DE102022212209A1

DE102022212209A1 - Betreibervorrichtung und Verfahren zum Betreiben eines Drehratensensors

Info

Publication number: DE102022212209A1
Application number: DE102022212209.7A
Authority: DE
Inventors: Angelo Dati; Joan GINER; Mirko Hattass; Thorsten BALSLINK
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-11-16
Filing date: 2022-11-16
Publication date: 2024-05-16
Also published as: US20240159535A1; CN118049980A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Betreibervorrichtung (10) für einen Drehratensensor, wobei mittels einer Elektronikeinrichtung (10a) der Betreibervorrichtung (10) unter Berücksichtigung mindestens einer auf einer Speichereinrichtung (10b) der Betreibervorrichtung (10) hinterlegten oder an die Elektronikeinrichtung (10a) bereitgestellten Antriebs-Frequenz-Größe (fa, ωa) bezüglich einer Antriebs-Eigenfrequenz (fa) einer harmonischen Antriebsschwingung einer seismischen Masse (12) des Drehratensensors und unter zusätzlicher Berücksichtigung mindestens einer von der Betreibervorrichtung (10) selbst-bestimmten an die Betreibervorrichtung (10) bereitgestellten Detektions-Frequenz-Größe bezüglich einer Detektions-Eigenfrequenz einer von einer Corioliskraft bewirkten Auslenk-Schwingbewegung der in die harmonische Antriebsschwingung versetzten seismischen Masse (12) oder bezüglich einer Differenz zwischen der Antriebs-Eigenfrequenz (fa) und der Detektions-Eigenfrequenz eine mechanische Verstärkung der Auslenk-Schwingbewegung und/oder eine Phasenverschiebung der Auslenk-Schwingbewegung gegenüber der harmonischen Antriebsschwingung der seismischen Masse (12) festlegbar sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Betreibervorrichtung für einen Drehratensensor und einen Drehratensensor. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Drehratensensors.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik, wie beispielsweise der DE 10 2014 211 646 A1 , sind Drehratensensoren bekannt. Ein derartiger Drehratensensor weist in der Regel mindestens eine seismische Masse, mindestens eine unverstellbar an und/oder in dem Drehratensensor befestigte Antriebs-Elektrode und mindestens eine unverstellbar an und/oder in dem Drehratensensor befestigte Detektor-Elektrode auf. Mittels einer zwischen der mindestens einen seismischen Masse und der mindestens einen zugeordneten Antriebs-Elektrode angelegten Wechselspannung ist die mindestens eine seismische Masse in eine resonante harmonische Antriebsschwingung versetzbar. Eine von einer Corioliskraft ausgelöste Auslenk-Schwingbewegung der mindestens einen in die harmonische Antriebsschwingung versetzten seismischen Masse ist mittels der mindestens einen zugeordneten Detektor-Elektrode detektierbar.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung schafft eine Betreibervorrichtung für einen Drehratensensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einen Drehratensensor mit den Merkmalen des Anspruchs 6 und ein Verfahren zum Betreiben eines Drehratensensors mit den Merkmalen des Anspruchs 7.
Vorteile der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft vorteilhafte Möglichkeiten zum verlässlichen Bestimmen einer mechanischen Verstärkung einer mittels einer Corioliskraft bewirkten Auslenk-Schwingbewegung einer in eine harmonische Antriebsschwingung versetzten seismischen Masse des Drehratensensors und/oder einer Phasenverschiebung der Auslenk-Schwingbewegung gegenüber der harmonischen Antriebsschwingung der seismischen Masse. Wie anhand der nachfolgenden Beschreibung deutlich wird, können die mechanische Verstärkung der Auslenk-Schwingbewegung und/oder die Phasenverschiebung der Auslenk-Schwingbewegung gegenüber der harmonischen Antriebsschwingung mittels der vorliegenden Erfindung ohne eine Erweiterung einer Hardware des jeweiligen Drehratensensors verlässlich bestimmt werden. Insbesondere entfällt bei einer Nutzung der vorliegenden Erfindung die herkömmliche Notwendigkeit zum Ausbilden einer zusätzlichen Sensorik an dem Drehratensensor, welche für einen weiteren Betrieb des Drehratensensors nicht genutzt werden kann. Die vorliegende Erfindung ermöglicht damit auch eine Miniaturisierung des Drehratensensors durch einen Verzicht auf eine derartige Sensorik. Damit trägt die vorliegende Erfindung auch zur Vereinfachung eines Designs des sie nutzenden Drehratensensors bei. Des Weiteren kann die vorliegende Erfindung, wie anhand der nachfolgenden Beschreibung deutlich wird, mittels einer vergleichsweise kostengünstigen und relativ wenig Bauraum benötigenden Elektronik ausgeführt werden.
Kern der Erfindung ist die Nutzung einer Vermessung eines Frequenzsplits zwischen der Antriebs-Eigenfrequenz der harmonischen Antriebsschwingung und der Detektions-Eigenfrequenz der von der Corioliskraft bewirkten Auslenk-Schwingbewegung zur Festlegung der mechanischen Verstärkung der Auslenk-Schwingbewegung und/oder der Phasenverschiebung der Auslenk-Schwingbewegung gegenüber der harmonischen Antriebsschwingung. Die auf diese Weise gewonnene mechanische Verstärkung der Auslenk-Schwingbewegung und/oder die entsprechend bestimmte Phasenverschiebung der Auslenk-Schwingbewegung gegenüber der harmonischen Antriebsschwingung können sowohl für einen Abgleich zum Kompensieren von Änderungen an einer Übertragungsfunktion des jeweiligen Drehratensensors als auch zur Korrektur einer Verstärkung oder eines Offsets des Drehratensensors vorteilhaft genutzt werden. Die mittels der vorliegenden Erfindung verlässlich bestimmbare mechanische Verstärkung der Auslenk-Schwingbewegung der seismischen Masse des jeweiligen Drehratensensors und/oder die alternativ oder ergänzend bestimmbare Phasenverschiebung der Auslenk-Schwingbewegung gegenüber der harmonischen Antriebsschwingung der seismischen Masse eignen sich nicht nur zum Ermitteln von Auswirkungen einer Stressbelastung des jeweiligen Drehratensensors, sondern auch zum Neueinstellen/Rekalibrieren des Drehratensensors zum Minimieren oder Beheben der Auswirkungen der Stressbelastungen. Derartige „herauskorrigierbare“ Stressbelastungen sind beispielsweise mechanische Einwirkungen auf den Drehratensensor durch einen Lötprozess, mechanische Einwirkungen auf den Drehratensensor durch dessen Umspritzen mit einer Moldmasse, eine Aussetzung des Drehratensensors an eine Feuchtigkeit und/oder ein Einwirken einer externen Kraft auf den Drehratensensor. Solche Stressbelastungen führen herkömmlicherweise häufig zu einer Änderung der mechanischen Verstärkung der Auslenk-Schwingbewegung und/oder der Phasenverschiebung der Auslenk-Schwingbewegung gegenüber der harmonischen Antriebsschwingung. Wie anhand der nachfolgenden Beschreibung deutlich wird, kann jedoch mittels der vorliegenden Erfindung der jeweilige Drehratensensor trotz seiner Aussetzung an Stressbelastungen, welche die mechanische Verstärkung und/oder die Phasenverschiebung verändern, nachfolgend so neu eingestellt/rekalibriert werden, dass weiterhin ein verlässlicher Betrieb des jeweiligen Drehratensensors gewährleistet bleibt.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Betreibervorrichtung ist die Elektronikeinrichtung derart ausgelegt und/oder programmiert, dass mittels der Elektronikeinrichtung die mechanische Verstärkung G unter Berücksichtigung einer Antriebs-Kreisfrequenz ω_a der harmonischen Antriebsschwingung als der mindestens einen Antriebs-Frequenz-Größe und unter zusätzlicher Berücksichtigung einer Kreisfrequenz-Differenz Δω zwischen der Antriebs-Kreisfrequenz ω_a und einer Detektions-Kreisfrequenz ω_s der Auslenk-Schwingbewegung als der mindestens einen Detektions-Frequenz-Größe festlegbar ist gemäß der Gleichung: $G = \frac{K}{\sqrt{{(1 - {(\frac{ω_{a}}{ω_{a} \pm Δ ω})}^{2})}^{2} + {(\frac{ω_{a}}{Q * (ω_{a} \pm Δ ω)})}^{2}}},$
wobei der Verstärkungskoeffizient K und die Güte Q auf der Speichereinrichtung der Betreibervorrichtung hinterlegt und/oder von der Elektronikeinrichtung berechnet sind. Mittels der hier beschriebenen Auslegung der Elektronikeinrichtung kann die mechanische Verstärkung der Auslenk-Schwingbewegung der seismischen Masse verlässlich bestimmt werden.
