Electrónica digital en conjunto suspendido.
Un giroscopio de velocidad rotacional montado en un conjunto de base (1210),
estando el giroscopio de velocidad rotacional aislado de las vibraciones por medio de miembros de suspensión (1250) acoplados entre el giroscopio de velocidad rotacional y el conjunto de base (1210), en donde el giroscopio de velocidad rotacional comprende:
- un miembro (150) vibrante, y
- un sensor (900) acoplado al miembro vibrante para detectar el movimiento del miembro vibrante en respuesta a la rotación del conjunto,
caracterizado porque el giroscopio de velocidad rotacional comprende además:
- electrónica digital (1020, 1030) acoplada al sensor para proporcionar datos digitales en respuesta a la rotación por parte del giroscopio de velocidad rotacional montado en el conjunto de base,
en donde la electrónica digital comprende una interfaz serie adaptada para transmitir datos hasta un procesador externo a través de al menos uno de dichos miembros de suspensión usando un protocolo de comunicación serie.
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2005/008361.
Solicitante: THOMSON LICENSING.
Nacionalidad solicitante: Francia.
Dirección: 1-5 rue Jeanne d'Arc 92130 Issy-les-Moulineaux FRANCIA.
Inventor/es: HOTELLING,STEVEN PORTER, BAYER,LEX, LAND,BRIAN R.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- G01C19/5705 FISICA. › G01 METROLOGIA; ENSAYOS. › G01C MEDIDA DE DISTANCIAS, NIVELES O RUMBOS; TOPOGRAFIA; NAVEGACION; INSTRUMENTOS GIROSCOPICOS; FOTOGRAMETRIA O VIDEOGRAMETRIA (medida del nivel de líquidos G01F; radio navegación, determinación de la distancia o velocidad mediante la utilización de efectos de propagación, p. ej. efecto Doppler, tiempo de propagación, de ondas de radio, disposiciones análogas que utilicen otras ondas G01S). › G01C 19/00 Giróscopos; Dispositivos sensibles al giro con masas vibratorias; Dispositivos sensibles al giro sin masas móviles; Medida de velocidad angular usando efectos giroscópicos. › usando masas controladas en un movimiento de rotación alrededor de un eje alternativo.
- G01C19/5719 G01C 19/00 […] › utilizando masas planas de vibración controladas en una vibración de tranlación a lo largo de un eje.
- G01C25/00 G01C […] › Fabricación, calibrado, limpieza o reparación de los instrumentos o dispositivos mencionados en los otros grupos de esta subclase (ensayo, calibrado o compensación de brújulas G01C 17/38).
PDF original: ES-2547721_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Electrónica digital en conjunto suspendido Campo de la invención La presente invención se refiere al campo de los sensores de velocidad rotacional que incluyen resonadores vibrantes.
Antecedentes de la invención Los sensores de velocidad rotacional con resonadores vibrantes, conocidos también como "giroscopios de velocidad vibratoria", miden velocidades rotacionales directamente detectando fuerzas generadas por los elementos vibrantes en respuesta a la rotación del sensor. Se han desarrollado diversas configuraciones de elementos vibratorios para su uso en giroscopios de velocidad vibratoria, incluyendo las estructuras de horquilla de sintonización suspendida, vigas vibrantes y anillos vibrantes. Estos elementos son inducidos en resonancia y se mide el movimiento de los elementos en respuesta a la rotación para determinar las fuerzas que actúan sobre los elementos y la rotación del sensor.
Un giroscopio de velocidad vibratoria ilustrativo, que tiene un elemento de horquilla de sintonización, ha sido enseñado por el documento USP 5.698.784, Giroscopio de Velocidad Vibratoria y Métodos de Montaje y Operación, concedida a Steven P. Hotelling y Brian R. Land, 16 de Diciembre de 1997. El giroscopio de Hotelling-Land utiliza dos elementos vibratorios, uno para detectar el movimiento en torno a cada uno de dos ejes rotacionales diferentes. Sin embargo, este diseño no solo requiere el uso de dos horquillas de sintonización, sino que las dos horquillas de sintonización deben operar a diferentes frecuencias con el fin de minimizar la diafonía entre las unidades. Desde una perspectiva de complejidad y compacidad, resulta deseable disponer de un giroscopio que sea capaz de detectar la rotación en torno a dos ejes que requiera solamente un elemento vibrante.
