert erfolgt durch phasenselektive Multiplikation nur der von der Drehrate Ω abhängigen Signalanteile mit dem Index „1" vor der zweiten Demodulationsstufe nach dem ADW und einem Bandpass mit einer geeigneten Konstanten kSF (der sich aus dem Verhältnis von dem Soll-Skalenfaktor zu dem Ist-Skalenfaktor ergibt), wie es dargelegt worden ist.In contrast to the adjustment of the scale factor during the initial calibration, the adjustment of the scale factor. SF 1 'to the value SF 1 not all DC signals (output signals after the "second" demodulation stage, referring to FIG 8th will be discussed, multiplied by the index "1" with a suitable constant. The adjustment of the scale factor SF 1 'to the initial or the specified value is carried out by phase-selective multiplication only of the signal components dependent on the rotation rate Ω with the index "1" the second demodulation stage after the ADC and a bandpass with a suitable constant k SF (which results from the ratio of the desired scale factor to the actual scale factor), as has been explained.

Die Multiplikation mit kSF erfolgt phasenselektiv, damit die zum Nullpunkt NP1' proportionalen Signalanteile nicht multipliziert werden. Insgesamt ergibt sich damit der abgeglichene Skalenfaktor SF1 unter der Voraussetzung einer Verstärkung vom Wert „1" (entsprechend der Auswerteelektronik) der zweiten Demodulationsstufe zu:

Figure 00460001
The multiplication by k SF is phase-selective so that the signal components proportional to the zero point NP 1 'are not multiplied. Overall, this results in the balanced scale factor SF 1 on the condition of an amplification of the value “1” (corresponding to the evaluation electronics) of the second demodulator level to:
Figure 00460001

Der Kalibrierungsfaktor kSF ist nunmehr ohne weiteres aus einer der beiden vorstehenden Gleichungen alternativ ermittelbar, wenn eine der beiden vorstehenden Gleichungen nach kSF aufgelöst wird. Es sei in Erinnerung gerufen, dass SF1 der Soll-Skalenfaktor ist, auf den Bezug nehmend auf 3 im Hinblick auf eine initiale Kalibrierung bereits Bezug genommen worden ist. Es sei darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Konzept zum Nachkalibrieren den aktuellen Skalenfaktor SF1' ohne Störung des eigentlichen Sensorbetriebs bzw. ohne Beeinflussung des eigentlichen Sensorbetriebs bestimmt und im wesentlichen permanent auf den spezifizierten bzw. initialen Wert anpassen bzw. regeln kann, indem immer wieder in entweder regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen ein neuer aktueller Kalibrierungsfaktor kSF berechnet wird. Wie bei der initialen Kalibrierung ist auch bei der Rekalibrierung des Skalenfaktors die Kenntnis das aktuellen Nullpunkts nicht erforderlich. Es wird bereits durch Korrektur des Skalenfaktors die resultierende Drift des Skalenfaktors SF1 nach der Korrektur deutlich verbessert, insbesondere da die zur Skalenfaktorbestimmung benötigten Größen entweder direkt gemessen oder, wie die Drehrate ΩE, definiert eingeprägt werden können.The calibration factor k SF can now easily be determined alternatively from one of the two above equations if one of the two above equations is solved for k SF . It should be recalled that SF 1 is the target scale factor, with reference to 3 with regard to an initial calibration. It should be pointed out that the concept according to the invention for recalibrating determines the current scale factor SF 1 'without disturbing the actual sensor operation or without influencing the actual sensor operation and can essentially permanently adapt or regulate it to the specified or initial value by repeatedly a new current calibration factor k SF is calculated at either regular or irregular intervals. As with the initial calibration, knowledge of the current zero point is not required when recalibrating the scale factor. Correcting the scale factor already significantly improves the resulting drift of the scale factor SF 1 after the correction, in particular since the quantities required for determining the scale factor can either be measured directly or, like the rotation rate Ω E , can be impressed in a defined manner.

Erfindungsgemäß kann auch die Temperaturabhängigkeit der definiert eingeprägten Drehrate ΩE durch Anpassung der zum Einprägen an die Detektionselektroden angelegte Spannung UY in Verbindung mit einer Phasen- und Amplitudenregelung der Primärschwingungen, welche in 4 allgemein mit 49 bezeichnet ist, sowohl für die Primärbewegung mit der Antriebsfrequenz ω1 als auch für die Primärbewegung mit der Antriebsfrequenz ω2 kompensiert werden.According to the invention, the temperature dependency of the defined impressed rotation rate Ω E can also be adjusted by adapting the voltage U Y applied to the detection electrodes in conjunction with a phase and amplitude control of the primary vibrations, which in 4 generally with 49 is referred to, be compensated for both the primary movement with the drive frequency ω 1 and for the primary movement with the drive frequency ω 2 .

Hierbei ermöglicht die Phasenregelung der Antriebsschwingungen die Bestimmung der jeweiligen aktuellen Frequenz ωp' = ω1' sowie ω2' und der aktuellen Dämpfung βp' der Primärschwingung. Der Index „'" verdeutlicht dabei jeweils den beispielsweise aufgrund einer Temperatur- oder Umgebungs-Änderung geänderten Wert des entsprechenden Parameters. Die bei der Temperatur T an die Detektionselektroden anzulegende Spannung U'y, wobei die eingeprägte Drehrate ΩE als konstant vorausgesetzt wird, also ΩE = Ω'E, ergibt sich aus folgendem Ausdruck:

Figure 00480001
The phase regulation of the drive vibrations enables the determination of the respective current frequency ω p '= ω 1 ' and ω 2 'and the current damping β p ' of the primary vibration. The index “'” in each case clarifies the value of the corresponding parameter that has changed, for example, due to a change in temperature or environment. The voltage U ′ y to be applied to the detection electrodes at temperature T, the impressed rotation rate Ω E being assumed to be constant, ie Ω E = Ω ' E , results from the following expression:
Figure 00480001

Ux' stellt die zur Primärschwingung mit der Frequenz ω2' geregelte Antriebsspannung dar. Ux und Uy repräsentieren die bei einer Differenztemperatur T0 jeweils anzulegenden Spannungen, wobei es bevorzugt wird, als Referenztemperatur T0 die Temperatur zu nehmen, die bei der initialen Kalibrierung vorhanden war.U x 'represents the ω to the primary vibration at the frequency 2' is controlled drive voltage. X U and U y representing 0 in each case to voltages applied at a differential temperature T, where it is preferable to take as a reference temperature T 0 is the temperature at the initial calibration was present.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die primärseitige Phasen- und Amplitudenregelung 49 derart arbeitet, dass sie ein Ansteuersignal an die Primäranregungseinrichtung 106 liefert, und dass gleichzeitig die Bewegung der Schwingeinrichtung in Primärrichtung, also die Primärbewegung 102 von 2 z. B. durch die Kammstrukturen überwacht wird, über die auch die Primäranregung stattfindet. Der Ist-Wert der aktuellen Primärbewegung wird mit einem Soll-Wert verglichen, wobei im Falle einer Abweichung die Frequenz des Primäransteuersignals und/oder die Amplitude des Primäransteuersignals von einem bestimmten ursprünglichen Wert, der ohne Einschränkung der Allgemeinheit der Wert bei der Referenztemperatur T0 ist, zu einem aktualisierten Wert verändert werden, wobei dieser aktualisierte Wert in der vorstehenden Gleichung durch den „'" symbolisiert ist. Damit kann unmittelbar die Resonanzfrequenz ω'p und die Amplitude U'x aufgrund der primärseitigen Phasen- und Amplitudenregelung 49 abgelesen werden. Zur Ermittlung der geänderten Beobachterfrequenz ω2' wird es aus Einfachheitsgründen bevorzugt, entweder dieselbe absolute Änderung wie sie die Antriebsfrequenz ωp erfahren hatte, dieselbe relative Änderung oder eine gewichtete absolute bzw. relative Änderung anzusetzen.At this point it should be noted that the primary phase and amplitude control 49 operates in such a way that it sends a control signal to the primary excitation device 106 delivers, and that at the same time the movement of the vibrating device in the primary direction, that is, the primary movement 102 of 2 z. B. is monitored by the comb structures, via which the primary excitation takes place. The actual value of the current primary movement is compared with a target value, in the event of a deviation the frequency of the primary control signal and / or the amplitude of the primary control signal from a certain original value, which is the value at the reference temperature T 0 without restriction of generality , to be updated to an updated value, this updated value in the above equation is symbolized by the "'". This means that the resonance frequency ω' p and the amplitude U ' x can be directly based on the primary phase and amplitude control 49 be read. To determine the changed observer frequency ω 2 ', for reasons of simplicity, it is preferred to use either the same absolute change as the drive frequency ω p experienced, the same relative change or a weighted absolute or relative change.

Bezüglich der aufgrund von Temperatur- oder Umgebungsänderungen oder Alterungsänderungen veränderten Dämpfung βp' existieren verschiedene Möglichkeiten zur Ermittlung dieses Wertes. Es könnte unter Verwendung der geänderten Resonanzfrequenz ein Tabellenzugriff durchgeführt werden, um auf der Basis von vorab bestimmten Resonanzfrequenz-Dämpfungs-Paaren eine zu einer geänderten Resonanzfrequenz geänderte Dämpfung zu bestimmen. Lediglich für hochgenaue Anwendungen wird es bevorzugt, z. B. im Rahmen einer initialen Kalibrierung für jeden einzelnen Sensor den Frequenzgang bei verschiedenen Temperaturwerten aufzunehmen, um gewissermaßen eine maßgeschneiderte Resonanzfrequenz-Dämpfungs-Korrespondenztabelle zu erhalten.With regard to the damping β p 'which changes as a result of temperature or environmental changes or aging changes, there are various possibilities for determining this value. A table could be accessed using the changed resonance frequency in order to determine an attenuation changed to a changed resonance frequency on the basis of previously determined resonance frequency-damping pairs. It is preferred only for high-precision applications, e.g. B. as part of an initial calibration for each sensor to record the frequency response at different temperature values, so to speak to obtain a customized resonance frequency attenuation correspondence table.

Mit der Bestimmung und dem Abgleich von SF1' auf SF1 unter Verwendung des durch die Einrichtung 48 von 4 bestimmten Kalibrierungsfaktors kSF wird erfindungsgemäß das Ausgangssignal mit abgeglichenem Skalenfaktor SF1 sowie nicht abgeglichenem Nullpunkt NP1' allgemein durch folgenden Zusammenhang dargestellt: V1' = SF1·Ω + NP1' With the determination and comparison of SF 1 'to SF 1 using the by the facility 48 of 4 determined calibration factor k SF , the output signal according to the invention is generally represented by a balanced scale factor SF 1 and an uncalibrated zero point NP 1 'by the following relationship: V 1 '= SF 1 Ω + NP 1 '

Ausgehend von diesem Ansatz wird zum Zeitpunkt l bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine erneute Messung durch die Einrichtung 42 von 4 genommen, wobei zum Zeitpunkt l die zufällig anwesende Drehrate Ωl berücksichtigt wird, und wobei zum Zeitpunkt l die Ausgangssignale V'1l und V2l'' gemessen und im DSP gespeichert werden. Für den Zeitpunkt l gilt somit folgendes:

Figure 00500001
Based on this approach, a renewed measurement by the device is carried out at time 1 in one exemplary embodiment of the present invention 42 of 4 taken, taking into account the randomly present yaw rate Ω l at time l, and the output signals V ' 1l and V 2l ''being measured at time l and being stored in the DSP. The following therefore applies to time l:
Figure 00500001

Zur Erläuterung dieser Maßnahmen wird auf 7 Bezug genommen, wobei ein zu 6 identisches Koordinatensystem dargestellt ist, wobei nun jedoch drei Geraden 70, 71, 72 gezeichnet sind. Die Gerade 72 liefert den Ausgangssignal-Drehrate-Zusammenhang für die Beobachterfrequenz ω2. Die Gerade 71 liefert den Ausgangssignal-Drehrate-Zusammenhang mit nichtabgeglichenem Skalenfaktor für die Antriebsfrequenz ω1, während die Gerade 70 den Ausgangssignal-Drehrate-Zusammenhang für den Fall zeigt, bei dem der Nullpunkt NP1' nicht abgeglichen ist, während der Skalenfaktor SF1 bereits unter Verwendung von SF1' und kSF abgeglichen worden ist.To explain these measures, click on 7 Referred to, one to 6 identical coordinate system is shown, but now three straight lines 70 . 71 . 72 are drawn. Straight 72 provides the output signal rotation rate relationship for the observer frequency ω 2 . Straight 71 provides the output signal rotation rate relationship with unbalanced scale factor for the drive frequency ω 1 during the straight line 70 shows the output signal rotation rate relationship for the case in which the zero point NP 1 'is not adjusted, while the scale factor SF 1 has already been adjusted using SF 1 ' and k SF .

