DE69213976T2 - Stimmgabelinertialsensor mit einem Ende und Verfahren - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf einen einseitigen Stimmgabel-Trägheitssensor und ein zugehöriges Verfahren.
• Einseitige und zweiseitige Stimmgabeln sind bekannt. Solche Stimmgabeln haben sich jedoch als nicht fähig erwiesen, in Umgebungen sehr hoher Abschußerschütterung weiter zu funktionieren, wie sie in Artilleriegranaten und dergleichen vorkommen. Es besteht deshalb der Bedarf nach einem Trägheitssensor und einem zugehörigen Verfahren, die in Umgebungen mit sehr hohen g-Kräften funktionieren.
• Eine aus einem einzigen piezoelektrischen Kristall geformte Stimmgabel ist in der WO 90/10196 offenbart. Die Stimmgabel weist eine Basis auf und zwei Zinken, auf denen Elektroden zum Erfassen von Vibrationen in der x-y-Ebene und Sensorelektroden zum Erfassen von Vibrationen der Zinken in der y-z-Ebene angebracht sind. Die Basis hat Kerben, damit die Verankerungsoberfläche eines Gehäuses von den Vibrationen der Zinken isoliert sind. Eine Oszillationsfrequenz wird an Treiberelektroden auf den Zinken zum Treiben der Zinken in einer Treiberbetriebsart geleitet. Aufnehmerelektroden sind ebenfalls auf den Zinken angeordnet zum Liefern eines Winkelgeschwindigkeitssignals auf eine Rotation der Stimmgabel um eine Eingangsachse, die die Zinken in eine Schwingung versetzt. Die Treiber- und die Aufnehmerfrequenz müssen fast identisch sein, sollten aber nicht zusammenfallen, da Temperaturveränderungen bewirken würden, daß die resonanten Frequenzen voneinander wegdriften würden. Dies darf nicht sein, und in diesem Dokument wird darauf hingewiesen, daß das Problem dadurch umgangen werden kann, daß die resonanten Frequenzen so weit auseinanderliegen, daß die Temperaturveränderungen keine merklichen Auswirkungen auf die Schwingung der Sensoren haben.
• Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein einseitiger Stimmgabel-Trägheits-Frequenzsensor vorgesehen mit einem Gehäuse, einer einseitigen Stimmgabel aus einem piezoelektrischen Material einer vorbestimmten Dicke mit einer ersten und einer zweiten Zinke, die in einer Ebene liegen und eine als Eingangsachse dienende Symmetrieachse haben, und einem Körper, der mit der ersten und der zweiten Zinke aus einem Stück gefertigt ist und eine Breite hat, mit einer Einrichtung, die auf dem Körper in dem Gehäuse angebracht ist zum steifen Befestigen der einseitigen Stimmgabel am Gehäuse, wobei die Zinken einen rechteckigen Querschnitt und an den Zinken befestigte Treiberelektroden und Aufnehmerelektroden haben, mit einer Treiber-Oszillator-Einrichtung zum Liefern einer Oszillationsfrequenz an die Treiberelektroden zum Treiben der Zinken in einer Treiberbetriebsart, und mit elektronischen Einrichtungen, die mit den Aufnehmerelektroden verbunden sind und ein Winkelfrequenzsignal in Reaktion auf eine Rotation der Stimmgabel um die Eingangsachse erzeugen, wodurch die Zinken in der Aufnahmebetriebsart vibrieren; dadurch gekennzeichnet, daß der Körper einen Stamm aufweist, dessen Breite geringer ist als die des Körpers, daß die Zinken eine Breite haben, die sich von der Dicke unterscheidet, so daß die Aufnahmebetriebsart in der Frequenz von der Treiberbetriebsart unterschieden ist, und daß der Stamm eine Länge und eine Breite hat, die eine Veränderung der Frequenztrennung zwischen der Aufnahmebetriebsart und der Treiberbetriebsart verursachen, damit so eine Einrichtung zum unabhängigen Einstellen der Frequenz der Aufnahmebetriebsart erzeugt wird.
• Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Erfassen einer Frequenz durch die Verwendung einer einseitigen Stimmgabel vorgesehen, die in einem Gehäuse angeordnet ist und eine erste und eine zweite Zinke hat, die in einer Ebene liegen und eine Symmetrieachse sowie einen Körper haben, der mit der ersten und der zweiten Zinke ein Stück bildet, wobei die Stimmgabel Treiberelektroden und Aufnehmerelektroden aufweist, die auf den Zinken angebracht sind, wobei die Zinken einen rechteckigen Querschnitt haben, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Liefern einer Oszillatorfrequenz an die Treiberelektroden zum Treiben der ersten und zweiten Zinken in einer Treiberbetriebsart und Erfassen eines von den Aufnehmerelektroden erzeugten Winkefrequenzsignals in Reaktion auf eine Rotation der ersten und der zweiten Zinke um die Symmetrieachse, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Ausbilden der ersten und der zweiten Zinke in der Form, daß sie eine Breite haben, die sich von der Dicke unterscheidet, so daß sich die Aufnahmebetriebsart um eine Delta-f- Frequenz von der Treiberbetriebsart unterscheidet, und Ausbilden eines Stammes an dem Körper der eine Breite und eine Länge hat, die dazu führen, daß die Delta- f-Frequenz verringert wird.
• Durch die vorliegende Erfindung kann so ein einseitiger Stimmgabel- Trägheitssensor vorgesehen werden, der in Umgebungen mit sehr hohen g- Kräften nicht zerstört wird und/oder weiter funktioniert und sehr hohen g-Kräften in allen Richtungen widersteht.
• Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist auch ein Sensor und ein zugehöriges Verfahren der oben beschriebenen Art vorgesehen, bei der eine Symmetrie des Elektrodenmusteraufbaus vorgesehen ist, damit die aufgrund der Treibersignale entstehenden Teile der Aufnehmersignale sich aufheben.
• Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist ein Sensor und ein zugehöriges Verfahren der oben beschriebenen Art vorgesehen, bei der das Aufnehmerelektrodenmuster so ausgelegt ist, daß das Aufnehmen des Aufnehmersignais maximiert wird und vom Antrieb herrührende Teile des Signais beim Aufnehmen ausgeglichen werden.
• Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist ein Sensor und ein zugehöriges Verfahren der oben beschriebenen Art vorgesehen, bei der ein Laserzuschneiden des Elektrodenmusters zum Erzielen elektrischer Ausgeglichenheit verwendet wird.
• Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist ein Sensor und ein zugehöriges Verfahren der oben beschriebenen Art vorgesehen, bei der die Zinken der einseitigen Stimmgabel einen rechteckigen Querschnitt haben und eine Dicke haben, die sich wesentlich von der Breite der Zinken unterscheidet, so daß eine andere Frequenz der resonanten Reaktion zum Aufnehmen als zum Treiben verwendet wird.
• Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist ein Sensor und ein zugehöriges Verfahren vorgesehen, bei denen die Dicke wesentlich größer ist als die Breite der Zinke.
• Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist ein Sensor und ein zugehöriges Verfahren vorgesehen, bei denen die Aufnehmerfrequenz wesentlich höher ist als die Treiberfrequenz.
• Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist ein Sensor und ein zugehöriges Verfahren der oben beschriebenen Art vorgesehen, bei denen die Treiber- und Aufnahmerelektroden so angeordnet sind, daß das Signal-zu- Rausch-Verhältnis erhöht wird.
• Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist ein Sensor und ein zugehöriges Verfahren der oben beschriebenen Art vorgesehen, bei denen Belastungseffekte der Treiberbewegung der Aufnehmersignale minimiert werden können.
• Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist ein Sensor der oben beschriebenen Art vorgesehen, der leicht und billig in großen Stückzahlen gefertigt werden kann.
• Ausführungsformen der Erfindung werden nun anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
• Fig. 1 eine teilweise in Explosionsdarstellung gehaltene Ansicht einer einseitigen Stimmgabel-Trägheitssensoranordnung nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform,
• Fig. 2 ein Blockdiagramm der in der Sensoranordnung von Fig .1 verwendeten Elektronik, wobei die Art und Weise gezeigt wird, in der die Elektronik mit der einseitigen Stimmgabel verbunden ist,
• Fig. 3 eine vergrößerte Draufsicht der einseitigen Stimmgabel, wie sie in der Sensoranordnung von Fig. 1 verwendet wird,
• Fig. 4 eine Ansicht von unten der in Fig. 3 gezeigten einseitigen Stimmgabel,
• Fig. 5 eine Seitenansicht der einseitigen Stimmgabel von Fig. 3 entlang der Linie 5-5 von Fig. 3,
• Fig. 6 eine Seitenansicht der einseitigen Stimmgabel von Fig. 3 entlang der Linie 6-6 von Fig. 3,
• Fig. 7 eine Seitenansicht der einseitigen Stimmgabel von Fig. 3 entlang der Linie 7-7 von Fig. 3,
• Fig. 8 eine Seitenansicht der einseitigen Stimmgabel von Fig. 3 entlang der Linie 8-8 von Fig. 3,
• Fig. 9 einen Schnitt entlang der Linie 9-9 von Fig. 3,
• Fig. 10 einen Schnitt entlang der Linie 10-10 von Fig. 3.
• Allgemein ist der erfindungsgemäße einseitige Stimmgabel-Trägheits- Sensor mit seiner zugehörigen Elektronik zusammen in einem Gehäuse untergebracht. Die erste und die zweite Zinke der einseitigen Stimmgabel liegen in einer Ebene und haben eine Symmetrieachse. Der Körper ist aus einem Stück mit der ersten und der zweiten Zinke gefertigt und liegt in der Ebene der ersten und zweiten Zinke. Es ist eine Einrichtung zum Befestigen des Körpers am Gehäuse vorgesehen, so daß das Gehäuse als eine Basis dient. Die erste und die zweite Zinke haben einen rechteckigen Querschnitt und eine Breite, die sich von der Dikke der Zinken unterscheidet. Treiber- und Aufnehmerelektroden sind auf den Zinken der Gabel angebracht und so zugeschnitten, daß sie in Balance sind, so daß eine Trennung der Aufnehmersignale von den Treibersignalen erleichtert wird.
• Insbesondere, und wie in den Zeichnungen gezeigt, weist die einseitige Stimmgabel-Trägheitssensoranordnung 11 ein zylindrisches Gehäuse 12 auf, das einen unteren zylindrischen Teil 13 hat, in dem die in Blockdiagrammform in Fig. 2 gezeigte Elektronik untergebracht ist, und einen oberen zylindrischen Teil 14, in dem eine einseitige Stimmgabel 16 untergebracht ist. Das Gehäuse 12 weist auch einen kreisförmigen Deckel 17 auf. Die Teile 13, 14 und 17 des Gehäuses 12 können aus einem geeigneten Material wie zum Beispiel Aluminium gefertigt sein und werden durch Löten oder Laserschweißen zu einer aus einem Stück bestehenden, hermetisch versiegelten Anordnung verbunden.
• Der obere Teil 14 des Gehäuses 12 hat eine zylindrische Vertiefung 21, in der die einseitige Stimmgabel 16 untergebracht ist. Eine im Gehäuse vorgesehene Einrichtung dient als Plattform oder Basis 22, auf der die Stimmgabel 16 befestigt ist. Die Stimmgabel 16 ist aus einem einzigen Stück piezoelektrischen Materials, wie zum Beispiel aus z-geschnittenem Quarz oder Lithiumniobat oder aus anderen Typen von Kristall und quarzartigen Materialien. Das piezoelektrische Material kann eine Dicke haben, die für die bei der aus diesem Material zu fertigenden einseitigen Stimmgabel 16 gewünschten Eigenschaften geeignet ist. Zum Beispiel kann die Dicke zwischen 80 und 45 mii und typischerweise 40 mil haben. Die einseitige Stimmgabel 16 kann aus dem piezoelektrischen Material in geeigneter Weise hergestellt werden, wie zum Beispiel durch chemisches Ätzen durch dem Fachmann bekannte Verfahren.
• Nachdem die einseitige Stimmgabel 16 aus einem einzigen Kristallstück hergestellt wurde, hat sie eine erste und eine zweite Zinke 26 und 27, die in einem Abstand voneinander und in einer Ebene liegen und eine Symmetrieachse haben. Die erste und die zweiten Zinke 26 und 27 sind mit dem Körper 28 aus einem Stück gefertigt, der typischerweise auf der Symmetrieachse und in der gleichen Ebene wie die Zinken 26 und 27 liegt. Ein Abstand 29 liegt zwischen den Zinken 26 und 27 und endet in einer Beuge 31 in dem Bereich, in dem der Körper mit den beiden Zinken 26 und 27 verbunden ist. Der Körper 28 hat eine Einengung, die als Stamm 32 identifiziert werden kann, und einen von den Zinken 26 und 27 entfernt liegenden Teil, der als Podest 33 bezeichnet werden kann.