Una dificultad de los sensores de velocidad vibratoria se deriva del hecho de que el movimiento vibratorio inducido es muy grande en comparación con las fuerzas y el movimiento resultantes de la rotación. Pequeñas cantidades de desalineamiento del transductor mecánico pueden dar como resultado un movimiento inducido grande, ocasionando errores en las pequeñas señales que están siendo detectadas sobre los otros ejes. Típicamente, estos errores se corrigen mecánicamente, ajustando los sensores y/o recortando el material de los elementos vibrantes. Sin embargo, tal recorte y ajuste mecánico consumen tiempo y son caros. Resulta deseable proporcionar corrección automática de errores electrónicamente y proporcionar además corrección que compense a través de una amplia variación de condiciones operativas.
También resulta deseable proporcionar un sensor de velocidad rotacional que sea pequeño, barato de fabricar, que sea adaptable a una amplia gama de aplicaciones, y que sea integrado fácilmente con microelectrónica. Tal adaptabilidad podría incluir preferentemente la capacidad de ajustar el ancho de banda del sensor y proporcionar una salida uniforme desde un número de sensores.
Los sensores de vibración son sensibles a las vibraciones, tanto a vibraciones externas como a vibraciones autogeneradas que puedan ser reflejadas en el sensor. Por lo tanto, resulta deseable aislar el giroscopio de velocidad rotacional respecto a tales vibraciones. Con preferencia, este aislamiento se realiza con un sistema de suspensión simple y eficaz que tiene un número mínimo de componentes, y que no tiene cables no-esenciales para comunicaciones y alimentación que compliquen la función de aislamiento y comprometan la longevidad del sensor.
En la técnica relacionada, la publicación de solicitud US 2003/010120 (Jeanroy) divulga un sensor giroscópico que tiene un elemento de detección conectado a varillas conductoras. Las varillas conductoras parecen transportar señales de detección analógicas generadas por el elemento de detección hasta la electrónica de control externo, y parecen ser deformables de modo que el elemento de detección esté protegido frente a los esfuerzos del choque mecánico o de la expansión térmica. Además, la solicitud publicada GB 2 378 517 A (Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha) divulga un dispositivo de detección que puede estar albergado en una caja y acoplado a una placa de circuito impreso. Diversos componentes eléctricos están acoplados al lado superior de la placa de circuito impreso y la caja está soportada de forma desplazable con respecto a la placa mediante un número de pernos, de modo que el elemento de detección se dispone en dirección descendente cuando es operado el dispositivo de detección.
Resulta además deseable proporcionar un sensor de velocidad rotacional que tenga una provisión para almacenar valores de calibración específicos de la unidad y valores de inicialización para acelerar los tiempos de establecimiento de puesta en marcha.
La presente invención está dirigida a proporcionar esas ventajas.
Sumario de la invención La realización preferida de la presente invención comprende un circuito de procesamiento digital integrado sobre el conjunto aislado del sensor de velocidad rotacional. El circuito de procesamiento digital incluye almacenaje digital
para valores de calibración específicos de la unidad tanto determinados externamente como determinados internamente. Estos valores proporcionan valores de inicialización para procesos de puesta en marcha, lo que mejora el tiempo de puesta en marcha, y proporcionan valores para la calibración electrónica específica de la unidad. El circuito de procesamiento digital convierte además todos los datos de salida a un formato digital. Los datos digitales son transmitidos a, y desde, el conjunto aislado usando un protocolo de comunicaciones digitales que requiere solamente un número mínimo de conductores. Esto permite un sistema de aislamiento que es simple y que tiene un número mínimo de componentes. Se usan cuatro elementos de suspensión de resorte helicoidal para conducir datos y alimentación de tal modo que no se requiere cableado adicional para las comunicaciones digitales.
Breve descripción de los dibujos La Figura 1 es una vista despiezada de un conjunto vibratorio 100;
La Figura 2 es una ilustración de una vista superior de un elemento de viga 150;
La Figura 3 ilustra un conjunto vibratorio ensamblado;
La Figura 4 es una vista lateral del conjunto vibratorio 100 que ilustra movimiento de contrafase;
La Figura 5 es un dibujo en perspectiva que ilustra el movimiento del conjunto vibratorio 100 en respuesta a la rotación en torno a los ejes X y/o Y. Este movimiento se menciona como "modo de detección";
La Figura 6 es una vista lateral que ilustra el movimiento del conjunto vibratorio 100 en el modo "en-fase";
La Figura 7 es un dibujo en perspectiva del conjunto vibratorio 100 montado en una placa de montaje 700;
La Figura 8 es un dibujo en perspectiva del conjunto 800 del lado de excitación según una vista despiezada;
La Figura 9 es un dibujo en perspectiva del conjunto 900 del lado de detección según una vista despiezada;
La Figura 10 es una vista despiezada de la PCB 1010 de señal;
La Figura 11 es una vista despiezada del conjunto suspendido 1110;
La Figura 12 es una vista despiezada del conjunto final 1200;
La Figura 13 es un diagrama esquemático lógico de ASIC 1030;
La Figura 14 es una vista esquemática detallada de la combinación y escalado de DACs 1340 y de la circuitería anexa.
