DE4223349A1

DE4223349A1 - Winkelgeschwindigkeitssensor

Info

Publication number: DE4223349A1
Application number: DE4223349A
Authority: DE
Inventors: Roland Cochard; Pierre Jeannin
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1992-07-16
Filing date: 1992-07-16
Publication date: 1994-01-20
Also published as: JPH06160409A; FR2693799A1; FR2693799B1; US5385047A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Winkelgeschwindigkeitssensor nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der EP A2 405 152 ist bereits ein Winkelgeschwindigkeitssensor bekannt, bei dem sich zwei Be schleunigungssensoren auf einer Kreisbahn um eine Achse bewegen. Durch Drehung um weitere Achsen, die auf der ersten Achse senkrecht stehen, werden Corioliskräfte erzeugt, die auf die Beschleunigungs sensoren wirken. Die Beschleunigungssensoren sind als piezo elektrische Biegebalken ausgebildet, die mit einem Ende an einer rotierenden Achse befestigt sind. Durch ein Montage- und Aus richtungsverfahren ist es möglich, die Piezobiegeelemente besonders exakt an der Drehachse zu befestigen und auszurichten.

Weiterhin sind aus der EP A1 369 532 verschiedene Beschleunigungs sensoren bekannt, die teilweise aus Siliziumwafern heraus strukturiert sind.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Winkelgeschwindigkeitssensor mit den kenn zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vor teil, daß Beschleunigungssensoren, die teilweise aus Silizium her ausstrukturiert sind, eine starke Verbesserung der Meßgenauigkeit des Winkelgeschwindigkeitssensors ermöglichen. Dies ist zum einen auf die geringere Empfindlichkeit gegenüber Querbeschleunigungen zurückzuführen. Weiterhin können mikromechanische Beschleunigungs sensoren aus Silizium mit relativ einfachen Mitteln besonders exakt zur Drehachse und untereinander ausgerichtet werden. Durch die ver einfachte Montage werden zudem die Herstellungskosten für den Winkelgeschwindigkeitssensor verringert.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Winkelgeschwindigkeitssensors möglich. Besonders einfach kann der Beschleunigungssensor auf einer ebenen Platte angeordnet werden. Durch diese Anordnung läßt sich ohne großen Aufwand eine besonders exakte Ausrichtung und Justierung des Beschleunigungs sensors relativ zur Achse erreichen. Besonders geeignete Platten bestehen aus Glas, Silizium oder Keramik. Eine erste Vorverarbeitung der Signale des Beschleunigungssensors kann durch Mittel erfolgen, die in unmittelbarer Nähe des Beschleunigungssensors angeordnet sind. Der gesamte Winkelgeschwindigkeitssensor baut sehr kompakt und die Beeinträchtigung der Signalaufnahme durch Störsignale wird ver ringert. Weitere Mittel zur Verarbeitung der Signale, insbesondere aufwendigere Anordnungen, die einen größeren Platzbedarf haben, können außerhalb der Platte angeordnet sein. Eine besonders störungssichere Übertragung wird durch Übertragungs elemente, die vorzugsweise als lichtemittierende Elemente ausge bildet sind, erreicht. Die Zuführung von elektrischer Leistung auf die rotierende Platte erfolgt besonders günstig durch einen Dreh transformator, weil diese Form der Leistungsübertragung besonders störungssicher ist und keinerlei Verschleiß unterliegt. Besonders einfach kann dabei ein Teil des Drehtransformators als Dick- oder Dünnfilmspule auf der Unterseite der Platte ausgebildet werden. Durch diese Maßnahme wird es möglich, die rotierende Platte mit be sonders günstigen Massenfertigungsverfahren herzustellen. Durch die Verwendung von zwei um 180° versetzten Beschleunigungssensoren können verschiedene Störeffekte bei der Messung der Winkelge schwindigkeit unterdrückt werden. Dabei ist besonders vorteilhaft, daß die beiden mikromechanischen Beschleunigungssensoren nahezu exakt die gleichen Eigenschaften bezüglich Dämpfung und Temperatur drift aufweisen. Insbesondere wird durch eine Differenzbildung der beiden Signale der Einfluß von Beschleunigungen parallel zur Rotationsachse stark vermindert. Weiterhin kann durch eine phasen abhängige Filterung zwischen zwei verschiedenen Drehachsen unter schieden werden.

Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen darge stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die Fig. 1 eine Seitenansicht der ebenen Platte, Fig. 2 eine Aufsicht auf die ebene Platte, Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Beschleunigungssensor, Fig. 4 eine weitere Seitenansicht einer ebenen Platte und Fig. 5 die Ausweisung der Signale.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In den Fig. 1 und 2 ist ein erstes Beispiel für einen Winkel geschwindigkeitssensor gezeigt. Die Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht und Fig. 2 eine Aufsicht. Durch einen Motor 12 wird eine ebene Platte 6 in Rotation um eine erste Achse 3 (in x-Richtung) versetzt. Diese Rotation erfolgt mit einer Winkelge schwindigkeit ω wie durch einen Pfeil in der Fig. 2 angedeutet. Auf der ebenen Platte 6 sind zwei Beschleunigungssensoren 1, 2 ange ordnet, die sich aufgrund der Rotation der ebenen Platte 6 auf einer Kreisbahn um die erste Achse 3 befinden. Weiterhin sind auf der ebenen Platte 6 Schaltkreise 29 und ein Übertragungselement 8 ange ordnet. Durch die Schaltkreise 29 erfolgt eine erste Verarbeitung der Signale der Beschleunigungssensoren 1, 2, die dann über das Übertragungselement 8 zum Empfangselement 9 übertragen werden. Für das Übertragungselement 8 kann beispielsweise eine Leuchtdiode und für das Empfangselement 9 eine Fotodiode gewählt werden. Die Schalt kreise 29 und die weitere Verarbeitung des Signals werden in der Fig. 5 ausführlicher diskutiert. Die Leistungsversorgung für die Schaltkreise 29 und die Leuchtdiode 8 erfolgt über einen Drehtrans formator 10. Der Drehtransformator 10 weist eine (oder mehrere) ortsfeste Spule 13 und eine (oder mehrere) rotierende Spule 14 auf. Durch Anlegen eines Wechselstromes an die ortsfeste Spule 13 wird ein entsprechender Strom in der rotierenden Spule 14 induziert. Durch den Drehtransformator 10 wird so die Stromversorgung für die Schaltkreise 29 und die Leuchtdiode 8 sichergestellt. Dabei ist be sonders vorteilhaft, daß der Drehtransformator 10 besonders störungssicher und verschleißfrei ist. Der hier gezeigte Winkelge schwindigkeitssensor kann daher in Anwendungen mit besonders langer Lebensdauer beispielsweise im Kraftfahrzeugbereich verwendet werden.

In der Fig. 1 und der Fig. 2 ist ein Koordinatensystem xyz defi niert. In der Fig. 2 sind weiterhin zwei Vektoren r und q eingezeichnet, die Projetionen von Drehgeschwindigkeiten auf die Achsen z und y darstellen. Diese Vektoren r und q sind wie folgt definiert:

Die Drehwinkel α, β, γ sind gegenüber einem nicht rechtwinkligen Koordinatensystem definiert, wobei α den Winkel gegenüber der in Fig. 1 gezeigten x-Achse, β den Winkel gegenüber der um α ver schobenen y-Achse, und γ den Winkel gegenüber der mit dem Winkel α und β verschobenen z-Achse darstellt. Mit einem Winkelgeschwindig keitssensor, der wie hier gezeigt mit einem rotierenden System arbeitet und die Coriolisbeschleunigungen mißt, sind die Drehwinkel α, β, γ und die Winkelgeschwindigkeiten nicht direkt meßbar, sondern nur die Projektionen auf das Koordinatensystem xyz, d. h. die Vektoren r und q. Die Bedeutung der Vektoren r und q wird besonders klar, wenn man alle Winkel α, β, γ gleich 0 setzt oder einen sehr geringen Wert für diese Winkel annimmt. In diesem Fall entspricht nämlich:

d. h. durch Messung von q und r wird eine Winkelgeschwindigkeit alleine bestimmt.