• Wie insbesondere aus Fig. 3 und 4 zu ersehen ist, verbreitert sich das Podest 33 über Schrägen 34. Das Podest 33 hat eine gewölbte Oberfläche auf der von den Zinken entfernten Seite, die an die Krümmung der zylindrischen Vertiefung 21 angeglichen ist. Die einseitige Stimmgabel 16 ist im oberen Teil 14 des Gehäuses 12 in einer geeigneten Art und Weise befestigt, zum Beispiel durch die Verwendung eines zwischen das Podest 33 und die Platform oder Basis 22 und die gekrümmte Oberfläche 36 des Podests 33 und die die zylindrische Vertiefung 21 bildende Gehäusewand eingebrachten Klebers. Außerdem greifen ein Paar Stifte 37, die auf gegenüberliegenden Seiten des Podests 33 angeordnet sind, um die Schrägen 34, die als Schultern zum Halten des Podests und Teile der Stimmgabel 16 in festem Eingriff mit der Platform oder Basis 22, so daß die Stimmgabel und die Sensoreinrichtung 11 sehr hohen g-Kräften widerstehen können. Die Schrägen 34 bilden ein sich verbreiterndes Podest 33 ohne scharfe Innenecken, die dazu neigen würden, unter Schockbelastung Belastungserhöhungen zu bilden.
• Die Zinken 26 und 27 der einseitigen Stimmgabel 16 haben einen rechtwinkligen Querschnitt, wie in Fig. 9 gezeigt ist, und zwei Ausmaße, die Breite und die Dicke, die sich voneinander unterscheiden. Typischerweise haben die Zinken eine Breite, die geringer ist als die Dicke, wie in Fig. 9 gezeigt. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform haben die erste und die zweite Zinke 26 und 27 eine Länge, die ungefähr doppelt so lang ist wie der Stamm 32. Der Abstand 29 zwischen den Zinken 26 und 27 ist ungefähr zweimal so groß wie die Breite der Zinken. Der Stamm hat eine Länge, die größer ist als seine Breite.
• Die erste und zweite Zinke 26 und 27 haben beide eine obere und eine untere planare Oberfläche 41 bzw. 42 und eine erste und eine zweite planare Seitenoberfläche 43 bzw. 44 (siehe Fig. 9). Der Stamm 32 hat eine obere und eine untere planare Oberfläche 46 bzw. 47 und eine erste und eine zweite Seitenoberfläche 48 bzw. 49 (siehe Fig. 10).
• Treiberelektroden 61 und Aufnehmerelektroden 62 sind auf der einseitigen Stimmgabel 16 angebracht. Bei einer erfindungsgemäßen Ausüihrungsform hat es sich als wünschenswert herausgestellt, die Aufnehmerelektroden 62 näher an der Beuge 31 als die Treiberelektroden 61 anzubringen, vor allem, weil es leichter ist, eine größere Leistung für die Treiberelektroden zu erzielen, und es für die Elektronik auch leichter ist, eine größere Entfernung zur Beuge 31 auszugleichen, als die an den Aufnehmerelektroden aufgenommenen Aufnehmerspannungen zu erhöhen oder zu verstärken. Es ist wünschenwert, die Aufnehmerelektroden nahe an der Beuge 31 zu plazieren, wo die größte Belastung entsteht, um ein Maximieren des Aufnehmersignals zu ermöglichen und dadurch das Signal-zu-Rauschen-Verhältnis zu erhöhen.
• Die Treiberelektroden 61 für die Zinke 26 bestehen aus Elektroden 66 und 67, die auf den oberen und unteren Oberflächen 41 bzw. 42 ausgebildet sind und dort die Treiberelektrode Nr.1 bilden, wobei sie durch an den Seiten 43 und 44 angebrachte Leitungen 68 und 69 verbunden sind. Die Treiberelektroden 66 und 67 sind mit einer Leitung 71 auf der Oberfläche 41 verbunden, die sich auf der Oberfläche 46 des Stamms 32 zur Anschlußfläche 72 erstreckt, die auf einem Podest 32 vorgesehen ist.
• In ähnlicher Weise sind Elektroden 73 und 74 auf den Oberflächen 41 und 42 der anderen Zinke 27 zum Bilden der Treiberelektrode Nr.2 vorgesehen, die durch auf den Seiten 43 und 44 der Zinke liegende Leitungen 76 bzw. 77 zum Bilden der Treiberelektrode Nr.2 verbunden sind. Die Elektroden 73 und 74 sind mit einer Leitung 79 auf der Oberfläche 41 verbunden, die sich über die obere Oberfläche 46 des Stamms 32 zu einer Anschlußfläche 81 erstreckt.
• Treiber-Nr.-1-Erdungs- oder -Masseelektroden 83 und 84 sind auf den Seiten 43 bzw. 44 der Zinke 26 angebracht, die auf der unteren Seite 42 durch eine Leitung 86 auf der Oberfläche 42 und auf der oberen Oberfläche 41 durch Leitungen 87 und 88 miteinander verbunden sind, die mit einer Anschlußfläche 91 auf dem Podest 33 verbunden sind. In ähnlicher Weise sind Treiber-Nr.-2-Erdungs- oder -Masseelektroden 96 und 97 an den Seiten 43 und 44 der Zinke 27 angebracht und auf der unteren Seite 42 durch eine Leitung 98 und auf der oberen Seite 41 durch zwei Leitungen 99 und 101 miteinander verbunden, die mit einer Anschlußfläche 102 auf dem Podest 33 verbunden sind.
• Die Aufnehmerelektroden 62 der Zinke 26 bestehen aus Aufnehmer-High- Elektroden 106 und 107 auf den Seiten 43 und 44 der Zinke 26 und sind auf der unteren Seite 42 durch die Leitung 118 auf der unteren Oberfläche 42 und durch eine Leitung 109 (siehe Fig. 4) mit einer Leitung 111 verbunden, die sich über die untere Oberfläche 47 des Stamms 32 erstreckt. Die Leitung 111 ist mit einer Leitung 112 auf der Seite 49 (siehe Fig. 5) verbunden. Die Leitung 112 ist mit einer Leitung 113 verbunden, die mit einer Anschlußfläche 114 auf dem Podest 33 verbunden ist. In gleicher Weise sind Aufnehmer-High-Elektroden 116 und 117 auf den Seitenoberfächen 43 und 44 der Zinke 27 vorgesehen und durch eine Leitung 118 auf der unteren Seite 42 miteinander verbunden und durch eine Leitung 119 mit der Leitung 111 verbunden, die wiederum durch die Leitung 113 mit der Anschlußfläche 114 verbunden ist.
