Die mechanische Leistungsfähigkeit von Drehratensensoren verbessern

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Analog Devices

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Der Drehratensensor wird durch den Stoß nicht beschädigt. Allerdings reagiert er dann nicht mehr auf Drehraten und muss neu gestartet werden. Dies ist nicht ungewöhnlich. Einige Drehratensensoren zeigen ein ähnliches Verhalten. Man sollte daher prüfen, ob ein zur Auswahl stehender Drehratensensor solche Stöße in der Anwendung tolerieren kann.

Offensichtlich wären Fehler dieser Art gravierend. Daher muss man genau abschätzen, welche mechanischen Störungen in einer bestimmten Anwendung auftreten können und sicherstellen, dass der Drehratensensor diese Situationen toleriert.

Abschätzungen zum Gesamtfehler

Wie bereits erwähnt, befinden sich die meisten Anwendungen mit Drehratensensoren in Situationen, wo Bewegungen oder Vibration vorhanden sind. Typische Gesamtfehler bei verschiedenen Anwendungen mit den Spezifikationen für Drehratensensoren aus Tabelle 1 zeigt Tabelle 2 (für die Fälle in denen die Vibrationsempfindlichkeit nicht spezifiziert ist, wurde eine konservative Abschätzung durchgeführt).

Wie aus Tabelle 3 ersichtlich ist, ergibt sich mit einer zusätzlichen Kompensation der g-Empfindlichkeit, welche die Vibrationseigenschaften um eine halbe Größenordnung verbessert, dennoch eine Vibrationsempfindlichkeit, die oft größere Fehler als die Nullpunktstabilität produziert.

Ein neues Auswahlparadigma

Da die Nullpunktstabilität zum Gesamtfehler nur wenig beiträgt, sollte ein Drehratensensor gewählt werden, bei dem die größten Fehlerquellen minimiert werden. In den meisten Anwendungen wird dies die Spezifikation der Vibrationsempfindlichkeit sein. In einigen Fällen möchte man dennoch das Rauschen reduzieren oder eine höhere Nullpunktstabilität erzielen als der gewählte Drehratensensor leistet. In diesem Fall bietet eine Mittelwertbildung eine Lösung.

Im Gegensatz zu den umweltbedingten Fehlern, die vom Sensordesign abhängen, hängt der intrinsische Nullpunktstabilitätsfehler der meisten Drehratensensoren vom Sensorrauschen ab. Dieses ist von Bauteil zu Bauteil unkorreliert. Deshalb kann man die Nullpunktstabilität verbessern, indem man Mittelwerte mehrerer Drehratensensoren bildet. Für alle n gemittelten Bauteile kann eine Verbesserung von √n erwartet werden.

* * Harvey Weinberg ist Applications Engineering Group Leader der MEMS/Sensors Technology Group bei Analog Devices.

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