Die an den Beschleunigungssensoren 1, 2 auftretende Beschleunigung beträgt:

₁ = ₀ + RA(t) sin wt + RB(t) cos wt

₂ = ₀ - RA(t) sin wt - RB(t) cos wt

mit

A(t) = - 2qw, B(t) = + 2rw

wobei R der Montageradius der Beschleunigungssensoren 1, 2 relativ zur Drehachse 3 ist. Bei ₀ handelt es sich um die Beschleunigung des gesamten Sensorsystems in x-Richtung, die jedoch eine Störgröße darstellt. Die Meßsignale V1, V2 der Beschleunigungssensoren 1, 2 sind in ihrer Bandbreite mit einem Faktor S proportional zu dieser Beschleunigung. Durch Bildung der Differenz der beiden Signale V2 und V1 kann der störende Anteil der Beschleunigung in x-Richtung unterdrückt werden:

V₂ - V₁ = -2RS[A(t)sin wt + B(t)cos wt]

Die Verarbeitung dieses Signals wird zur Fig. 5 beschrieben.

In der Fig. 3 wird ein Beschleunigungssensor 1, 2 gezeigt, wie er auf der ebenen Platte 6 angeordnet ist. Solche Beschleunigungs sensoren sind allgemein bekannt und beispielsweise in der EP A1 369 352 beschrieben. Der Beschleunigungssensor 1, 2 besteht aus drei Siliziumplättchen 15, die in Schichten aufeinander ge stapelt sind. Aus dem mittleren Siliziumplättchen 15 ist ein beweg licher Sensorteil bestehend aus einer Biegezunge 16 und einer daran aufgehängten seismischen Masse 17 herausstrukturiert. Die Lage der seismischen Masse 17 relativ zur oben und unten gelegenen Silizium platte 15 hängt von der Beschleunigung in x-Richtung ab. Da die drei Siliziumplättchen 15 gegeneinander elektrisch isoliert sind, ver ändert sich die elektrische Kapazität zwischen den Siliziumplättchen 15 infolge der Bewegung der seismischen Masse 17.

Es sind auch andere Ausführungsformen der Beschleunigungssensoren 1, 2 denkbar, beispielsweise eine Siliziumplatte zwischen zwei Glas platten mit aufgedampften Elektroden, die ebenfalls aus der EP A1 369 352 bekannt sind.

Die hier verwendeten Beschleunigungssensoren 1, 2 eignen sich in besonderem Maße für die Verwendung in Winkelgeschwindigkeits sensoren, die aufgrund der Coriolisbeschleunigung arbeiten. Zum einen lassen sich mit den hier gezeigten Beschleunigungssensoren 1, 2 größere Meßempfindlichkeiten bei geringerer Querempfindlichkeit als bei piezoresistiven Biegewandlern erzielen. Viel wesentlicher im Zusammenhang mit Winkelgeschwindigkeitssensoren ist jedoch, daß die hier gezeigten Beschleunigungssensoren 1, 2 mit einfachen Mitteln in großer Präzision montiert werden können. Das aufwendige Montier- und Abgleichverfahren für piezoelektrische Biegeelemente, wie es bei spielsweise in der EP A2 405 152 beschrieben wird, wird bei den hier gezeigten Beschleunigungssensoren stark vereinfacht. Ebene Platten 6, die für den Winkelgeschwindigkeitssensor Verwendung finden, lassen sich mit vergleichsweise geringem Aufwand und in großen Stückzahlen kostengünstig herstellen. Durch die hohe Präzision der mikromechanischen Strukturierung der Beschleunigungssensoren 1, 2 lassen sich klar definierte Meßachsen der Beschleunigungssensoren 1, 2 und dazu senkrechte Montageflächen 18 auf der Ober- bzw. Unter seite der Beschleunigungssensoren 1, 2 herstellen.

In der Fig. 4 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel für den er findungsgemäßen Winkelgeschwindigkeitssensor gezeigt, der gerade der hohen Präzision, mit der die Beschleunigungssensoren 1, 2 auf einer ebenen Platte 7 montiert werden können, Rechnung trägt. Auf der Oberseite der ebenen Platte 7 sind zwei Beschleunigungssensoren 1, 2, Schaltkreise 29 und eine Leuchtdiode 8 angeordnet. Die elek trische Verbindung zwischen den Beschleunigungssensoren und den Schaltkreisen 29 und der Leuchtdiode 8 wird durch Bonddrähte 19 oder durch aufgebrachte Leiterbahnen 20 hergestellt. Die ebene Platte 7 wird durch eine Achse 21 um die x-Achse rotiert. Die Spannungsver sorgung für die Schaltkreise 29 und die Leuchtdiode 8 erfolgt wieder über einen Drehtransformator 10, der eine (oder mehrere) ortsfeste Spule 13 und eine (oder mehrere) rotierende Spule 11 aufweist.

