專利名稱：校正電容性構(gòu)件的增益的方法以及實(shí)現(xiàn)該方法的設(shè)備的制作方法
校正電容性構(gòu)件的增益的方法以及實(shí)現(xiàn)該方法的設(shè)備本發(fā)明涉及校正電容性構(gòu)件的增益的方法以及實(shí)現(xiàn)該方法的設(shè)備
背景技術(shù)：
已知有眾多設(shè)備包括電容性構(gòu)件用于檢測或控制該設(shè)備的能彼此相對(duì)移動(dòng)的兩 部分之間的距離。具體地，已知電容性構(gòu)件用于檢測和控制振動(dòng)式陀螺儀——尤其是軸對(duì) 稱振動(dòng)式陀螺儀——中的機(jī)械諧振器的形變。當(dāng)這類設(shè)備用在自由陀螺儀模式中時(shí)，它們 呈現(xiàn)出具有穩(wěn)定性極大的比例因子(Bryan因子)的優(yōu)點(diǎn)。在自由陀螺儀模式中，振動(dòng)是自由的且其平面繞諧振器的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，而諧振器的軸 則是載體的運(yùn)動(dòng)的函數(shù)。為了從該模式的優(yōu)點(diǎn)受益，關(guān)鍵是精確地知曉振動(dòng)相對(duì)于裝置的 外殼的位置，以便施加使振動(dòng)運(yùn)動(dòng)能得以維持的控制信號(hào)。在測量振動(dòng)的位置時(shí)的任何誤 差都會(huì)在所施加的力的方向上產(chǎn)生誤差，并由此產(chǎn)生陀螺儀的寄生漂移。已經(jīng)進(jìn)行了眾多嘗試來校正或計(jì)及在加速度計(jì)測量中出現(xiàn)的誤差。因此，文獻(xiàn) US-A-2003/006783和US-A-6 035 694尋求減少由基本恒定的雜散電容值引起的測量誤 差。文獻(xiàn)US-A-6 035 694描述了類似的解決方案。發(fā)明目的在檢測和控制兩方面的意義上，陀螺儀的操作涉及電容性構(gòu)件的增益，即，電容性 構(gòu)件的電極之間的距離與電容性構(gòu)件的端子上的電信號(hào)的振幅之比。電容性構(gòu)件在用作檢 測器時(shí)其端子上的信號(hào)的振幅以及在用于控制目的時(shí)其電極之間的距離也是施加于電極 之一的直流(DC)偏壓的函數(shù)。導(dǎo)致本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)示出電容性構(gòu)件的增益受到即使在 偏壓已經(jīng)中斷之后仍會(huì)余留的剩余場的影響。據(jù)信這種剩余場是由電極體中或其表面上的 雜質(zhì)引起，且在施加偏壓時(shí)由偏壓所產(chǎn)生。當(dāng)標(biāo)稱偏壓——即在檢測或控制階段期間施加 于電容性構(gòu)件的電壓——在幾百伏的數(shù)量級(jí)(一般在200伏至400伏的范圍內(nèi))時(shí)，所導(dǎo) 致的剩余場等效于幾伏的偏壓。該剩余場會(huì)產(chǎn)生緩慢變化的增益誤差。本發(fā)明的目的是提出一種使得能夠消除剩余場的影響的方法和設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)這一目的，本發(fā)明提供一種校正電容性構(gòu)件的增益的方法，該電容性構(gòu) 件包括能彼此相對(duì)移動(dòng)且在其間建立起剩余場的電極，所述方法包括以下步驟·向電極之一施加值低于閾值的減小的DC偏壓，從而能夠測量由所述減小的偏壓 產(chǎn)生的剩余場；·測量來自電容性構(gòu)件的輸出信號(hào)；以及·作為所測得的輸出信號(hào)的函數(shù)來校正該電容性構(gòu)件的增益。來自電容性構(gòu)件的輸出信號(hào)于是包括相加的兩個(gè)分量由與存在的剩余場等效的 偏壓導(dǎo)致的第一分量和由減小的偏壓直接導(dǎo)致的第二分量。輸出信號(hào)中由減小的偏壓直接 導(dǎo)致的分量可根據(jù)所述偏壓并且根據(jù)電容性構(gòu)件在校正之前的增益來計(jì)算。因此可從輸出 信號(hào)中提取由剩余場導(dǎo)致的輸出信號(hào)分量。該分量使得計(jì)算在電容性構(gòu)件用于與其相關(guān)聯(lián) 的設(shè)備的操作時(shí)由剩余場導(dǎo)致的增益誤差成為可能
