(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定量を測定するためのセンサ（１００，２００）であって、当該センサはセンサ信号（Ｓ）を生成し、当該センサ信号は駆動周波数（ｆｘ）で振動し、
当該センサ（１００，２００）はレート復調器（１３５）と、直交復調器（１４０）と、評価回路（１７０）と、補正回路（１８０）とを有しており、
・前記レート復調器（１３５）は、第１の復調信号と乗算することによって前記センサ信号（Ｓ）を復調し、これによって、当該センサ信号（Ｓ）からレート信号（Ｒ１）を形成し、当該レート信号内には、前記測定されるべき測定量に関する情報が含まれており；
・前記直交復調器（１４０）は、前記第１の復調信号に対して９０°シフトされた第２の復調信号と乗算することによって前記センサ信号（Ｓ）を復調し、これによって当該センサ信号（Ｓ）から直交信号（Ｑ１）を形成し；
・前記評価回路（１７０）は、前記直交信号（Ｑ１）または当該直交信号から導出された信号（Ｑ２）が、周期的な振動の影響を受けているか否かを判断し、周期的な振動が存在している場合には、目下のレート信号（Ｒ１）が、前記センサ（１００，２００）に作用する外部ノイズによって影響されていることを示す値を有する状態信号（Ｘｓｔ）を出力し、
・前記補正回路には前記状態信号（Ｘｓｔ）および前記レート信号（Ｒ１）が供給され、目下のレート信号（Ｒ１）が前記センサに作用している外部ノイズによって影響されていることを示す値を前記状態信号（Ｘｓｔ）が有している場合には、当該レート信号（Ｒ１）が補正され、
前記補正回路（１８０）は、位相シフト器（１８２）と、減算器（１８４）と、乗算器（１８６）とを有しており、
・前記位相シフト器（１８２）は、前記直交信号（Ｑ１）を９０°ぶんだけ位相シフトさせ、９０°位相シフトされた直交信号（Ｑ１）を出力し；
・前記減算器（１８４）は、当該位相シフトされた直交信号（Ｑ１）と前記レート信号（Ｒ１）との間の差を形成し、差分信号（Ｑｄｉｆ）として出力し；
・前記乗算器（１８６）は、状態信号（Ｘｓｔ）に依存して、前記レート信号（Ｒ１）または減算器（１８４）によって形成された差分信号を出力する、
ことを特徴とするセンサ（１００，２００）。
【請求項２】
さらに直交制御器（１５０）を有しており、当該直交制御器は前記直交信号（Ｑ１）を受信し、フィードバック結合信号（Ｑ２）を形成し、当該フィードバック結合信号（Ｑ２）はセンサ（１００，２００）内にフィードバック結合され、これによって前記直交信号（Ｑ１）が零に閉ループ制御され；
前記評価回路（１７０）は、当該フィードバック結合信号（Ｑ２）が周期的な振動の影響を受けているか否かを判断する、請求項１記載のセンサ（１００，２００）。
【請求項３】
前記直交制御器（１５０）にさらに前記状態信号（Ｘｓｔ）が供給され、目下のレート信号（Ｒ１）が前記センサ（１００，２００）に作用している外部ノイズによって影響されていることを示す値に当該状態信号（Ｘｓｔ）が変化すると、当該直交制御器（１５０）は前記フィードバック結合信号（Ｑ２）を自身の瞬時値で固定する、請求項２記載のセンサ（１００，２００）。
【請求項４】
前記センサ（１００，２００）はヨーレートセンサとして形成されており、振動体を有しており、当該振動体は、基板に対して駆動周波数（ｆｘ）で振動する、請求項１から３までのいずれか１項記載のセンサ（１００，２００）。
【請求項５】
・駆動周波数（ｆｘ）で振動する、センサ信号（Ｓ）を形成するステップと；
・第１の復調信号と乗算することによって前記センサ信号（Ｓ）を復調するステップであって、これによって、当該センサ信号（Ｓ）からレート信号（Ｒ１）を形成し、当該レート信号内には、測定されるべき測定量に関する情報が含まれる、ステップと；
・第１の復調信号に対して９０°シフトされた第２の復調信号と乗算することによって前記センサ信号（Ｓ）を復調するステップであって、これによって、当該センサ信号（Ｓ）から直交信号（Ｑ１）を形成する、ステップと；
・前記直交信号（Ｑ１）または当該直交信号から導出された信号（Ｑ２）が、周期的な振動の影響を受けているか否かを判断するステップと；
・このような周期的な振動が存在している場合に、目下のレート信号（Ｒ１）が、前記センサ（１００，２００）に作用している外部ノイズによって影響されていることを示す値を有する状態信号（Ｘｓｔ）を出力するステップと、