Descripción detallada de la realización preferida Las características y ventajas de la presente invención se pondrán de relieve a partir de la descripción que sigue, dada a título de ejemplo de un ejemplo de sensor de velocidad rotacional conforme a los principios de la presente invención.
La Figura 1 es una vista despiezada de un conjunto vibratorio 100, el cual incluye imanes permanentes cilíndricos 110 y 120, soportes de imán 130 y 140, y una estructura de viga planar 150. Los imanes 110 y 120 están con preferencia alineados según se ha ilustrado, con los polos orientados en una dirección común, de tal modo que sus campos magnéticos se refuerzan entre sí.
En la Figura 2 se ha proporcionado una vista superior de la estructura de viga 150. La estructura de viga 150 tiene una forma hexagonal axialmente simétrica y está compuesta por varias vigas arrolladas en serpentín plegadas simétricamente en torno al eje Z. Las vigas 210-265 operan a modo de brazos de resorte para proporcionar fuerzas de recuperación en el conjunto vibratorio 100. Los contactos 210c-235c de los extremos de las vigas proporcionan posiciones de montaje para los dos soportes de imán 130 y 140. Los puntos de montaje 240m-265m proporcionan posiciones para la fijación a un conjunto externo.
Haciendo ahora referencia... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Un giroscopio de velocidad rotacional montado en un conjunto de base (1210) , estando el giroscopio de velocidad rotacional aislado de las vibraciones por medio de miembros de suspensión (1250) acoplados entre el giroscopio de velocidad rotacional y el conjunto de base (1210) , en donde el giroscopio de velocidad rotacional comprende:
- un miembro (150) vibrante, y -un sensor (900) acoplado al miembro vibrante para detectar el movimiento del miembro vibrante en respuesta a la rotación del conjunto, caracterizado porque el giroscopio de velocidad rotacional comprende además:
- electrónica digital (1020, 1030) acoplada al sensor para proporcionar datos digitales en respuesta a la rotación por parte del giroscopio de velocidad rotacional montado en el conjunto de base, en donde la electrónica digital comprende una interfaz serie adaptada para transmitir datos hasta un procesador externo a través de al menos uno de dichos miembros de suspensión usando un protocolo de comunicación serie.
2. El giroscopio de velocidad rotacional de la reivindicación 1, en donde la electrónica digital (1020, 1030) está adaptada para almacenar uno o más valores de calibración y para calibrar los datos digitales en respuesta a los mismos.
3. El giroscopio de velocidad rotacional de la reivindicación 2, en donde la electrónica digital (1020, 1030) está adaptada para generar los valores de calibración y/o para recibir valores de calibración generados externamente a la electrónica digital (1020, 1030) .
4. El giroscopio de velocidad rotacional de la reivindicación 1, en donde la electrónica digital (1020, 1030) está adaptada para almacenar un valor digital transmitido a la electrónica digital que controla la amplitud de vibración del miembro vibrante (150) .
5. El giroscopio de velocidad rotacional de la reivindicación 1, que comprende además un excitador (800) acoplado al miembro vibrante (150) , en donde la electrónica digital (1020, 1030) está adaptada para almacenar un valor digital transmitido a la electrónica digital que controla la frecuencia de puesta en marcha del excitador.
6. El giroscopio de velocidad rotacional de la reivindicación 1, en donde la electrónica digital (1020, 1030) incluye un bucle de autocalibración para determinar un valor de calibración, y en donde la electrónica digital está adaptada para almacenar un valor de puesta en marcha digital transmitido a la electrónica digital que preselecciona el valor de calibración en la puesta en marcha.
7. El giroscopio de velocidad rotacional de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde al menos uno de los miembros de suspensión (1250) es un resorte helicoidal eléctricamente conductor.
8. El giroscopio de velocidad rotacional de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los miembros de suspensión son resortes helicoidales (1250) , en donde el sensor (900) está adaptado para detectar electromagnéticamente el movimiento del miembro vibrante (150) en torno a dos ejes en respuesta a la rotación del giroscopio de velocidad rotacional montado en el conjunto de base, y en donde la electrónica digital (1020, 1030) está adaptada para proporcionar datos digitales, y para transmitir los datos digitales a través de al menos uno de los resortes helicoidales.
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