在本發(fā)明的有利版本中，此減小的偏壓比所估計(jì)的與剩余場等效的偏壓要大。因 此，不管剩余場的方向如何，來自電容性構(gòu)件的輸出信號(hào)具有不變的符號(hào)，且輸出信號(hào)的絕 對(duì)值于是使得有可能根據(jù)所述絕對(duì)值大于還是小于此減小的偏壓的振幅來確定剩余場的 方向。優(yōu)選地，該方法包括以下步驟對(duì)來自具有相同值但具有相反符號(hào)的減小的偏壓 的輸出信號(hào)進(jìn)行兩次連續(xù)測量，并取所得的輸出信號(hào)的平均值。這消除了輸出信號(hào)中由這 些減小的偏壓導(dǎo)致的分量，因此有可能使用來自電容性構(gòu)件的輸出信號(hào)的平均值來校正增 益而不必計(jì)及此減小的偏置信號(hào)的振幅。在本發(fā)明的方法的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)中，該方法包括短時(shí)間地將標(biāo)稱偏置信號(hào)施加到電容 性構(gòu)件的在前步驟。這確保在實(shí)現(xiàn)增益校正方法時(shí)測得的剩余場具有與在同電容性構(gòu)件相 關(guān)聯(lián)的設(shè)備操作期間的剩余值相等的值。附圖簡要說明在閱讀以下參照附圖給出的本發(fā)明的特定非限定性實(shí)現(xiàn)的描述時(shí)本發(fā)明的其它 特征和優(yōu)點(diǎn)將顯現(xiàn)，附圖中·

圖1是沿圖2的I-I的概略軸截面視圖，其示出半球形鐘振動(dòng)式傳感器； 圖2是沿圖1的II-II線的截面視圖；·圖3是示出本發(fā)明的方法在初始化階段中的實(shí)現(xiàn)的流程圖；·圖4是示出本發(fā)明的方法在與電容性構(gòu)件相關(guān)聯(lián)的設(shè)備的操作階段中的第一實(shí) 現(xiàn)的流程圖；·圖5是示出與剩余場等效的偏壓、減小的偏壓、以及針對(duì)具有相反符號(hào)的同值減 小偏壓獲得的總等效電壓的振幅的圖；以及·圖6是示出本發(fā)明的方法在與電容性構(gòu)件相關(guān)聯(lián)的設(shè)備的操作階段中的第二實(shí) 現(xiàn)的流程圖。發(fā)明的詳細(xì)描述參照?qǐng)D1和2，參考半球形鐘振動(dòng)式傳感器7說明本發(fā)明，該半球形鐘振動(dòng)式傳感 器7按常規(guī)的方式包括搭載在同樣由二氧化硅制成的基座2上的二氧化硅鐘1，鐘1由氣密 外殼3圍繞，以使得傳感器能夠置于真空中。同樣按已知方式，鐘1的內(nèi)表面與其底部邊緣一樣被鍍金屬，并且底部邊緣面向 著兩對(duì)控制電極4和兩對(duì)檢測電極5地延伸。鐘1的鍍金屬的底部邊緣與每一個(gè)面向著的 電極構(gòu)成各自相應(yīng)的電容性構(gòu)件，這些電容性構(gòu)件被適當(dāng)連接到控制和檢測單元6，用于產(chǎn) 生包含在含有該半球形鐘的軸和由相對(duì)于基準(zhǔn)電極5的角度θ標(biāo)識(shí)的位置的平面中的振 動(dòng)。振動(dòng)的位置由控制單元6通過對(duì)控制電極4施加旋進(jìn)控制來控制。由將DC偏壓施加于鐘1的金屬層導(dǎo)致的剩余場不僅作為時(shí)間和溫度函數(shù)而變化， 而且還作為包含振動(dòng)的平面的取向的函數(shù)而變化。