• Die Aufnehmerelektroden 121 und 122 sind auf den Seitenoberflächen 43 und 44 der Zinke 26 vorgesehen. Die Elektrode 121 ist durch eine Leitung 123 mit einer weiteren Leitung 124 verbunden, die sich über die Mitte des Stamms 32 auf der Oberfläche 46 zur Anschlußfläche 126 auf dem Podest 33 erstreckt. Die Elektrode 122 ist über eine Leitung 127 mit der Anschlußfläche 126 verbunden. In ähnlicher Weise sind Aufnehmer-Low-Elektroden 131 und 132 auf den Oberflächen 43 und 44 der Zinke 27 vorgesehen. Die Elektrode 131 ist über eine Leitung 133 mit der Leitung 124 und schließlich der Anschlußfläche 126 verbunden. Die Elektrode 132 ist über eine Leitung 134 mit der Anschlußfläche 126 verbunden. Die bisher beschriebenen Anschlußflächen können aus Gold gefertigt sein und sind mit (nicht dargestellten) Goldleitungen verbunden, die durch die Plattform oder Basis 22 hindurchreichen und sich in den unteren Teil des Gehäuses 13 erstrecken, wo sie an die in Fig. 2 in Blockdiagrammform gezeigte elektronische Schaltung angeschlossen sind. Die Goldleitungen sind voneinander isoliert und in Teilen 13 und 14 des Gehäuses 12 hermetisch versiegelt. Es ist wünschenswert, daß die verwendeten Durchgänge in einem symmetrischen Muster im Verhältnis zur Gabel angebracht sind, und so eine Kopplung zwischen den Durchgängen minimiert wird. Wegen der Größe des Podests 33 können die Durchgänge räumlich durch einen beträchtlichen Abstand getrennt sein, so daß zwischen ihnen eine relativ geringe kapazitive Kopplung entsteht.
• Zum Minimieren der kapazitiven Kopplung zwischen den Leitungen sind die bisher beschriebenen Elektroden so angeordnet, daß so genau wie möglich eine Symmetrie in der Anordnung geschaffen wird. Die Treiber-High-Leitungen 71 und 79 sind gegenüber der Masse gut geschützt oder abgeschirmt. Die auf den gegenüberleigenden Seiten der Treiber-High-Leitungen 71 und 79 vorgesehenen Leitungen sind als Masseleitungen gedacht, so daß eventuell auftretende elektrostatische Feldlinien mit Masse kurzgeschlossen werden. Die Leitungen 71 und 79 sind auch gegenüber den Aufnehmer-High-Leitungen 124 und 111, die auf den gegenüberliegenden Seiten oder oben und unten auf dem Körper 28 der Gabel 16 (siehe Fig. 10) angeordnet sind, wirksam geschützt. Die Aufnehmer-High-Leitung 109 ist mitten auf dem Stamm 32 angeordnet und daher an das durch den Quarz der Gabel 16 gebildete dielektrische Material symmetrisch gekoppelt und auch mit Bezug auf die an den Treiber-High-Leitungen 71 und 79 anliegenden Treiber- High-Signale symmetrisch gekoppelt. So ist die Aufnehmer-High-Leitung 111 auch durch das dielektrische Material der Gabel 16 gekoppelt. Da die Treiber-High- Leitungen 71 und 79, wie hiernach beschrieben, in entgegengesetzten Phasen betrieben werden, ist das von der Aufnehmer-High-Leitung aufgenommene Signal gleich und entgegengesetzt und wird sich daher aufheben und im wesentlichen Null sein. Die Minimierung der Aufnahme wird auch dadurch unterstützt, daß der Abstand zwischen der Aufnehmer-High-Leitung 111 und den Treiber-High- Leitungen 71 und 79 relativ groß und daher die kapazitive Kopplung relativ gering ist.
• Im Zusammenhang mit den bisher beschriebenen Elektroden und Leitungen und der sie bildenden Metallisierung ist ersichtlich, daß die Metallabscheidung auf den oberen und unteren Oberflächen 41 und 42 sowie auf den Seitenoberflächen 43 und 44 der Zinken 26 und 27 vorgesehen ist. Die Leitungsmuster sind, wie gezeigt ist, so beschaffen, daß sie sich um die Zinken legen und als Schutz zwischen den Aufnehmer-High-Leitungen und den Treiber-High-Leitungen wirken, die nebeneinander, jedoch auf der oberen bzw. der unteren Oberfläche der Gabel liegen. Diese Anordnung ermöglicht eine entsprechende Isolierung oder Abschirmung, während immer noch die gewünschte Symmetrie der Leitungen und Elektrodenmuster erhalten bleibt.
• Es ktnnen natürlich auch andere Muster verwendet werden, so könnten zum Beispiel durch die Verwendung entsprechender Isolierung alle Leitungen auf der oberen Seite angebracht sein. Alternativ können einige Leitungen auch auf den Seiten der Gabel vorgesehen werden. Aufgrund der geringen Abmessungen und dem Bedürfnis nach Präzision beim Positionieren und Zuschneiden der Leitungen hat sich jedoch als wünschenswert herausgestellt, den größten Teil des Leitungsmusters auf der oberen Oberfläche der Gabel unterzubringen, wo das Zuschneiden der Leitungen und der Abstand zwischen den Leitungen genauer gesteuert werden kann. Ein solches Mustern der Leitungen und Elektroden kann durch die Verwendung zweiseitiger Maskensets mit Masken auf gegenüberliegenden Seiten, die präzise ausgerichtet werden können, leicht bewerkstelligt werden. Die Seitenmetallabscheidung für die Seiten der Gabel kann auch durch die Verwendung der Öffnungsschattenmasken durchgeführt werden, nachdem die Metallabscheidung auf der oberen und unteren Oberfläche durch Verwendung herkömmlicher Maskierungs- und Photolackverfahren abgeschlossen ist.
• Der Betrieb und die Verwendung der bisher im Zusammenhang mit der Elektronik von Fig. 2 beschriebenen einseitigen Stimmgabel kann kurz wie folgt beschrieben werden. Die Treiber-Low-Leitungen 142 und 143 sind mit dem Treiberoszillator 151 verbunden, der einen Stromverstärker 152 aufweist, der über einen zwischen den Ausgang des Verstärkers und der Treiber-Low-Leitung 142 durch Widerstand 153 eine Widerstands-Riickkopplung hat. Die Treiber-Low- Leitung 143 ist, wie gezeigt, an Masse angeschlossen. Der Ausgangsverstärker 152 hat auch eine Leitung 156 zum Liefern eines Referenzsignals an einen Synchrondemodulator 157. Die Leitung 156 ist auch mit einem 90º-Phasenverschieber 158 zum Liefern desselben Referenzsignals jedoch um 90º phasenverschoben an einen anderen phasenempfindlichen Demodulator 159 verbunden.