Alternativ oder ergänzend kann die Elektronikeinrichtung auch derart ausgelegt und/oder programmiert sein, dass mittels der Elektronikeinrichtung die Phasenverschiebung Φ unter Berücksichtigung der Antriebs-Kreisfrequenz ω_a der harmonischen Antriebsschwingung als der mindestens einen Antriebs-Frequenz-Größe und unter zusätzlicher Berücksichtigung der Detektions-Kreisfrequenz ω_s der Auslenk-Schwingbewegung als der mindestens einen Detektions-Frequenz-Größe festlegbar ist gemäß der Gleichung: $arctan (Φ) = \frac{ω_{a}}{Q * ω_{s}} \frac{1}{1 - {(\frac{ω_{a}}{ω_{s}})}^{2}},$
wobei die Güte Q auf der Speichereinrichtung der Betreibervorrichtung hinterlegt oder von der Elektronikeinrichtung berechnet ist. Auf diese Weise lässt sich auch die Phasenverschiebung mittels einer kostengünstigen und wenig Bauraum benötigenden Elektronik bestimmen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Betreibervorrichtung ist die Elektronikeinrichtung derart ausgelegt und/oder programmiert ist, dass mittels der Elektronikeinrichtung unter Berücksichtigung einer Phasenverschiebungs-Abweichung ΔΦ der festgelegten Phasenverschiebung Φ von einer auf der Speichereinrichtung der Betreibervorrichtung hinterlegten Soll-Phasenverschiebung Φ₀ ein Offset ΔR festlegbar ist gemäß der Gleichung: ΔR = ΔΦ * Qu, wobei das Quadratursignal Qu auf der Speichereinrichtung der Betreibervorrichtung hinterlegt oder während eines Betriebs der Betreibervorrichtung von der Elektronikeinrichtung bestimmt ist. Die Kenntnis des Offsets ist für dessen Korrektur wichtig.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Betreibervorrichtung ist die Elektronikeinrichtung derart ausgelegt und/oder programmiert, dass mittels der Elektronikeinrichtung unter Berücksichtigung der festgelegten mechanischen Verstärkung, der festgelegten Phasenverschiebung und/oder des festgelegten Offsetsund unter zusätzlicher Berücksichtigung einer auf der Speichereinrichtung der Betreibervorrichtung hinterlegten Soll-Größe bezüglich eines Soll-Verstärkungsfaktors eines Signalpfades des kapazitiven Sensors mindestens eine Verstärkungs-Einrichtung in dem Signalpfad derart einstellbar oder regelbar ist, dass ein Ist-Verstärkungsfaktor des Signalpfades der Soll-Größe entspricht. Auf diese Weise kann der Drehratensensor/sein Signalpfad derart nachkalibriert/nachgeregelt werden, dass eine resultierende Funktionsfähigkeit des Drehratensensors optimiert ist.
Die vorausgehend beschriebenen Vorteile sind auch bei einem Drehratensensor mit einer derartigen Betreibervorrichtung gewährleistet.
Auch ein Ausführen eines korrespondierenden Verfahrens zum Betreiben eines Drehratensensors bewirkt die oben beschriebenen Vorteile. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das Verfahren gemäß den oben erläuterten Ausführungsformen der Betreibervorrichtung weitergebildet werden kann.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird zum Bestimmen der mindestens einen Detektions-Frequenz-Größe der in die harmonische Antriebsschwingung mit der Antriebs-Eigenfrequenz versetzten seismischen Masse eine variable Wechselspannung mit einer variierenden Testfrequenz zwischen der seismischen Masse und mindestens einer Quadraturelektrode des Drehratensensors angelegt, und untersucht, bei welcher Testfrequenz die seismische Masse mittels der variablen Wechselspannung in eine resonante Schwingung versetzt wird. Dies ermöglicht eine verlässliche Bestimmung der mindestens einen Detektions-Frequenz-Größe.
Alternativ kann zum Bestimmen der mindestens einen Detektions-Frequenz-Größe der in die harmonische Antriebsschwingung mit der Antriebs-Eigenfrequenz versetzten seismischen Masse ein kurzes konstantes Spannungssignal zwischen der seismischen Masse und der mindestens einen Quadraturelektrode des Drehratensensors angelegt werden. Auch auf diese Weise kann die mindestens eine Detektions-Frequenz-Größe verlässlich bestimmt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird unter Berücksichtigung der festgelegten mechanischen Verstärkung und/oder der festgelegten Phasenverschiebung und unter zusätzlicher Berücksichtigung einer vorgegebenen Soll-Größe bezüglich eines Soll-Verstärkungsfaktors eines Signalpfades des kapazitiven Sensors mindestens eine Verstärkungs-Einrichtung in dem Signalpfad derart eingestellt oder geregelt, bis ein Ist-Verstärkungsfaktor des Signalpfades der Soll-Größe entspricht. Auf diese Weise ist eine Neueinstellung/Nachkalibrierung des Drehratensensors/seines Signalpfades möglich, durch welche Auswirkungen von mechanischen Stressbelastungen, welche die mechanische Verstärkung und/oder die Phasenverschiebung beeinträchtigen, minimiert/behoben werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

1a bis 1c schematische Darstellungen eines Drehratensensors zum Erläutern einer Funktionsweise einer damit zusammenwirkenden Ausführungsform der Betreibervorrichtung; und
2a bis 2e ein Flussdiagramm und Koordinatensysteme zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben eines Drehratensensors.