為了對(duì)每個(gè)電容性構(gòu)件的增益進(jìn)行更新校正，本發(fā)明的方法優(yōu)選地包括周期性執(zhí) 行的初始化階段，其中周期是在中斷標(biāo)稱偏壓之后剩余場存留的時(shí)間長度的函數(shù)。這種存 留時(shí)間可以是幾小時(shí)至幾天。然后在使用與電容性構(gòu)件相關(guān)聯(lián)的設(shè)備之際執(zhí)行施加校正的 階段。優(yōu)選就在進(jìn)行施加校正的階段之前執(zhí)行初始化階段，例如，就在上面搭載著振動(dòng)式傳感器的飛機(jī)起飛之前執(zhí)行。圖3示出初始化階段的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)。在該優(yōu)選實(shí)現(xiàn)中，該方法包括短時(shí)間地施加標(biāo) 稱偏壓的步驟8，標(biāo)稱偏壓即在陀螺在用時(shí)施加的偏壓。在大多數(shù)通常的情況下，標(biāo)稱偏壓 在200伏至400伏的范圍內(nèi)。該方法然后包括定位振動(dòng)的步驟9，最初定位在相對(duì)于基準(zhǔn)電 極為角度θ ^之處。在該位置，該方法包括施加具有低于閾值的值+ ε的減小的DC偏壓的 步驟10，從而可以測量由所述減小的偏壓產(chǎn)生的剩余場。減小的偏壓的值+ ε還大于等效 于剩余場的偏壓VE。在這種情形中，應(yīng)觀察到，200伏至400伏的標(biāo)稱偏壓產(chǎn)生具有在幾伏 數(shù)量級(jí)的等效偏壓的剩余場。由減小的偏壓ε本身可以在幾伏的數(shù)量級(jí)，而同時(shí)大于與剩 余場等效的電壓可根據(jù)電容性構(gòu)件的技術(shù)數(shù)據(jù)來估計(jì)等效偏壓VE。還可在不施加減小的偏壓的情 況下通過測量輸出信號(hào)來估計(jì)該等效偏壓。在實(shí)踐中，可將此減小的偏壓的值任意地設(shè)置 在10伏。相反，由于此減小的偏壓的值很小，因此它產(chǎn)生了值可忽略的剩余場(等效于百 分之幾伏數(shù)量級(jí)的偏壓)。輸出信號(hào)中對(duì)應(yīng)于剩余場的分量因此僅由最初施加標(biāo)稱偏壓所 產(chǎn)生的剩余場導(dǎo)致。在正施加減小的偏壓+ ε的同時(shí)，執(zhí)行測量輸出信號(hào)并存儲(chǔ)它的步驟11。來自電 容性構(gòu)件的輸出信號(hào)是總偏壓VT由電極之間的間隙調(diào)制的結(jié)果，如圖5所示，總偏壓VT是 等效于存在的剩余場的偏壓VE加上減小的偏壓+ ε的代數(shù)和。在時(shí)段Tl期間測量輸出信號(hào)。在圖3所示的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)中，該方法還包括施加減小的DC偏壓-ε的步驟12，該偏 壓即為與減小的偏壓+ ε具有相等的值但符號(hào)相反的偏壓。然后在與時(shí)段Tl相等的時(shí)段 Τ2期間執(zhí)行所述測量相應(yīng)輸出信號(hào)的步驟13。然后在步驟14中計(jì)算時(shí)段Τ1+Τ2上的輸出信號(hào)的平均值。對(duì)應(yīng)于減小的偏壓+ ε 和對(duì)應(yīng)于減小的偏壓-ε的輸出信號(hào)分量由此抵消，所以平均值代表剩余場本身。在步驟 15中，以此方式計(jì)算出的平均值由此可直接用于計(jì)算增益校正。如圖3中的步驟16所表示 的，存儲(chǔ)以此方式計(jì)算出的增益校正以及相關(guān)聯(lián)的振動(dòng)位置。同樣如圖3所示，對(duì)于π /n角偏移量處的η個(gè)振動(dòng)位置重復(fù)這些步驟，其中 是 作為期望進(jìn)行的校正的精細(xì)度的函數(shù)來確定的。