[{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BlogPosting","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki20\/2020\/12\/30\/vibrationsstruktur-gyroskop-wikipedia\/#BlogPosting","mainEntityOfPage":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki20\/2020\/12\/30\/vibrationsstruktur-gyroskop-wikipedia\/","headline":"Vibrationsstruktur-Gyroskop – Wikipedia","name":"Vibrationsstruktur-Gyroskop – Wikipedia","description":"before-content-x4 EIN Vibrationsstruktur-Gyroskop, definiert von der IEEE als Coriolis-Vibrationsgyroskop ((CVG),[1] ist ein Gyroskop, das eine vibrierende Struktur verwendet, um die","datePublished":"2020-12-30","dateModified":"2020-12-30","author":{"@type":"Person","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki20\/author\/lordneo\/#Person","name":"lordneo","url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki20\/author\/lordneo\/","image":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/secure.gravatar.com\/avatar\/44a4cee54c4c053e967fe3e7d054edd4?s=96&d=mm&r=g","url":"https:\/\/secure.gravatar.com\/avatar\/44a4cee54c4c053e967fe3e7d054edd4?s=96&d=mm&r=g","height":96,"width":96}},"publisher":{"@type":"Organization","name":"Enzyklop\u00e4die","logo":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki4\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/download.jpg","url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki4\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/download.jpg","width":600,"height":60}},"image":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/wikimedia.org\/api\/rest_v1\/media\/math\/render\/svg\/fcf70e3a6975ab8aaaa19a091ec2cdb04d299a3f","url":"https:\/\/wikimedia.org\/api\/rest_v1\/media\/math\/render\/svg\/fcf70e3a6975ab8aaaa19a091ec2cdb04d299a3f","height":"","width":""},"url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki20\/2020\/12\/30\/vibrationsstruktur-gyroskop-wikipedia\/","wordCount":5657,"articleBody":"     (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});before-content-x4EIN Vibrationsstruktur-Gyroskop, definiert von der IEEE als Coriolis-Vibrationsgyroskop ((CVG),[1]  ist ein Gyroskop, das eine vibrierende Struktur verwendet, um die Rotationsgeschwindigkeit zu bestimmen.  Ein vibrierendes Strukturgyroskop funktioniert \u00e4hnlich wie die Halfter von Fliegen (Insekten in der Reihenfolge Diptera).  Das zugrunde liegende physikalische Prinzip ist, dass ein vibrierendes Objekt dazu neigt, in derselben Ebene weiter zu vibrieren, selbst wenn sich sein Tr\u00e4ger dreht.  Der Coriolis-Effekt bewirkt, dass das Objekt eine Kraft auf seinen Tr\u00e4ger aus\u00fcbt, und durch Messen dieser Kraft kann die Rotationsgeschwindigkeit bestimmt werden.Gyroskope mit vibrierender Struktur sind einfacher und billiger als herk\u00f6mmliche rotierende Gyroskope mit \u00e4hnlicher Genauigkeit.  