Präzisions-Drehratensensoren

Präzisions-Drehratensensoren – Hochgenaue Messung von Rotationsbewegungen

Gyroskopsensoren werden zur Messung von Drehbewegungen, Winkelgeschwindigkeiten oder Drehgeschwindigkeiten (°/s) verwendet, ohne dass ein fester Bezugspunkt erforderlich ist. Dies unterscheidet Gyros von allen anderen Instrumenten, die die taktile Rotation messen - wie z. B. einem Rotationssensor oder Rotationspotentiometer. Dank modernster Silizium-MEMS-Sensoren ermöglichen unsere hochgenauen Kreisel die Messung der Rotationsgeschwindigkeit auch unter rauen Bedingungen und hohen Temperaturen. Gyroskope sind ein integraler Bestandteil von Systemen zur Stabilisierung von Plattformen, Robotern, Flugobjekten wie Drohnen usw.

Zusätzlich zu den hochpräzisen Kreiseln bieten wir auch andere Produkte an:

• Standard-Gyroskop-Sensoren: MEMS-basierte Gyros mit 1, 2, 3 oder 6 Achsen für industrielle und OEM-Anwendungen, genau und kostengünstig. Messbereich 100°/s und 200°/s.
• Inertiale Messsysteme: IMU-Messplattformen (Inertial Measurement Unit) mit drei Beschleunigungs- und drei Gyroskopsensoren, für Navigationsanwendungen. Messbereich zwischen ±75 °/s und ±900 °/s
• Embedded Gyroscope Sensoren: für die direkte Systemintegration - platzsparend, robust und kostensparend. Messbereich zwischen ±25 °/s und ±900 °/s.

Funktionsweise von Präzisions-Drehratensensoren

Präzisions-Drehratensensoren arbeiten in der Regel auf Basis des Coriolis-Effekts oder nutzen optische Verfahren wie Faseroptik-Gyroskope (FOG) oder andere hochgenaue Messprinzipien. Sie erfassen die Rotationsgeschwindigkeit durch das Phänomen der Coriolis-Kraft. In unseren Gyroskopsensoren verwenden wir einen vibrierenden oder resonierenden Ring, der in einem DRIE-Verfahren (Deep Reactive Ion Etching) aus Silizium hergestellt wird. Der Ring ist an acht Paaren von symmetrischen Speichen aufgehängt. Das Massen-Silizium-Ätzverfahren und das einzigartige, patentierte Ringdesign bieten spezifische geometrische Eigenschaften mit engen Toleranzen für präzisen Ausgleich und thermische Stabilität.

Bei MEMS- oder Vibrationsgyroskopen wird eine schwingende Struktur im Sensor verwendet. Wird der Sensor gedreht, wirkt die Corioliskraft auf diese Struktur, wodurch sich ihre Schwingung verändert. Diese Veränderung wird gemessen und in ein elektrisches Signal umgewandelt, das proportional zur Winkelgeschwindigkeit ist.

In besonders präzisen Systemen, wie faseroptischen Gyroskopen, wird die Phasenverschiebung von Licht in einer Glasfaser gemessen, um Rotationsbewegungen extrem genau zu erfassen.

Diese Technologien ermöglichen:

• sehr geringe Bias-Drift
• hohe Auflösung
• exzellente Wiederholgenauigkeit
• stabile Messwerte auch über lange Zeiträume

Wie unterscheiden sie sich von anderen MEMS-Kreiseln?

Im Gegensatz zu anderen MEMS-Kreiseln haben unsere Kreisel keine engen Spalten, die manchmal Interferenzen und Probleme mit der Haftreibung verursachen. Das macht sie leistungsfähiger: Ihre Vorspannung und ihr Skalenfaktor sind stabiler - und das über einen größeren Temperaturbereich. Außerdem sind sie widerstandsfähiger gegen Vibrationen und Stöße. Ein weiterer Vorteil dieser Konstruktion: Sie sind von Natur aus unempfindlich gegenüber beschleunigungsbedingten Geschwindigkeitsfehlern.

Typische Anwendungen

Präzisions-Drehratensensoren werden vor allem in High-End-Anwendungen eingesetzt:

• Navigationssysteme (INS / IMU)
• Luft- und Raumfahrt
• Verteidigungs- und Sicherheitsanwendungen
• Plattformstabilisierung
• Robotik und autonome Systeme
• Geodätische Messsysteme
• Präzisionsmesstechnik
• Forschung und Entwicklung

Vorteile von Präzisions-Drehratensensoren

• Höchste Messgenauigkeit
  Ideal für Anwendungen mit höchsten Anforderungen an Präzision und Wiederholbarkeit.
• Sehr geringe Drift (Bias Stability)
  Zuverlässige Messwerte auch bei Langzeitmessungen.
• Hohe Auflösung und Empfindlichkeit
  Erfassung selbst kleinster Rotationsbewegungen.
• Stabile Performance unter schwierigen Bedingungen
  Geeignet für anspruchsvolle Umgebungen wie Temperaturwechsel oder Vibrationen.
• Integration in komplexe Messsysteme
  Perfekt für IMU-, INS- und Navigationssysteme.

Wie wählt man den richtigen Präzisions-Drehratensensor aus?

Die Auswahl eines geeigneten Präzisions-Drehratensensors hängt stark von den spezifischen Anforderungen der jeweiligen Anwendung ab. Gerade bei hochgenauen Messaufgaben ist eine sorgfältige Abstimmung der Sensorparameter entscheidend für zuverlässige Ergebnisse.

• Bias-Stabilität und Driftverhalten
  Für hochpräzise Anwendungen – insbesondere in Navigations- oder Langzeitmesssystemen – ist eine möglichst geringe Bias-Drift entscheidend. Eine hohe Bias-Stabilität sorgt dafür, dass sich Messwerte über die Zeit nur minimal verändern.
   
• Messbereich (Winkelgeschwindigkeit)
  Der Sensor muss für die erwarteten Rotationsgeschwindigkeiten ausgelegt sein. Zu große Messbereiche können die Auflösung reduzieren, während zu kleine Bereiche zu Sättigung führen können.
   
• Auflösung und Rauschverhalten
  Ein niedriges Rauschniveau und eine hohe Auflösung sind entscheidend, um auch kleinste Bewegungen zuverlässig zu erfassen. Besonders bei präzisen Regelungs- oder Stabilisierungssystemen spielt dies eine zentrale Rolle.
   
• Technologie (MEMS, FOG, etc.)
  Je nach Anwendung bieten unterschiedliche Technologien spezifische Vorteile: MEMS-Sensoren für kompakte und kosteneffiziente Lösungen, Faseroptische Gyroskope (FOG) für höchste Genauigkeit und minimale Drift. Die Wahl der Technologie beeinflusst maßgeblich die Performance des Systems.
   
• Umgebungsbedingungen
  Temperaturbereiche, Vibrationen, mechanische Belastungen und elektromagnetische Einflüsse können die Messgenauigkeit beeinflussen. Für anspruchsvolle Umgebungen sollten entsprechend robuste und temperaturkompensierte Sensoren gewählt werden.
   
• Systemintegration und Schnittstellen
  Neben den reinen Sensordaten sind auch Schnittstellen (analog, digital, CAN, etc.) sowie die Integration in bestehende Systeme entscheidend. Eine passende Signalverarbeitung und einfache Einbindung sparen Zeit und erhöhen die Zuverlässigkeit.

Gerne unterstützen wir Sie bei der Auswahl des optimalen Präzisions-Drehratensensors – von der ersten Anforderung bis zur vollständigen Integration in Ihr Messsystem. Kontaktieren Sie uns!