• Das Ausgangssignal aus dem Treiberoszillator 151 wird auch an einen Verstärker 161, der mit automatischer Verstärkungssteuerung versehen ist, durch eine automatische Verstärkungssteuerungsschaltung 162 geleitet, deren Eingang mit dem Ausgang des Treiberoszillators 151 verbunden ist und deren Ausgang mit dem Verstärker 161 verbunden ist. Die automatische Verstärkungssteuerungsschaltung ist mit einer Spannungsreferenzschaltung 163 verbunden. Das Ausgangssignal vom Verstärker 161 wird über eine Leitung 166 direkt an die Treiberleitung 79 und über einen Inverter 167 an die Treiberleitung 71 geleitet, so daß die Zinken 26 und 27 durch einen Zweiphasenantrieb mit einer entsprechenden Phasenverschiebung von 180º in Schwingung gebracht werden. Bei der gezeigten Anordnung wird die Zinke 27 im Rückkopplungsbetrieb getrieben, während die andere Zinke 26 durch den Inverter 167 getrieben wird und unmittelbar der Zinke 27 folgt. Aus diesem Grund ist die Low-Seite der Folgerzinke 26 direkt an Masse angeschlossen, während die Low-Seite der aktiven Zinke 27 das Eingangssignal für den Treiberoszillator 151 liefert.
• Die automatische Verstärkungssteuerungsschaltung 162 hat einen herkömmlichen Aufbau und besteht aus einem Detektor und einem Verstärker, der als ein Gleichrichter (Wechselstromlgleichstrom-Wandler) wirkt, der das Ausgangssignal vom Stromverstärker 152 aufnimmt und den Wechselstrom in Gleichstrom richtet und dann einen Vergleich mit der Referenz-Gleichspannung anstellt, die von der automatischen Verstärkungssteuerungsschaltungs-Referenzschaltung 163 bereitgestellt wird. Der Schleifenverstärker in der automatischen Verstärkungssteuerungsschaltung 162 steuert die Verstärkung des Verstärkers 161 in der Weise, daß die Verstärkung in der Oszillatorschleife eins ist, wodurch eine kontinuierliche Oszillation mit einer festen Amplitude erzielt wird. Auf diese Weise wird das Ausgangssignal aus dem Stromverstärker 152 auf einen präzisen Wert festgelegt, wobei die Präzsision von der Genauigkeit der Spannungsreferenz 163 abhängt, die verwendet wird. Durch Regeln des Stroms des Stromverstärkers 152 ist es möglich, die Vibrationsgeschwindigkeiten der Zinken 26 und 27 konstant zu halten. Das für die Gabel 16 verwendete piezoelektrische Material hat einen piezoelektrischen Koeffizienten, der Biegung oder Ablenkung der Zinke mit Ladung in ein Verhältnis bringt. Der Treiberstrom, der geregelt wird, leitet sich von der Ladung ab, wodurch es möglich wird, die Ableitung der Zinkenbiegung zu regeln, die ihre Geschwindigkeit ist. Durch ein präzises Regeln der Geschwindigkeit der Treiberzinke in dieser Weise ist es möglich, einen Hauptfaktor beim Bestimmen der Größe des Geschwindigkeitssignals im Sensor zu regeln.
• Aus dem bisher Gesagten wird ersichtlich, daß ein Zweiphasenantrieb für die Gabel 16 vorgesehen ist und daß mindestens ein Antrieb einfach gleich dem anderen ist, außer daß ein Antrieb als +1 betrachtet werden kann, während der andere Antrieb als -1 angesehen werden kann, da er gegenüber dem anderen um 180º phasenverschoben ist. Natürlich ist es innerhalb des erfindungsgemäßen Umfangs auch möglich, Zweiphasenantriebe vorzusehen, die nicht genau die gleiche Amplitude haben und um 180º phasenverschoben sind. Die Amplitude könnte zum Beispiel nicht -1 sein, sondern einen Wert zwischen -0,9 und -1,1 haben, damit so ein elektrischer Ausgleich für eine Asymmetrie der elektrischen kapazitiven Durchgangswiderstände auf dem Weg zum Aufnehmer geschaffen werden könnte. Durch die Verwendung eines Zweiphasenantriebs bewegen sich die Zinken 26 und 27 in entgegengesetzter Richtung zueinander und voneinander weg und in der Ebene, in der die Zinken 26 und 27 liegen. Die Treiberelektroden sind so auf den Zinken 26 und 27 positioniert, daß die Low-Seiten-Elektroden beider Zinkentreiber alle auf den Seiten der Zinken sind und die tatsächlichen aktiven High-Spannungs-Teiber-Elektroden auf den oberen und unteren Oberflächen der Zinken 26 und 27 angeordnet sind. Zum Erzielen einer Bewegung der Zinken in einer entgegengesetzten Richtung muß die Phase dieser Treibersignale, wie zuvor beschrieben, im wesentlichen um 180º phasenverschoben oder entgegengesetzt sein.
• Die Aufnehmer-High-Signale und die Aufnehmer-Low-Signale werden auf den Leitungen 168 bzw. 169 bereitgestellt, wodurch ein Verstärker 171 geladen wird, der eine kapazitive Rückkopplung über einen Kondensator 172 hat. Die Aufnehmer-Low-Leitung 169 ist, wie gezeigt, an Masse angeschlossen. Das Ausgangssignal vom Ladungsverstärker 171 wird an einen Filtererstärker 176 geleitet, dessen Ausgang 177 mit den Synchrondemodulatoren 157 und 159 verbunden ist. Das vom Synchrondemodulator 157 kommende Ausgangssignal wird an einen Filter/Verstärker 181 geleitet, der aus seinem Ausgang 182 ein Signal bereitstellt, das als Eo bezeichnet ist, das das Gleichstrom-Geschwindigkeitssignal ist, das zur erfaßten Eingangs-Winkelgeschwindigkeit proportional ist. Wie zuvor beschrieben, werden die Aufnehmerelektorden auf der Gabel 16 als Aufnehmer-High- und Aufnehmer-Low-Leitungen angeschlossen. Die Aufnehmer-Low-Leitung 169 ist die Masseleitung, während die Aufnehmer-High-Leitung 168 ihre summierte Information an den Ladungsverstärker 171 leitet, nachdem das Signal durch den Synchrondemodulator 157 demoduliert wird und zum Erzeugen des Ausgangs- Geschwindigkeitssignals gefiltert wird. Der Synchrondemodulator 157 demoduliert das vom Filter/Verstärker 176 an ihn gesendete Signal gegen eine um 90º phasenverschobene Referenz vom Phasenverschieber 158 in ein um 90º phasenverschobenes Ausgangssignal Eq, das von einem Filternerstärker 183 erzeugt wird, der an einen phasenempfindlichen Demodulator 159 angeschlossen ist. Das um 90º phasenverschobene Ausgangssignal Eq ist zum Testen und Ausgleichen geeignet, da die meisten Fehlerquellen zum Teiberstrom um 90º phasenverschoben sind.