Ausführungsformen der Erfindung
1a bis 1c zeigen schematische Darstellungen eines Drehratensensors zum Erläutern einer Funktionsweise einer damit zusammenwirkenden Ausführungsform der Betreibervorrichtung.
Der in 1a bis 1c schematisch wiedergegebene Drehratensensor ist als „open-loop-Drehratensensor“ zur Messung einer Drehrate und/oder einer Rotiergeschwindigkeit basierend auf einer Nutzung einer Corioliskraft ausgelegt. Es wird jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass eine Verwendbarkeit der im Weiteren beschriebenen Betreibervorrichtung 10 auf keinen speziellen Sensortyp von Drehratensensoren limitiert ist. Stattdessen kann die Betreibervorrichtung 10 mit (nahezu) jedem Drehratensensor zusammenwirken, welcher zumindest eine seismische Masse 12 aufweist, welche in eine harmonische Antriebsschwingung mit einer Antriebs-Eigenfrequenz f_a derart versetzbar ist, dass eine Corioliskraft eine Auslenk-Schwingbewegung der in die harmonische Antriebsschwingung versetzten seismischen Masse 12 auslösen kann. Unter der seismischen Masse 12 ist eine verstellbar an und/oder in dem Drehratensensor angeordnete Masse 12 zu verstehen. Vorzugsweise ist die seismische Masse 12 über mindestens eine Feder 14 derart an einer Substratoberfläche 16a eines Substrats 16 angebunden, dass die seismische Masse 12 unter einer Verformung der mindestens einen Feder 14 in Bezug zu dem Substrat 16 verstellt werden kann. Die Ausrichtung der Substratoberfläche 16a des Substrats 16 in den 1a bis 1c senkrecht zur z-Achse ist nur beispielhaft zu interpretieren.
Bei der Ausführungsform der 1a bis 1c ist/wird die seismische Masse 12 über einen nicht bildlich wiedergegebenen Antriebsmechanismus des Drehratensensors in die mittels der Pfeile 18 wiedergegebene harmonische Antriebsschwingung, insbesondere in eine resonante harmonische Antriebsschwingung, versetzbar/versetzt (siehe 1a). Beispielsweise kann der Drehratensensor mindestens eine unverstellbar an und/oder in dem Drehratensensor befestigte Antriebs-Elektrode aufweisen, wobei ein variierendes Spannungssignal derart zwischen der seismischen Masse 12 und der mindestens einen zugeordneten Antriebs-Elektrode anlegbar ist, dass die seismische Masse 12 in die harmonische Antriebsschwingung versetzbar ist/versetzt wird. Bevorzugter Weise ist die harmonische Antriebsschwingung der seismischen Masse 12 parallel zu der Substratoberfläche 16a des Substrats 16. Lediglich beispielhaft verläuft in 1a die (resonante) harmonische Antriebsschwingung der seismischen Masse 12 entlang der y-Achse.
Wie in der 1b bildlich wiedergegeben ist, bewirkt eine Rotation des Drehratensensors mit einer senkrecht zu der Substratoberfläche 16a des Substrats 16 ausgerichteten Rotationskomponente ungleich Null eine (zusätzliche) Auslenk-Schwingbewegung der in die harmonische Antriebsschwingung versetzten seismischen Masse 12, welche mittels der Pfeile 20 angezeigt ist. Insbesondere kann die Corioliskraft in diesem Fall eine parallel zu der Substratoberfläche 16a des Substrats 16 und senkrecht zu der harmonischen Antriebsschwingung der seismischen Masse 12 ausgerichtete Auslenk-Schwingbewegung der seismischen Masse 12 auslösen. In dem Beispiel der 1b ist deshalb die Auslenk-Schwingbewegung der seismischen Masse 12 entlang der x-Achse ausgerichtet.
Anhand der 1b und 1c ist erkennbar, dass mindestens eine Detektor-Elektrode 22 derart unverstellbar an und/oder in dem Drehratensensor befestigt ist, dass die mittels der Corioliskraft bewirkte Auslenk-Schwingbewegung der seismischen Masse 12 bei dem Drehratensensor zu einer Variation eines jeweiligen Abstands der seismischen Masse 12 zu der mindestens einen Detektor-Elektrode 22 führt. Die mindestens eine Detektor-Elektrode 22 kann deshalb während eines Nachweis- und/oder Messbetriebs des Drehratensensors zum Nachweisen und/oder Detektieren der Auslenk-Schwingbewegung der seismischen Masse 12 verwendet werden.
Allerdings können während einer Weiterverarbeitung des Drehratensensors, wie beispielsweise bei einer Befestigung des Drehratensensors an einer Kontaktierelektronik und/oder bei einer Verpackung des Drehratensensors, und während eines Betriebs des Drehratensensors Stressbelastungen zu einer mechanischen Verformung des Drehratensensors führen. Stressbelastungen haben damit herkömmlicherweise auch Einfluss auf eine Sensitivität/Empfindlichkeit S des Drehratensensors. Mittels der im Weiteren beschriebenen Ausbildung der Betreibervorrichtung 10 ist jedoch auch nach einem Einwirken von Stressbelastungen auf den Drehratensensor eine Sicherstellung einer vorteilhaften Sensitivität/Empfindlichkeit S des Drehratensensors ermöglicht.
Die Betreibervorrichtung 10 kann wahlweise eine Untereinheit des Drehratensensors oder extern von dem Drehratensensor angeordnet sein. Die Betreibervorrichtung 10 weist eine Elektronikeinrichtung 10a auf, welche derart ausgelegt und/oder programmiert ist, dass mittels der Elektronikeinrichtung 10a unter Berücksichtigung mindestens einer Antriebs-Frequenz-Größe f_a und ω_a bezüglich der Antriebs-Eigenfrequenz f_a der harmonischen Antriebsschwingung der seismischen Masse 12 und unter zusätzlicher Berücksichtigung mindestens einer Detektions-Frequenz-Größe f_s, ω_s, Δf und Δω bezüglich einer Detektions-Eigenfrequenz f_s der von der Corioliskraft bewirkten (zusätzlichen) Auslenk-Schwingbewegung der (gleichzeitig in die harmonische Antriebsschwingung versetzten) seismischen Masse 12 oder bezüglich einer Differenz Δf und Δω zwischen der Antriebs-Eigenfrequenz f_a und der Detektions-Eigenfrequenz f_s eine mechanische Verstärkung G der Auslenk-Schwingbewegung und/oder eine Phasenverschiebung Φ der Auslenk-Schwingbewegung gegenüber der harmonischen Antriebsschwingung der seismischen Masse 12 festlegbar sind/festgelegt werden. Die Betreibervorrichtung 10/ihre Elektronikeinrichtung 10a kann somit mit der mechanischen Verstärkung G der Auslenk-Schwingbewegung und/oder der Phasenverschiebung Φ der Auslenk-Schwingbewegung gegenüber der harmonischen Antriebsschwingung Daten bestimmen, deren Kenntnis zum weiteren Betrieb des Drehratensensors vorteilhaft ist. Da die mechanische Verstärkung G und die Phasenverschiebung Φ als die Sensitivität/Empfindlichkeit S des Drehratensensors beeinflussende Größen von Stressbelastungen auf den Drehratensensor beeinflusst werden, kann die Kenntnis dieser Daten insbesondere auch dazu genutzt werden, die Auswirkungen der Stressbelastungen auf den Drehratensensor zu minimieren oder zu beheben. Derartige Stressbelastungen, welche mittels der Betreibervorrichtung 10 minimierbar oder behebbar sind, treten beispielsweise bei einem Lötprozess, bei einem Umspritzen des Drehratensensors mit einer Moldmasse, bei einer Aussetzung des Drehratensensors an Feuchtigkeit oder bei einer Einwirkung einer externen Kraft auf den Drehratensensor häufig auf. Mittels der hier erläuterten Ausbildung der Betreibervorrichtung 10 müssen jedoch die herkömmlichen Nachteile derartiger Stressbelastungen während eines weiteren Betriebs des Drehratensensors nicht/kaum in Kauf genommen werden.
