[发明专利]具有非线性补偿的角测量的方法和设备

说明书

本发明涉及采用被设置成振动的谐振器的角测量的方法和设备。

这种装置或振动陀螺仪包括谐振器，该谐振器与用于设置成谐振的装置以及用于检测振动的装置相关联。设置成振动的装置和检测装置，例如静电换能器，被连接于处理电路，控制信号和测量或检测信号流过该处理电路。

测量的准确性取决于对给予谐振器的振动的掌控，谐振器对拟测量的角度载荷的响应直接依赖于振动的变化。

振动陀螺仪的应用因此需要测量振动的参数以监视其中的改变。

事实上，起因于静电换能器的检测信号一般分布在两个或更多个组中，使得观察振动变为可能。在换能器偏移一高DC电压的情形下，这些信号是时间的正弦曲线函数，其幅度和频率分别在施加于陀螺仪壳体的运动和温度的影响下改变。拟测量的运动被表征为几百赫兹的通频带，并通过若干秒的热时间常数滤除热波动。结果，检测到的信号的频谱被集中在一个频段内，该频段在谐振频率的任一侧延伸过几百赫兹。

使用半球形谐振器，在由换能器形成的底部中观察到的信号表现出一种椭圆形轨迹，其特征是其长轴长度p及其短轴长度q遵循下列方程：

p·cosθsinθ·cosφ+q·-sinθcosθ·sinφ]]>

φ·=ω0=2·π·F0]]>

角度θ表征振动相对于装置壳体的方向，而相位φ是相对于谐振角频率ω₀的时间的积分。

为了帮助其处理，通过处理电路的模/数转换系统对测量信号进行数字化。现在，转换系统的非线性影响了θ的估算。比如，相对于全比例的100ppm的非线性造成θ估算中100μ弧度数量级的误差。

可在工厂中在各工作温度下识别这些误差。通过对这些误差建模(表格、多项式)，则可以校正电角度的估算。最好地，这种方案使其可能补偿初始缺陷，但面对由于例如硬件器件的老化造成的变化仍然无能为力。

本发明的目的是提供一种限制误差随时间改变的影响的解决方案。

为此，根据本发明，这里提供一种借助谐振器进行角测量的方法，该谐振器与用于设置成振动的装置以及用于检测振动的装置相关联，这些装置连接于处理电路，控制信号和测量信号流过该处理电路，该方法包括对测量信号作数字化的步骤和从测量信号推导出角测量的步骤，其特征在于，该方法还包括下列步骤：

－执行数字化测量信号的频谱分析，由此检测其中起因于非线性的谐波失真；

－校正流过处理电路的至少一些信号，由此使非线性衰减。

本发明的方法因此利用起因于谐振器的信号的高频谱纯度以校正在操作中的数字化系统的线性缺陷。该方法利用数字化系统的非线性由测量信号中的谐振频率的频谱线谐波的出现所揭露的事实。为此，例如将补偿表关联于转换系统，由此使其操作线性化，然后以这样一种方式驱动以消除数字化信号的谐波失真。