Zur Bestimmung des aktuellen Nullpunkts NP1' werden somit neben den vorstehend dargelegten Verhältnissen zum Zeitpunkt l die Messsignale V1i'' sowie V2i'' zum Zeitpunkt i (oder zum Zeitpunkt j) bei der Drehrate Ωi (oder bei der Drehrate Ωj) verwendet, wobei wieder Änderungen der Sensorparameter während des Messzyklus (i bzw. j und l) vernachlässigt werden. Alternativ können auch zwei simultane Signale V1'' sowie V2'' zu einem beliebigen Zeitpunkt verwendet werden. Durch Differenzbildung der Ausgangssignale mit dem Index „2" in 7 lässt sich die Differenz der Drehraten Ωl und Ωi folgendermaßen darstellen:

Figure 00500002
To determine the current zero point NP 1 ', the measurement signals V 1i ″ and V 2i ″ at the time i (or at the time j) at the rotation rate Ω i (or at the rotation rate Ω j ), whereby changes in the sensor parameters during the measuring cycle (i or j and l) are again neglected. Alternatively, two simultaneous signals V 1 ″ and V 2 ″ can be used at any time. By forming the difference between the output signals with the index "2" in 7 the difference between the rotation rates Ω l and Ω i can be represented as follows:
Figure 00500002

Aus der Differenz der Ausgangssignale V1l' und V1i'' kann dann durch algebraische Umformungen für die Drehrate Ωi ein geschlossener Ausdruck von gemessenen bzw. berechenbaren Größen angegeben werden, der folgendermaßen lautet:

Figure 00510001
From the difference between the output signals V 1l 'and V 1i '', a closed expression of measured or calculable quantities can then be given by algebraic transformations for the rotation rate Ω i , which is as follows:
Figure 00510001

Durch Einsetzen der vorstehenden Gleichung in eine Gleichung zum Zeitpunkt j oder zum Zeitpunkt i ergibt sich für den Nullpunkt NP1' folgender Ausdruck:

Figure 00510002
By inserting the above equation into an equation at time j or at time i, the following expression results for zero point NP 1 ':
Figure 00510002

Mit folgender Beziehung SF1 = kSF·SF1'ergibt sich dann für den Nullpunkt NP1' eine ausschließlich von den Messsignalen und dem berechneten aktuellen Kalibrierungsfaktor kSF, der durch die Einrichtung 48 von 4 wie vorstehend dargestellt ermittelt worden ist, abhängiger Zusammenhang für den aktuellen Nullpunkt NP1':

Figure 00510003
With the following relationship SF 1 = k SF · SF 1 ' The zero point NP 1 'then results exclusively from the measurement signals and the calculated current calibration factor k SF , which is determined by the device 48 of 4 as determined above, dependent relationship for the current zero point NP 1 ':
Figure 00510003

Der Abgleich des ermittelten Nullpunkts NP1' auf den initialen bzw. Soll-Nullpunkt NP1 erfolgt entsprechend den Ausführungen zur initialen Kalibrierung durch Addition bzw. Subtraktion des aktuellen Nullpunkts NP1' bzw. der Ausgangssig nale mit dem Index „1" mit dem Nullpunkt-Kalibrierungsfaktor kNP, der wieder aus der Differenz zwischen dem Soll-Nullpunkt NP1 und dem Ist-Nullpunkt NP1' ermittelt wird. Für den angepassten Nullpunkt NP1 ergibt sich somit folgender Wert:

Figure 00520001
The zero point NP 1 'determined is compared to the initial or target zero point NP 1 in accordance with the explanations for the initial calibration by adding or subtracting the current zero point NP 1 ' or the output signals with the index "1" with the zero point -Calibration factor k NP , which is again determined from the difference between the nominal zero point NP 1 and the actual zero point NP 1 ', which gives the following value for the adjusted zero point NP 1 :
Figure 00520001

Der Nullpunktkorrekturfaktor kNP ergibt sich wieder durch Auflösen der vorstehenden Gleichung nach kNP unter Verwendung von NP1 als Soll-Nullpunkt.The zero point correction factor k NP is again obtained by solving the above equation according to k NP using NP 1 as the nominal zero point.

Erfindungsgemäß ist es durch das erfindungsgemäße In-Betrieb-Nachkalibrierungskonzept, wie es in 4 dargestellt ist und vorstehend näher erläutert worden ist, möglich, den aktuellen Nullpunkt NP1' im wesentlichen permanent auf den spezifizierten Wert anzupassen bzw. zu regeln, ohne dass der Sensorbetrieb gestört wird bzw. beeinflusst wird. Die Drift des Nullpunkts wird somit erheblich verbessert. Durch „nachträglichen" Abgleich des Signals V1j'' zu V1j' (Gerade 71 in 7 zu Gerade 70 in 7) durch eine vorzugsweise phasenselektive Multiplikation der von der Drehrate abhängigen Signalanteile von V1j'' mit kSF kann auch der zweite Messzyklus zum Zeitpunkt l entfallen. Dies ist unmittelbar aus 7 ersichtlich, da der aktuelle Nullpunkt NP1' als der Wert ermittelt wird, zu dem sich die Geraden 70 und 71 schneiden, wobei die Geraden 70 und 71 einerseits durch V1i'' zum Zeitpunkt Ωi und andererseits einen abgeglichenen Wert, in dem der neue Skalenfaktor SF1 berücksichtigt worden ist, also zu einem Wert, der in 7 mit 73 bezeichnet ist, eindeutig bestimmt sind.According to the invention, the recalibration concept according to the invention, as described in 4 is shown and has been explained in more detail above, it is possible to adapt or regulate the current zero point NP 1 'essentially permanently to the specified value without the sensor operation being disturbed or influenced. The drift of the zero point is thus significantly improved. By "subsequent" adjustment of the signal V 1j '' to V 1j '(straight line 71 in 7 to straight 70 in 7 ) by preferably phase-selective multiplication of the signal components of V 1j ″, which are dependent on the rotation rate, by k SF , the second measuring cycle at time l can also be omitted. This is immediately over 7 can be seen since the current zero point NP 1 'is determined as the value to which the straight line 70 and 71 cut, making the straight line 70 and 71 on the one hand by V 1i '' at time Ω i and on the other hand a balanced value in which the new scale factor SF 1 has been taken into account, i.e. to a value which in 7 With 73 is clearly defined.

Ferner sei darauf hingewiesen, dass auf die Bestimmung des Nullpunkts prinzipiell dann verzichtet werden kann, wenn bei der initialen Kalibrierung eine ausführliche Charakterisierung des Verhaltens der Sensorparameter Skalenfaktor und Nullpunkt über der Temperatur durchgeführt worden ist. Aufgrund des Bezug nehmend auf 6 berechneten aktuellen Kalibrierungsfaktors kSF kann beispielsweise durch Nachschlag in einer Tabelle der zu einem entsprechenden Kalibrierungsfaktor kSF korrespondierende Nullpunkt-Korrekturwert kNP ermittelt werden. Aus dem aktuell bestimmten Skalenfaktor SF1' kann somit auf die Temperatur und damit auf den aktuellen Nullpunkt NP1' geschlossen werden. Durch diese „Tabellenzugriffsmethode" kann somit ebenfalls eine On-line-Rekalibrierung durchgeführt werden.Furthermore, it should be pointed out that the determination of the zero point can in principle be dispensed with if a detailed characterization of the behavior of the sensor parameters scale factor and zero point over temperature has been carried out during the initial calibration. Due to the reference to 6 calculated current calibration factor k SF can be determined, for example, by looking up in a table the zero point correction value k NP corresponding to a corresponding calibration factor k SF . The temperature and thus the current zero point NP 1 'can thus be inferred from the currently determined scale factor SF 1 '. This "table access method" can thus also be used to carry out an online recalibration.

Nachfolgend wird Bezug nehmend auf 8 ein Signalverarbeitungskonzept dargestellt, das gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aus Signal/Rausch-Gesichtspunkten bevorzugt wird. Das Signalverarbeitungskonzept gruppiert sich um die MEMS-Struktur herum, wie sie beispielsweise in 5 dargestellt ist und in 8 mit 800 bezeichnet ist. Die MEMS-Struktur umfaßt eine Einrichtung zum Anlegen von Ansteuersignalen 801, die dem Ansteuersignal 107 in 2 entsprechen. Ferner umfaßt die MEMS-Struktur 800 einen Sekundärerfassungsausgang 802 sowie, wie es in der DE 10059775 A1 beschrieben ist, einen Eingang 803 zum Einprägen eines HF-Trägers beispielsweise 600 kHz auf die Sekundärerfassungseinrichtung sowie einen Eingang 804 zum Einprägen eines weiteren HF-Trägers bei vorzugsweise etwa 400 kHz auf die primäre Anregungsstruktur, um an der Sekundärerfassungseinrichtung 802 einerseits sowie an der nicht gezeigten Primärerfassungseinrichtung ein Signal zu erhalten, das auf den HF-Träger beispielsweise von 600 kHz bzw. auf den HF-Träger von beispielsweise 400 kHz aufmoduliert ist. Am Ausgang 802 der Sekundärerfassungseinrichtung wird zunächst das Ausgangssig nal verstärkt 805 und Hochpass-gefiltert 806, um nur noch die dem Träger von 600 kHz aufmodulierten Ausgangssignale zu erhalten. Dann folgen zwei A/D-Wandler 807, die von einem Signalgenerator 808 getriggert werden, wobei der Signalgenerator 808 seinerseits durch einen Takt 809 angesteuert wird. Nunmehr folgen drei Signalverarbeitungszüge, die in 8 mit primär (f2), primär (f1) und sekundär bezeichnet sind. Jeder Signalverarbeitungszug umfaßt ein Bandpassfilter 810, zwei nachgeschaltete Demodulatoren 811, zwei Tiefpässe 812, zwei PI-Regler 813 sowie einen Signalgenerator 814. In den Primär-Signalverarbeitungszweigen ist ferner zwischen dem Tiefpass im oberen Zweig und dem PI-Regler im oberen Zweig, wie es in 8 gezeigt ist, ein Komparator 815 angeordnet, der einen Ist-Wert aus dem Tiefpass 812 mit einem erwünschten Wert (desired value) vergleicht.In the following, reference is made to 8th a signal processing concept is shown, which is preferred according to a preferred embodiment of the present invention from a signal / noise point of view. The signal processing concept is grouped around the MEMS structure, as shown for example in 5 is shown and in 8th With 800 is designated. The MEMS structure comprises a device for applying control signals 801 that the control signal 107 in 2 correspond. The MEMS structure also includes 800 a secondary acquisition output 802 as well as how it is in the DE 10059775 A1 is described, an entrance 803 for impressing an RF carrier, for example 600 kHz on the secondary detection device and an input 804 for impressing a further RF carrier at preferably about 400 kHz on the primary excitation structure in order to be applied to the secondary detection device 802 on the one hand and to obtain a signal at the primary detection device, not shown, which is modulated onto the HF carrier, for example of 600 kHz, or onto the HF carrier, for example of 400 kHz. At the exit 802 the secondary detection device is initially amplified the output signal 805 and high pass filtered 806 to receive only the output signals modulated onto the carrier of 600 kHz. Then two A / D converters follow 807 by a signal generator 808 be triggered, the signal generator 808 in turn by a bar 809 is controlled. Now there are three signal processing trains, which in 8th are designated with primary (f2), primary (f1) and secondary. Each signal processing train includes a bandpass filter 810 , two downstream demodulators 811 , two low passes 812 , two PI controllers 813 as well as a signal generator 814 , In the primary signal processing branches there is also between the low pass in the upper branch and the PI controller in the upper branch, as in FIG 8th a comparator is shown 815 arranged, which is an actual value from the low pass 812 with a desired value.