Preiswerte Gyroskope mit vibrierender Struktur, die mit MEMS-Technologie hergestellt wurden, werden h\u00e4ufig in Smartphones, Spielger\u00e4ten, Kameras und vielen anderen Anwendungen verwendet.Table of Contents  Theorie der Arbeitsweise[edit]Implementierungen[edit]Zylinderresonatorkreisel (CRG)[edit]Piezoelektrische Gyroskope[edit]Stimmgabelgyroskop[edit]Weinglas Resonator[edit]Vibrationsradgyroskop[edit]MEMS-Gyroskope[edit]Anwendungen von CVG-Gyroskopen[edit]Automobil[edit]Unterhaltung[edit]Hobbys[edit]Industrierobotik[edit]Fotografie[edit]Ausrichtung des Raumfahrzeugs[edit]Andere[edit]Verweise[edit]Externe Links[edit]Theorie der Arbeitsweise[edit]Betrachten Sie zwei Pr\u00fcfmassen, die in der Ebene (wie im MEMS-Kreisel) mit der Frequenz schwingen \u03c9r{ displaystyle  omega _ {r}}.  Der Coriolis-Effekt induziert eine Beschleunigung der Pr\u00fcfmassen von gleich einc=2((\u03a9\u00d7v){ displaystyle a_ {c} = 2 ( Omega  times v)}, wo v{ displaystyle v}  ist eine Geschwindigkeit und   \u03a9{ displaystyle  Omega}  ist eine Winkeldrehzahl.  Die Geschwindigkeit in der Ebene der Pr\u00fcfmassen ist gegeben durch X.ichp\u03c9rcos\u2061((\u03c9rt){ displaystyle X_ {ip}  omega _ {r}  cos ( omega _ {r} t)}, wenn die Position in der Ebene gegeben ist durch X.ichpS\u00fcnde\u2061((\u03c9rt){ displaystyle X_ {ip}  sin ( omega _ {r} t)}.  Die Bewegung au\u00dferhalb der Ebene y\u00d6p{ displaystyle y_ {op}}, induziert durch Rotation, ist gegeben durch:y\u00d6p=F.ck\u00d6p=1k\u00d6p2m\u03a9X.ichp\u03c9rcos\u2061((\u03c9rt){ displaystyle y_ {op} = { frac {F_ {c}} {k_ {op}}} = { frac {1} {k_ {op}}} 2m  Omega X_ {ip}  omega _ {r }  cos ( omega _ {r} t)}wom{ displaystyle m}  ist eine Masse der Beweismasse,k\u00d6p{ displaystyle k_ {op}}  ist eine Federkonstante in Richtung au\u00dferhalb der Ebene,\u03a9{ displaystyle  Omega}  ist eine Gr\u00f6\u00dfe eines Rotationsvektors in der Ebene und senkrecht zur angetriebenen Proofmassenbewegung.Durch Messen y\u00d6p{ displaystyle y_ {op}}k\u00f6nnen wir also die Rotationsgeschwindigkeit bestimmen \u03a9{ displaystyle  Omega}.Implementierungen[edit]Zylinderresonatorkreisel (CRG)[edit]Dieser Gyroskoptyp wurde in den 1980er Jahren von GEC Marconi und Ferranti unter Verwendung von Metalllegierungen mit angebrachten piezoelektrischen Elementen und einem einteiligen piezokeramischen Design entwickelt.  In den 90er Jahren wurden CRGs mit magnetoelektrischer Anregung und Auslesung von Inertial Engineering, Inc. in Kalifornien und Piezokeramikvarianten von Watson Industries hergestellt.  Eine k\u00fcrzlich patentierte Variante von Innalabs verwendet einen zylindrischen Resonator aus einer Elinvar-Legierung mit piezokeramischen Elementen zur Anregung und Aufnahme an der Unterseite.Diese bahnbrechende Technologie f\u00fchrte zu einer wesentlich l\u00e4ngeren Produktlebensdauer (MTBF> 500.000 Stunden).  Mit seiner Sto\u00dffestigkeit (> 300 G) sollte es sich f\u00fcr “taktische” Anwendungen (mit mittlerer Genauigkeit) qualifizieren.Der Resonator wird in seinem Resonanzmodus zweiter Ordnung betrieben.  Der Q-Faktor betr\u00e4gt normalerweise ungef\u00e4hr 20.000;  das bestimmt sein Ger\u00e4usch und seine kantigen zuf\u00e4lligen Spazierg\u00e4nge vor.  Stehende Wellen sind elliptisch geformte Schwingungen mit vier Gegenknoten und vier Knoten, die sich in Umfangsrichtung entlang des Randes befinden.Der Winkel zwischen zwei benachbarten Gegenknoten betr\u00e4gt 45 Grad.  Eine der elliptischen Resonanzmoden wird auf eine vorgeschriebene Amplitude angeregt.  