・センサに作用している外部ノイズに目下のレート信号（Ｒ１）が影響されていることを示す値を前記状態信号（Ｘｓｔ）が有している場合に、当該レート信号（Ｒ１）を補正するステップと、
を有しており、
前記直交信号を９０°位相シフトさせ、９０°位相シフトされた直交信号を形成するステップと；
位相シフトされた当該直交信号と前記レート信号（Ｒ１）との間の差を形成することによって差分信号を形成するステップと；
前記レート信号（Ｒ１）または減算器によって形成された差分信号を、状態信号（Ｘｓｔ）に依存して出力するステップとがさらに設けられている、
ことを特徴とする、センサ（１００，２００）を動作させる方法。
【請求項６】
前記センサをヨーレートセンサとして形成し、振動体を有しており、当該振動体を、基板に対して駆動周波数（ｆｘ）で振動させる、請求項５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ、殊にヨーレートセンサに関する。
【０００２】
従来技術
マイクロメカニカルヨーレートセンサは自動車領域、例えばＥＳＰシステム内で、ロールオーバーセンシングまたはナビゲーションの目的で使用されている。ヨーレートセンサの課題は、回転軸を中心とした自動車運動を正確に測定することである。
【０００３】
従来のマイクロメカニカルヨーレートセンサは、通常、基板上に可動に配置されている振動体を含んでいる。振動体は、駆動周波数ｆｘでの振動運動時に、基板に対してずれる。振動運動に平行でない、ヨーレートセンサが固定されている回転体の回転運動は、振動体上にコリオリ力を生じさせる。このコリオリ力によって振動体が付加的に偏向される。測定電極によってこの付加的な偏向が容量的に検出され、回転体の回転運動をあらわす量に関して評価される。このような量は例えば、回転体の回転運動のヨーレートである。
【０００４】
上述の測定原理では回転体上の線形（すなわち非回転性の）加速度または振動も、コリオリ力に平行に作用する力によって測定電極を偏向させてしまう。このような直線的な加速度と回転運動とを区別する、種々の措置が知られている。
【０００５】
線形振動部として構成されている２つのヨーレートセンサ部材を、自身の振動体が逆平行に相互に振動するように結合することが知られている。このような配置では、線形加速度または振動（回転成分は無い）は、同じ力ベクトルを備えた、測定電極に作用する力を有しており、これに対して、回転運動の場合には、測定電極に作用するコリオリ力の力ベクトルは相互に反対である。２つのセンサ部材の出力信号が相互に減算される場合には、２つのセンサ部材の線形加速度または振動によって生じる（同相の）信号成分が相互に相殺される。これに対して、回転運動の場合には、コリオリ力によって生じる（逆相の）信号成分は、減算によって相殺されない。すなわちこれによって、センサへの線形加速度または振動の影響が補償される。
【０００６】
しかし、このような配置では、完全な補償は、２つのセンサ部材が完全に対称に設計されている場合にのみ行われる。しかし製造公差等によって、実際には、ある程度の非対称性は避けられ無い。従って線形ノイズの場合には、差分信号が生じる。これは従来では、ヨーレート信号と区別されることはなかった。
【０００７】
出力側に設けられたローパスフィルタは、このような線形ノイズによって生じる信号成分をフィルタリングするために用いられるが、次のような問題が生じる。すなわち、センサの駆動周波数ｆｘとほぼ同じ周波数での振動時に、側帯が生じてしまう、という問題である。これはローパスフィルタを通過することがある。従って、誤って回転成分として解釈される恐れがある。換言すれば、出力側のローパスフィルタの遮断周波数が足された／引かれた駆動周波数ｆｘの周波数領域での振動時にはノイズが生じる可能性がある。
【０００８】
この周波数領域におけるノイズの可能性を阻止するために、この周波数領域における外部振動が減衰される。これは例えば、適切なばね部材を懸架することによって行われる。しかしこのような手法にはコストがかかり、かつ振動を完全に補償することもできない。
【０００９】
発明の開示内容
従って本発明の課題は、外部ノイズ、殊に外部振動の影響を受けないセンサを提供することである。
【００１０】
これに相応して、測定量を測定するセンサが提供される。このセンサは、駆動周波数で振動するセンサ信号を形成する。ここでこのセンサは以下のものを有している：