Die mindestens eine Antriebs-Frequenz-Größe f_a und ω_a kann beispielsweise die Antriebs-Eigenfrequenz f_a und/oder eine Antriebs-Kreisfrequenz ω_a (ω_a = 2πf_a) sein. Die mindestens eine Antriebs-Frequenz-Größe f_a und ω_a bezüglich der Antriebs-Eigenfrequenz f_a der harmonischen Antriebsschwingung der seismischen Masse 12 ist meistens eine feste Größe des Drehratensensors. Die mindestens eine Antriebs-Frequenz-Größe f_a und ω_a kann deshalb auf einer Speichereinrichtung 10b der Betreibervorrichtung 10 hinterlegt/abgespeichert sein. Alternativ kann die mindestens eine Antriebs-Frequenz-Größe f_a und ω_a auch, beispielsweise von einer (nicht-skizzierten) Sensorik des Drehratensensors, an die Betreibervorrichtung 10, bereitgestellt sein.
Die mindestens eine Detektions-Frequenz-Größe f_s, ω_s, Δf und Δω ist z.B. die Detektions-Eigenfrequenz f_s, eine Detektions-Kreisfrequenz ω_s (ω_s = 2πf_s), eine Eigenfrequenz-Differenz Δf zwischen der Antriebs-Eigenfrequenz f_a und der Detektions-Eigenfrequenz f_s und/oder eine Kreisfrequenz-Differenz Δω zwischen der Antriebs-Kreisfrequenz ω_a und der Detektions-Kreisfrequenz ω_s. Wie anhand der nachfolgenden Beschreibung deutlich wird, kann die mindestens eine Detektions-Frequenz-Größe f_s, ω_s, Δf und Δω von der Betreibervorrichtung 10/ihrer Elektronikeinrichtung 10a bestimmt sein. Alternativ kann die mindestens eine Detektions-Frequenz-Größe f_s, ω_s, Δf und Δω auch von der Sensorik des Drehratensensors gemessen und anschließend an die Betreibervorrichtung 10/ihre Elektronikeinrichtung 10a bereitgestellt sein.
Die mechanische Verstärkung G ist Teil eines Signalpfades des Drehratensensors und bestimmt damit einen wesentlichen Teil der Sensitivität/Empfindlichkeit S des Drehratensensors. Vorzugsweise ist die Elektronikeinrichtung 10a derart ausgelegt und/oder programmiert, dass mittels der Elektronikeinrichtung 10a die mechanische Verstärkung G unter Berücksichtigung der Antriebs-Kreisfrequenz ω_a der harmonischen Antriebsschwingung als der mindestens einen Antriebs-Frequenz-Größe f_a und ω_a und unter zusätzlicher Berücksichtigung der Kreisfrequenz-Differenz Δω zwischen der Antriebs-Kreisfrequenz ω_a und der Detektions-Kreisfrequenz ω_s als der mindestens einen Detektions-Frequenz-Größe f_s, ω_s, Δf und Δω gemäß der Gleichung (Gl. 1) festlegbar ist mit: $G = \frac{K}{\sqrt{{(1 - {(\frac{ω_{a}}{ω_{a} \pm Δ ω})}^{2})}^{2} + {(\frac{ω_{a}}{Q * (ω_{a} \pm Δ ω)})}^{2}}},$
wobei der Verstärkungskoeffizient K und die Güte Q auf der Speichereinrichtung 10b der Betreibervorrichtung 10a hinterlegt und/oder von der Elektronikeinrichtung 10a berechnet sind. Der zur Festlegung der mechanischen Verstärkung G mitverwendete Verstärkungskoeffizient K kann auch als eine statische Verstärkung K des Drehratensensors bezeichnet werden. Der Verstärkungskoeffizient K und die Güte Q können z.B. bei einer (Erst-) Kalibrierung des Drehratensensors bestimmt und/oder festgelegt und anschließend auf der Speichereinrichtung 10b der Betreibervorrichtung 10 abgespeichert werden.
Die Phasenverschiebung Φ der Auslenk-Schwingbewegung gegenüber der harmonischen Antriebsschwingung der seismischen Masse 12 ist für eine Stabilität eines Offsets des Drehratensensors relevant. Mittels einer Kenntnis der Phasenverschiebung Φ kann beispielsweise verhindert werden, dass nicht von einer Corioliskraft erzeugte Signale sich durch einen Fehlabgleich der Phasenverschiebung Φ auf das Drehratensignal addieren. Bevorzugter Weise ist die Elektronikeinrichtung 10a deshalb dazu ausgelegt und/oder programmiert, die Phasenverschiebung Φ unter Berücksichtigung der Antriebs-Kreisfrequenz ω_a der harmonischen Antriebsschwingung als der mindestens einen Antriebs-Frequenz-Größe f_a und ω_B und unter zusätzlicher Berücksichtigung der Detektions-Kreisfrequenz ω_s der Auslenk-Schwingbewegung als der mindestens einen Detektions-Frequenz-Größe f_s, ω_s, Δf und Δω gemäß der Gleichung (Gl. 2) festzulegen mit: $arctan (Φ) = \frac{ω_{a}}{Q * ω_{s}} \frac{1}{1 - {(\frac{ω_{a}}{ω_{s}})}^{2}}$
Wahlweise kann (zumindest) die Güte Q auf der Speichereinrichtung 10b der Betreibervorrichtung 10 hinterlegt/abgespeichert sein. Alternativ kann die Güte Q auch von der Elektronikeinrichtung 10a berechnet sein.