Am Ausgang des Signalgenerators 814 ist jeweils ein D/A-Wandler 816 vorgesehen. Die Primär-Verarbeitungszweige bzw. die den Primär-Verarbeitungszweigen zugeordneten D/A-Wandler treiben Verstärkungsstufen 817, um für das anhand von 4 beschriebene In-Betrieb-Nachkalibrierungsverfahren Primäransteuersignal zu erzeugen, das einerseits eine Antriebssignalkomponente bei f1 und andererseits eine Beobachtersignalkomponente bei f2 hat. Die Regelung, die auf der Basis des Komparators 815 stattfindet, dient dazu, die Temperaturkompensation durchzuführen, um das Antriebssignal bei der aktuellen Resonanzfrequenz ωp der MEMS-Struktur zu halten, und um das Beobachtersignal entsprechend der Nachführung des Antriebssignals nachzuführen.At the output of the signal generator 814 is a D / A converter 816 intended. The primary processing branches or the D / A converters assigned to the primary processing branches drive amplification stages 817 to use the 4 to generate the described in-operation recalibration method of primary control signal which has a drive signal component at f1 on the one hand and an observer signal component at f2 on the other hand. The scheme based on the comparator 815 takes place, serves to carry out the temperature compensation in order to keep the drive signal at the current resonance frequency ω p of the MEMS structure, and to track the observer signal in accordance with the tracking of the drive signal.

Ferner wird Bezug nehmend auf 8 darauf hingewiesen, dass das Ausgangssignal des PI-Reglers im Sekundärverarbeitungszweig einer Schnittstelle 818 zugeführt wird, die das Ausgangssignal V ausgibt, das proportional zur Drehrate ist (Block 819). Ferner wird der Signalgenerator 814 im Sekundärzweig dazu verwendet, um den Eingang 803 in die MEMS-Struktur anzusteuern, wie es aus 8 ersichtlich ist. Die in 8 gezeigte Schaltung erlaubt es somit, auf den Antrieb zwei unterschiedliche Frequenzen und zusätzliche hochfrequente Trägersignale (insbesondere auf die Primärantriebskammstrukturen) einzuspeisen, so dass zur Signal-Rausch-Verhältnis-Verbesserung ein Amplituden-moduliertes Signal am Ausgang 802 resultiert. Die Verarbeitung dieses Signals im Frequenzbereich liefert die hochfrequente Trägerfrequenz mit den entsprechenden Seitenbändern der Primärresonanzfrequenz bzw. der Referenzfrequenz (Beobachterfrequenz), wobei diese hochfrequente Spektrum durch den Hochpass 806 ermittelt wird. Durch die Unterabtastung mittels der Analog-Digital-Wandler wird somit der hochfrequente Träger gewissermaßen in den Nullpunkt (d. h. zu 0 Hz) geschoben, so dass zusätzlich die Information über die Primärresonanzfrequenz bzw. über die Referenzschwingung erhalten wird. Somit wird es möglich, aus dem Signal am Ausgang 802 der MEMS-Struktur die Komponenten aufgrund der Antriebsfrequenz und der Beobachterfrequenz „zeitgleich" einzulesen und entsprechend zu bearbeiten. Wenn keine so hohen Anforderungen an das Signal/Rausch-Verhältnis gestellt werden, könnte die Trennung auch durch Bandpassfilterung am Ausgang 802 stattfinden, um bereits im Basisband, also ohne Einprägung der hochfrequenten Trägersignale, die auf ω1 und ω2 bezogenen Signalkomponenten zu trennen.Furthermore, reference is made to 8th noted that the output signal of the PI controller in the secondary processing branch of an interface 818 is supplied, which outputs the output signal V, which is proportional to the rotation rate (block 819 ). Furthermore, the signal generator 814 used in the secondary branch to the input 803 to drive into the MEMS structure like it out 8th can be seen. In the 8th The circuit shown thus allows two different frequencies and additional high-frequency carrier signals (in particular on the primary drive comb structures) to be fed into the drive, so that an amplitude-modulated signal at the output is used to improve the signal-to-noise ratio 802 results. The processing of this signal in the frequency range provides the high-frequency carrier frequency with the corresponding sidebands of the primary resonance frequency or the reference frequency (observer frequency), with this high-frequency spectrum due to the high pass 806 is determined. The undersampling by means of the analog-digital converter thus pushes the high-frequency carrier to a certain extent into the zero point (ie to 0 Hz), so that in addition the information about the primary resonance frequency or about the reference oscillation is obtained. Thus it becomes possible from the signal at the output 802 the MEMS structure to read in the components based on the drive frequency and the observer frequency and process them accordingly. If the demands on the signal-to-noise ratio are not so high, the separation could also be done by bandpass filtering at the output 802 take place in order to separate the signal components related to ω 1 and ω 2 already in the baseband, that is to say without impressing the high-frequency carrier signals.

Ferner sei darauf hingewiesen, dass der Signalgenerator 814 ausgebildet ist, um auf die Sekundärerfassungseinrichtung 108 von 2, welche gleichzeitig als Sekundäranregungseinrichtung dienen kann, das Signal einprägen, durch das eine Drehrate simuliert wird. Der Signalgenerator 814 würde somit der Einrichtung 20 von 2 zum Erzeugen eines Sekundäranregungssignals 109 entsprechen, wobei das Sekundäranregungssig nal 109 das Signal ist, das der Signalgenerator 814 im Sekundärzweig (mit unterschiedlichen Polaritäten) an die Digital/Analog-Wandler 820 und 822 ausgibt. Der Signalgenerator 814 ist somit ausgebildet, um die in Block 16 von 1 dargestellte Gleichung zu berücksichtigen, um aus Kompensationssignalen, Frequenzganginformationen und Informationen über eine numerisch gewünschte Drehrate entsprechende Sekundäransteuersignale zu erzeugen, die dann der Sekundäranregungs- bzw. Erfassungseinrichtung 108 von 2 innerhalb der MEMS-Struktur 800 zuführbar sind.It should also be noted that the signal generator 814 is configured to on the secondary detection device 108 of 2 , which can simultaneously serve as a secondary excitation device, impress the signal by means of which a rotation rate is simulated. The signal generator 814 would thus the establishment 20 of 2 for generating a secondary excitation signal 109 correspond, wherein the secondary excitation signal 109 is the signal that the signal generator 814 in the secondary branch (with different polarities) to the digital / analog converter 820 and 822 outputs. The signal generator 814 is thus designed to block in 16 of 1 The equation shown must be taken into account in order to generate corresponding secondary control signals from compensation signals, frequency response information and information about a numerically desired rotation rate, which are then sent to the secondary excitation or detection device 108 of 2 within the MEMS structure 800 are feedable.

Abhängig von den aktuellen Gegebenheiten kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Charakterisieren eines Drehratensensors, bzw. das Verfahren zum Simulieren einer Drehrate bzw. das Verfahren zur initialen Kalibrierung oder das Verfahren zur Nachkalibrierung in Hardware oder in Software implementiert werden. Die Implementierung kann auf einem digitalen Speichermedium, insbesondere einer Diskette oder CD mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass das entsprechende Verfahren ausgeführt wird. Allgemein besteht die Erfindung somit auch in einem Computer-Programm-Produkt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des bzw. der erfindungsgemäßen Verfahren, wenn das Computer-Programm-Produkt auf einem Rechner abläuft. In anderen Worten ausgedrückt stellt die Erfindung somit auch ein Computer-Programm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens, wenn das Computer-Programm auf einem Computer abläuft.Depending on the current circumstances, the method according to the invention for characterizing a yaw rate sensor, the method for simulating a yaw rate or the method for initial calibration or the method for recalibration can be implemented in hardware or in software. The implementation can take place on a digital storage medium, in particular a floppy disk or CD with electronically readable control signals, which can interact with a programmable computer system in such a way that the corresponding method is carried out. In general, the invention thus also consists in a computer program product with a program code stored on a machine-readable carrier for carrying out the method or methods according to the invention when the computer program product runs on a computer. In other words, the invention thus also provides a computer program with a program code for carrying out the method if the Com computer program runs on a computer.

Die vorliegende Erfindung zeichnet sich durch folgende Vorteile aus:
Die Erfindung stellt ein einfaches Verfahren zur initialen Kalibrierung von mikromechanischen Drehratensensoren ohne Einsatz eines Drehtisches dar und ist im Vergleich zur Kalibrierung mit Drehtischen aufgrund des deutlich geringeren Aufwands entsprechend kostengünstiger.
The present invention is distinguished by the following advantages:
The invention represents a simple method for the initial calibration of micromechanical yaw rate sensors without the use of a turntable and is correspondingly more economical in comparison to calibration with turntables due to the significantly lower outlay.

Des weiteren entfallen bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgrund der Rekalibrierung vorzugsweise in Verbindung mit der Bezug nehmend auf 8 dargestellten digitalen Auswerteelektronik während des Sensorbetriebs die bei der initialen Kalibrierung normalerweise erforderlichen zeitaufwendigen und damit kostenintensiven Temperaturmessungen.Furthermore, due to the recalibration, the preferred embodiment of the present invention is preferably omitted in connection with the reference 8th shown digital evaluation electronics during sensor operation, the time-consuming and therefore costly temperature measurements normally required during the initial calibration.

Das erfindungsgemäße Konzept insbesondere im Hinblick auf die In-Betrieb-Nachkalibrierung resultiert in einem deutlich besseren Driftverhalten der Sensorparameter Skalenfaktor und Nullpunkt, so dass auch eine Verbesserung der Genauigkeit und damit der allgemeinen Leistungsfähigkeit der Sensoren erreicht wird.The inventive concept results in particular with regard to the recalibration in operation in a significantly better drift behavior of the sensor parameters scale factor and zero point, so that also improve accuracy and hence the general performance of the sensors is reached.

Das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere im Hinblick auf die Nachkalibrierung ermöglicht die Bestimmung und den Abgleich der Sensorparameter Skalenfaktoren und Nullpunkt während des Sensorbetriebs und insbesondere ohne Beeinflussung des Sensorbetriebs.The inventive method the determination enables, in particular with regard to the recalibration and the comparison of the sensor parameters scale factors and zero point while of sensor operation and in particular without influencing sensor operation.

Ferner ermöglicht das erfindungsgemäße Konzept zur Nachkalibrierung die permanente Überprüfung der Funktionalität der Drehratensensoren, was insbesondere in einer Erhöhung der Zuverlässigkeit aufgrund der Funktionsüberprüfung resultiert.Further allows the concept of the invention permanent recalibration of the functionality of the rotation rate sensors for recalibration, which in particular in an increase of reliability results from the functional check.