・レート復調器：レート復調器は、第１の変調信号と乗算することによってセンサ信号を復調する。これによって、センサ信号からレート信号が形成される。この信号において、測定されるべき測定量に関する情報が得られる；
・直交復調器：直交復調器は、センサ信号を、第１の復調信号に対して９０°ずらされた第２の復調信号と乗算することによって復調する。これによってセンサ信号から、直交信号が形成される；
・評価回路：評価回路は、直交信号または直交信号から導出された信号が、周期的な振動の影響を受けているか否かを判断し、周期的な振動が存在している場合には、目下のレート信号が、センサに作用する外部ノイズによって影響されていることを示す値を有する状態信号を出力する。
【００１１】
センサに外部ノイズ、殊に特定の周波数領域における外部振動が作用している場合、これは、直交信号ないしは直交信号から導出されるフィードバック結合信号の周期的な振動になってあらわれる。すなわち本発明のセンサはこのような周期的な振動から外部ノイズの存在を推測し、目下出力されている測定値が誤りを含んでいることを示す状態信号を出力する。このような状態信号は後続のシステム、例えば自動車内のＥＳＰシステムに供給される。このシステム内にはセンサが設けられている。このようにして、誤ったまたは変えられた測定値に基づいた判断が阻止される。
【００１２】
このセンサはさらに、直交制御器を有している。この制御器は直交信号を受信して、フィードバック結合信号を形成する。このフィードバック結合信号はセンサにフィードバック結合され、これによって直交信号は実質的に零に閉ループ制御される。ここで評価回路は、このフィードバック結合信号が周期的な振動の影響を受けているか否かを判断する。この場合には、直交制御器にさらに状態信号が供給され、状態信号が、目下のレート信号がセンサに作用する外部ノイズによって影響されていることを示す値に変化したときに、直交制御器がフィードバック結合信号をその瞬時値に固定することが有利である。このようにして、外部ノイズに基づく直交信号が、センサの測定経路内にフィードバック結合され、測定に影響を与える。
【００１３】
有利にはセンサはさらに補正回路を有している。この回路には状態信号およびレート信号が供給される。目下のレート信号がセンサに作用する外部ノイズによって影響されていることを示す値を状態信号が有している場合に、レート信号が補正される。これによって、外部ノイズがある場合には、レート信号に対するノイズの作用が補償され、補正されたレート信号が出力される。
【００１４】
レート信号のこのような補正は例えば、センサが以下のものを有していることによって実現される：すなわち、
位相シフト器：位相シフト器は、直交信号を９０°ぶんだけ位相シフトさせ、９０°位相シフトされた直交信号を出力する。
【００１５】
減算器：減算器は、位相シフトされた直交信号とレート信号との間の差を形成し、差分信号を出力する；
乗算器：乗算器は、状態信号に依存して、レート信号または減算器によって形成された差分信号を出力する。
【００１６】
このセンサは例えば、ヨーレートセンサとして構成される。このセンサは振動体を有している。この振動体は基板に対して、駆動周波数によって振動される。この場合にはヨーレートセンサは殊に、振動体の駆動周波数近傍の周波数の外部振動の影響を受けない。
【００１７】
センサを作動させる本発明の方法は以下のステップを有している：すなわち、
・駆動周波数で振動する、センサ信号を形成するステップ；
・第１の復調信号と乗算することによってセンサ信号を復調するステップ。これによって、センサ信号からレート信号が形成される。このレート信号内には、測定されるべき測定量に関する情報が含まれている；
・第１の復調信号に対して９０°シフトされた第２の復調信号と乗算することによってセンサ信号を復調するステップ。これによって、センサ信号から直交信号が形成される；
・直交信号または直交信号から導出された信号が、周期的な振動の影響を受けているか否かを判断するステップ；
・このような周期的な振動が存在している場合に、目下のレート信号が、センサに作用する外部ノイズによって影響されていることを示す値を有する状態信号を出力するステップ