Zur Bestimmung der mechanischen Verstärkung G und/oder der Phasenverschiebung Φ der Auslenk-Schwingbewegung gegenüber der harmonischen Antriebsschwingung kann auch ein komplexeres analytisches und/oder numerisches Modell auf der Elektronikeinrichtung 10a hinterlegt sein. Alternativ kann auf der Speichereinrichtung 10b der Betreibervorrichtung 10 auch eine andere Funktion Φ = f(ω_s, Φ₀) hinterlegt sein, mittels welcher sich die Phasenverschiebung Φ unter Verwendung der Detektions-Kreisfrequenz ω_s der Auslenk-Schwingbewegung als der mindestens einen Detektions-Frequenz-Größe f_s, ω_s, Δf und Δω und einer für den Drehratensensor vorgegebenen Soll-Phasenverschiebung Φ₀ neu bestimmen lässt. Evtl. kann auch noch mindestens ein weiterer Parameter bei der Neubestimmung der Phasenverschiebung Φ mitberücksichtigt werden.
Eine Phasenverschiebungs-Abweichung ΔΦ der Phasenverschiebung Φ von der für den Drehratensensor vorgegebenen Soll-Phasenverschiebung Φ₀ führt auch zu einem fehlerhaften Offset ΔR. Es ist darum vorteilhaft, wenn mittels der Elektronikeinrichtung 10a auch der Offset ΔR festlegbar ist. Der Offset ΔR kann beispielsweise unter Berücksichtigung der Phasenverschiebungs-Abweichung ΔΦ der festgelegten Phasenverschiebung Φ von der Soll-Phasenverschiebung Φ₀ gemäß der Gleichung (Gl. 3) festgelegt werden mit: $Δ R = Δ Φ * Q_{U}$
In diesem Fall können (zumindest) die Soll-Phasenverschiebung Φ₀ und/oder das Quadratursignal Qu auf der Speichereinrichtung 10b der Betreibervorrichtung 10 hinterlegt/abgespeichert sein. Alternativ kann das Quadratursignal Qu auch während eines Betriebs der Betreibervorrichtung 10 von der Elektronikeinrichtung 10a bestimmt sein, insbesondere indem das Quadratursignal Qu parallel/„live“ mit gemessen wird.
Des Weiteren kann auch die Sensitivität/Empfindlichkeit S des Drehratensensors neueingestellt werden, indem auf der Speichereinrichtung 10b der Betreibervorrichtung 10 eine Funktion S = f(ω_s, S₀) hinterlegt ist, mittels welcher sich die Sensitivität/Empfindlichkeit S unter Verwendung der Detektions-Kreisfrequenz ω_s der Auslenk-Schwingbewegung als der mindestens einen Detektions-Frequenz-Größe f_s, ω_s, Δf und Δω und einer zuvor geltenden Sensitivität/Empfindlichkeit S₀ des Drehratensensors neu bestimmen lässt. Evtl. kann auch noch mindestens ein weiterer Parameter bei der Neubestimmung der Sensitivität/Empfindlichkeit S mitberücksichtigt werden.
Als vorteilhafte Weiterbildung kann die Betreibereinrichtung 10/ihre Elektronikeinrichtung 10a auch dazu ausgelegt/programmiert sein, eine sogenannte „Frequenzlücke“ des Drehratensensors, d.h. die Eigenfrequenz-Differenz Δf zwischen der Antriebs-Eigenfrequenz f_a und der Detektions-Eigenfrequenz f_s und/oder die Kreisfrequenz-Differenz Δω zwischen der Antriebs-Kreisfrequenz ω_a und der Detektions-Kreisfrequenz ω_s, als wesentlichen Systemparameter, der auf verschiedene Eigenschaften des Drehratensensors Einfluss hat, selbst zu bestimmen. Insbesondere kann die Betreibervorrichtung 10/ihre Elektronikeinrichtung 10a dabei eine evtl. Ausstattung des Drehratensensors mit mindestens einer sogenannten Quadraturelektrode 24a und 24b nutzen. Unter der mindestens einen Quadraturelektrode 24a und 24b ist ein Elektrodentyp zu verstehen, welcher derart an und/oder in dem Drehratensensor befestigt ist, dass eine zu der seismischen Masse 12 ausgerichtete Elektrodenfläche 26a und 26b der mindestens einen Quadraturelektrode 24a und 24b parallel zu der harmonischen Antriebsschwingung ausgerichtet ist und ein Flächenüberlapp zwischen der jeweiligen Elektrodenfläche 26a oder 26b und der in die harmonische Antriebsschwingung versetzten und in einer senkrecht zu der harmonischen Antriebsschwingung ausgerichteten Richtung x auf die jeweilige Elektrodenfläche 26a oder 26b projizierten seismischen Masse 12 variiert. Die mindestens eine Quadraturelektrode 24a und 24b ist damit typischerweise so ausgebildet, dass eine Potentialdifferenz zwischen der jeweiligen Quadraturelektrode 24a und 24b und der seismischen Masse 12 eine von einer aktuellen Amplitude der harmonischen Antriebsschwingung der seismischen Masse 12 abhängige Kraft zwischen der jeweiligen Quadraturelektrode 24a und 24b und der seismischen Masse 12 in der senkrecht zu der harmonischen Antriebsschwingung ausgerichteten Richtung x bewirkt.
Als vorteilhafte Weiterbildung kann deshalb die Betreibervorrichtung 10 eine Spannungsanlegeeinrichtung 10c aufweisen, welche derart ausgelegt und/oder programmiert ist, dass, während die seismische Masse 12 in die harmonische Antriebsschwingung mit der Antriebs-Eigenfrequenz f_a versetzt ist, mittels der Spannungsanlegeeinrichtung 10c eine variable Wechselspannung U_v zwischen der seismischen Masse 12 und der mindestens einen Quadraturelektrode 24a und 24b anlegbar ist/angelegt wird. Unter der variablen Wechselspannung U_v ist ein Spannungssignal mit einer innerhalb eines Frequenzbereiches [f_min, f_max] variierenden Testfrequenz f_t zu verstehen. Der Frequenzbereich [f_min, f_max] entspricht vorzugsweise einem Bereich der zu erwartenden Eigenfrequenz-Differenz Δf. Aufgrund der harmonischen Antriebsschwingung der seismischen Masse 12 mit der Antriebs-Eigenfrequenz f_a wird die mittels der angelegten variablen Wechselspannung bewirkte Kraft zwischen der seismischen Masse 12 und der mindestens einen Quadraturelektrode 24a und 24b moduliert. Die mittels der variablen Wechselspannung U_v bewirkte Anregung der seismischen Masse 12 ist deshalb dann resonant, wenn eine Summe der Antriebs-Eigenfrequenz f_a und der Testfrequenz f_t gleich der Detektions-Eigenfrequenz f_s ist. Dies gilt, wenn die Testfrequenz f_t gleich der Eigenfrequenz-Differenz Δf ist. Entsprechend wird auch eine senkrecht zu der harmonischen Antriebsschwingung ausgerichtete Amplitude der mittels der variablen Wechselspannung U_v ausgelösten Test-Schwingbewegung der seismischen Masse 12 maximal, sobald die Testfrequenz f_t gleich der Eigenfrequenz-Differenz Δf ist. Mittels einer Vermessung der Übertragungsfunktion des Drehratensensors kann deshalb die Eigenfrequenz-Differenz Δf verlässlich und genau bestimmt werden.