Wenn sich das Ger\u00e4t um seine empfindliche Achse (entlang seines inneren Schafts) dreht, regen die resultierenden Coriolis-Kr\u00e4fte, die auf die vibrierenden Massenelemente des Resonators wirken, den zweiten Resonanzmodus an.  Der Winkel zwischen den Hauptachsen der beiden Modi betr\u00e4gt ebenfalls 45 Grad.Ein geschlossener Regelkreis treibt den zweiten Resonanzmodus auf Null, und die zum Nullstellen dieses Modus erforderliche Kraft ist proportional zur Eingangsdrehzahl.  Dieser Regelkreis wird als Force-Rebalanced-Modus bezeichnet.Piezoelektrische Elemente am Resonator erzeugen Kr\u00e4fte und erfassen induzierte Bewegungen.  Dieses elektromechanische System bietet das geringe Ausgangsrauschen und den gro\u00dfen Dynamikbereich, die anspruchsvolle Anwendungen erfordern, leidet jedoch unter starken akustischen Ger\u00e4uschen und hohen \u00dcberlastungen.Piezoelektrische Gyroskope[edit]Ein piezoelektrisches Material kann zum Schwingen gebracht werden, und die seitliche Bewegung aufgrund der Coriolis-Kraft kann gemessen werden, um ein Signal zu erzeugen, das sich auf die Rotationsgeschwindigkeit bezieht.[2]Stimmgabelgyroskop[edit]Dieser Gyroskoptyp verwendet ein Paar von Testmassen, die zur Resonanz getrieben werden.  Ihre Verschiebung von der Schwingungsebene wird gemessen, um ein Signal zu erzeugen, das sich auf die Rotationsgeschwindigkeit des Systems bezieht.F. F. W. Meredith meldete 1942 w\u00e4hrend seiner Arbeit bei der Royal Aircraft Establishment ein Patent f\u00fcr ein solches Ger\u00e4t an.  Die Weiterentwicklung wurde 1958 an der RAE von GH Hunt und AEW Hobbs durchgef\u00fchrt, die eine Drift von weniger als 1 \u00b0 \/ h oder (2,78) zeigten\u00d710– –4) \u00b0 \/ s.[3]Moderne Varianten von taktischen Gyros verwenden doppelte Stimmgabeln, wie sie vom amerikanischen Hersteller Systron Donner in Kalifornien und vom franz\u00f6sischen Hersteller hergestellt werden Safran Electronics & Defense  \/ Safran Group.[4]Weinglas Resonator[edit]Ein Weinglasresonator wird auch als halbkugelf\u00f6rmiges Resonatorgyroskop oder HRG bezeichnet und verwendet eine d\u00fcnne Festk\u00f6rperhalbkugel, die von einem dicken Stiel verankert wird.  Die Hemisph\u00e4re mit ihrem Schaft wird zur Biegerichtresonanz getrieben und die Knotenpunkte werden gemessen, um eine Rotation zu erfassen.  Es gibt zwei grundlegende Varianten eines solchen Systems: eine basierend auf einem Geschwindigkeitsregime (“Force-to-Rebalance-Modus”) und eine andere Variante basierend auf einem integrierenden Betriebsregime (“Ganzwinkelmodus”).  Normalerweise wird letzteres in Kombination mit einer kontrollierten parametrischen Anregung verwendet.  Es ist m\u00f6glich, beide Regime mit derselben Hardware zu verwenden, was f\u00fcr diese Gyroskope einzigartig ist.Bei einem einteiligen Design (dh der halbkugelf\u00f6rmige Becher und der Stiel bilden einen monolithischen Teil) aus hochreinem Quarzglas ist es m\u00f6glich, im Vakuum einen Q-Faktor von mehr als 30-50 Millionen zu erreichen entsprechende zuf\u00e4llige Spazierg\u00e4nge sind extrem niedrig.  Das Q wird durch die Beschichtung, einen extrem d\u00fcnnen Film aus Gold oder Platin und durch Befestigungsverluste begrenzt.