この方法では有利には、目下のレート信号がセンサに作用する外部ノイズによって影響されていることを示す値を状態信号が有している場合には、レート信号が補正される。これは、方法にさらに以下のステップが設けられることによって行われる：すなわち、
直交信号を９０°位相シフトさせ、９０°位相シフトされた直交信号を形成するステップ；
位相シフトされたこの直交信号とレート信号との間の差を形成することによって差分信号を形成するステップ；
レート信号または減算器によって形成された差分信号を、状態信号に依存して出力するステップ、である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施例に即した、本発明のヨーレートセンサの配置構成を示すブロック図
【図２】振動機構の概略図
【図３Ａ】ノイズ加速度が存在しない、第１の実施形態に即したセンサ内のセンサ特性を示すグラフ
【図３Ｂ】ノイズ加速度が存在しない、第１の実施形態に即したセンサ内のセンサ特性を示すグラフ
【図４Ａ】ノイズ加速度が存在する、第１の実施形態に即したセンサ特性を示すグラフ
【図４Ｂ】ノイズ加速度が存在する、第１の実施形態に即したセンサ特性を示すグラフ
【図５】評価回路の実施例のブロック回路図
【図６】第２の実施例に即した、本発明のヨーレートセンサの配置構成を示すブロック図
【図７Ａ】ノイズ加速度が存在する場合の、第２の実施形態に即したセンサ特性をあらわすグラフ
【図７Ｂ】ノイズ加速度が存在する場合の、第２の実施形態に即したセンサ特性をあらわすグラフ
【図８】補正回路の構造を概略的に示すブロック回路図
【実施例】
【００１９】
第１の実施例
図１は、第１の実施例に即した、本発明のヨーレートセンサ１００の配置構成を示すブロック図である。
【００２０】
センサ１００の中心部分は、振動機構１１０である。センサ１００が、特定の回転軸を中心に回転すると、振動機構１１０内に設けられている測定電極にコリオリ力が作用する。このコリオリ力によって、測定電極が場所的にシフトする。この場所的なシフトは容量的に測定され、以降で示すように、レート信号Ｒ１に置き換えられる。このレート信号は、場所的なシフト、ひいてはセンサに作用するヨーレートに関する情報を含んでいる。これを以下で詳細に説明する。
【００２１】
図２は、振動機構１１０の概略図である。この例では、振動機構１１０は、２つの線形振動部１１２ａおよび１１２ｂを備えた二測定系として設計されている。この２つの線形振動部１１２ａおよび１１２ｂは、ばね１１４を介して相互に結合されている。
【００２２】
二つの線形振動部１１２ａおよび１１２ｂの各々は、複数のアクチュエータ電極１１６を有している。これらは、振動体上に設けられている。この振動体は、基板に対して、駆動周波数ｆｘでの振動でずらされる。アクチュエータ電極１１６の数は、図２に示された数に制限されない。アクチュエータ電極１１６は電極格子を形成する。各アクチュエータ電極１１６には１つまたは複数のステータ電極１１８が割り当てられている。これらは、アクチュエータ電極１１６に対して平行に、基板上に設けられている。従って各アクチュエータ電極１１６は、自身に割り当てられているステータ電極１１８とともに、コンデンサを形成する。このコンデンサは、それぞれ１つのアクチュエータ電極１１６と少なくとも１つのステータ電極１１８とから成る。
【００２３】
アクチュエータ電極１１６は、ステータ電極１１８に対して、Ｘ軸に沿って可動に支承されている。従って振動機構１１０が振動し始める、アクチュエータ電極１１６はＸ軸に沿って動く。ここで線形振動部１１２ａおよび１１２ｂのアクチュエータ電極１１６は、相互に逆平行に、＋Ｘ方向ないしは−Ｘ方向に動く。線形振動部１１２ａおよび１１２ｂの、基板に対して振動される部分を以下で、「振動体」とも称す。
【００２４】
線形振動部１１２ａおよび１１２ｂがＺ軸を中心に回転すると、アクチュエータ電極１１６にコリオリ力Ｆｃｏｒが作用する。このコリオリ力Ｆｃｏｒによって、周波数ｆｘ−ｆｄおよびｆｘ＋ｆｄでの（ここでｆｘ＝駆動周波数、ｆｄ＝加えられているヨーレートの周波数である）力が生じる。この力はＹ方向に作用し、アクチュエータ電極１１６とステータ電極１１８との間の間隔を変える。これによって、アクチュエータ電極１１６とステータ電極１１８とによって形成されているコンデンサの容量も変化する。この容量変化は、容量測定部１２０ａおよび１２０ｂによって、相応の電圧信号に置き換えられる。ここで容量測定部１２０ａは線形振動部１１２ａ上の容量に割り当てられており、容量測定部１２０ｂは線形振動部１１２ｂ上の容量に割り当てられている。容量測定部１２０ａおよび１２０ｂはそれぞれ、電圧信号を出力する。この電圧信号は、割り当てられている振動部１１２ａないしは１１２ｂ上の相応の容量に等しい。容量測定部１２０ａおよび１２０ｂによって出力された電圧信号は、減算器１２５によって相互に減算される。減算器１２５から出力されたアナログ差分信号は、次にアナログデジタル変換器１３０によって、デジタルセンサ信号Ｓに置き換えられる。