Alternativ kann die Spannungsanlegeeinrichtung 10c auch dazu ausgelegt/programmiert sein, während der harmonischen Antriebsschwingung der seismischen Masse 12 mit der Antriebs-Eigenfrequenz f_a ein kurzes konstantes Spannungssignal Uc (ungleich Null) zwischen der seismischen Masse 12 und der mindestens einen Quadraturelektrode 24a und 24b anzulegen. Ein derartiges „sprunghaftes Einschalten“ des kurzen Spannungssignals Uc zwischen der seismischen Masse 12 und der mindestens einen Quadraturelektrode 24a und 24b bewirkt eine zusätzliche Test-Schwingbewegung der seismischen Masse 12 in die senkrecht zu der harmonischen Antriebsschwingung ausgerichtete Richtung x. Ein Anteil von Moden mit der Detektions-Eigenfrequenz f_s an der Test-Schwingbewegung der seismischen Masse 12 klingt ab, bis die seismische Masse 12 senkrecht zu der harmonischen Antriebsschwingung nur noch mit der Antriebs-Eigenfrequenz f_a schwingt. Die sich ändernde Amplitude der Test-Schwingbewegung kann mittels eines zwischen der seismischen Masse 12 und der mindestens einen Quadraturelektrode 24a und 24b abgegriffenen Messsignals detektiert werden. Durch die Demodulation des Messsignals bei der Antriebs-Eigenfrequenz f_a wird zu Beginn der Test-Schwingbewegung die Eigenfrequenz-Differenz Δf zwischen der Antriebs-Eigenfrequenz f_a und der Detektions-Eigenfrequenz f_s erkennbar. Zum Bestimmen der Eigenfrequenz-Differenz Δf anhand des Messsignals können z.B. ein numerischer Fit ausgeführt oder die Nulldurchgänge des Messsignals untersucht werden.
Als weitere vorteilhafte Weiterbildung kann die Elektronikeinrichtung 10a auch dazu ausgelegt und/oder programmiert sein, unter Berücksichtigung der festgelegten mechanischen Verstärkung G, der festgelegten Phasenverschiebung Φ und/oder des festgelegten Offsets ΔR und unter zusätzlicher Berücksichtigung einer auf der Speichereinrichtung 10b der Betreibervorrichtung 10 hinterlegten Soll-Größe Ω bezüglich eines Soll-Verstärkungsfaktors eines (nicht dargestellten) Signalpfades des kapazitiven Sensors mindestens eine Verstärkungs-Einrichtung in dem Signalpfad derart einzustellen oder zu regeln, dass ein Ist-Verstärkungsfaktor des Signalpfades der Soll-Größe Ω entspricht. Unter dem Signalpfad können auch ein Verstärkungspfad des kapazitiven Sensors und/oder ein Datenpfad des kapazitiven Sensors verstanden werden. Beispielsweise wird durch Multiplizieren mit einem digitalen Verstärkungsfaktor bewirkt, dass eine IST-Empfindlichkeit des kapazitiven Sensors einer als Soll-Größe Ω vorgegebenen Referenz- oder Ziel-Empfindlichkeit entspricht. Dies realisiert einen Abgleich/eine Neukalibrierung des Drehratensensors, wodurch beispielsweise seine digitale Verstärkung so neu-eingestellt/neu-kalibriert werden kann, dass Schwankungen in einer Übertragungsfunktion des Drehratensensors, wie speziell durch bauteilspezifische Abweichungen in seiner Güte Q und/oder in der Lage seiner Detektions-Eigenfrequenzen f_s, ausgeglichen werden. Auch eine Phasenlage oder ein Offset-Abgleich kann auf diese Weise neu-eingestellt/neu-kalibriert werden. Auf diese Weise können insbesondere Stresseinflüsse auf die Detektions-Eigenfrequenz f_s minimiert/ausgeglichen werden. Zusätzlich können aus der Messung der Eigenfrequenz-Differenz Δf weitere Einstellungen, wie speziell Filtereinstellungen, im Signalpfad des Drehratensensors angepasst/optimiert werden.
Die in dem vorausgehenden Absatz beschriebene vorteilhafte Ausbildung der Betreibervorrichtung 10 ermöglicht somit auch eine Neueinstellung/Rekalibrierung des Drehratensensors. Auswirkungen von mechanischen Stressbelastungen auf den Drehratensensorkönnen auf diese Weise „herauskorrigiert“ werden. Selbst bei einer Deformation des Drehratensensors, beispielsweise seiner MEMS-Struktur und/oder seiner Verpackung, kann die Betreibervorrichtung 10 mittels der vorteilhaften Neueinstellung/Nachkalibrierung des Drehratensensors noch dessen Funktionsweise hinsichtlich einer gewünschten Soll-Funktionsweise optimieren.
2a bis 2e zeigen ein Flussdiagramm und Koordinatensysteme zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben eines Drehratensensors.
Das hier beschriebene Verfahren kann z.B. mittels des vorausgehend erläuterten Drehratensensors ausgeführt werden. Eine Ausführbarkeit des Verfahrens ist jedoch auf keinen speziellen Drehratensensortyp beschränkt.
In einem Verfahrensschritt S1 wird, während zumindest eine seismische Masse des Drehratensensors in eine harmonische Antriebsschwingung mit einer Antriebs-Eigenfrequenz der harmonischen Antriebsschwingung versetzt ist, mindestens eine Detektions-Frequenz-Größe bestimmt. Evtl. wird die seismische Masse des Drehratensensors in einem vor dem Verfahrensschritt S1 ausgeführten Verfahrensschritt S0 in die harmonische Antriebsschwingung mit der Antriebs-Eigenfrequenz versetzt. Auf eine Möglichkeit zum Ausführen des Verfahrensschritts S0 ist oben schon eingegangen.
Wie oben bereits erklärt ist, ist unter der mindestens einen Detektions-Frequenz-Größe jeweils eine Größe bezüglich einer Detektions-Eigenfrequenz einer von einer Corioliskraft bewirkten Auslenk-Schwingbewegung der seismischen Masse oder bezüglich einer Differenz zwischen der Antriebs-Eigenfrequenz und der Detektions-Eigenfrequenz zu verstehen. Beispiele für die mindestens eine Detektions-Frequenz-Größe sind oben schon aufgezählt.
Zum Bestimmen der mindestens einen Detektions-Frequenz-Größe der in die harmonische Antriebsschwingung mit der Antriebs-Eigenfrequenz versetzten seismischen Masse kann z.B. eine variable Wechselspannung mit einer variierenden Testfrequenz zwischen der seismischen Masse und mindestens einer Quadraturelektrode des Drehratensensors angelegt werden. Gleichzeitig kann untersucht werden, bei welcher Testfrequenz die seismische Masse mittels der variablen Wechselspannung in eine resonante Schwingung versetzt wird. Wie oben bereits erklärt ist, wird eine senkrecht zu der harmonischen Antriebsschwingung ausgerichtete Amplitude einer mittels der variablen Wechselspannung ausgelösten Test-Schwingbewegung der seismischen Masse dann maximal, wenn die Testfrequenz gleich einer Eigenfrequenz-Differenz zwischen der Antriebs-Eigenfrequenz und der Detektions-Eigenfrequenz ist.