[5]  Solche Resonatoren m\u00fcssen durch Ionenstrahl-Mikroerosion des Glases oder durch Laserablation feinabgestimmt werden.  Ingenieure und Forscher in mehreren L\u00e4ndern haben an weiteren Verbesserungen dieser hoch entwickelten Technologien gearbeitet.[6]Safran und Northrop Grumman sind die wichtigsten Hersteller von HRG.[7][8]Vibrationsradgyroskop[edit]Ein Rad wird angetrieben, um einen Bruchteil einer vollen Umdrehung um seine Achse zu drehen.  Die Neigung des Rades wird gemessen, um ein Signal zu erzeugen, das sich auf die Drehzahl bezieht.[9]MEMS-Gyroskope[edit]  MEMS-Gyroskop mit vibrierender StrukturPreiswerte Gyroskope f\u00fcr mikroelektromechanische Systeme mit vibrierender Struktur (MEMS) sind weit verbreitet.  Diese sind \u00e4hnlich wie andere integrierte Schaltkreise verpackt und k\u00f6nnen entweder analoge oder digitale Ausg\u00e4nge bereitstellen.  In vielen F\u00e4llen enth\u00e4lt ein einzelnes Teil Kreiselsensoren f\u00fcr mehrere Achsen.  Einige Teile enthalten mehrere Gyroskope und Beschleunigungsmesser (oder mehrachsige Gyroskope und Beschleunigungsmesser), um eine Leistung mit sechs vollen Freiheitsgraden zu erzielen.  Diese Einheiten werden als Tr\u00e4gheitsmesseinheiten oder IMUs bezeichnet.  Panasonic, Robert Bosch GmbH, InvenSense, Seiko Epson, Sensonor, Hanking Electronics, STMicroelectronics, Freescale Semiconductor und Analog Devices sind wichtige Hersteller.Intern verwenden MEMS-Gyroskope lithografisch konstruierte Versionen eines oder mehrerer der oben beschriebenen Mechanismen (Stimmgabeln, vibrierende R\u00e4der oder Resonanzk\u00f6rper verschiedener Designs, dh \u00e4hnlich wie oben erw\u00e4hnt TFG, CRG oder HRG).[10]MEMS-Gyroskope werden in \u00dcberrollschutz- und Airbagsystemen f\u00fcr Kraftfahrzeuge sowie zur Bildstabilisierung eingesetzt und haben viele andere potenzielle Anwendungen.[11]Anwendungen von CVG-Gyroskopen[edit]Automobil[edit]Giersensoren f\u00fcr Kraftfahrzeuge k\u00f6nnen um vibrierende Strukturgyroskope herum gebaut werden.  Diese werden verwendet, um Fehlerzust\u00e4nde beim Gieren im Vergleich zu einer vorhergesagten Reaktion zu erkennen, wenn sie als Eingang zu elektronischen Stabilit\u00e4tskontrollsystemen in Verbindung mit einem Lenkradsensor angeschlossen werden.[12]  Fortgeschrittene Systeme k\u00f6nnten m\u00f6glicherweise eine \u00dcberschlagserkennung basierend auf einem zweiten VSG bieten, aber es ist billiger, zu diesem Zweck dem vorhandenen seitlichen Beschleunigungsmesser L\u00e4ngs- und Vertikalbeschleunigungsmesser hinzuzuf\u00fcgen.Unterhaltung[edit]Das Nintendo Game Boy Advance-Spiel WarioWare: Twisted!  verwendet ein piezoelektrisches Gyroskop, um Rotationsbewegungen zu erfassen.  Der Sony SIXAXIS PS3-Controller misst die sechste Achse (Gieren) mit einem einzigen MEMS-Gyroskop.  Das Nintendo Wii MotionPlus-Zubeh\u00f6r verwendet mehrachsige MEMS-Gyroskope von InvenSense, um die Bewegungserkennungsfunktionen der Wii-Fernbedienung zu erweitern.[13]  Die meisten modernen Smartphones und Spielger\u00e4te verf\u00fcgen auch \u00fcber MEMS-Gyroskope.Hobbys[edit]Gyroskope mit vibrierender Struktur werden \u00fcblicherweise in ferngesteuerten Hubschraubern verwendet, um den Heckrotor des Hubschraubers zu steuern, und in funkgesteuerten Flugzeugen, um die Fluglage w\u00e4hrend des Fluges stabil zu halten.  