【００２５】
従ってＡ／Ｄ変換器１３０は、デジタル信号Ｓを出力する。これは、センサ１００に作用する回転力に関する情報を含んでいる。この信号Ｓは、レート成分並びにこれに対して位相がシフトされた直交成分を含んでいる。ここでこのレート成分は、振動体の速度に比例しており、これに対して、直交成分は振動体の偏向に比例している。すなわちレート成分ろ直交成分は、まさに９０度ぶんだけ、位相シフトされている。直交成分は、製造公差ないし非対称性によって、振動機構１１０内に生じる。これは減算器１２５によって補償されない。
【００２６】
センサ信号Ｓは、レート復調器１３５に供給される。レート復調器は、このセンサ信号Ｓをレートに従って復調する。レート復調器１３５は、乗算器１３６とローパスフィルタ１３７とを有している。乗算器１３６は、センサ信号Ｓを第１の復調信号と乗算する。この第１の復調信号は、例えば、ｃｏｓ（２Πｆｘｔ）と比例し、振動機構の駆動と同期している。これによって、２つの側帯を備えたレート信号Ｒ０が生じる。これらの側帯のうちの１つが、基本帯域内または基本帯域近傍に位置する。ローパスフィルタ１３７による、これに続くフィルタリングによって、ローパスフィルタリングされたレート信号Ｒ１が得られる。この信号は、センサに印加されているヨーレートに関する情報を含んでおり、センサから出力される。さらにレート信号Ｒ１はデジタルに増幅され、オフセット修正され、続いて、フィルタによってフィルタリングされる。得られた情報は次に、例えばセンサから出力され、ＥＳＰシステム、ロールオーバーセンシングシステムまたはナビゲーションシステム内でもさらに処理される。または、判断のために用いられる。例えばＥＳＰシステムは、求められたヨーレート並びに、別のインフォメーション、例えば操舵角度、ホイール回転数およびクリチカルな走行状況における加速度に基づいて、所期の制動介入によって、車両の走行安定性を保証することができる。
【００２７】
センサ信号Ｓは、さらに直交復調器１４０に供給される。直交復調器は、乗算器１４１とローパスフィルタ１４２とを含んでいる。乗算器１４１は、センサ信号Ｓを第２の復調信号と乗算する。これによって信号Ｑ０が得られる。この第２の復調信号は、第１の復調信号に対して９０度位相がシフトされている。すなわち、例えばｓｉｎ（２Πｆｘｔ）に対して比例している。従ってこの直交に従って復調された信号Ｑ０は実質的に、
【数１】
0005542920.tif 000002
になる。
【００２８】
ここで
Ｙ：比例ファクタ
Ｘ０：駆動振幅
ｆｘ：駆動周波数
ｆｄ：ヨーレートの周波数
Ω：ヨーレートの振幅
【００２９】
すなわちこの信号Ｑ０は、通常、復調後に、実質的に基本帯域内にスペクトル成分を有しておらず、主に、センサ素子の２倍の駆動周波数２ｆｘの近傍にスペクトル成分を有している。
【００３０】
信号Ｑ０は、ローパスフィルタ１４２に供給される。このローパスフィルタは例えば、変調器１３５の後方に設けられているローパスフィルタと同じ帯域を有し得る（例えば５０Ｈｚまたは１００Ｈｚ）。すなわち、ローパスフィルタ１４２は、ローパスフィルタリングされた直交信号Ｑ１を出力する。ここから、二倍の駆動周波数２ｆｘを中心とした信号成分がフィルタリングされる。
【００３１】
このローパスフィルタリングされた直交信号Ｑ１は、直交制御部１５０に供給される。この直交制御部１５０は、フィードバック結合信号Ｑ２を形成する。これによって振動機構１１０が影響される。この信号は次のように構成されている。すなわち、直交信号Ｑが作動中は実質的に零に閉ループ制御されるように構成されている。換言すれば、直交制御部１５０は、作動時に、直交信号Ｑ１を零に閉ループ制御する。直交制御部１５０は例えば、ｐｉｄ制御器として構成される。
【００３２】