Bei der ebenen Platte 7 wird hier insbesondere an einen Silizium wafer, eine Glasscheibe oder an ein Keramiksubstrat gedacht. Diese Substrate können besonders einfach mit einer besonders geringen Oberflächenrauhigkeit versehen werden. Auf all diesen Substraten ist es möglich, die rotierende Spule 11 des Drehtransformators 10 durch entsprechende Dickfilm- oder Dünnfilmprozesse aufzubringen. Die Her stellung der beweglichen Spule 11 kann somit besonders preisgünstig direkt auf der ebenen Platte 7 erfolgen, eine nachträgliche Ver bindung der beweglichen Spule 11 mit der ebenen Platte 7 entfällt. Dadurch wird der Montageaufwand für den Winkelgeschwindigkeitssensor besonders klein gehalten und somit die Herstellungskosten ver ringert. Wenn die ebene Platte aus Silizium oder aus Glas besteht, so können die Beschleunigungssensoren 1, 2 durch einen Bondprozeß mit der ebenen Platte 7 verbunden werden. Bei einem solchen Bond prozeß werden die Beschleunigungssensoren 1, 2 einfach auf die Ober fläche der ebenen Platte 7 gesetzt und werden durch eine Temperaturbehandlung fest miteinander verbunden. Weil bei diesem Verfahren keine dicken Hilfs schichten, wie beispielsweise beim Kleben verwendet werden, lassen sich mit diesem Verfahren besonders hohe Genauigkeitsanforderungen an die Justierung der Beschleunigungssensoren 1, 2 realisieren. Dabei können Winkeltoleranzen von kleiner als fünf Minuten erreicht werden. Weiterhin lassen sich die Schaltkreise 29 und die Leucht diode 8 mit bekannten Methoden direkt auf der Oberfläche der ebenen Platte 7 aufbringen. Im Falle von Siliziumwafern ist sogar die voll ständige Integration der Schaltkreise 29 in der ebenen Platte 7 denkbar.