Claims (41)

Vorrichtung zum Charakterisieren eines Drehratensensors mit einer Schwingeinrichtung (100), einer Primäranregungseinrichtung (106) zum Antreiben der Schwingeinrichtung (100) zu einer Primärbewegung (102), einer Sekundärerfassungseinrichtung (108) zum Ausgeben eines Ausgangssignals, das von einer Sekundärbewegung (104) der Schwingeinrichtung (100) und von einer Drehrate (101) des Drehratensensors um eine sensitive Achse desselben abhängt, mit folgenden Merkmalen: einer Einrichtung (10) zum Ausüben einer ersten Beschleunigung auf die Schwingeinrichtung (100) in Richtung der Primärbewegung (102) und einer zweiten Beschleunigung auf die Schwingeinrichtung (100) in Richtung der Sekundärbewegung (104); einer Einrichtung zum Kompensieren einer ersten Auslenkung der Schwingeinrichtung (100) aufgrund der ersten Beschleunigung, um ein erstes Kompensationssignal (12a) zu erhalten, und zum Kompensieren einer zweiten Auslenkung der Schwingeinrichtung (100) aufgrund der zweiten Beschleunigung, um ein zweites Kompensationssignal (12b) zu erhalten; und einer Einrichtung (14) zum Bereitstellen von Frequenzganginformationen (22) der Schwingeinrichtung aufgrund einer Anregung durch die Primäranregungseinrichtung (106), so dass durch Anregen der Schwingeinrichtung (102) in Richtung der Sekundärbewegung (104) eine auf den Sensor wirkende Drehrate simulierbar ist, wobei eine Amplitude (109a) eines Sekundäranregungssignals (109) zum Anregen der Schwingeinrichtung (100) von einer Primäranregungsamplitude (107a) zum Anregen der Primäranregungseinrichtung (106), einer Primäranregungsfrequenz (107b), dem ersten Kompensationssignal (12a), dem zweiten Kompensationssignal dem zweiten Kompensationssignal (12b), den Frequenzganginformationen (22) und der zu simulierenden Drehrate abhängt.Device for characterizing a rotation rate sensor with an oscillating device ( 100 ), a primary excitation device ( 106 ) to drive the vibrating device ( 100 ) to a primary movement ( 102 ), a secondary detection device ( 108 ) for outputting an output signal resulting from a secondary movement ( 104 ) of the vibrating device ( 100 ) and a rotation rate ( 101 ) of the rotation rate sensor depends on a sensitive axis of the same, with the following features: a device ( 10 ) to exert a first acceleration on the vibrating device ( 100 ) in the direction of the primary movement ( 102 ) and a second acceleration on the vibrating device ( 100 ) in the direction of the secondary movement ( 104 ); a device for compensating for a first deflection of the oscillating device ( 100 ) due to the first acceleration to a first compensation signal ( 12a ) and to compensate for a second deflection of the oscillating device ( 100 ) due to the second acceleration to a second compensation signal ( 12b ) to obtain; and a facility ( 14 ) to provide frequency response information ( 22 ) of the vibrating device due to an excitation by the primary excitation device ( 106 ), so that by exciting the vibrating device ( 102 ) in the direction of the secondary movement ( 104 ) a rotation rate acting on the sensor can be simulated, an amplitude ( 109a ) of a secondary excitation signal ( 109 ) to excite the vibrating device ( 100 ) from a primary excitation amplitude ( 107a ) to excite the primary excitation device ( 106 ), a primary excitation frequency ( 107b ), the first compensation signal ( 12a ), the second compensation signal the second compensation signal ( 12b ), the frequency response information ( 22 ) and the rotation rate to be simulated depends. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Einrichtung (14) zum Bereitstellen der Frequenzganginformationen folgende Merkmale aufweist: eine Einrichtung zum Ansteuern der Primäranregungseinrichtung (106) mit einer Anzahl von unterschiedlichen Primäranregungsfrequenzen (107b); eine Einrichtung zum Erfassen einer Auslenkung der Schwingeinrichtung (100) in Richtung der Primärbewegung (102) für jede der Anzahl von Primäranregungsfrequenzen, um eine Anzahl von Frequenzgangstützinformationen zu erhalten; und eine Einrichtung zum Auswerten der Frequenzgangstützinformationen, um die Frequenzganginformationen zu erhalten.The device of claim 1, wherein the means ( 14 ) for providing the frequency response information has the following features: a device for controlling the primary excitation device ( 106 ) with a number of different primary excitation frequencies ( 107b ); a device for detecting a deflection of the oscillating device ( 100 ) in the direction of the primary movement ( 102 ) for each of the number of primary excitation frequencies to obtain a number of frequency response support information; and a device for evaluating the frequency response support information in order to obtain the frequency response information. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Einrichtung zum Auswerten ausgebildet ist, um als Frequenzganginformationen eine Resonanzfrequenz (ωp) und eine Güte (Qp) oder eine Dämpfung (βp) der Schwingeinrichtung (100) aufgrund einer Anregung der Schwingeinrichtung (100) in Richtung der Primärbewegung (102) zu ermitteln.Apparatus according to Claim 2, in which the device is designed to evaluate a resonance frequency (ω p ) and a quality factor (Q p ) or damping (β p ) of the oscillating device ( 100 ) due to an excitation of the vibrating device ( 100 ) in the direction of the primary movement ( 102 ) to investigate. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der die Einrichtung zum Erfassen einer Auslenkung der Schwingeinrichtung (100) in Primärbewegungsrichtung (102) ausgebildet ist, um ein Erfassungssignal zu erhalten, und bei der die Einrichtung zum Auswerten ausgebildet ist, um das Erfassungssignal für jede Primäranregungsfrequenz einer IQ-Demodulation unter Verwendung der Primäranregungsfrequenz als Lokaloszillator zu unterziehen, um als Frequenzganginformationen einen Amplituden-Frequenzgang und einen Phasen-Frequenzgang zu erhalten.Device according to Claim 2 or 3, in which the device for detecting a deflection of the oscillating device ( 100 ) in the primary direction of movement ( 102 ) is designed to receive a detection signal, and in which the device is designed to subject the detection signal to IQ demodulation for each primary excitation frequency using the primary excitation frequency as a local oscillator in order to provide an amplitude-frequency response and a phase response as frequency response information. Get frequency response. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Schwingeinrichtung (100) ausgebildet ist, um eine lineare Primärbewegung (102) und eine lineare Sekundärbewegung (104) auszuführen, wobei die erste und die zweite Beschleunigung lineare Beschleunigungen sind.Device according to one of the preceding claims, in which the oscillating device ( 100 ) is designed to perform a linear primary movement ( 102 ) and a linear secondary movement ( 104 ), the first and the second acceleration being linear accelerations. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die erste lineare Beschleunigung die Erdbeschleunigung ist, und bei der die zweite lineare Beschleunigung ebenfalls die Erdbeschleunigung ist.The device of claim 5, wherein the first linear Acceleration is the acceleration of gravity, and at which the second linear acceleration is also the acceleration due to gravity. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Einrichtung (10) zum Ausüben der ersten und der zweiten linearen Beschleunigung ausgebildet ist, um den Drehratensensor so zu positionieren, dass die erste Beschleunigung in Richtung der Primärbewegung (102) der Schwingeinrichtung wirkt, und bei der die Einrichtung (10) zum Ausüben ferner ausgebildet ist, um den Drehratensensor so zu positionieren, dass die zweite Beschleunigung in Richtung der Sekundärbewegung wirkt.Device according to one of the preceding claims, in which the device ( 10 ) is designed to exert the first and the second linear acceleration in order to position the rotation rate sensor such that the first acceleration in the direction of the primary movement ( 102 ) of the vibrating device and in which the device ( 10 ) for exercising is also designed to position the rotation rate sensor so that the second acceleration acts in the direction of the secondary movement. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Einrichtung (10) zum Ausüben eine Ablaufsteuerung aufweist, die ausgebildet ist, um den Drehratensensor zunächst so zu positionieren, dass eine Beschleunigung auf die Schwingeinrichtung wirkt, um daraufhin die Einrichtung (12) zum Kompensieren mit einem solchen Signal anzusteuern, dass eine Auslenkung aufgrund der angelegten Beschleunigung kompensiert wird, um ein Kompensationssignal (12a) zu erhalten, um dann den Drehratensensor so zu positionieren, dass die andere Beschleunigung auf die Schwingeinrichtung (100) wirkt, um dann die Einrichtung (12) zum Kompensieren mit einem solchen anderen Signal anzusteuern, dass eine Auslenkung aufgrund der anderen Beschleunigung kompensiert wird, um das andere Kompensationssignal (12b) zu erhalten.Apparatus according to claim 7, wherein the device ( 10 ) has a sequence control for exercising, which is designed to first position the rotation rate sensor in such a way that acceleration acts on the oscillating device, and then the device ( 12 ) to compensate with a signal such that a deflection due to the applied acceleration is compensated for in order to obtain a compensation signal ( 12a ) in order to then position the rotation rate sensor so that the other acceleration on the vibrating device ( 100 ) works, then the device ( 12 ) to compensate with such a different signal that a deflection due to the other acceleration is compensated to the other compensation signal ( 12b ) to obtain. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die erste und die zweite Beschleunigung die Erdbeschleunigung aufgrund der Gravitationskraft der Erde sind, bei der die Einrichtung (10) zum Ausüben ausgebildet ist, um den Drehratensensor aus einer Normposition zu kippen, derart, dass die Primärbewegungsrichtung parallel zur Erdbeschleunigung ist, und wobei die Einrichtung (10) zum Ausüben ferner ausgebildet ist, um den Drehratensensor aus der Normposition so zu kippen, dass die Sekundärbewegungsrichtung (104) parallel zur Erdbeschleunigung ist.Device according to one of the preceding claims, in which the first and the second acceleration are the gravitational acceleration due to the gravitational force of the earth, in which the device ( 10 ) is designed to be exerted in order to tilt the rotation rate sensor from a standard position, such that the primary direction of movement is parallel to the acceleration due to gravity, and wherein the device ( 10 ) for exercising is also designed to tilt the yaw rate sensor out of the standard position so that the secondary direction of movement ( 104 ) is parallel to the acceleration due to gravity. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Drehratensensor einen Primärschwinger (506) und einen Sekundärschwinger (514) aufweist, der von dem Primärschwinger (506) orthogonal entkoppelt ist, derart, dass der Primärschwinger und der Sekundärschwinger zusammen die Schwingeinrichtung (100) bilden, wobei der Primärschwinger aufgehängt ist, um die Sekundärbewegung im wesentlichen nicht ausführen zu können, wobei der Sekundärschwinger ausgebildet ist, um die Primärschwingung und die Sekundärschwingung ausführen zu können, und wobei der Primärschwinger mit dem Sekundärschwinger derart verbunden ist, dass die Primärschwingung von dem Primärschwinger zu dem Sekundärschwinger übertragbar ist, dass jedoch die Sekundärschwingung von dem Sekundärschwinger nicht auf den Primärschwinger übertragbar ist.Device according to one of the preceding claims, in which the rotation rate sensor comprises a primary oscillator ( 506 ) and a secondary transducer ( 514 ) which is from the primary oscillator ( 506 ) is orthogonally decoupled such that the primary oscillator and the secondary oscillator together form the oscillation device ( 100 ) form, the primary oscillator being suspended so that the secondary movement cannot be carried out substantially, the secondary oscillator being designed to be able to carry out the primary oscillation and the secondary oscillation, and the primary oscillator being connected to the secondary oscillator such that the primary oscillation of is transferable from the primary oscillator to the secondary oscillator, but that the secondary oscillation cannot be transmitted from the secondary oscillator to the primary oscillator. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Schwingeinrichtung eine Primärresonanzfrequenz in Richtung der Primärbewegung hat, bei der die Schwingeinrichtung eine Sekundärresonanzfrequenz in Richtung der Sekundärbewegung hat, wobei die Primärschwingungsresonanzfrequenz und die Sekundärschwingungsresonanzfrequenz unterschiedlich sind, und wobei die Primäranregungseinrichtung betreibbar ist, um die Schwingeinrichtung in Richtung der Primärbewegung in Resonanz zu betreiben.Device according to one of the preceding claims, which the oscillating device in the direction of a primary resonance frequency the primary movement has, in which the oscillating device in the direction of a secondary resonance frequency the secondary movement has, the primary vibration resonance frequency and the secondary vibration resonance frequency are different, and wherein the primary excitation device can be operated is to the vibrating device in the direction of the primary movement to operate in resonance. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Drehratensensor ausgebildet ist, um eine lineare Primärbewegung (102) und eine lineare Sekundärbewegung (104) auszuführen.Device according to one of the preceding claims, in which the rotation rate sensor is designed to perform a linear primary movement ( 102 ) and a linear secondary movement ( 104 ) to carry out. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner eine Einrichtung zum Bereitstellen von weiteren Frequenzganginformationen der Schwingeinrichtung (100) aufgrund einer Anregung der Schwingeinrichtung in Sekundärbewegungsrichtung (104) aufweist.Device according to one of the preceding claims, further comprising a device for providing further frequency response information of the oscillating device ( 100 ) due to a suggestion from the Schwin device in the secondary movement direction ( 104 ) having. Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der die Einrichtung zum Bereitstellen von weiteren Frequenzganginformationen folgende Merkmale aufweist: eine Einrichtung zum Anregen der Sekundärbewegung in Sekundärbewegungsrichtung (104); und wobei die Sekundärerfassungseinrichtung ausgebildet ist, um eine Sekundärbewegung der Schwingeinrichtung aufgrund der Anregung durch die Einrichtung zum Anregen der Sekundärbewegung zu erfassen.Device according to Claim 13, in which the device for providing further frequency response information has the following features: a device for exciting the secondary movement in the secondary movement direction ( 104 ); and wherein the secondary detection device is designed to detect a secondary movement of the oscillating device on the basis of the excitation by the device for exciting the secondary movement. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Drehratensensor eine kapazitive Primäranregungseinrichtung (106) und eine kapazitive Sekundärerfassungseinrichtung (108) aufweist.Device according to one of the preceding claims, in which the rotation rate sensor is a capacitive primary excitation device ( 106 ) and a capacitive secondary detection device ( 108 ) having. Verfahren zum Charakterisieren eines Drehratensensors mit einer Schwingeinrichtung (100), einer Primäranregungseinrichtung (106) zum Antreiben der Schwingeinrichtung (100) zu einer Primärbewegung (102), einer Sekundärerfassungseinrichtung (108) zum Ausgeben eines Ausgangssignals, das von einer Sekundärbewegung (104) der Schwingeinrichtung (100) und von einer Drehrate (101) des Drehratensensors um eine sensitive Achse desselben abhängt, mit folgenden Schritten: Ausüben (10) einer ersten Beschleunigung auf die Schwingeinrichtung (100) in Richtung der Primärbewegung (102) und einer zweiten Beschleunigung auf die Schwingeinrichtung (100) in Richtung der Sekundärbewegung (104); Kompensieren einer ersten Auslenkung der Schwingeinrichtung (100) aufgrund der ersten Beschleunigung, um ein erstes Kompensationssignal (12a) zu erhalten, und zum Kompensieren einer zweiten Auslenkung der Schwingeinrichtung (100) aufgrund der zweiten Beschleunigung, um ein zweites Kompensationssignal (12b) zu erhalten; und Bereitstellen (14) von Frequenzganginformationen (22) der Schwingeinrichtung aufgrund einer Anregung durch die Primäranregungseinrichtung (106), so dass durch Anregen der Schwingeinrichtung (102) in Richtung der Sekundärbewegung (104) eine auf den Sensor wirkende Drehrate simulierbar ist, wobei eine Amplitude (109a) eines Sekundäranregungssignals (109) zum Anregen der Schwingeinrichtung (100) von einer Primäranregungsamplitude (107a) zum Anregen der Primäranregungseinrichtung (106), einer Primäranregungsfrequenz (107b), dem ersten Kompensationssignal (12a), dem zweiten Kompensationssignal (12b), den Frequenzganginformationen (22) und der zu simulierenden Drehrate abhängt.Method for characterizing a rotation rate sensor with an oscillating device ( 100 ), a primary excitation device ( 106 ) to drive the vibrating device ( 100 ) to a primary movement ( 102 ), a secondary detection device ( 108 ) for outputting an output signal resulting from a secondary movement ( 104 ) of the vibrating device ( 100 ) and a rotation rate ( 101 ) of the rotation rate sensor depends on a sensitive axis of the same, with the following steps: 10 ) a first acceleration on the vibrating device ( 100 ) in the direction of the primary movement ( 102 ) and a second acceleration on the vibrating device ( 100 ) in the direction of the secondary movement ( 104 ); Compensating for a first deflection of the oscillating device ( 100 ) due to the first acceleration to a first compensation signal ( 12a ) and to compensate for a second deflection of the oscillating device ( 100 ) due to the second acceleration to a second compensation signal ( 12b ) to obtain; and deploy ( 14 ) of frequency response information ( 22 ) of the vibrating device due to an excitation by the primary excitation device ( 106 ), so that by exciting the vibrating device ( 102 ) in the direction of the secondary movement ( 104 ) a rotation rate acting on the sensor can be simulated, an amplitude ( 109a ) of a secondary excitation signal ( 109 ) to excite the vibrating device ( 100 ) from a primary excitation amplitude ( 107a ) to excite the primary excitation device ( 106 ), a primary excitation frequency ( 107b ), the first compensation signal ( 12a ), the second compensation signal ( 12b ), the frequency response information ( 22 ) and the rotation rate to be simulated depends. Vorrichtung zum Simulieren einer Drehrate, die auf einen Drehratensensor wirkt, wobei der Drehratensensor eine Schwingeinrichtung (100), eine Primäranregungseinrichtung (106) zum Antreiben der Schwingeinrichtung (100) zu einer Primärbewegung (102), eine Sekundärerfassungseinrichtung (108) zum Ausgeben eines Ausgangssignals, das von einer Sekundärbewegung (104) der Schwingeinrichtung und von einer Drehrate des Drehratensensors um eine sensitive Achse desselben abhängt, aufweist, mit folgenden Merkmalen: einer Einrichtung (24) zum Bereitstellen eines Werts eines ersten Kompensationssignals (12a) und eines Werts eines zweiten Kompensationssignals (12b), wobei die Werte des ersten und des zweiten Kompensationssignals so gewählt sind, dass eine Auslenkung der Schwingeinrichtung aufgrund einer ersten Beschleunigung in Richtung der Primärbewegung kompensiert ist, und dass eine Auslenkung der Schwingeinrichtung aufgrund einer zweiten Beschleunigung in Richtung der Sekundärbewegung (104) kompensiert ist, und zum Bereitstellen von Frequenzganginformationen (22) der Schwingeinrichtung (100) aufgrund einer Anregung durch die Primäranregungseinrichtung (106); und einer Einrichtung (20) zum Erzeugen und Anlegen eines Simulationssignals (109) an die Sekundärerfassungseinrichtung (108), um eine Sekundärbewegung der Schwingeinrichtung (100) zu erzeugen, wobei eine Frequenz des Simulationssignals gleich einer Frequenz eines Primäranregungssignals (107) für die Primäranregungseinrichtung (106) ist, und wobei eine Amplitude (109a) des Simulationssignals von dem ersten Kompensationssignal (12a), von dem zweiten Kompensationssignal (12b), einer Amplitude des Primäranregungssignals, der Frequenz des Primäranregungssignals und den Frequenzganginformationen (22) und einem Wert der zu simulierenden Drehrate abhängt, so dass durch die Schwingeinrichtung (100) eine definierte Sekundärbewegung ausführbar ist, die einer Sekundärbewegung (104) der Schwingeinrichtung (100) innerhalb eines vorbestimmten Bereichs entspricht, die die Schwingeinrichtung (100) ausführen würde, wenn die simulierte Drehrate als tatsächliche Drehrate (101) anliegen würde.Device for simulating a rotation rate, which acts on a rotation rate sensor, the rotation rate sensor being an oscillating device ( 100 ), a primary excitation device ( 106 ) to drive the vibrating device ( 100 ) to a primary movement ( 102 ), a secondary detection device ( 108 ) for outputting an output signal resulting from a secondary movement ( 104 ) of the oscillation device and depends on a rotation rate of the rotation rate sensor about a sensitive axis thereof, with the following features: a device ( 24 ) for providing a value of a first compensation signal ( 12a ) and a value of a second compensation signal ( 12b ), the values of the first and the second compensation signal being selected such that a deflection of the oscillating device due to a first acceleration in the direction of the primary movement is compensated, and that a deflection of the oscillating device due to a second acceleration in the direction of the secondary movement ( 104 ) is compensated, and to provide frequency response information ( 22 ) of the vibrating device ( 100 ) due to an excitation by the primary excitation device ( 106 ); and a facility ( 20 ) for generating and applying a simulation signal ( 109 ) to the secondary recording device ( 108 ) to a secondary movement of the vibrating device ( 100 ) to generate, wherein a frequency of the simulation signal is equal to a frequency of a primary excitation signal ( 107 ) for the primary excitation device ( 106 ), and where an amplitude ( 109a ) of the simulation signal from the first compensation signal ( 12a ), from the second compensation signal ( 12b ), an amplitude of the primary excitation signal, the frequency of the primary excitation signal and the frequency response information ( 22 ) and a value of the rotation rate to be simulated, so that the oscillating device ( 100 ) a defined secondary movement can be carried out that corresponds to a secondary movement ( 104 ) of the vibrating device ( 100 ) within a predetermined range that the vibrating device ( 100 ) if the simulated yaw rate is the actual yaw rate ( 101 ) would concern. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der die Amplitude des Simulationssignals gemäß folgender Gleichung bestimmt ist:
Figure 00650001
wobei Ux1g das erste Kompensationssignal ist, wobei Uy1g das zweite Kompensationssignal ist, wobei ω eine Frequenz des Primäranregungssignals ist, wobei ωp eine Resonanzfrequenz der Schwingeinrichtung in Primärbewegungsrichtung ist, wobei βp eine Dämpfung der Schwingeinrichtung (100) in Primärbewegungsrichtung ist, wobei Ω die zu simulierende Drehrate ist, und wobei Ux eine Amplitude des Primäranregungssignals ist.
The apparatus of claim 17, wherein the amplitude of the simulation signal is determined according to the following equation:
Figure 00650001
