Funktionsweise Gyro IC

[Kholdstare]

Ich suche nach einer Erklärung wie ein Gyro IC funktioniert, habe aber nur das gefunden:

The ADXRS610 operates on the principle of a resonator gyro. Two polysilicon sensing structures each contain a dither frame that is electrostatically driven to resonance, producing the necessary velocity element to produce a Coriolis force during angular rate. At two of the outer extremes of each frame, orthogonal to the dither motion, are movable fingers that are placed between fixed pickoff fingers to form a capacitive pickoff structure that senses Coriolis motion.

Ich bin zwar der englischen Sprache mächtig, aber das verstehe ich nicht. Kann mir das wer erklären?

Gruss, Philipp

[Holger Hessling]

Hi Philipp,

ist zwar nicht direkt eine Antwort auf Deine Frage, aber vor einiger Zeit habe ich mal nach gefragt, welchen Einfluß der Abstand vom Gyro zur Hauptrotorwelle hat. Anbei meine Frage und danach eine sehr interessante Antwort

Viel Vergnügen beim lesen und Gruß aus dem Chiemgau

Holger


Sehr geehrter Herr *********,


wir, meine Freunde und ich, sind begeisterte Modellhubschrauber Piloten.
Oft diskutieren wir über die Kreiselstabilisierung der Hochachse unserer
Hubschrauber. Aufgrund fehlender Fachkenntnisse gleiten die Diskussionen
immer wieder ins 'wenn' und 'aber' ab. Eine immer wieder auftretende Frage
ist die Positionierung unserer 'Kreisel' im Modell.


Im Allgeimnen soll der Kreisel direkt unter die Hauptrotorachse montiert
werden, was aber aus platztechnischen Gründen nur in seltenen Fällen
machbar ist. Somit hat die Position des Kreisels immer einen Abstand zur
Drehachse. Daß das der Funktion keinen Abbruch tut, beweisen unsere
erfolgreichen Flüge.


Können Sie uns bitte erläutern, welchen Einfluß ein Abstand zur Drehachse
auf die Messung hat? Was passiert dann phsikalisch betrachtet?

Über eine Nachricht von Ihnen würde ich mich sehr freuen und verbleibe


Mit freundlichen Grüßen


Holger Hessling

Die Anwort von Herrn *********:

Hallo Herr Hessling,
entschuldigen Sie bitte dass ich erst so spät auf Ihre Email reagiere.

Prinzipiell messen die Drehratensensoren wie der Name sagt die
Drehbeschleunigung was ortsunabhängig ist, d.h. es ist theoretisch egal wo
Sie Ihren Sensor platzieren, ein Abstand von der Drehachse hat keinen
Einfluss - aber eben nur theoretisch gesehen. Man geht hier von ideal
gefertigten Sensoren aus.

Im realen Leben können diese Sensoren leider nicht ideal gefertigt werden.
Um Drehungen detektieren zu können müssen wir ein Inertialsystem generieren
indem wir eine Masse (Inertialmasse) in einer ersten Richtung in Schwingung
versetzen (Primäroszillation). So angeregt kann nun diese Masse sobald sie
einer Corioliskraft ausgesetzt ist (Drehung), in einer zweiten Richtung
auslenken (Sekundäroszillation), was dann abstandssensitiv über
Kondensatoren detektiert wird. Dabei liegen die Primäroszillationen im
Bereich von einigen Mikrometern, die Sekundäroszillationen im Bereich von
einigen Nanometern - es liegen also 3 Größenordungen zwischen Anregungs-
und Detektionsbewegung. Liegt nun die Primäroszillation nicht ideal in
Primärrichtung vor, sondern hat auch noch einen minimalen Anteil in
Sekundärrichtung schwingt die Masse auch wenn dem Sensor noch keine Drehung
beaufschlagt wird auch schon in Detektionsrichtung und zwar in der
Größenordung des zu messenden Signals - man bekommt also bereits ein
Messsignal obwohl der Sensor sich noch in Ruhelage befindet. Diesen Effekt,
dieses Fehlersignal, nennt man Quadratur und dies ist durch nichtideale
Prozessierung immer zu erwarten - mit einer genaueren Prozessierung bzw mit
einer gewissen Intelligenz in der Auswerteelektronik kann man diesen Effekt
lediglich einschränken, wir reden hier jedoch von Technologieabweichungen
von der Idealstruktur von 0.1° bzw Nanometern!
Ebenso wie das unschöne Quadratursignal und leider (!) noch diversen
anderen Effekten, wird durch diese Technologievarianzen der Sensor auch
Linearbeschleunigungsempfindlich - und das ist das von Ihnen angesprochene
Problem.
Sitzt ein Sensor nicht direkt auf der Drehachse sieht er Zentrifugalkräfte,
welche er aufgrund seiner Linearbeschleunigungsempfindlichkeit detektiert.
Die Elektronik kompensiert dies wiederum anteilig, wenn Sie aber mal in
eine Spec eines Drehratensensors hineinschauen finden Sie diesen Punkt
spezifiziert. Üblicherweise ist für Navigations-Anwendungen eine
Beschleunigungsempfindlichkeit von < 0.1°/s/g ausreichend und
wahrscheinlich bauen Sie einen ADXRS (?) mit 0,2°/s/g in Ihre Helikopter
ein was auch noch keinen negativen Einfluss auf Ihre Anwendung haben
sollte, wie Sie es ja auch in Ihrer Mail beschrieben haben.

Ich hoffe Ihnen etwas weiter geholfen zu haben, man kann leider in einer
Mail die Zusammenhänge der Drehratensensorik nur äusserst unzulänglich und
sehr oberflächlich darlegen - Sie befassen sich hier allerdings auch mit
dem kompliziertesten Sensor den es gibt!
Ich freue mich über Ihr Interesse an dieser spannenden Thematik,
viele Grüße

*********

[Kholdstare]

Danke, war interessant zu lesen.