In der Fig. 5 ist schematisch die Auswertung der Signale des Winkelgeschwindigkeitssensors dargestellt. Die Beschleunigungs sensoren 1, 2 sind jeweils mit den Eingängen von zwei Meßverstärkern 30, 31 verbunden. Die Ausgänge der Meßverstärker 30, 31 sind mit den Eingängen eines Codierers 32 verbunden. Am Ausgang des Codierers 32 liegt eine Leuchtdiode 8. Das Licht der Leuchtdiode 8 wird von der Fotodiode 9 empfangen. Die Fotodiode 9 liegt am Eingang eines Deco dierers 50. Weiterhin ist der Decodierer 50 mit einem Taktgeber 56 verbunden. Der eine Ausgang des Decodierers 50 ist mit der Signal aufbereitung 51, der andere Ausgang des Decodierers 50 ist mit der Signalaufbereitung 52 verbunden. Auf die Signalaufbereitungsglieder 51, 52 folgen ein Addierer 52 und ein Differenzglied 53. Ein Eingang des Addiergliedes 52 ist mit dem Signalaufbereitungsglied 51, der andere Eingang des Addiergliedes 52 ist mit dem Signalaufbereitungs glied 52 verbunden. Der positive Eingang des Differenzgliedes 53 ist mit dem Signalaufbereitungsglied 52, der negative Eingang des Differenzgliedes ist mit dem Signalaufbereitungsglied 51 verbunden. Der Ausgang des Differenzgliedes 53 ist mit dem Eingang eines weiteren Signalauf bereitungsgliedes 55 verbunden. Der Ausgang des Signalaufbereitungs gliedes 55 ist mit den Eingängen von zwei Synchrondemodulatoren 62, 63 verbunden. Weitere Eingänge der Synchrondemodulatoren 62, 63 sind mit dem Ansteuerelement 61 verbunden. Der Ausgang des Synchronde modulators 62 ist mit einem Eingang des Addiergliedes 64 verbunden. Der Ausgang des Synchrondemodulators 63 ist mit einem Eingang des Addiergliedes 65 verbunden. Der Ausgang des Addiergliedes 64 ist mit dem Eingang eines Integriergliedes 67 verbunden. Der Ausgang des Addiergliedes 65 ist mit dem Eingang eines Integriergliedes 66 ver bunden. Der Ausgang des Integriergliedes 66 bildet einen Ausgang der gesamten Schaltung und ist weiterhin mit einem Multiplizierglied 68 verbunden. Der Ausgang des Integriergliedes 67 bildet einen Ausgang der Auswerteschaltung und ist weiterhin mit einem Multiplizierglied 69 verbunden. Der Ausgang des Multipliziergliedes 68 ist mit einem Eingang des Addiergliedes 64 verbunden. Der Ausgang des Multi pliziergliedes 69 ist mit einem Eingang des Addiergliedes 65 ver bunden. Der Ausgang des Taktgebers 56 ist weiterhin mit der Motor steuerung 57 und der Ansteuereinheit 61 für die Synchronde modulatoren 62, 63 verbunden. Weiterhin ist die Leitung 60 mit einem Eingang für die Ansteuereinheit 61 verbunden. Auf der ebenen Platte 7 sind die Beschleunigungssensoren 1, 2, eine Leuchtdiode 8 und erste Mittel 30 bis 32 zur Verarbeitung der Signale der Be schleunigungssensoren 1, 2 angeordnet. Zur Verarbeitung der Signale der Beschleunigungssensoren 1, 2 sind für jeden der beiden Be schleunigungssensoren ein Meßverstärker 30, 31 vorgesehen. Von den Meßverstärkern 30, 31 werden die Kapazitätsänderungen der Be schleunigungssensoren in entsprechende Signale umgewandelt, die dann an den Codierer 32 gegeben werden. Der Codierer 32 setzt dann die Signale der Beschleunigungssensoren 1, 2 in Steuersignale für die Leuchtdiode 8 um, die dann wie durch die Pfeile 33 angedeutet werden, zum Empfangselement 9 beispielsweise einer Fotodiode übertragen werden. Die Meßverstärker 30, 31 erzeugen beispielsweise eine Spannung, die proportional zur Kapazität der Beschleunigungssensoren 1, 2 ist. Diese Spannung wird dann vom Codierer 32 in eine Frequenz umgesetzt, die dann als frequenz moduliertes Signal den Lichtstrom der Leuchtdiode 8 steuert. Be sonders vorteilhaft an dieser Form der Signalübertragung ist die große Störsicherheit. Die Übertragung von der Leuchtdiode 8 zur Fotodiode 9 wird von elektromagnetischen Störfeldern, wie sie bei spielsweise in Kraftfahrzeugen auftreten können, so gut wie nicht beeinflußt. Durch den Codierer 32 werden die Signale der Be schleunigungssensoren 1, 2 derart codiert, daß sie von einem Decodierer 50 wieder in die beiden Einzelsignale der Beschleuni gungssensoren 1, 2 zerlegt werden können. Dies erfolgt beispiels weise dadurch, daß für das frequenzmodulierte Signal der beiden Sensoren jeweils eine eigene Trägerfrequenz vorgesehen ist, so daß durch entsprechende Filterung im Decodierer 50 die Signale der beiden Beschleunigungssensoren 