Was ist ein Winkelgeschwindigkeitssensor?
Winkelgeschwindigkeitssensoren sind Sensoren, die die Rotationsbewegung und die Änderung der Ausrichtung eines Objekts messen. Sie werden auch als Kreiselsensoren bezeichnet. Sie wandeln Änderungen der Winkelgeschwindigkeit eines Objekts bei dessen Drehung in ein elektrisches Signal um und erfassen diese Informationen.
Winkelgeschwindigkeitssensoren sind sehr reaktionsschnell und können die Bewegung und Drehung eines Objekts nahezu in Echtzeit erfassen. Dadurch können sie für Echtzeitsteuerungen und reaktive Anwendungen eingesetzt werden. Moderne Winkelgeschwindigkeitssensoren sind außerdem sehr klein und lassen sich in kompakte Geräte integrieren.
Allerdings können externe Faktoren wie Vibrationen und Stöße die Messung von Winkelgeschwindigkeitssensoren beeinträchtigen. Es müssen Maßnahmen getroffen werden, um diese Störungen zu minimieren, insbesondere wenn hochpräzise Messungen erforderlich sind.
Anwendungen von Winkelgeschwindigkeitssensoren
Winkelgeschwindigkeitssensoren sind in den letzten Jahren in einer Vielzahl von Geräten eingesetzt worden. Nachfolgend sind einige Beispiele aufgeführt.
1. Kraftfahrzeuge
In Stabilitätskontrollsystemen von Kraftfahrzeugen können Winkelgeschwindigkeitssensoren verwendet werden, um den Schräglaufwinkel und die Auslenkung des Fahrzeugs zu erfassen. Dadurch kann das Drehmoment der einzelnen Räder entsprechend den Straßen- und Fahrbedingungen gesteuert werden, wodurch die Fahrzeugstabilität verbessert wird. Fahrunterstützungssysteme können auch Informationen wie Fahrzeugneigung und scharfe Kurven nutzen, um die Sicherheit durch eine entsprechende Steuerung zu erhöhen.
2. Smartphones und Tablets
Winkelgeschwindigkeitssensoren in Smartphones und Tablets erkennen die Neigung und Drehung des Geräts und passen die Bildschirmausrichtung und den Blickwinkel automatisch an. Wenn der Benutzer das Gerät neigt, kann der Bildschirm zum Beispiel gedreht werden. Sie werden auch in Spielen mit Bewegungssensoren und in Virtual-Reality-Erlebnissen eingesetzt, um die Bewegungen des Geräts in Echtzeit wiederzugeben.
3. Spiel-Controller
Game-Controller erkennen häufig die Bewegungen und Neigungen des Spielers und spiegeln diese an die Spielfiguren zurück. Dies ermöglicht ein interaktiveres Gameplay.
4. Industrieroboter
Roboter müssen ihre eigene Körperhaltung und ihre Bewegungen genau kennen, um präzise Bewegungen ausführen zu können. Winkelgeschwindigkeitssensoren erfassen die Winkelgeschwindigkeit der Gelenke und Komponenten des Roboters und steuern die Bewegung des Roboters durch Echtzeit-Feedback. Auf diese Weise können hochpräzise Positionierungen und Arbeiten durchgeführt werden.
Funktionsweise der Winkelgeschwindigkeitssensoren
Winkelgeschwindigkeitssensoren gibt es in rotationsmechanischer, optischer und kapazitiver Ausführung.
1. Rotatorisch-mechanischer Typ
Diese Sensoren nutzen die Scheinkraft (Corioliskraft), die auf ein rotierendes Objekt wirkt, zur Erfassung. Wird ein rotierendes Objekt mit einer Winkelgeschwindigkeit beaufschlagt, entsteht ein Drehmoment, das die Rotationsachse kippt. Durch die Erfassung dieses Drehmoments kann die Winkelgeschwindigkeit ermittelt werden.
2. Optisches Verfahren
Diese Erfassungsmethode basiert auf dem Sagnac-Effekt. Sie nutzt den Unterschied in der Zeit, die das Licht benötigt, um eine Umdrehung auf einer kreisförmigen optischen Bahn entlang der Drehrichtung und eine Umdrehung in der entgegengesetzten Richtung zu vollenden. Auf diese Weise lässt sich die Winkelgeschwindigkeit aus der Lichtfrequenz und der Lichtintensität berechnen.
3. Kapazitiver Typ
Wenn es bewegliche und feste Elektroden gibt, misst diese Methode die Winkelgeschwindigkeit anhand der Kapazitätsänderung, die durch die Bewegung der beweglichen Elektrode verursacht wird. Es ist eine hochgenaue Messung der Winkelgeschwindigkeit möglich und wird in der Luft- und Raumfahrt sowie in industriellen Anwendungen eingesetzt.
Auswahl eines Winkelgeschwindigkeitssensors
Bei der Auswahl eines Winkelgeschwindigkeitssensors sind mehrere wichtige Faktoren zu berücksichtigen. Im Folgenden sind einige Beispiele aufgeführt:
1. Abmessungen
Es ist wichtig, einen Sensor mit einer kompakten Größe auszuwählen, der für die Anwendung geeignet ist. Die Abmessungen des Sensors können ein einschränkender Faktor sein, insbesondere wenn er in tragbare oder kleine Geräte integriert werden soll. Prüfen Sie bei Ihren Überlegungen, ob die Abmessungen des Sensors für Ihre Anwendung geeignet sind.
2. Betriebsspannung
Die Betriebsspannung des Sensors sollte so gewählt werden, dass sie der verwendeten Stromversorgung entspricht. Im Allgemeinen arbeiten die meisten Sensoren mit niedrigen Spannungen und sind für batteriebetriebene Geräte geeignet. Es ist darauf zu achten, dass die Betriebsspannung mit der Steuerspannung übereinstimmt.
3. Messbereich
Der Messbereich eines Sensors gibt den Bereich der Winkelgeschwindigkeiten an, den der Sensor genau messen kann. Er sollte entsprechend dem erforderlichen Winkelgeschwindigkeitsbereich gewählt werden. Es ist wichtig, einen geeigneten Bereich zu wählen, da Sensoren mit einem zu großen Messbereich weniger genau sein können.
4. Ausgangssignal
Das Ausgangssignal eines Winkelgeschwindigkeitssensors kann analog oder digital sein. Analoge Ausgänge liefern kontinuierliche Werte, während digitale Ausgänge Werte in digitalem Format ausgeben können. Die Auswahl erfolgt entsprechend der Schnittstelle zum Steuergerät.
Weitere Informationen über Winkelgeschwindigkeitssensoren
Unterschiede zwischen Winkelgeschwindigkeitssensoren und Beschleunigungsmessern
Winkelgeschwindigkeitssensoren und Beschleunigungssensoren sind beide Arten von Sensoren, die Bewegungen im Inertialraum erfassen. Die Aktionen, die sie messen, sind jedoch unterschiedlich. Winkelgeschwindigkeitssensoren erfassen Änderungen in der Drehung oder Ausrichtung eines Objekts, während Beschleunigungssensoren die Geschwindigkeit erfassen, mit der sich ein Objekt bewegt.
Komplexe Bewegungen können nicht von jedem Sensor allein erfasst werden, und viele Geräte verwenden beide Sensoren. Durch die Anordnung der Sensoren in einer mehrachsigen Anordnung mit zwei oder drei Achsen kann die Bewegung mit größerer Genauigkeit erfasst werden. Es sollte jedoch darauf geachtet werden, die Anzahl der Sensoren nicht zu sehr zu erhöhen, da dies den Platzbedarf und die Kosten für die Installation der Sensoren erhöht.