where U x1g is the first compensation signal , where U y1g is the second compensation signal , where ω is a frequency of the primary excitation signal , where ω p is a resonance frequency of the vibrating device in the primary direction of movement , where β p is a damping of the vibrating device ( 100 ) is in the primary direction of movement, where Ω is the rotation rate to be simulated, and where U x is an amplitude of the primary excitation signal.
Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der die Frequenz des Primäranregungssignals gleich der Resonanzfrequenz der Schwingeinrichtung in Primärbewegungsrichtung ist, wobei die Amplitude des Simulationssignals gemäß folgender Gleichung bestimmt wird:
Figure 00660001
Apparatus according to claim 17, wherein the frequency of the primary excitation signal is equal to the resonance frequency of the oscillating device in the primary direction of movement, wherein the amplitude of the simulation signal is determined according to the following equation:
Figure 00660001
Vorrichtung nach Anspruch 18, bei der die Einrichtung (24) zum Bereitstellen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 ausgebildet ist.Apparatus according to claim 18, wherein the device ( 24 ) is designed to provide according to one of claims 1 to 15. Verfahren zum Simulieren einer Drehrate, die auf einen Drehratensensor wirkt, wobei der Drehratensensor eine Schwingeinrichtung (100), eine Primäranregungseinrichtung (106) zum Antreiben der Schwingeinrichtung (100) zu einer Primärbewegung (102), eine Sekundärerfassungseinrichtung (108) zum Ausgeben eines Ausgangssignals, das von einer Sekundärbewegung (104) der Schwingeinrichtung und von einer Drehrate des Drehratensensors um eine sensitive Achse desselben abhängt, aufweist, mit folgenden Schritten: Bereitstellen (24) eines Werts eines ersten Kompensationssignals (12a) und eines Werts eines zweiten Kompensationssignals (12b), wobei die Werte des ersten und des zweiten Kompensationssignals so gewählt sind, dass eine Auslenkung der Schwingeinrichtung aufgrund einer ersten Beschleunigung kompensiert ist, und dass eine Auslenkung der Schwingeinrichtung aufgrund einer zweiten Beschleunigung in Richtung der Sekundärbewegung (104) kompensiert ist, und zum Bereitstellen von Frequenzganginformationen (22) der Schwingeinrichtung (100) aufgrund einer Anregung durch die Primäranregungseinrichtung (106); und Erzeugen (20) und Anlegen eines Simulationssignals (109) an die Sekundärerfassungseinrichtung (108), um eine Sekundärbewegung der Schwingeinrichtung (100) zu erzeugen, wobei eine Frequenz des Simulationssignals gleich einer Frequenz eines Primäranregungssignals (107) für die Primäranregungseinrichtung (106) ist, und wobei eine Amplitude (109a) des Simulationssignals von dem ersten Kompensationssignal (12a), von dem zweiten Kompensationssignal (12b), einer Amplitude des Primäranregungssignals, der Frequenz des Primäranregungssignals und den Frequenzganginformationen (22) und einem Wert der zu simulierenden Drehrate abhängt, so dass durch die Schwingeinrichtung (100) eine definierte Sekundärbewegung ausführbar ist, die einer Sekundärbewegung (104) der Schwingeinrichtung (100) innerhalb eines vorbestimmten Bereichs entspricht, die die Schwingeinrichtung (100) ausführen würde, wenn die simulierte Drehrate als tatsächliche Drehrate (101) anliegen würde.Method for simulating a yaw rate acting on a yaw rate sensor, the yaw rate sensor being an oscillating device ( 100 ), a primary excitation device ( 106 ) to drive the vibrating device ( 100 ) to a primary movement ( 102 ), a secondary detection device ( 108 ) for outputting an output signal resulting from a secondary movement ( 104 ) of the oscillating device and depends on a yaw rate of the yaw rate sensor about a sensitive axis thereof, with the following steps: 24 ) a value of a first compensation signal ( 12a ) and a value of a second compensation signal ( 12b ), the values of the first and the second compensation signal being selected such that a deflection of the oscillating device due to a first acceleration is compensated, and that a deflection of the oscillating device due to a second acceleration in the direction of the secondary movement ( 104 ) is compensated, and to provide frequency response information ( 22 ) of the vibrating device ( 100 ) due to an excitation by the primary excitation device ( 106 ); and create ( 20 ) and applying a simulation signal ( 109 ) to the secondary recording device ( 108 ) to a secondary movement of the vibrating device ( 100 ) to generate, wherein a frequency of the simulation signal is equal to a frequency of a primary excitation signal ( 107 ) for the primary excitation device ( 106 ), and where an amplitude ( 109a ) of the simulation signal from the first compensation signal ( 12a ), from the second compensation signal ( 12b ), an amplitude of the primary excitation signal, the frequency of the primary excitation signal and the frequency response information ( 22 ) and a value of the rotation rate to be simulated, so that the oscillating device ( 100 ) a defined secondary movement can be carried out that corresponds to a secondary movement ( 104 ) of the vibrating device ( 100 ) within a predetermined range that the vibrating device ( 100 ) if the simulated yaw rate is the actual yaw rate ( 101 ) would concern. Vorrichtung zum Kalibrieren eines Drehratensensors mit einer Schwingeinrichtung (100), einer Primäranregungseinrichtung (106) zum Antreiben der Schwingeinrichtung (100) zu einer Primärbewegung (102), einer Sekundärerfassungseinrichtung (108) zum Ausgeben eines Ausgangssignals, das von einer Sekundärbewegung (104) der Schwingeinrichtung (100) und von einer Drehrate (101) des Drehratensensors um eine sensitive Achse desselben abhängt, mit folgenden Merkmalen: einer Einrichtung (24) zum Bereitstellen eines Werts eines ersten Kompensationssignals (12a) und eines Werts eines zweiten Kompensationssignals (12b), wobei die Werte des ersten und des zweiten Kompensationssignals so gewählt sind, dass eine Auslenkung der Schwingeinrichtung aufgrund einer ersten Beschleunigung in Richtung der Primärbewegung kompensiert ist, und dass eine Auslenkung der Schwingeinrichtung aufgrund einer zweiten Beschleunigung in Richtung der Sekundärbewegung (104) kompensiert ist, und zum Bereitstellen von Frequenzganginformationen der Schwingeinrichtung (100) aufgrund einer Anregung durch die Primäranregungseinrichtung (106); einer Einrichtung (20) zum Erzeugen und Anlegen eines Simulationssignals (109) an die Sekundärerfassungseinrichtung (108), um eine Sekundärbewegung der Schwingeinrichtung (100) zu erzeugen, wobei eine Frequenz des Simulationssignals gleich einer Frequenz eines Primäranregungssignals (107) für die Primäranregungseinrichtung (106) ist, und wobei eine Amplitude (109a) des Simulationssignals von dem ersten Kompensationssignal (12a), von dem zweiten Kompensationssignal (12b), einer Amplitude des Primäranregungssignals, der Frequenz des Primäranregungssignals und den Frequenzganginformationen (22) und einem Wert der zu simulierenden Drehrate abhängt, so dass durch die Schwingeinrichtung (100) eine definierte Sekundärbewegung ausführbar ist, die einer Sekundärbewegung (104) der Schwingeinrichtung (100) innerhalb eines vorbestimmten Bereichs entspricht, die die Schwingeinrichtung (100) ausführen würde, wenn die simulierte Drehrate als tatsächliche Drehrate (101) anliegen würde; einer Einrichtung zum Messen eines ersten Ausgangssignals (V1) aufgrund eines angelegten ersten Simulationssignals; einer Einrichtung zum Anlegen eines zweiten Simulationssignals mit einer zu der Frequenz des ersten Simulationssignals unterschiedlichen Frequenz; einer Einrichtung (32) zum Messen eines zweiten Ausgangssignals aufgrund des zweiten Simulationssignals; und einer Einrichtung (34) zum Berechnen von Kalibrierungsinformationen, die von einem Multiplikator (kSF) für einen Soll-Skalierungsfaktor abhängen, aufgrund des ersten Ausgangssignals (V1), aufgrund des zweiten Ausgangssignals (V2), aufgrund der ersten Drehrate (Ω1), aufgrund der zweiten Drehrate (Ω2) und aufgrund des Soll-Skalierungsfaktors.Device for calibrating a rotation rate sensor with an oscillating device ( 100 ), a primary excitation device ( 106 ) to drive the vibrating device ( 100 ) to a primary movement ( 102 ), a secondary detection device ( 108 ) for outputting an output signal resulting from a secondary movement ( 104 ) of the vibrating device ( 100 ) and a rotation rate ( 101 ) of the rotation rate sensor depends on a sensitive axis of the same, with the following features: a device ( 24 ) for providing a value of a first compensation signal ( 12a ) and a value of a second compensation signal ( 12b ), the values of the first and second compensation signals being selected such that a deflection of the oscillating device due to a first acceleration in the direction of the primary movement is compensated, and that a deflection of the oscillating device due to a second acceleration in the direction of the secondary movement ( 104 ) is compensated, and for providing frequency response information of the oscillating device ( 100 ) due to an excitation by the primary excitation device ( 106 ); a facility ( 20 ) for generating and applying a simulation signal ( 109 ) to the secondary recording device ( 108 ) to a secondary movement of the vibrating device ( 100 ) to generate, wherein a frequency of the simulation signal is equal to a frequency of a primary excitation signal ( 107 ) for the primary excitation device ( 106 ), and where an amplitude ( 109a ) of the simulation signal from the first compen station signal ( 12a ), from the second compensation signal ( 12b ), an amplitude of the primary excitation signal, the frequency of the primary excitation signal and the frequency response information ( 22 ) and a value of the rotation rate to be simulated, so that the oscillating device ( 100 ) a defined secondary movement can be carried out that corresponds to a secondary movement ( 104 ) of the vibrating device ( 100 ) within a predetermined range that the vibrating device ( 100 ) if the simulated yaw rate is the actual yaw rate ( 101 ) would concern; means for measuring a first output signal (V 1 ) based on an applied first simulation signal; a device for applying a second simulation signal with a frequency different from the frequency of the first simulation signal; a facility ( 32 ) for measuring a second output signal based on the second simulation signal; and a facility ( 34 ) for calculating calibration information, which depends on a multiplier (k SF ) for a desired scaling factor, on the basis of the first output signal (V 1 ), on the basis of the second output signal (V 2 ), on the basis of the first rotation rate (Ω 1 ), on the basis of the second rate of rotation (Ω 2 ) and due to the target scaling factor. Vorrichtung nach Anspruch 22, bei der die erste Drehrate eine erste Grenze eines spezifizierten Messbereichs definiert, und bei der die zweite Drehrate (Ω2) eine zweite Grenze eines spezifizierten Messbereichs definiert.The apparatus of claim 22, wherein the first rate of rotation defines a first limit of a specified measurement range, and wherein the second rate of rotation (Ω 2 ) defines a second limit of a specified measurement range. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, die ferner folgendes Merkmal aufweist: eine Einrichtung zum Berechnen eines Nullpunkt-Abgleichwerts (kNP) auf der Basis eines gemessenen Ausgangssignals (NP0*) der Einrichtung zum Messen (32) ohne Anliegen eines Simulationssignals.Apparatus according to claim 22 or 23, further comprising: means for calculating a zero point adjustment value (k NP ) based on a measured output signal (NP 0 *) of the means for measuring ( 32 ) without a simulation signal. Verfahren zum Kalibrieren eines Drehratensensors mit einer Schwingeinrichtung (100), einer Primäranregungseinrichtung (106) zum Antreiben der Schwingeinrichtung (100) zu einer Primärbewegung (102), einer Sekundärerfassungseinrichtung (108) zum Ausgeben eines Ausgangssignals, das von einer Sekundärbewegung (104) der Schwingeinrichtung (100) und von einer Drehrate (101) des Drehratensensors um eine sensitive Achse desselben abhängt, mit folgenden Schritten: Bereitstellen (24) eines Werts eines ersten Kompensationssignals (12a) und eines Werts eines zweiten Kompensationssignals (12b), wobei die Werte des ersten und des zweiten Kompensationssignals so gewählt sind, dass eine Auslenkung der Schwingeinrichtung aufgrund einer ersten Beschleunigung kompensiert ist, und dass eine Auslenkung der Schwingeinrichtung aufgrund einer zweiten Beschleunigung in Richtung der Sekundärbewegung (104) kompensiert ist, und zum Bereitstellen von Frequenzganginformationen der Schwingeinrichtung (100) aufgrund einer Anregung durch die Primäranregungseinrichtung (106); Erzeugen eines Simulationssignals und Anlegen (20) des Simulationssignals (109) an die Sekundärerfassungseinrichtung (108), um eine Sekundärbewegung der Schwingeinrichtung (100) zu erzeugen, wobei eine Frequenz des Simulationssignals gleich einer Frequenz eines Primäranregungssignals (107) für die Primäranregungseinrichtung (106) ist, und wobei eine Amplitude (109a) des Simulationssignals von dem ersten Kompensationssignal (12a), von dem zweiten Kompensationssignal (12b), einer Amplitude des Primäranregungssignals, der Frequenz des Primäranregungssignals und den Frequenzganginformationen (22) und einem Wert der zu simulierenden Drehrate abhängt, so dass durch die Schwingeinrichtung (100) eine definierte Sekundärbewegung ausführbar ist, die einer Sekundärbewegung (104) der Schwingeinrichtung (100) innerhalb eines vorbestimmten Bereichs entspricht, die die Schwingeinrichtung (100) ausführen würde, wenn die simulierte Drehrate als tatsächliche Drehrate (101) anliegen würde; Messen eines ersten Ausgangssignals (V1) aufgrund eines angelegten ersten Simulationssignals; Erzeugen und Anlegen eines zweiten Simulationssignals mit einer zu der Frequenz des ersten Simulationssignals unterschiedlichen Frequenz; Messen (32) eines zweiten Ausgangssignals aufgrund des zweiten Simulationssignals; und Berechnen (34) von Kalibrierungsinformationen, die von einem Multiplikator (kSF) für einen Soll-Skalierungsfaktor abhängen, aufgrund des ersten Ausgangssignals (V1), aufgrund des zweiten Ausgangssignals (V2), aufgrund der ersten Drehrate (Ω1), aufgrund der zweiten Drehrate (Ω2) und aufgrund des Soll-Skalierungsfaktors.Method for calibrating a rotation rate sensor with an oscillating device ( 100 ), a primary excitation device ( 106 ) to drive the vibrating device ( 100 ) to a primary movement ( 102 ), a secondary detection device ( 108 ) for outputting an output signal resulting from a secondary movement ( 104 ) of the vibrating device ( 100 ) and a rotation rate ( 101 ) of the rotation rate sensor around a sensitive axis of the same, with the following steps: 24 ) a value of a first compensation signal ( 12a ) and a value of a second compensation signal ( 12b ), the values of the first and the second compensation signal being selected such that a deflection of the oscillating device due to a first acceleration is compensated, and that a deflection of the oscillating device due to a second acceleration in the direction of the secondary movement ( 104 ) is compensated, and for providing frequency response information of the oscillating device ( 100 ) due to an excitation by the primary excitation device ( 106 ); Generation of a simulation signal and application ( 20 ) of the simulation signal ( 109 ) to the secondary recording device ( 108 ) to a secondary movement of the vibrating device ( 100 ), wherein a frequency of the simulation signal is equal to a frequency of a primary excitation signal ( 107 ) for the primary excitation device ( 106 ), and where an amplitude ( 109a ) of the simulation signal from the first compensation signal ( 12a ), from the second compensation signal ( 12b ), an amplitude of the primary excitation signal, the frequency of the primary excitation signal and the frequency response information ( 22 ) and a value of the rotation rate to be simulated, so that the oscillating device ( 100 ) a defined secondary movement can be carried out that corresponds to a secondary movement ( 104 ) of the vibrating device ( 100 ) within a predetermined range that the vibrating device ( 100 ) if the simulated yaw rate is the actual yaw rate ( 101 ) would concern; Measuring a first output signal (V 1 ) based on an applied first simulation signal; Generating and applying a second simulation signal with a frequency different from the frequency of the first simulation signal; Measure up ( 32 ) a second output signal based on the second simulation signal; and calculate ( 34 ) of calibration information, which depends on a multiplier (k SF ) for a desired scaling factor, on the basis of the first output signal (V 1 ), on the basis of the second output signal (V 2 ), on the basis of the first rotation rate (Ω 1 ), on the basis of the second rotation rate (Ω 2 ) and due to the target scaling factor. Vorrichtung zum Nachkalibrieren eines voreingestellten Skalenfaktors eines Drehratensensors mit einer Schwingeinrichtung (100), einer Primäranregungseinrichtung (106) zum Antreiben der Schwingeinrichtung (100) zu einer Primärbewegung (102), einer Sekundärerfassungseinrichtung (108) zum Ausgeben eines Ausgangssignals, das von einer Sekundärbewegung (104) der Schwingeinrichtung (100) und von einer Drehrate (101) des Drehratensensors um eine sensitive Achse desselben abhängt, mit folgenden Merkmalen: einer Primäreinrichtung (40) zum Ansteuern der Primärantriebseinrichtung mit einem Primäransteuersignal, das eine erste Ansteuerkomponente bei einer Antriebsfrequenz (ω1) und eine zweite Ansteuerkomponente bei einer Beobachterfrequenz (ω2) aufweist; einer Einrichtung (42) zum frequenzselektiven Erfassen des Ausgangssignals, um eine erste Ausgangssignalkomponente (V1) aufgrund der ersten Ansteuerkomponente und eine zweite Ausgangssignalkomponente (V2) aufgrund der zweiten Ansteuerkomponente zu erhalten; eine Einrichtung (44) zum Simulieren einer Drehrate (ΩE) durch Anregen der Schwingeinrichtung (100) in Richtung der Sekundärbewegung (104) mit einem Sekundäransteuersignal, das so eingestellt ist, dass die definierte Drehrate (ΩE) simuliert wird, wobei die Sekundäransteueramplitude von der zweiten Ansteuerkomponente mit der Beobachterfrequenz (ω2) abhängt; einer Ablaufsteuerungseinrichtung (46) zum Auslesen der Einrichtung (42) zum frequenzselektiven Erfassen zu einem ersten Zeitpunkt (i), zu einem zweiten Zeitpunkt (j) und zu einem dritten Zeitpunkt (k), wobei die Ablaufsteuerungseinrichtung (46) ferner wirksam ist, um die Einrichtung (44) zum Simulieren anzusteuern, damit dieselbe zu dem dritten Zeitpunkt (k) die Sekundärerfassungseinrichtung (108) mit dem Sekundäransteuersignal (109) ansteuert; und einer Einrichtung (48) zum Berechnen von Kalibrierinformationen, die von einem aktuellen Kalibrierungsfaktors (kSF) abhängen, unter Verwendung eines Ausgangssignals der Einrichtung (42) zum frequenzselektiven Erfassen zum ersten Zeitpunkt (i), zum zweiten Zeitpunkt (j) und zum dritten Zeitpunkt (k) und unter Verwendung der definierten Drehrate (ΩE).Device for recalibrating a preset scale factor of a rotation rate sensor with an oscillating device ( 100 ), a primary excitation device ( 106 ) to drive the vibrating device ( 100 ) to a primary movement ( 102 ), a secondary detection device ( 108 ) for outputting an output signal resulting from a secondary movement ( 104 ) of the vibrating device ( 100 ) and a rotation rate ( 101 ) of the rotation rate sensor depends on a sensitive axis of the same, with the following features: a primary device ( 40 ) to control the primary drive device with a primary control signal, which has a first control component at a drive frequency (ω 1 ) and a second control component at an observer frequency (ω 2 ); a facility ( 42 ) for frequency-selective detection of the output signal in order to obtain a first output signal component (V 1 ) on the basis of the first drive component and a second output signal component (V 2 ) on the basis of the second drive component; An institution ( 44 ) to simulate a rotation rate (Ω E ) by exciting the vibrating device ( 100 ) in the direction of the secondary movement ( 104 ) with a secondary control signal that is set so that the defined yaw rate (Ω E ) is simulated, the secondary control amplitude depending on the second control component with the observer frequency (ω 2 ); a sequence control device ( 46 ) to read the device ( 42 ) for frequency-selective detection at a first point in time (i), at a second point in time (j) and at a third point in time (k), the sequence control device ( 46 ) is also effective to establish ( 44 ) for simulation, so that at the third point in time (k) the secondary detection device ( 108 ) with the secondary control signal ( 109 ) controls; and a facility ( 48 ) for calculating calibration information that depends on a current calibration factor (k SF ) using an output signal of the device ( 42 ) for frequency-selective detection at the first point in time (i), the second point in time (j) and the third point in time (k) and using the defined rotation rate (Ω E ). Vorrichtung nach Anspruch 26, bei der die Einrichtung (48) zum Berechnen ausgebildet ist, um den aktuellen Korrekturfaktor aus einem Verhältnis zwischen dem voreingestellten Skalenfaktor und einem berechneten aktuellen Skalenfaktor zu ermitteln, um ein Ausgangssignal aufgrund der ersten Ansteuerkomponente unter Verwendung des aktuellen Korrekturfaktors und des voreingestellten Skalenfaktors zu korrigieren, um ein nachkalibriertes Ausgangssignal zu erhalten.Apparatus according to claim 26, wherein the device ( 48 ) is designed to calculate to determine the current correction factor from a ratio between the preset scale factor and a calculated current scale factor in order to correct an output signal based on the first drive component using the current correction factor and the preset scale factor in order to obtain a recalibrated output signal , Vorrichtung nach Anspruch 26 oder 27, bei der die Einrichtung zum Berechnen ausgebildet ist, um unter Verwendung folgender Gleichung zu arbeiten:
Figure 00720001
wobei V1i'' die erste Ausgangssignalkomponente zum Zeitpunkt i ist, wobei V2i'' die zweite Ausgangssignalkomponente zum Zeitpunkt i ist, wobei V1j'' die erste Ausgangssignalkomponente zum Zeitpunkt j ist, wobei V2j'' die zweite Ausgangssignal komponente zum Zeitpunkt j ist, und wobei V1k'' die erste Ausgangssignalkomponente zum Zeitpunkt k ist, wobei V2k'' die zweite Ausgangssignalkomponente zum Zeitpunkt k ist, wobei kSF der aktuelle Kalibrierungsfaktor ist, wobei ΩE die zum Zeitpunkt k simulierte Drehrate ist, und wobei SF1 der voreingestellte Skalenfaktor ist.
Apparatus according to claim 26 or 27, in which the means for calculating is designed to operate using the following equation:
Figure 00720001
where V 1i '' is the first output signal component at time i, V 2i '' is the second output signal component at time i, V 1j '' is the first output signal component at time j, V 2j '' is the second output signal component at time j, and where V 1k "is the first output signal component at time k, where V 2k " is the second output signal component at time k, where k SF is the current calibration factor, where Ω E is the rotation rate simulated at time k, and where SF 1 is the preset scale factor.
Vorrichtung nach Anspruch 26, bei der die Einrichtung (48) zum Berechnen ausgebildet ist, um unter Verwendung folgender Gleichung zu arbeiten:
Figure 00730001
wobei V1i'' die erste Ausgangssignalkomponente zum Zeitpunkt i ist, wobei V2i'' die zweite Ausgangssignalkomponente zum Zeitpunkt i ist, wobei V1j'' die erste Ausgangssignalkomponente zum Zeitpunkt j ist, wobei V2j'' die zweite Ausgangssignalkomponente zum Zeitpunkt j ist, und wobei V1k'' die erste Ausgangssignalkomponente zum Zeitpunkt k ist, wobei V2k'' die zweite Ausgangssignalkomponente zum Zeitpunkt k ist, wobei kSF der aktuelle Kalibrierungsfaktor ist, wobei ΩE die zum Zeitpunkt k simulierte Drehrate ist, und wobei SF1 der voreingestellte Skalenfaktor ist.
Apparatus according to claim 26, wherein the device ( 48 ) is designed to compute to operate using the following equation:
Figure 00730001
where V 1i ″ is the first output signal component at time i, V 2i ″ is the second output signal component at time i, V 1j ″ is the first output signal component at time j, V 2j ″ is the second output signal component at time j and where V 1k "is the first output signal component at time k, where V 2k " is the second output signal component at time k, where k SF is the current calibration factor, where Ω E is the rotation rate simulated at time k, and where SF 1 is the preset scale factor.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 28, bei der die Einrichtung (42) zum Simulieren ausgebildet ist, um ein Sekundäransteuersignal mit einer Frequenz gleich der Beobachterfrequenz anzulegen.Device according to one of Claims 26 to 28, in which the device ( 42 ) is designed for simulation in order to apply a secondary drive signal with a frequency equal to the observer frequency. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 29, bei der die Einrichtung (44) zum Simulieren ausgebildet ist, um eine Amplitude des Sekundäransteuersignals so einzustellen, dass die Amplitude (109a) des Sekundäranregungssignals (109) zum Anregen der Schwingeinrichtung (100) von einer Primäranregungsamplitude (107a) zum Anregen der Primäranregungseinrichtung (106), einer Primäranregungsfrequenz (107b), dem ersten Kompensationssignal (12a), dem zweiten Kompensationssignal (12b), den Frequenzganginformationen (22) und der zu simulierenden Drehrate abhängt, so dass durch Anregen der Schwingeinrichtung (102) in Richtung der Sekundärbewegung (104) eine auf den Sensor wirkende Drehrate simulierbar ist.Device according to one of Claims 26 to 29, in which the device ( 44 ) is designed for simulation in order to set an amplitude of the secondary drive signal such that the amplitude ( 109a ) of the Se secondary excitation signal ( 109 ) to excite the vibrating device ( 100 ) from a primary excitation amplitude ( 107a ) to excite the primary excitation device ( 106 ), a primary excitation frequency ( 107b ), the first compensation signal ( 12a ), the second compensation signal ( 12b ), the frequency response information ( 22 ) and the rotation rate to be simulated, so that by exciting the oscillating device ( 102 ) in the direction of the secondary movement ( 104 ) a rotation rate acting on the sensor can be simulated. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 30, bei der die Antriebsfrequenz gleich einer Resonanzfrequenz der Schwingeinrichtung aufgrund einer Primärbewegung ist.Device according to one of claims 26 to 30, wherein the Drive frequency equal to a resonance frequency of the vibrating device due to a primary movement is. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 31, bei der die Einrichtung (44) zum Simulieren ausgebildet ist, um das Sekundäransteuersignal abhängig von einer Regelung (49) des Primäransteuersignals einzustellen.Device according to one of Claims 26 to 31, in which the device ( 44 ) is designed to simulate the secondary control signal depending on a regulation ( 49 ) of the primary control signal. Vorrichtung nach Anspruch 32, bei der der Drehratensensor ferner eine Regelungseinrichtung (49) aufweist, um eine Amplituden- und/oder Phasenregelung des Primäransteuersignals durchzuführen.Apparatus according to claim 32, wherein the rotation rate sensor further comprises a control device ( 49 ) to perform an amplitude and / or phase control of the primary drive signal. Vorrichtung nach Anspruch 32 oder 33, bei der eine Amplitude des Sekundäransteuersignals folgendermaßen definiert ist:
Figure 00740001
wobei Uy' eine Amplitude des Sekundäransteuersignals bei einer Temperatur (T) ist, wobei ωp eine Primärresonanzfrequenz der Schwingeinrichtung bei einer Referenztemperatur ist, wobei ω2 die Beobachterfrequenz bei der Referenztemperatur ist, wobei βp eine Primärdämpfung bei der Referenztemperatur ist, wobei Ux eine Primäransteueramplitude bei der Referenztemperatur ist, wobei Uy eine Sekundäransteueramplitude bei der Referenztemperatur ist, wobei ω'p eine Primärresonanzfrequenz bei der aktuellen Temperatur ist, wobei ω2' eine Beobachterfrequenz bei der aktuellen Temperatur ist, wobei β'p eine Primärdämpfung bei der aktuellen Temperatur ist.
Apparatus according to claim 32 or 33, wherein an amplitude of the secondary drive signal is defined as follows:
Figure 00740001
where U y 'is an amplitude of the secondary drive signal at a temperature (T), where ω p is a primary resonance frequency of the oscillating device at a reference temperature, where ω 2 is the observer frequency at the reference temperature, where β p is a primary attenuation at the reference temperature, where U x is a primary drive amplitude at the reference temperature, where U y is a secondary drive amplitude at the reference temperature, where ω ' p is a primary resonance frequency at the current temperature, where ω 2 ' is an observer frequency at the current temperature, with β ' p being a primary damping at current temperature is.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 34, die ferner folgendes Merkmal aufweist: eine Einrichtung zum Berechnen eines aktuellen Nullpunktsignals basierend auf einem ersten Ausgangssignal zu einem ersten Zeitpunkt und einem zweiten Ausgangssignal zu einem anderen Zeitpunkt und basierend auf dem aktuellen Korrekturfaktor (kSF); und einer Einrichtung zum Berechnen eines kalibrierten Nullpunkts für die erste Ausgangssignalkomponente basierend auf einer Differenz zwischen dem aktuellen Nullpunktsignal und einem Soll-Nullpunktsignal.Apparatus according to any one of claims 26 to 34, further comprising: means for calculating a current zero point signal based on a first output signal at a first time and a second output signal at another time and based on the current correction factor (k SF ); and means for calculating a calibrated zero point for the first output signal component based on a difference between the current zero point signal and a target zero point signal. Vorrichtung nach Anspruch 35, bei der die Einrichtung zum Berechnen ausgebildet ist, um das aktuelle Nullpunktsignal folgendermaßen zu berechnen:
Figure 00750001
wobei NP1' das aktuelle Nullpunktsignal ist, wobei V1i'' die erste Ausgangssignalkomponente zum Zeitpunkt i ist, wobei V2i'' die zweite Ausgangssignalkomponente zum Zeitpunkt i ist, wobei V'1l die erste Ausgangssignalkomponente zum Zeitpunkt l ist, wobei V''2l die zweite Ausgangssignalkomponente zum Zeitpunkt l ist, wobei kSF der aktuelle Kalibrierungsfaktor ist.
Apparatus according to claim 35, in which the means for calculating is designed to calculate the current zero point signal as follows:
Figure 00750001
where NP 1 'is the current zero point signal , where V 1i ''is the first output signal component at time i, where V 2i ''is the second output signal component at time i, where V' 1l is the first output signal component at time i, where V '' 2l is the second output signal component at time l, where k SF is the current calibration factor .
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 34, die folgendes Merkmal aufweist: eine Einrichtung zum Berechnen eines aktuellen Nullpunktsignals basierend auf einem ersten Ausgangssignal zu einem ersten Zeitpunkt und einem mit dem Skalenfaktor korrigierten ersten Ausgangssignal zu dem ersten Zeitpunkt.Apparatus according to any one of claims 26 to 34, the following Feature has: a device for calculating a current Zero point signal based on a first output signal first time and a first corrected with the scale factor Output signal at the first time. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 34, die folgendes Merkmal aufweist: eine Einrichtung zum Bereitstellen einer Charakterisierung von Sensorparametern Skalenfaktor und Nullpunkt über der Temperatur; und einer Einrichtung zum Wiedergewinnen eines aktuellen Nullpunktsignals auf der Basis des berechneten aktuellen Skalenfaktors.Device according to one of claims 26 to 34, having the following feature: a device for providing a characterization of sensor parameters scale factor and zero point over temperature; and means for recovering a current zero point signal based on the calculated current scale factor. Verfahren zum Nachkalibrieren eines voreingestellten Skalenfaktors eines Drehratensensors mit einer Schwingeinrichtung (100), einer Primäranregungseinrichtung (106) zum Antreiben der Schwingeinrichtung (100) zu einer Primärbewegung (102), einer Sekundärerfassungseinrichtung (108) zum Ausgeben eines Ausgangssignals, das von einer Sekundärbewegung (104) der Schwingeinrichtung (100) und von einer Drehrate (101) des Drehratensensors um eine sensitive Achse desselben abhängt, mit folgenden Schritten: Ansteuern (40) der Primärantriebseinrichtung mit einem Primäransteuersignal, das eine erste Ansteuerkomponente bei einer Antriebsfrequenz (ω1) und eine zweite Ansteuerkomponente bei einer Beobachterfrequenz (ω2) aufweist; frequenzselektives Erfassen (42) des Ausgangssignals, um eine erste Ausgangssignalkomponente (V1) aufgrund der ersten Ansteuerkomponente und eine zweite Ausgangssignalkomponente (V2) aufgrund der zweiten Ansteuerkomponente zu erhalten; Simulieren (44) einer Drehrate (ΩE) durch Anregen der Schwingeinrichtung (100) in Richtung der Sekundärbewegung (104) mit einem Sekundäransteuersignal, das so eingestellt ist, dass die definierte Drehrate (ΩE) simuliert wird, wobei die Sekundäransteueramplitude von der zweiten Ansteuerkomponente mit der Beobachterfrequenz (ω2) abhängt; wobei der Schritt des frequenzselektiven Erfassens zu einem ersten Zeitpunkt (i), zu einem zweiten Zeitpunkt (j) und zu einem dritten Zeitpunkt (k) durchgeführt wird, und wobei zum dritten Zeitpunkt (k) der Schritt des Simulierens ausgeführt wird; und Berechnen (48) von Kalibrierungsinformationen, die von einem aktuellen Kalibrierungsfaktors (kSF) abhängen, unter Verwendung eines Ausgangssignals der Einrichtung (42) zum frequenzselektiven Erfassen zum ersten Zeitpunkt (i), zum zweiten Zeitpunkt (j) und zum dritten Zeitpunkt (k) und unter Verwendung der definierten Drehrate (ΩE).Method for recalibrating a preset scale factor of a rotation rate sensor with an oscillating device ( 100 ), a primary excitation device ( 106 ) to drive the vibrating device ( 100 ) to a primary movement ( 102 ), a secondary detection device ( 108 ) for outputting an output signal resulting from a secondary movement ( 104 ) of the vibrating device ( 100 ) and a rotation rate ( 101 ) of the yaw rate sensor depends on a sensitive axis of the same, with the following steps: 40 ) the primary drive device with a primary control signal, which has a first control component at a drive frequency (ω 1 ) and a second control component at an observer frequency (ω 2 ); frequency selective detection ( 42 ) of the output signal in order to obtain a first output signal component (V 1 ) due to the first drive component and a second output signal component (V 2 ) due to the second drive component; Simulate ( 44 ) a rotation rate (Ω E ) by exciting the oscillating device ( 100 ) in the direction of the secondary movement ( 104 ) with a secondary control signal that is set so that the defined yaw rate (Ω E ) is simulated, the secondary control amplitude depending on the second control component with the observer frequency (ω 2 ); wherein the step of frequency-selective detection is carried out at a first point in time (i), at a second point in time (j) and at a third point in time (k), and the step of simulating is carried out at the third point in time (k); and calculate ( 48 ) calibration information that depends on a current calibration factor (k SF ) using an output signal of the device ( 42 ) for frequency-selective detection at the first point in time (i), the second point in time (j) and the third point in time (k) and using the defined rotation rate (Ω E ). Computerprogramm mit einem Programmcode zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 16, 21, 25 oder 39.Computer program with a program code for performing the Method according to one of the claims 16, 21, 25 or 39.
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