1, 2 wieder getrennt werden. Durch einen Frequenz-Spannung-Umsetzer werden dann aus den Sensorsignalen wieder Spannungen erzeugt. Für die Übertragung kann dieses codierte Signal beispielsweise durch eine Frequenzmodulation der Leuchtdiode 8 übertragen werden. Durch den Decodierer 50 werden die Signale der beiden Beschleunigungssensoren aus den Signalen der Fotodiode 9 wieder hergestellt. Diese Signale werden zu Signalaufbereitungs gliedern 51, 52 gegeben, bei denen eine eventuelle Verstärkung bzw. eine Filterung erfolgt, durch die Störimpulse unterdrückt werden sollen. Weiterhin erhält der Decodierer ein Taktsignal vom Taktgeber 56, mit dem die Arbeitsabläufe in der gesamten Schaltung synchroni siert werden. Nach den Signalaufbereitungsgliedern 51, 52 werden die Signale der beiden Sensoren einmal auf ein Addierglied 52 und einmal auf Differenzglied 53 gegeben. Im Addierglied 52 werden die beide Signale der Be schleunigungssensoren 1, 2 addiert. Als Ergebnis weist das Addier glied 52 ein Signal auf, das proportional zur Beschleunigung in der x-Richtung ist. Dieses Signal ist quasi ein Nebenprodukt des Winkel geschwindigkeitssensors. Als Ergebnis des Differenzbildners 53 wird die Differenz der Signale der beiden Beschleunigungssensoren 1, 2 gebildet, wobei dieses Signal unabhängig von der Beschleunigung in x-Richtung ist. Dieses Signal kann dann durch eine weitere Signal aufbereitung 55 wieder gefiltert oder verstärkt werden und wird dann an die Synchrondemodulatoren 62, 63 weitergegeben. Bei den Synchron demodulatoren 62, 63 handelt es sich um ansteuerbare Filter, die derart angesteuert werden, daß aus dem Differenzsignal der beiden Beschleunigungssensoren der mit dem Sinus modulierte Anteil A und der mit dem Cosinus modulierte Anteil B herausgefiltert werden. Die Ansteuersignale für die Synchrondemodulatoren 62, 63 werden im An steuerelement 61 ermittelt. Dieses Ansteuerelement 61 erhält das Signal des Taktgebers 56 und ein Winkelsignal, welches über eine Leitung 60 vom Motor der die ebene Platte 7 antreibt, zur Motor steuerung 57 übermittelt wird. Die Motorsteuerung selbst erhält ebenfalls das Taktsignal des Taktgebers 56 und wird so mit dem Rest des Auswertesystems synchronisiert. Weiterhin gibt die Motor steuerung 57 über eine Leitung 58 Signale an den Motor, und erhält über die Leitung 59 die Daten der Geschwindigkeit des Motors. Der Motor selbst ist hier aus Vereinfachungsgründen nicht dargestellt. Aus dem Winkelsignal und dem Taktsignal werden Steuerimpulse für die Synchrondemodulatoren 62, 63 gebildet, derart, daß der Synchronde modulator 62 immer dann angesteuert wird, wenn das Cosinusglied der Differenz der beiden Sensorsignale 0 ist. Der Synchrondemodulator 63 wird hingegen immer dann angesteuert, wenn das Sinusglied der Differenz der beiden Sensorsignale 0 ist. Am Ausgang des Synchrondemodulators 62 liegt somit der Anteil A und am Ausgang des Synchrondemoulators 63 der Anteil B der Differenz der beiden Signale der Beschleunigungssensoren 1, 2 vor. Aus diesen beiden Anteilen wird nun durch den aus den Elementen 64 bis 69 ge bildeten Rechenkreis die Projektionen der Winkelgeschwindigkeits sensoren r und q und deren Ableitung ermittelt. Im Addierglied 64 wird dazu zum Signalanteil A der Wert 2 ω q addiert. Am Ausgang des Addiergliedes 64 liegt somit die Ableitung von r vor. Diese Ab leitung von r wird im Integrierglied 67 integriert und ergibt so das gesuchte Signal r, durch welches die Projektion der Drehgeschwindig keiten auf die z-Achse gegeben ist. Im Addierglied 65 wird zum Signalanteil B der Anteil -2 ω r addiert, so daß am Ausgang des Addiergliedes 65 die Ableitung von q vorliegt. Durch Integration durch das Integrierglied 66 wird daraus q, d. h. die Projektion der Winkelgeschwindigkeiten auf die y-Achse gebildet. Die Anteile, die in den Addiergliedern 64, 65 jeweils zu den Signalanteilen A, B hin zuaddiert werden, werden durch geschlossene Rechenschleifen ge bildet, indem die Ausgangssignale r, q der Integratoren 66, 67 durch die Multiplizierglieder 68, 69 jeweils noch mit einem Anteil 2 multipliziert werden. Der hier durch die Elemente 64 bis 69 ge bildete Rechenkreis liefert nach einer kurzen Einschwingzeit nach dem Einschalten stabile Ergebnisse für die Berechnung von r und q.