• Im Zusammenhang mit dem Vorausgegangenen wird darauf hingewiesen, daß eine Treiberbelastungskontamination der Aufnehmerbelastungen deshalb entsteht, weil die Aufnehmerbelastungen im gleichen Quarzkörper, der als Stimmgabel 16 dient, wie die Treiberbelastungen entstehen. Zum Beispiel können sich die Zinken in einer 5000 g erzeugenden Umgebung an den Spitzen der Zinken 26 und 27 mit nominalen Biegungen und mit einer nominalen Frequenz verbiegen. Dieses Verbiegen der Zinken erzeugt große Belastungen in der Gabel und im Beugebereich 31. Die Spitzengeschwindigkeiten der Zinken 26 und 27 erzeugen Coriolis-Beschleuigungen, wenn die Gabel 16 mit einer nominellen vollen Geschwindigkeit, wie zum Beispiel 100º pro Sekunde um ihre Symmetrieachse verdreht wird. Die Coriolis-Beschleunigung wirkt in einer zur Oszillationsrichtung der Zinken senkrechten Richtung und erzeugt daher eine Belastung in einer senkrechten Richtung in der Beuge 31 der Zinken mit einer Größe von mindestens vier Dekaden weniger als die Treiberbelastung, bei einer vollen Eingangsgeschwindigkeit. Es ist zum Beispiel typischerweise wünschenswert, ein Aufnehmersignal genau zu erfassen, das ungefähr eine Million mal kleiner ist als die Treiberbelastung, die im selben Bereich der Quarzgabel 16 auftritt. So sind an den Aufnehmerelektroden Ladungen aufgrund von Treiberbelastungen vorhanden.
• Wenn die Aufnehmerelektroden symmetrisch ideal ausgerichtet wären, würden sich die Treiberbelastungen alle voneinander subtrahieren und so gegeneinander aufheben. Da die Aufnehmerelektroden jedoch nicht in perfekter Symmetrie hergestellt werden können, werden einige Restladungen auf den Aufnehmerelektroden verbleiben, die die Treiberbelastungen darstellen. Diese Aufnehmersignale hängen mit den Treiberbeastungen zusammen, die in Phasengleichheit mit der Treiberbeschleunigung sind. Da die Coriolis-Beschleunigung in Phasengeichheit mit der Treibergeschwindigkeit ist, wird die Treiberbeastung von den Aufnehmerelektroden um 90º phasenverschoben gegenüber dem erwünschten Geschwindigkeitssignal aufgenommen. Dies ist im Gegensatz zu elektrischen kapazitiven Kopplungen, die mit den Geschwindigkeitssignalen phasengleich sind. Daher ist das von den Aufnehmerelektroden aufgrund der Treiberbelastungen aufgenommene Signal um 90º phasenverschoben. Dieses Signal muß, wenn möglich, ausgeglichen werden, da die Größe der Treiberbelastungen im Verhältnis zu den Aufnehmerbelastungen zum Beispiel zwischen 1.000.000:1 und 100.000:1 sein kann, was dynamische Bereichshandhabungsschwierigkeiten in der Signalverarbeitungselektronik nach sich ziehen kann.
• Zum Minimieren des Aufnehmens der Treiberbelastungen durch die Aufnehmerelektroden werden die Elektrodenmuster mit Lasern zugeschnitten, um das Problem der 90º-Phasenverschiebung bei den von den Aufnehmerelektroden aufgenommenen Treiberbelastungen zu lösen. Es hat sich herausgestellt, daß es durch die Verwendung eines solchen Laserzuschnitts der Elektroden möglich ist, eine 90º-Phasenverschiebung von Zehntausenden von Grad pro Sekunde auf Null zu verringern. Durch den Zuschnitt ist es möglich, die Notwendigkeit eines Ausgleichs der 90º-Phasenverschiebung oder eines Ausnullens in der Elektronik zu verringern. Wenn durch die Elektronik große Verschiebungen um 90º verkraftet werden sollen, müßte die Elektronik einen sehr großen dynamischen Bereich der Signale bieten und gleichzeitig eine extreme Phasengenauigkeit behalten. Anders ausgedrückt ist es bei der vorliegenden Erfindung bei weitem vorzuziehen, die Elektroden mechanisch zuzuschneiden und so eine genauere elektrische Aufhebung eines um 90º phasenverschobenen Ausgangssignals zu erreichen als das Signal durch die externe elektronische Schaltung auszugleichen, die das zusätzliche Problem in sich birgt, daß Fehler aufgrund von Unausgeglichenheiten von Elektroden und elektrischen Ausgängen sich bei der Veränderung von Temperaturen nicht genau nachverfolgen lassen. Daher hat es sich in der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft herausgestellt, mechanische Fehler der Balance der Elektroden zum Beispiel duch Laserzuschnitt der Elektrodenmuster auszugleichen.