Sie werden auch in Flugsteuerungen mit mehreren Rotoren verwendet, da Multirotoren von Natur aus aerodynamisch instabil sind und ohne elektronische Stabilisierung nicht in der Luft bleiben k\u00f6nnen.Industrierobotik[edit]Epson Robots verwendet ein Quarz-MEMS-Gyroskop namens QMEMS, um Vibrationen an ihren Robotern zu erkennen und zu steuern.  Dies hilft den Robotern, den Roboter-Endeffektor mit hoher Pr\u00e4zision bei hoher Geschwindigkeit und schneller Verz\u00f6gerung zu positionieren.[14]Fotografie[edit]Viele Bildstabilisierungssysteme auf Video- und Standbildkameras verwenden Vibrationsstrukturgyroskope.Ausrichtung des Raumfahrzeugs[edit]Die Schwingung kann auch im Vibrationsstrukturgyroskop zur Positionierung von Raumfahrzeugen wie z Cassini-Huygens.[15]  Diese kleinen halbkugelf\u00f6rmigen Resonatorgyroskope aus Quarzglas arbeiten im Vakuum.  Es gibt auch Prototypen von elastisch entkoppelten zylindrischen Resonatorgyroskopen (CRG)[16][17]    hergestellt aus hochreinem einkristallinem Saphir.  Der hochreine Leukosaphir hat einen Q-Faktor, der um eine Gr\u00f6\u00dfenordnung h\u00f6her ist als das f\u00fcr HRG verwendete Quarzglas, aber dieses Material ist hart und weist eine Anisotropie auf.  Sie bieten eine genaue 3-Achsen-Positionierung des Raumfahrzeugs und sind \u00fcber die Jahre sehr zuverl\u00e4ssig, da sie keine beweglichen Teile haben.Andere[edit]Der Segway Human Transporter verwendet ein Vibrationsstruktur-Gyroskop von Silicon Sensing Systems, um die Bedienerplattform zu stabilisieren.[18]Verweise[edit]^ IEEE Std 1431\u20132004 Coriolis-Vibrationsgyroskope.^ “NEC TOKINS Keramik-Piezo-Gyros”.  Abgerufen 28. Mai 2009.^ Collinson, RPG Introduction to Avionics, Zweite Ausgabe, Kluwer Academic Publishers: Netherlands, 2003, S.235^ “Sagem D\u00e9fense S\u00e9curit\u00e9: M\u00c4RZE \/ PRODUKTE – Syst\u00e8mes Avioniques & Navigation – Navigation”. archive.org.  16. Oktober 2007. Archiviert von das Original am 16. Oktober 2007.  Abgerufen 27. September 2016.^ Sarapuloff SA, Rhee H.-N. und Park S.-J.  Vermeidung interner Resonanzen in der halbkugelf\u00f6rmigen Resonatoranordnung aus Quarzglas, verbunden durch Indiumlot \/\/ Verfahren der 23. j\u00e4hrlichen Fr\u00fchjahrskonferenz der KSNVE (Koreanische Gesellschaft f\u00fcr Rausch- und Vibrationstechnik).  Yeosu-Stadt, 24. bis 26. April 2013. – S. 835-841.^ Sarapuloff SA 15 Jahre Festk\u00f6rper-Gyrodynamik-Entwicklung in der UdSSR und der Ukraine: Ergebnisse und Perspektiven der angewandten Theorie \/\/ Proc.  des Nationalen Technischen Treffens des Institute of Navigation (Santa Monica, Kalifornien, USA, 14.-16. Januar 1997).  – S.151-164.^ “Chanakya Aerospace Defense & Maritime Review”. www.chanakyaaerospacedefence.com.^ http:\/\/www.northropgrumman.com\/Capabilities\/HRG\/Documents\/hrg.pdf^ “Tr\u00e4gheitssensoren – Winkelgeschwindigkeitssensoren”.  Abgerufen 28. Mai 2009.^ Bernstein, Jonathan. “Ein \u00dcberblick \u00fcber die MEMS Inertial Sensing-Technologie”, Sensoren w\u00f6chentlich, 1. Februar 2003.^ Cenk Acar, Andrei Shkel.