In der Fig. 6 ist eine weitere Form der Übertragung der Signale der Beschleunigungssensoren 1, 2 von der ebenen Platte 7 gezeigt. Das Übertragungselement 8 und das Empfangselement 9 sind hier beide als Spulen ausgebildet, die räumlich so nahe angeordnet sind, daß das Signal durch Induktion übertragen wird. Das Übertragungselement 8 ist hier als Dick- oder Dünnfilmspule ausgeführt, da sie so besonders einfach hergestellt werden kann. Dem Fachmann ergeben sich jedoch eine Vielzahl von Ausführungsformen für solche Spulen. Die Stromversorgung der rotierenden ebenen Platte 7 erfolgt wieder über einen Drehtransformator, der durch die Spulen 11 und 13 gebildet wird.

Claims

1. Winkelgeschwindigkeitssensor mit mindestens einem sich um einer ersten Achse (3) auf einer Kreisbahn bewegenden Beschleunigungs sensoren (1, 2), wobei der Beschleunigungssensor (1, 2) die Corioliskraft mißt, die durch Drehungen um zwei weitere Achsen (4, 5) auftreten, wobei die drei Achsen senkrecht aufeinanderstehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungssensor (1, 2) teil weise aus Silizium herausstrukturiert ist.

2. Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Beschleunigungssensor (1, 2) auf einer ebenen Platte (6, 7) angeordnet ist, die um die erste Achse (3) rotiert.

3. Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß als ebene Platte (7) eine Scheibe (7) aus Glas, Silizium oder Keramik verwendet wird.

4. Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Platte (6, 7) erste Mittel (30, 31, 32) zur Verarbeitung der Signale des Beschleunigungssensors (1, 2) angeordnet sind.

5. Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß weitere Mittel (50 bis 69) zur Verarbeitung der Signale des Beschleunigungssensors (1, 2) außerhalb der Platte (6, 7) angeordnet sind.

6. Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß auf der Platte (6, 7) ein Übertragungselement (8), mit dem das Signal des Beschleunigungssensors (1, 2) zu einem Empfangs element (9) übertragen wird, das eine Verbindung zu den weiteren Mitteln (50 bis 69) zur Verarbeitung der Signale aufweist.

7. Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß das Übertragungselement (8) als lichtemittierendes Element und das Empfangselement (9) als Fotodiode ausgebildet ist.

8. Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß das Übertragungselement (8) und das Empfangselement (9) als Spulen ausgebildet sind.

9. Winkelgeschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Mittel (30, 31, 32) zur Ver arbeitung der Signale durch einen Drehtransformator (10) mit elek trischer Leistung versorgt werden.

10. Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß eine rotierende Spule (11) des Drehtransformators (10) als Dickfilm- oder Dünnfilmspule auf der Unterseite der ebenen Platte (6, 7) ausgebildet ist.

11. Winkelgeschwindigkeitssensor nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Beschleunigungssensoren (1, 2) verwendet werden, die auf der Kreisbahn um 180° versetzt an geordnet sind.

12. Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 11, dadurch gekenn zeichnet, daß

- die Mittel zur Verarbeitung der Signale einen Differenzbildner (53) aufweisen, der die Differenz der Signale der beiden Be schleunigungssensoren (1, 2) bildet,
- daß die Mittel zur Verarbeitung der Signale phasenabhängige Filter (62, 63) aufweisen, die aus der Differenz der Signale der beiden Beschleunigungssensoren (1, 2) die an den Beschleuni gungssensoren (1, 2) auftretende Beschleunigung als Funktion der Position auf der Kreisbahn bilden,
- und daß die Mittel zur Verarbeitung der Signale Rechenglieder (64 bis 69) aufweisen, die aus den an den Beschleunigungs sensoren (1, 2) auftretenden Beschleunigungen als Funktion der Position auf der Kreisbahn, Näherungsweise die Drehgeschwindig keit um die weiteren Achsen (4, 5) bilden.