Gierratensensor

Raumachsen und zugehörige Drehratenbezeichnungen

Drehraten-Sensoren messen die Rotationsgeschwindigkeit eines Körpers. Durch Integration lässt sich daraus ableiten, um welchen Winkel sich ein Körper innerhalb einer Zeit gedreht hat. Die Drehraten um die drei Raumachsen bezeichnet man meist als

• Gierrate (Drehung um Hochachse, engl. yaw)
• Nickrate (Drehung um Querachse, engl. pitch)
• Rollrate (Drehung um Längsachse, engl. roll)

Der Drehratensensor gehört zur Gruppe der Inertialsensoren.

Funktionsprinzip und Aufbau

Drehratensensoren messen die Winkelgeschwindigkeit entlang einer Drehachse. Das Messprinzip basiert im Wesentlichen auf zwei Messprinzipien:

Coriolis-Kraft, die auf mechanisch bewegtes System wirkt.

• Foucaultsches Pendel
• Kreiselkompass
• Dynamically Tuned Gyro (DTG), Meßfehler <1°/h
• Vibrationskreisel, Meßfehler <10°/h
• Schwingkölbchen

Sagnac-Effekt, der bei Licht beobachtet wird.

• Ringlaser (RLG), Meßfehler <0.001°/h
• Faserkreisel (FOG), Meßfehler <1°/h

Hochgenaue Drehratensensoren für die Navigation von Flugzeugen oder Raketen basieren heute auf Faserkreiseln (Sagnac-Effekt). Bei den preiswerteren mikromechanischen Drehratensensoren unterscheidet man zwischen integrierten Sensoren, bei dem die elektronische Auswerteschaltung und der MEMS-Sensorkern in einem Chip integriert sind und zwischen diskreten Sensoren. Sie bestehen aus einem separatem Mikromechanik-Chip (MEMS-Chip) und einem anwenderspezifischen Elektronikchip (ASIC).

Anwendung

• Navigation In Trägheits- und GPS-Navigationsgeräten, bei letzterem zur Überbrückung von Strecken ohne Satellitenkontakt.
• Automobiltechnik In der Automobiltechnik werden heute für Fahrstabilitäts-Systeme (z.B. ESP) und Navigation (s.o.) die Gierrate oder für Roll-Over-Detektion alle Drehachsen üblicherweise mit mikromechanische Drehratensensoren auf Silizium-Basis gemessen.
• Digitalfotografie Mit sinkenden Preisen für Sensoren auf MEMs-Basis werden Beschleunigungs- und Drehratensensoren auch zur Bildstabilisierung bei Digitalkameras eingesetzt.

Literatur

• Karl-Heinz Dietsche, Thomas Jäger, Robert Bosch GmbH: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch. 25. Auflage, Friedr. Vieweg & Sohn Verlag, Wiesbaden, 2003, ISBN 3-528-23876-3