“MEMS-Vibrationsgyroskope: Strukturelle Ans\u00e4tze zur Verbesserung der Robustheit”.  2008. p.  8 Abschnitt “1.5 Anwendungen von MEMS-Gyroskopen”.^ “The Falling Box (Video)”.  Archiviert von das Original am 23. Juli 2011.  Abgerufen 1. Juli, 2010.^ “InvenSense IDG-600 Motion Sensing-L\u00f6sung im neuen Wii MotionPlus-Zubeh\u00f6r von Nintendo” (Pressemitteilung).  InvenSense.  15. Juli 2008. Archiviert von das Original am 17. April 2009.  Abgerufen 28. Mai 2009.^ “Epson Quartz Crystal Device – \u00dcber QMEMS”.  Abgerufen 12. M\u00e4rz, 2013.^ Jet Propulsion Laboratory, “Cassini Spacecraft and Huygens Probe”, pg.  2, https:\/\/saturn.jpl.nasa.gov\/legacy\/files\/space_probe_fact.pdf^ Sarapuloff SA High-Q-Saphirresonator des Festk\u00f6rpergyroskops CRG-1 – In Buch: 100 ausgew\u00e4hlte Technologien der Akademie der Technologischen Wissenschaften der Ukraine (ATS der Ukraine).  Katalog.  – Herausgegeben von STCU (Science & Technological Council f\u00fcr die Ukraine).  Kiew. http:\/\/www.stcu.int\/documents\/reports\/distribution\/tpf\/MATERIALS\/Sapphire_Gyro_Sarapuloff_ATSU.pdf^ Sarapuloff SA, Lytvynov LA, et al.  Besonderheiten der Konstruktion und Herstellungstechnologie von High-Q-Saphirresonatoren von Festk\u00f6rpergyroskopen vom Typ CRG-1 \/\/ XIV. Internationale Konferenz \u00fcber integrierte Navigationssysteme (28. bis 30. Mai 2007. St. Petersburg, RF.).  – St. Petersburg.  Das Staatliche Forschungszentrum Russlands – Zentrales Wissenschafts- und Forschungsinstitut “ElektroPribor”.  RF.  2007. – S.47-48.^ Steven Nasiri. “Eine kritische \u00dcberpr\u00fcfung der Technologie und des Kommerzialisierungsstatus von MEMS-Gyroskopen” (PDF).  Archiviert von das Original (PDF) am 6. Dezember 2010.  Abgerufen 1. Juli, 2010.Externe Links[edit]Proceedings of Anniversary Workshop zur Festk\u00f6rpergyroskopie (19. bis 21. Mai 2008. Jalta, Ukraine).  – Kiew-Charkiw.  ATS der Ukraine.  2009. – ISBN 978-976-0-25248-5. Siehe auch die n\u00e4chsten Treffen unter: Internationale Workshops zur Festk\u00f6rpergyroskopie [1].Silicon Sensing – Fallstudie: Segway HTApostolyuk V.  Theorie und Design mikromechanischer VibrationsgyroskopePrandi L., Antonello R., Oboe R. und Biganzoli F. Automatische Modusanpassung in MEMS-Vibrationsgyroskopen unter Verwendung von Extremum Seeking Control \/\/ IEEE-Transaktionen in der Industrieelektronik.  2009. Vol.56.  – S.3880-3891.. [2]Prandi L., Antonello R., Oboe R., Caminada C. und Biganzoli F. Open-Loop-Kompensation des Quadraturfehlers in MEMS-Vibrationsgyroskopen \/\/ Tagungsband der 35. Jahreskonferenz der IEEE Industrial Electronics Society – IECON-2009.  2009. [3]     (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});after-content-x4"},{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BreadcrumbList","itemListElement":[{"@type":"ListItem","position":1,"item":{"@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki20\/#breadcrumbitem","name":"Enzyklop\u00e4die"}},{"@type":"ListItem","position":2,"item":{"@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki20\/2020\/12\/30\/vibrationsstruktur-gyroskop-wikipedia\/#breadcrumbitem","name":"Vibrationsstruktur-Gyroskop – Wikipedia"}}]}]