在使用陀螺儀的階段期間，如圖4所示，該方法包括檢測振動(dòng)位置的第一步驟17， 然后是搜索對(duì)應(yīng)的增益校正的步驟18，然后是施加增益校正的步驟19。當(dāng)振動(dòng)位置在存 儲(chǔ)了增益校正的兩位置之間的居間位置時(shí)，可施加針對(duì)所存儲(chǔ)位置中的較近位置的增益校 正，或取與振動(dòng)位置兩側(cè)上的兩個(gè)存儲(chǔ)的位置相關(guān)聯(lián)的增益校正的平均值。參照?qǐng)D6，在本發(fā)明的方法的第二實(shí)現(xiàn)中，類似于第一實(shí)現(xiàn)，該實(shí)現(xiàn)具有短時(shí)間地 施加標(biāo)稱偏壓的第一步驟8，隨后是定位振動(dòng)的步驟9以及施加減小的偏壓+ ε的步驟10。 在該實(shí)現(xiàn)中，減小的偏壓大于所估計(jì)的與剩余場等效的偏壓VE。在該實(shí)現(xiàn)中，在步驟20中 測量來自電容性構(gòu)件11的輸出信號(hào)，以便確定僅剩余場的方向并存儲(chǔ)所述方向。確定剩余 場的方向的步驟之后是在不施加減小的偏壓的情況下測量來自電容性構(gòu)件的輸出信號(hào)的 步驟21。然后執(zhí)行計(jì)算增益校正的步驟15，該步驟首先利用剩余場的方向以便確定校正的 符號(hào)，然后利用在沒有減小的偏壓的情況下所測得的輸出信號(hào)以便確定增益校正的值。如
5前，在步驟16中存儲(chǔ)增益校正和相關(guān)聯(lián)的振動(dòng)位置。在本發(fā)明的方法的第二實(shí)現(xiàn)的變形中，可通過在維持此減小的偏壓的同時(shí)測量來 自電容性構(gòu)件的輸出信號(hào)來確定剩余場的值。為了獲得補(bǔ)償剩余場的校正值，然后需要通 過根據(jù)減小的偏壓和電容性構(gòu)件在校正之前的增益計(jì)算輸出信號(hào)中直接由此減小的偏壓 導(dǎo)致的分量，來從所測得的輸出信號(hào)減去所述直接由減小的偏壓導(dǎo)致的輸出信號(hào)分量。然 而，應(yīng)該觀察到，減小的偏壓的生成遭受誤差的不利影響，該誤差會(huì)引起對(duì)由剩余場導(dǎo)致的 分量的有相應(yīng)誤差的確定。如圖6所示，因此優(yōu)選的是，通過施加減小的偏壓來確定剩余場 的方向，并通過在沒有減小的偏壓的情況下測量輸出信號(hào)來獨(dú)立地測量剩余場的值，來確 定剩余場的方向。在這種情形中，應(yīng)觀察到，可按任何順序執(zhí)行確定剩余場方向的步驟和測 量剩余場的值的步驟。自然，本發(fā)明不限于所述實(shí)現(xiàn)，且可對(duì)其應(yīng)用變形而不會(huì)脫離如權(quán)利要求所定義 的本發(fā)明的范圍。具體地，盡管參照具有多個(gè)電容性構(gòu)件的軸對(duì)稱振動(dòng)式陀螺描述本發(fā)明，但本發(fā) 明同樣適用于具有期望要校正增益的單個(gè)電容性構(gòu)件的設(shè)備。
權(quán)利要求
一種校正電容性構(gòu)件的增益的方法，所述電容性構(gòu)件包括能彼此相對(duì)移動(dòng)的電極，且在所述電極之間建立起剩余場，所述方法的特征在于包括以下步驟·向所述電極之一施加值低于閾值的減少的DC偏壓(10)，從而能夠測量由所述減少的偏壓產(chǎn)生的剩余場；·測量來自所述電容性構(gòu)件的輸出信號(hào)(11)；以及·作為所測得的輸出信號(hào)的函數(shù)來計(jì)算對(duì)所述電容性構(gòu)件的增益的校正(15)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述減小的偏壓(10、12)大于估計(jì)的與所述 剩余場等效的偏壓(VE)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述增益校正的計(jì)算包括在正施加著減小 的偏壓的同時(shí)根據(jù)對(duì)來自所述電容性構(gòu)件的輸出信號(hào)的測量(11)來確定所述剩余場的方 向的步驟(20)、以及在不施加減小的偏壓的同時(shí)根據(jù)對(duì)來自所述電容性構(gòu)件的輸出信號(hào)的 測量(11)來確定所述剩余場的值的步驟(21)。