フィードバック結合信号Ｑ２は、振動体上のＱ電極および振動機構１１０の基板に印加される電圧である。この電圧によってＱ電極１５５に、振動体に作用する静電力ＦＱが形成される。
【００３３】
さらに、Ａ／Ｄ変換器の出力側に生じるセンサ信号Ｓがフィードバック結合され、振動体上のフィードバック電極１６０および振動機構１１０の基板に加えられる。これによってフィードバック電極１６０に、振動体に作用する静電力Ｆｆｂが形成される。
【００３４】
静電力ＦＱおよびＦｆｂは、振動体に作用するコリオリ力Ｆｃｏｒと重畳し、この結果、力Ｆｒｅｓ＝Ｆｃｏｒ＋ＦＱ＋Ｆｆｂが生じる。これは、ブロック回路図内に概略的に、加算器１６５によって示されている。すなわち加算器１６５は、実際の部材ではなく、概略的に、種々の力ベクトルの重畳を記号で表しているだけである。
【００３５】
このようにして閉ループ制御回路が設けられる。この制御回路は、振動体を備えた振動機構１１０と、この上に設けられているＱ電極１５５と、フィードバック電極１６０と、容量測定部１２０ａ、１２０ｂと、減算器１２５と、Ａ／Ｄ変換器１３０と、復調器１４０と、直交制御器１５０とを含んでいる。
【００３６】
センサ１００はさらに評価回路１７０を有している。この評価回路はフィードバック結合信号Ｑ２を評価し、ここから導出された状態信号Ｘｓｔを出力する。詳細には、評価回路１７０は、フィードバック結合信号Ｑ２が周期的な振動の影響を受けているか否かを判断する。フィードバック結合信号Ｑ２が周期的な振動の影響を受けている場合には、評価回路１７０は値（例えばＸｓｔ＝ＨＩ）を備えた状態信号Ｘｓｔを出力する。この値は、目下のレート信号Ｒ１が、センサに作用しているノイズ加速度ないしは振動によって影響されていることを示している。換言すれば、状態信号Ｘｓｔは、このセンサ信号が誤りを有していることを記す。評価回路１７０が、フィードバック結合信号Ｑ２が周期的な振動の影響を受けていないと判断した場合、評価回路は値（例えばＸｓｔ＝ＬＯ）を備えた状態信号Ｘｓｔを出力する。この値は、目下のレート信号Ｒ１が、誤りでないことを示している。
【００３７】
図３Ａおよび３Ｂは、センサ１１０の特性を図示している。これは、センサ１００が時間ｔ＝０．０５ｓからヨーレートで回転されている場合の作動時のものである。その振幅Ωは約１２０°／ｓであり、その回転周波数ｆｄは約５Ｈｚである。ノイズ加速度は、センサ１００に作用していない。詳細には図３Ａは、信号Ｒ１（ｔ）とＱ１（ｔ）の経過を示しているグラフであり、図３Ｂは、フィードバック結合信号Ｑ２（ｔ）の経過を示している。図３Ａないしは図３Ｂの水平軸は時間軸であり、図３Ａないしは図３Ｂの垂直軸は信号の値をビットで示している。同様のことが相応に、図４Ａ、４Ｂおよび７Ａ、７Ｂにも当てはまる。
【００３８】
センサ１００は、予期されているように、過渡過程の影響を受ける。ここでこの過渡過程の持続時間は、０．０５秒よりも短い。過渡過程の終了時には、Ｒ１もＱ１も、約０に制御されている。これは、回転加速度がセンサ１００に作用していないことを示している。直交制御部の出力信号Ｑ２は、この時点で、一定の値を有していると仮定される。５Ｈｚの回転周波数ｆｄを有する回転加速度のみがセンサ１００に作用している場合には、結果として生じるコリオリ力は、上述のように、同じ周波数を有するレート信号Ｒ１を変化させる。レート信号Ｒ１の振幅はここで、回転加速度の振幅に相当する。従ってレート信号Ｒ１を評価することによって、回転運動の振幅および周波数が推測される。
【００３９】
直交制御部１５０による閉ループ制御によって、直交信号Ｑ１はほぼ零のままに保たれる。信号Ｑ２は、典型的な制御器特性を示している。これはここで、周期的な振動の影響を受けていない。従って、評価回路１７０は、値「ＬＯ」を備えた状態信号Ｘｓｔを出力する。これは、センサが、外部の振動ノイズの影響を受けていないことを示す。
【００４０】
図４Ａおよび４Ｂは、センサ１００の特性を示している。これは、センサ１００が回転されておらず、センサ１００にノイズ周波数ｆｘ＋ｆｓを有する振動が作用している場合の作動時のものである。この場合には、直交に従って復調された信号Ｑ０は次のようになる：
【数２】
0005542920.tif 000003
【００４１】
ここで
Ｘ：比例ファクタ
Ａ：外部ノイズ加速度の振幅
ｆｘ：駆動周波数
ｆｘ＋ｆｓ：外部ノイズ加速度の周波数
【００４２】