• Erfindungsgemäß ist es außerdem wünschenswert, ein vorgewähltes "Delta f' auszuwählen, das der Frequenzdifferenz zwischen der Frequenz der resonanten Aufnehmerbetriebsart und der Freqeunz der resonanten Treiberbetriebsart entspricht. Da der für die aus einem Kristall gefertigte Gabel verwendete Quarz aus Material sehr hoher Qualität besteht, erscheint das Aufnehmersignal in einem resonanten System mit hoher Verstärkung in einer sehr engen Bandbreite. Ein Dämpfen zum Vergrößern der Bandbreite ist bei der vorliegenden Anwendung nicht praktikabel, da der Quarz eine sehr niedrige inhärente Kopplung aufweist. Aus diesen Gründen hat man sich bei der vorliegenden Erfindung dazu entschlossen, die Stimmgabel 16 mit einer Aufnehmerresonanz oder -betriebsart zu betreiben, die sich unterscheidet, das heißt, die über oder unter der Treiberfrequenz oder -betriebsart liegt. Bei der vorliegenden Erfindung hat es sich als besser herausgestellt, wenn man eine Aufnehmerbetriebsart wählt, die über der der Treiberbetriebsart liegt. Dies wird durch Vorsehen einer Zinke erzielt, die keinen quadratischen Querschnitt hat. In der ersten Ordnung ist die Frequenz der resonierenden Zinke eine konstante Anzahl mal die Breite durch die Länge der Zinke im Quadrat. Mit Breite ist die Breite in der Richtung gemeint, in der sich die Zinke in der Treiberbetriebsart biegt; in der Aufnehmerbetriebsart ist es die Breite in einer senkrecht dazu verlaufenden Richtung, das heißt, die Dicke des für die Gabel verwendeten Quarzmaterials. Daher wären bei quadratischen Zinken, bei denen also die Breite und die Dicke gleich wären, die Treiber- und Aufnehmerfrequenzen wenigstens in der ersten Ordnung die gleichen. Daher ist bei der vorliegenden Erfindung typischerweise erwünscht, die Aufnehmer- um ungefähr 3% von der Treiberfrequenz zu trennen. So wäre zum Beispiel bei einer Treiberfrequenz von 10 kHz die Aufnehmerfrequenz 10,3 kHz. Da es bei der Herstellung der Quarzgabel 16 schwierig ist, eine solche Genauigkeit zu erreichen, soll die Breite zwischen 50 und 80 % der Dicke betragen. Dadurch wird eine Frequenzdifferenz von 2 bis 5 kHz erzeugt und nicht die erwünschten 300 Hz. Zum Erzielen einer kleineren Differenz wie zum Beispiel die 3% unter der Treiberfrequenz, wird der Stamm 32 der Gabel schmaler als der Körper 28 gemacht. Dadurch wird eine zusätzliche Torsionsflexibilität des Stamms 32 geschaffen, so daß in der Aufnehmerbetriebsart nicht nur die Zinken aus der Vibrationsebene abgelenkt werden, sondern sich der ganze Körper 28 und der Stamm 32 durch Torsion verdrehen. Je nach dem Querschnitt der Zinke werden die Länge und Breite des Stamms so gewählt, daß die resultierende Aufnehmerbetriebsart um 3% von der Treiberbetriebsart abweicht.
• Durch Wählen eines Delta f in dieser Weise ist es möglich, einen einseitigen Stimmgabel-Trägheitssensor und ein zugehöriges Verfahren vorzusehen, die sich besonders zum Betrieb in Umgebungen eignen, in denen aufgrund eines Abschusses sehr hohe g-Kräfte vorherrschen. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung hat es sich als möglich herausgestellt, diesen Anforderungen ohne eine beträchtliche Einbuße bei der Leistung gerecht zu werden. Es wurde möglich, hohe g-Kräfte in allen möglichen Richtungen auftreten zu lassen, zum Beispiel Kräfte mit einer Stärke von 21.000 g. Der erfindungsgemäße Sensor erlaubt auch ein relativ großes Format der Stimmgabel. Durch ein Montieren des Stamms direkt auf dem Gehäuse ist es möglich eine steife Anbringung für die Gabel vorzusehen. Da der Anbringpunkt der Stimmgabel im wesentlichen ein einziger Punkt auf der Torsionsmittellinie ist, tritt eine minimale Gleichstrombelastungsstörung auf. Die einzigen zwei bedeutenden parasitären Betriebsarten, die es noch gibt, sind das Verbiegen des Stamms in der X- und der Y-Richtung bei 3-5 kHz, die vom Treiber- und vom Aufnehmersignal abgekoppelt werden. Der Sensor ist äußerst widerstandsfähig in der Rollachse (Y) und hat außerdem eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber g-Kräften entlang der X- und der Y-Achse. Die Konstruktion des Sensors ist relativ einfach, wodurch er billig in großen Mengen hergestellt werden kann.
• Wenn es erwünscht ist, den Sensor zum Erfassen der Beschleunigung zu verwenden, können die äußersten Spitzen der Zinken nicht mit Kerben versehen werden, wie das im (amerikanischen) Patent Nr.4,930,351 vorgesehen ist.
• Aus dem Vorangegangenen kann ersehen werden, daß die erfindungsgemäße einseitige Stimmgabel als ein Coriolis-Geschwindigkeitssensor verwendet werden kann, bei dem die Stimmgabel zum Umwandeln eines Winkeeschwindigkeitseingangssignals in ein mechanisches Signal verwendet werden kann, das erfaßt werden und in ein Geschwindigkeits/Frequenz-Ausgangssignal verwendet werden kann, wie es in den US-Patenten mit den Nummern 4,524,619, 4,538,461 und 4,654,663 beschrieben ist.

Claims (17)

1. Einseitiger Stimmgabel-Trägheits-Frequenzsensor (16) mit einem Gehäuse (12), einer einseitigen Stimmgabel (16) aus einem piezoelektrischen Material einer vorbestimmten Dicke mit einer ersten und einer zweiten Zinke (26, 27), die in einer Ebene liegen und eine als Eingangsachse dienende Symmetrieachse haben, und einem Körper (28), der mit der ersten und der zweiten Zinke (26, 27) aus einem Stück gefertigt ist und eine Breite hat, mit einer Einrichtung (22), die auf dem Körper (28) in dem Gehäuse (12) angebracht ist zum steifen Befestigen der einseitigen Stimmgabel (16) am Gehäuse, wobei die Zinken (26, 27) einen rechteckigen Querschnitt und an den Zinken (26, 27) befestigte Treiberelektroden (61) und Aufnehmerelektroden (62) haben, mit einer Treiber-Oszillator-Einrichtung (151) zum Liefern einer Oszillationsfrequenz an die Treiberelektroden (61) zum Treiben der Zinken (26, 27) in einer Treiberbetriebsart, und mit elektronischen Einrichtungen (171,172,176, 181,183), die mit den Aufnehmerelektroden (62) verbunden sind und ein Winkelfrequenzsignal in Reaktion auf eine Rotation der Stimmgabel (16) um die Eingangsachse erzeugen, wodurch die Zinken (26, 27) in der Aufnahmebetriebsart vibrieren; dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (28) einen Stamm (32) aufweist, dessen Breite geringer ist als die des Körpers (28), daß die Zinken (26, 27) eine Breite haben, die sich von der Dicke unterscheidet, so daß die Aufnahmebetriebsart in der Frequenz von der Treiberbetriebsart unterschieden ist, und daß der Stamm (32) eine Länge und eine Breite hat, die eine Veränderung der Frequenztrennung zwischen der Aufnahmebetriebsart und der Treiberbetriebsart verursachen, damit so eine Einrichtung zum unabhängigen Einstellen der Frequenz der Aufnahmebetriebsart erzeugt wird.