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述增益校正的計(jì)算包括從所述輸出信號(hào) 減去直接由所述減小的偏壓導(dǎo)致的分量的步驟。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括針對(duì)具有相同值但符號(hào)相反 的減小的偏壓對(duì)所述輸出信號(hào)進(jìn)行兩次連續(xù)測量的步驟(11、13)，以及取所得輸出信號(hào)的 平均值的步驟(14)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括施加標(biāo)稱偏壓的在前步驟⑶。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括初始化和增益校正存儲(chǔ)階段， 隨后是施加所述校正的階段。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法與納入在軸對(duì)稱振動(dòng)陀螺儀中的 電容性構(gòu)件一起使用，所述軸對(duì)稱振動(dòng)陀螺儀產(chǎn)生能移到各種位置的振動(dòng)，所述方法的特 征在于所述增益校正是在多個(gè)振動(dòng)位置進(jìn)行的。
9.一種用于校正電容性構(gòu)件的增益的設(shè)備，所述電容性構(gòu)件包括能彼此相對(duì)移動(dòng)的電 極以及用于將偏壓信號(hào)施加于所述電極之一的裝置，所述設(shè)備的特征在于包括用于向所 述電極之一施加值低于閾值的減少的DC偏壓(10)的裝置，從而能夠測量由所述減少的偏 壓產(chǎn)生的剩余場；用于測量來自所述電容性構(gòu)件的輸出信號(hào)的裝置；以及用于作為所測得 的輸出信號(hào)的函數(shù)來校正所述電容性構(gòu)件的增益的裝置。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備被納入在軸對(duì)稱振動(dòng)陀螺儀中， 所述軸對(duì)稱振動(dòng)陀螺儀產(chǎn)生能被移到各種位置的振動(dòng)，所述設(shè)備包括用于存儲(chǔ)對(duì)多個(gè)振動(dòng) 位置的增益校正的裝置。
全文摘要
校正電容性構(gòu)件的增益的方法，所述電容性構(gòu)件包括能彼此相對(duì)移動(dòng)的電極，該方法包括以下步驟向電極之一連續(xù)施加減小的偏壓(10、12)，這些偏壓具有相反符號(hào)和低于閾值的相同值(ε)，從而能夠測量由這些減小的偏壓產(chǎn)生的剩余場；對(duì)來自該電容性構(gòu)件的輸出信號(hào)(11、13)進(jìn)行相應(yīng)測量；計(jì)算平均值(14)；以及作為所測得的輸出信號(hào)的函數(shù)來對(duì)該電容性單元的增益進(jìn)行校正(19)。
文檔編號(hào)G01P15/13GK101903779SQ200880122223
公開日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月19日
發(fā)明者J-M·卡龍, V·拉戈 申請(qǐng)人:薩甘安全防護(hù)公司