この信号Ｑ１（ｔ）は、ローパスフィルタ１４２に供給される。式（２）内の第２行の右側の二番目の項は、高周波成分に相応する。これは駆動周波数ｆｘの２倍よりも大きい。しかし一番目の項（比例ｃｏｓ（２Πｆｓｔ）は、周波数ｆｓが小さい場合には、ローパスフィルタ１４２によってフィルタリングされない。これは殊に次のような場合である。すなわち、外部ノイズ加速度の周波数が、ローパスフィルタ１４２の遮断周波数よりも小さい周波数ｆｓを加算／減算した駆動周波数ｆｘと同じである場合である。
【００４３】
この状況は図４Ａおよび４Ｂに示されている。ｔ＝０．０５秒から、外部加速度（ｆｓ＝５Ｈｚ，Ａ＝２ｇ）がセンサ１００上に検出方向に与えられている。センサ内の非対称性によって、デジタル化された、周波数ｆｓを備えた周期的な直交信号Ｑ１が生じる。直交制御器１５０には、この周期的な信号Ｑ１が供給される。直交制御器１５０は、この信号を零に閉ループ制御する。従って、フードバック結合信号Ｑ２も周波数ｆｓによって振動し始める。この信号Ｑ２はＱ電極に作用し、これによって周期的な静電力が振動体に作用する。これは再び、周期的なレート信号Ｒ１に変換され、ヨーレートがセンサに作用していなくても特定の振幅（ここでは約３３ビット）で振動する。
【００４４】
フィードバック結合信号Ｑ２は、評価回路１７０に供給される。評価回路は、フィードバック結合信号Ｑ２が周期的な振動の影響を受けているか否かを判断し、値（例えば「ＨＩ」）を備えた状態信号Ｘｓｔを出力する。これは、センサによって形成されたレート信号Ｒ１が誤りを有していることを示す。
【００４５】
図５は、評価回路１７０の例示的な実施形態の図を示している。この実施例では、評価回路１７０はハイパスフィルタ１７２（択一的にバンドパスフィルタが設けられていてもよい）、２つのピーク保持回路１７３、７４、減算器１７５および比較器１７６を含んでいる。フィードバック結合信号Ｑ２は、ハイパスフィルタ１７２に供給される。ハイパスフィルタ１７２によってハイパスフィルタされた信号Ｑ２は、２つのピーク保持回路１７３、１７４に供給される。ピーク保持回路１７３は、最大値Ｑ２ｍａｘを特定する。この値は、ハイパスフィルタリングされた信号Ｑ２が、進行している時間窓において取る値である。これに対して、ピーク保持回路１７４は、最小値Ｑ２ｍａｘを特定する。これはハイパスフィルタリングされた信号がこの時間窓内で取る値である。減算器１７５は値Ｑ２ｍａｘから値Ｑ２ｍｉｎを減算し、このようにして差分信号Ｑｄｉｆを特定する。この差分信号は、観察時間窓内でのピークからピークまでの間隔に相当する。比較器１７６は、信号Ｑｄｉｆを、事前に定められている、または動的に定められる基準値Ｘｒｅｆと比較する。Ｑｄｉｆが基準値Ｘｒｅｆよりも大きい場合には、比較器１７６は値「ＨＩ」を備えた状態信号Ｘｓｔを出力する。これは、センサ１００によって出力されるレート信号Ｒ１が外部ノイズによって影響されていることを示している。そうでない場合には、比較器は、値「ＬＯ」を備えた状態信号Ｘｓｔを出力する。
【００４６】
評価回路１７０の上述した実施形態は単なる例であり、フードバック結合信号Ｑ２の周期的な振動を識別することができる任意の評価回路を使用することができる。さらに評価回路に、過渡過程の後にほぼ一定の値を中心とした振動が実際に存在している場合にのみ状態信号Ｘｓｔが「ＨＩ」にセットされることを保証する部材を付加的に設けることができる。すなわちこれは、Ｑ２ｍｉｎがこの値より小さく、Ｑ２ｍａｘがこの値よりも大きい場合である。
【００４７】
第２の実施例
図６は、第２の実施例に即した、本発明のセンサ２００の配置構成を説明するブロック図である。
【００４８】
図１における第１の実施例のセンサ１００のコンポーネントに相応するコンポーネントには同じ参照符号が付与されており、詳細に説明しない。さらに補正回路１８０が設けられている、という点において、図６のセンサ２００は、第１の実施例のセンサ１００と異なる。この補正回路には、レート信号Ｒ１と直交信号Ｑ１が供給され、補正されたレート信号Ｒ２を出力する。詳細には、状態信号Ｘｓｔが値「ＬＯ」を有している場合には、補正回路１８０はレート信号Ｒ１を補正せずに出力し、状態信号Ｘｓｔが値「ＨＩ」を有している場合には、補正されたレート信号を出力する。
【００４９】