Alternativ kann auch zum Bestimmen der mindestens einen Detektions-Frequenz-Größe der in die harmonische Antriebsschwingung mit der Antriebs-Eigenfrequenz versetzten seismischen Masse ein kurzes konstantes Spannungssignal zwischen der seismischen Masse und der mindestens einen Quadraturelektrode des Drehratensensors angelegt werden. Dies regt die seismische Masse zu einer zusätzlichen Test-Schwingbewegung in eine senkrecht zu der harmonischen Antriebsschwingung ausgerichtete Richtung an, wobei ein Anteil von Moden mit der Detektions-Eigenfrequenz an der Test-Schwingbewegung der seismischen Masse relativ schnell abklingt. Allerdings kann durch eine Demodulation eines zwischen der seismischen Masse und der mindestens einen Quadraturelektrode abgegriffenen Messsignals bei der Antriebs-Eigenfrequenz zu Beginn der Test-Schwingbewegung die Eigenfrequenz-Differenz zwischen der Antriebs-Eigenfrequenz und der Detektions-Eigenfrequenz ermittelt werden.
In einem Verfahrensschritt S2 wird dann eine mechanische Verstärkung G der Auslenk-Schwingbewegung und/oder eine Phasenverschiebung Φ der Auslenk-Schwingbewegung gegenüber der harmonischen Antriebsschwingung der seismischen Masse festgelegt. Das Festlegen der mechanischen Verstärkung G und/oder der Phasenverschiebung Φ erfolgt unter Berücksichtigung mindestens einer Antriebs-Frequenz-Größe bezüglich der Antriebs-Eigenfrequenz der harmonischen Antriebsschwingung und unter zusätzlicher Berücksichtigung der (in dem Verfahrensschritt S1 bestimmten) Detektions-Frequenz-Größe. Auch zu der mindestens einen Antriebs-Frequenz-Größe sind oben schon Beispiele aufgezählt. Das Festlegen der mechanischen Verstärkung G und/oder der Phasenverschiebung Φ kann insbesondere unter Verwendung der oben angegebenen Gleichungen (Gl. 1) und (Gl. 2) erfolgen.
In den Koordinatensystemen der 2b und 2c zeigen die Abszissen Frequenzen f (in Hz) an, während mittels der Ordinaten die mechanische Verstärkung G (in Dezibel/dB) wiedergegeben ist. Erkennbar ist, dass eine vor zusätzlichen Belastungen vorliegende mechanische Verstärkung G_i von nach den zusätzlichen Belastungen vorliegende mechanische Verstärkung G_a abweicht, wobei das Koordinatensystem der 2c einen vergrößerten Ausschnitt A des Koordinatensystems der 2b anzeigt.
Auch die Abszissen der Koordinatensysteme der 2d und 2e zeigen Frequenzen f (in Hz) an, jedoch ist mittels der Ordinaten der Koordinatensysteme der 2d und 2e die Phasenverschiebung Φ (in °/Grad) wiedergegeben. Das Koordinatensystem der 2e gibt einen vergrößerten Ausschnitt B des Koordinatensystems der 2d wieder. Eingetragen in die Koordinatensysteme der 2d und 2e sind die vor zusätzlichen Belastungen vorliegende Phasenverschiebung Φ_i und die nach den zusätzlichen Belastungen vorliegende Phasenverschiebung Φ_a.
Die Abweichungen der vor den zusätzlichen Belastungen vorliegenden mechanischen Verstärkung G_i von der nach den zusätzlichen Belastungen vorliegenden mechanischen Verstärkung G_a und der vor den zusätzlichen Belastungen vorliegenden Phasenverschiebung Φ_i von der nach den zusätzlichen Belastungen vorliegenden Phasenverschiebung Φ_a. lassen sich mittels eines Ausführens zumindest der Verfahrensschritte S1 und S2 verlässlich ermitteln.
Optionaler Weise kann dann noch ein Verfahrensschritt S3 ausgeführt werden. Als Verfahrensschritt S3 kann ein Ist-Verstärkungsfaktor eines Signalpfades des kapazitiven Sensors entsprechend einer vorgegebenen Soll-Größe bezüglich eines (gewünschten) Soll-Verstärkungsfaktors des Signalpfades eingestellt oder geregelt werden. Dazu wird unter Berücksichtigung der festgelegten mechanischen Verstärkung G und/oder der festgelegten Phasenverschiebung Φ und unter zusätzlicher Berücksichtigung der vorgegebenen Soll-Größe Ω mindestens eine Verstärkungs-Einrichtung in dem Signalpfad derart eingestellt oder geregelt, bis ein Ist-Verstärkungsfaktor des Signalpfades der Soll-Größe entspricht. Dies bewirkt eine „Anpassung“ des Signalpfades derart, dass ein tatsächlicher Verstärkungsfaktor eines bereitgestellten Signals dem gewünschten Soll-Verstärkungsfaktor entspricht. Der Verfahrensschritt S3 ermöglicht eine Neueinstellung/Rekalibrierung des Drehratensensors derart, dass Auswirkungen von mechanischen Stressbelastungen auf den Drehratensensorkönnen minimiert oder behoben werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014211646 A1 [0002]

Claims

Betreibervorrichtung (10) für einen Drehratensensor, gekennzeichnet durch eine Elektronikeinrichtung (10a), welche derart ausgelegt und/oder programmiert ist, dass mittels der Elektronikeinrichtung (10a) unter Berücksichtigung mindestens einer auf einer Speichereinrichtung (10b) der Betreibervorrichtung (10) hinterlegten oder an die Elektronikeinrichtung (10a) bereitgestellten Antriebs-Frequenz-Größe (f_a, ω_a) bezüglich einer Antriebs-Eigenfrequenz (f_a) einer harmonischen Antriebsschwingung einer seismischen Masse (12) des Drehratensensors und unter zusätzlicher Berücksichtigung mindestens einer von der Betreibervorrichtung (10) selbst-bestimmten an die Betreibervorrichtung (10) bereitgestellten Detektions-Frequenz-Größe (f_s, ω_s, Δf und Δω) bezüglich einer Detektions-Eigenfrequenz (f_s) einer von einer Corioliskraft bewirkten Auslenk-Schwingbewegung der in die harmonische Antriebsschwingung versetzten seismischen Masse (12) oder bezüglich einer Differenz (Δf und Δω) zwischen der Antriebs-Eigenfrequenz (f_a) und der Detektions-Eigenfrequenz (f_s) eine mechanische Verstärkung (G) der Auslenk-Schwingbewegung und/oder eine Phasenverschiebung (Φ) der Auslenk-Schwingbewegung gegenüber der harmonischen Antriebsschwingung der seismischen Masse (12) festlegbar sind.
Betreibervorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Elektronikeinrichtung (10a) derart ausgelegt und/oder programmiert ist, dass mittels der Elektronikeinrichtung (10a) die mechanische Verstärkung G unter Berücksichtigung einer Antriebs-Kreisfrequenz ω_a der harmonischen Antriebsschwingung als der mindestens einen Antriebs-Frequenz-Größe (f_a, ω_a) und unter zusätzlicher Berücksichtigung einer Kreisfrequenz-Differenz Δω zwischen der Antriebs-Kreisfrequenz ω_a und einer Detektions-Kreisfrequenz ω_s der Auslenk-Schwingbewegung als der mindestens einen Detektions-Frequenz-Größe (f_s, ω_s, Δf und Δω) festlegbar ist gemäß der Gleichung: $G = \frac{K}{\sqrt{{(1 - {(\frac{ω_{a}}{ω_{a} \pm Δ ω})}^{2})}^{2} + {(\frac{ω_{a}}{Q * (ω_{a} \pm Δ ω)})}^{2}}},$
wobei der Verstärkungskoeffizient K und die Güte Q auf der Speichereinrichtung (10b) der Betreibervorrichtung (10) hinterlegt und/oder von der Elektronikeinrichtung (10a) berechnet sind.
Betreibervorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Elektronikeinrichtung (10a) derart ausgelegt und/oder programmiert ist, dass mittels der Elektronikeinrichtung (10) die Phasenverschiebung Φ unter Berücksichtigung der Antriebs-Kreisfrequenz ω_a der harmonischen Antriebsschwingung als der mindestens einen Antriebs-Frequenz-Größe (f_a, ω_a) und unter zusätzlicher Berücksichtigung der Detektions-Kreisfrequenz ω_s der Auslenk-Schwingbewegung als der mindestens einen Detektions-Frequenz-Größe (f_s, ω_s, Δf und Δω) festlegbar ist gemäß der Gleichung: $arctan (Φ) = \frac{ω_{a}}{Q * ω_{s}} \frac{1}{1 - {(\frac{ω_{a}}{ω_{s}})}^{2}},$
wobei die Güte Q auf der Speichereinrichtung (10b) der Betreibervorrichtung (10) hinterlegt oder von der Elektronikeinrichtung (10a) berechnet ist.
Betreibervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektronikeinrichtung (10a) derart ausgelegt und/oder programmiert ist, dass mittels der Elektronikeinrichtung (10a) unter Berücksichtigung einer Phasenverschiebungs-Abweichung ΔΦ der festgelegten Phasenverschiebung (Φ) von einer auf der Speichereinrichtung der Betreibervorrichtung hinterlegten Soll-Phasenverschiebung (Φ₀) ein Offset ΔR festlegbar ist gemäß der Gleichung: $Δ R = Δ Φ * Q_{U},$
wobei das Quadratursignal Qu auf der Speichereinrichtung (10b) der Betreibervorrichtung (10) hinterlegt oder während eines Betriebs der Betreibervorrichtung (10) von der Elektronikeinrichtung (10a) bestimmt ist.
Betreibervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektronikeinrichtung (10a) derart ausgelegt und/oder programmiert ist, dass mittels der Elektronikeinrichtung (10a) unter Berücksichtigung der festgelegten mechanischen Verstärkung (G), der festgelegten Phasenverschiebung (Φ) und/oder des festgelegten Offsets (ΔR) und unter zusätzlicher Berücksichtigung einer auf der Speichereinrichtung (10b) der Betreibervorrichtung (10) hinterlegten Soll-Größe bezüglich eines Soll-Verstärkungsfaktors (Ω) eines Signalpfades des kapazitiven Sensors mindestens eine Verstärkungs-Einrichtung in dem Signalpfad derart einstellbar oder regelbar ist, dass ein Ist-Verstärkungsfaktor des Signalpfades der Soll-Größe (Ω) entspricht.
Drehratensensor mit einer Betreibervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Betreiben eines Drehratensensors mit dem Schritt: Bestimmen, während eine seismische Masse (12) des Drehratensensors in eine harmonische Antriebsschwingung mit einer Antriebs-Eigenfrequenz (f_a) der harmonischen Antriebsschwingung versetzt ist, mindestens einer Detektions-Frequenz-Größe (f_s, ω_s, Δf und Δω) bezüglich einer Detektions-Eigenfrequenz (f_s) einer von einer Corioliskraft bewirkten Auslenk-Schwingbewegung der seismischen Masse (12) oder bezüglich einer Differenz (Δf und Δω) zwischen der Antriebs-Eigenfrequenz (f_a) und der Detektions-Eigenfrequenz (f_s)(S1); gekennzeichnet durch den Schritt: Festlegen einer mechanischen Verstärkung (G) der Auslenk-Schwingbewegung und/oder einer Phasenverschiebung (Φ) der Auslenk-Schwingbewegung gegenüber der harmonischen Antriebsschwingung der seismischen Masse (12) unter Berücksichtigung mindestens einer Antriebs-Frequenz-Größe (f_a, ω_a) bezüglich der Antriebs-Eigenfrequenz (f_a) der harmonischen Antriebsschwingung und unter zusätzlicher Berücksichtigung der mindestens einen bestimmten Detektions-Frequenz-Größe (f_s, ω_s, Δf und Δω)(S2).
Verfahren nach Anspruch 7, wobei zum Bestimmen der mindestens einen Detektions-Frequenz-Größe (f_s, ω_s, Δf und Δω) der in die harmonische Antriebsschwingung mit der Antriebs-Eigenfrequenz (f_a) versetzten seismischen Masse (12) eine variable Wechselspannung (U_v) mit einer variierenden Testfrequenz (f_t) zwischen der seismischen Masse (12) und mindestens einer Quadraturelektrode (24a, 24b) des Drehratensensors angelegt wird, und untersucht wird, bei welcher Testfrequenz (f_t) die seismische Masse (12) mittels der variablen Wechselspannung (Uv) in eine resonante Schwingung versetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei zum Bestimmen der mindestens einen Detektions-Frequenz-Größe (f_s, ω_s, Δf und Δω) der in die harmonische Antriebsschwingung mit der Antriebs-Eigenfrequenz (f_a) versetzten seismischen Masse (12) ein kurzes konstantes Spannungssignal (Uc) zwischen der seismischen Masse (12) und der mindestens einen Quadraturelektrode (24a, 24b) des Drehratensensors angelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei unter Berücksichtigung der festgelegten mechanischen Verstärkung (G) und/oder der festgelegten Phasenverschiebung (Φ) und unter zusätzlicher Berücksichtigung einer vorgegebenen Soll-Größe (Ω) bezüglich eines Soll-Verstärkungsfaktors eines Signalpfades des kapazitiven Sensors mindestens eine Verstärkungs-Einrichtung in dem Signalpfad derart eingestellt oder geregelt wird, bis ein Ist-Verstärkungsfaktor des Signalpfades der Soll-Größe (Ω) entspricht (S3).