2. Sensor nach Anspruch 1, bei dem jede der Zinken (26, 27) eine Ober- und eine Unterseite (41, 42) hat und eine erste und eine zweite Seite (43, 44), die in im wesentlichen rechten Winkeln zu den Ober- und Unterseiten (41, 42) liegen, und der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Treiberelektroden (61) symmetrisch auf der Ober und der Unterseite (41, 42) und auf der ersten und der zweiten Seite (43, 44) angebracht sind, und daß die Aufnehmerelektroden (62) symmetrisch nur auf der ersten und der zweiten Seite (43, 44) angebracht sind und weiter dadurch, daß symmetrisch angeordnete Leitungen (71, 79, 88, 99, 127, 134, 123, 133) von der Stimmgabel (11) getragen werden und mit den Treiberelektroden (61) und den Aufnehmerelektroden (62) verbunden sind.

3. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Einrichtung einen Verstärker (171) enthält, der mit den Aufnehmerelektroden (62) zum Verstärken des elektronischen Ausgangssignals von den Aufnehmerelektroden (62) verbunden ist.

4. Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Einrichtung einen synchronen Demodulator (157) enthält, der mit der Treiber- Oszillator-Einrichtung (151) und der Verstärkereinrichtung (171) verbunden ist.

5. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stimmgabel (16) eine Gabelungsbeuge (31) aufweist, wobei die Aufnehmerelektroden (62) näher an der Beuge (31) der Stimmgabel (16) angeordnet sind als die Treiberelektroden (61).

6. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Stimmgabel (16) getragenen symmetrisch angeordneten Leitungen (71, 79) mit den Treiberelektroden (61) verbundene Treiberleitungen (71, 79, 88, 99) und mit den Aufnehmerelektroden (62) verbundene Aufnehmerleitungen (127, 134, 123, 133) umfassen, wobei eine Kopplungskapazitanz zwischen den Treiberleitungen (71, 79, 88, 99) und den Aufnehmerleitungen (127, 134, 123, 133) geschaltet ist und daß die Leitungen (77, 79, 88, 99, 127, 134, 133) so in einem Muster angeordnet sind, daß ein Ausgleich bei den Signalen, die von den Teiberitungen (127, 134, 123, 133) und von den Treiberelektroden (61) an die Aufnehmerleitungen (71, 79, 88, 99) und die Aufnehmerelektroden (62) gesendet werden, entsteht.

7. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zinken (26, 27) der Stimmgabel (16) und der Stamm (32) so dimensioniert sind, daß die Aufnahmefrequenz sich von der Treiberfrequenz um ungefähr 3% unterscheidet.

8. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmefrequenz höher ist als die Teiberfrequenz.

9. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzdifferenz zwischen der Treiberfrequenz und der Aufnahmefrequenz als Delta-f bezeichnet wird und Delta-f mindestens 0,1 % der Treiberfrequenz beträgt.

10. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiber-Oszillator-Einrichtung (151) ein Zweiphasen-Treiber ist.

11. Verfahren zum Erfassen einer Frequenz durch die Verwendung einer einseitigen Stimmgabel (16), die in einem Gehäuse (12) angeordnet ist und eine erste und eine zweite Zinke (26, 27) hat, die in einer Ebene liegen und eine Symmetrieachse sowie einen Körper (28) haben, der mit der ersten und der zweiten Zinke (26, 27) ein Stück bildet, wobei die Stimmgabel Treiberelektroden (61) und Aufnehmerelektroden (62) aufweist, die auf den Zinken (26, 27) angebracht sind, wobei die Zinken (26, 27) einen rechteckigen Querschnitt haben, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Liefern einer Oszillatorfrequenz an die Treiberelektroden (61) zum Treiben der ersten und zweiten Zinken (26, 27) in einer Treiberbetriebsart und Erfassen eines von den Aufnehmerelektroden (62) erzeugten Winkelfrequenzsignals in Reaktion auf eine Rotation der ersten und der zweiten Zinke (26, 27) um die Symmetrieachse, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Ausbilden der ersten und der zweiten Zinke (26, 27) in der Form, daß sie eine Breite haben, die sich von der Dicke unterscheidet, so daß sich die Aufnahmebetriebsart um eine Delta-f-Frequenz von der Treiberbetriebsart unterscheidet, und Ausbilden eines Stammes (32) an dem Körper (28), der eine Breite und eine Länge hat, die dazu führen, daß die Delta-f-Frequenz verringert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, weiter mit den folgenden Schritten: symmetrisches Anordnen der Treiberelektroden (61) und der Aufnehmerelektroden (62) auf der Gabel (16) in der Form von Elektrodenmustern, so daß sie von ihrem Gewicht her auf der ersten und der zweiten Zinke (26, 27) der Gabel (16) ausgeglichen verteilt sind und wobei die Oszillatorfrequenz durch einen Zweiphasentreiber (151) erzeugt wird, wodurch die kapazitive Kopplung zwischen den Treiber- und den Aufnehmerelektroden (61, 62) minimiert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem Delta-f größer als 0,1 % ist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem Delta4 ungefähr 3% ist.

15. Verfahren nach Anspruch 11, weiter mit den folgenden Schritten: symmetrisches Anordnen der Treiberelektroden (61) und der Aufnehmerelektroden (62) auf der Gabel (16) in der Form von Elektrodenmustern, so daß sie von ihrem Gewicht her auf der ersten und der zweiten Zinke (26, 27) der Gabel (16) gleichmäßig verteilt sind und daß die Elektrodenmuster so zugeschnitten sind, daß die 90º- Verschiebung im wesentlichen auf null verringert wird, so daß die Notwendigkeit eines elektrischen Ausgleichs durch externe elektronische Schaltungen minimiert wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das Zuschneiden dadurch erreicht wird, daß die Elektrodenmuster mit einem Laser zugeschnitten werden.

17. Verfahren nach Anspruch 15, mit dem folgenden Schritt: Anbringen symmetrisch angeordneter und mit den Treiber- und Aufnehmerelektroden (61 62) verbundener Leitungen auf der Gabel (16).