さらにこの実施形態では、第１の実施形態とは異なり、状態信号Ｘｓｔが誤りのあるレート信号Ｒ１をマーキングしている場合には、直交制御器１５０による制御が中止される。さらに、評価回路１７０から出力された状態信号Ｘｓｔも、直交制御器１５０に供給される。状態信号ＸｓｔがＬＯからＨＩに変化すると、すなわち、換言すれば状態信号Ｘｓｔが、目下のレート信号Ｒ１がセンサに作用する外部ノイズによって影響されていることを示す値を取ると、直交制御器１５０はフィードバック結合信号Ｑ２をその目下の値で固定する。すなわち、ＬＯからＨＩへ移行する時点の値で固定する。これによって、フィードバック結合信号Ｑ２の周期的な振動が、レート信号Ｒ１に影響を与えることが回避される。状態信号Ｘｓｔが、目下のレート信号Ｒ１内に誤りが無いことを示す値に戻ると、直交制御器１５０が再びスイッチオンされる。
【００５０】
図７Ａおよび７Ｂは、センサ２００の特性を図示している。これは、０．０５秒からセンサに、周波数ｆｘ＋ｆｓを有する外部振動ノイズが加わる場合のものである。フィードバック結合信号Ｑ２はこの実施例では、過渡振動の後に一定に保持される（図７Ｂを参照）。図７Ａから分かるように、外部振動ノイズが存在する場合には、周期的に振動する信号Ｒ１とＱ１とが存在する。これらは相互に９０°ぶんだけ位相がシフトされている。しかし実質的に同じ振幅を有している。センサ２００は、この事実を利用して、レート信号Ｒ１を補正する。
【００５１】
図８は、補正回路１８０の構造を概略的に示しているブロック回路図である。この補正回路１８０は、位相シフト器１８２と、減算器１８４と、乗算器１８６を有している。位相シフト器１８２は、自身に供給された信号Ｑ１を＋９０°だけシフトさせる。位相シフト器１８２は例えば、シフトレジスタ、遅延素子等によって実現されている。
【００５２】
＋９０°だけシフトされた信号Ｑ１はレート信号Ｒ１と同じように、減算器１８４に供給される。この減算器は、レート信号Ｒ１から、位相シフトされた信号Ｑ１を減算する。すなわち減算器１８４によって出力された差分信号は補正された信号であり、この信号では、ノイズ加速度ないしは振動によって生じた誤りが補償されている。減算器１８４から出力された差分信号は、レート信号Ｒ１と同じように、乗算器１８６に供給される。乗算器１８６にはさらに状態信号Ｘｓｔが制御信号として供給される。状態信号Ｘｓｔが「ＬＯ」である場合には、補正回路１８０は補正されていないレート信号Ｒ１を、出力信号Ｒ２として出力する。状態信号Ｘｓｔが「ＨＩ」である場合には、補正回路１８０は補正されたレート信号Ｒ１、すなわち減算器１８４によって出力された差分信号を出力する。
【００５３】
この配置構成では、外部振動ノイズが存在する場合には、状態信号Ｘｓｔは値「ＨＩ」を取り、出力されたレート信号Ｒ１は自動的に補正される。振動ノイズが弱まると、フィードバック結合信号Ｑ２ももはや周期的ではなくなる。従って、状態信号Ｘｓｔは再び値「ＬＯ」を取り、補正されていないレート信号Ｒ１が補正回路１８０から出力される。
【００５４】
上述の実施形態を、有利な実施例に基づいて記載したが、実施形態はこれに限定されず、多様に修正可能である。殊に、上述した構成の種々の特徴を相互に組み合わせることができる。
【００５５】
例えば、センサはヨーレートセンサに限定されない。むしろ、本発明の原理は、センサ信号がレートおよび直交に従って復調される全てのセンサに使用可能である。さらに、ヨーレートセンサの場合には、線形振動部に制限されず、むしろ本発明は回転振動部にも使用可能である。
【００５６】
さらに、上述の実施例は、Ａ／Ｄ変換器１３０が、さらなる処理がされるデジタルセンサ信号を生成する場合に対して説明されている。しかし同じように、センサがアナログ信号を生成し、この信号がアナログにさらに処理されてもよい。この関連において、センサ信号Ｓのさらなる処理が、別個のコンポーネント（復調器１３５、１４０、フィルタ１３７、１４２等）によってあらわされていることに注意されたい。しかし当然ながら、これらのコンポーネントが、プログラムによって制御されているプロセッサによって、殊にＡＳＩＣとして実現されていてもよい。すなわちこれらが必ずしも、別個のコンポーネントとして実現されていなければいけない、というわけではない。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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