Glossar

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Eine nützliche Zusammenstellung von Definitionen und in Spezifikationen verwendeten Begriffen und deren Erklärungen, wie sie in allen Broschüren, Datenblättern und Spezifikationen verwendet werden, die Silicon Sensing-Produkte beschreiben.

Allan-Varianz (Allen variance)

Die Allan-Varianz ist eine sehr aussagekräftige mathematische Methode, mit der sich die tatsächliche Leistung eines beliebigen Gyroskops in Bezug auf die Dynamik seiner Anwendung bewerten lässt. Dabei werden die Auswirkungen von Vorspannung, Rauschen, Drift und langfristiger Sensorinstabilität berücksichtigt. Es würde den Rahmen dieses Glossars sprengen, die Technik in allen Einzelheiten zu beschreiben (wenden Sie sich an uns oder recherchieren Sie im Internet, um weitere Informationen zu erhalten). Die wichtigsten Punkte lassen sich folgendermaßen zusammenfassen: Die Vorspannung wird immer durch die Mittelung aufeinander folgender Datenproben gemessen. Die Herausforderung besteht darin, einen geeigneten Zeitintervall für die Mittelung der Daten zu wählen.

Über kurze Zeitintervalle ermittelte Mittelwerte werden von Rauschen beeinflusst, über einen längeren Zeitraum ermittelte Mittelwerte von einem länger andauernden Drift. Bei dieser Methode wird ein Bereich von Zeitintervallen (z. B. von 0,01 Sek. bis 500 Sek.) ausgewählt, über den die Daten gemittelt werden sollen. Die Abweichung (Standardabweichung) von einer gemittelten Zeitspanne zur nächsten wird berechnet und dann in doppelt-logarithmischer Form gegen das Mittelungsintervall gestellt. Die daraus resultierende Kurve hat eine charakteristische „Badewannenform“. Anhand dieser Kurve lassen sich die wichtigsten Merkmale des Gyroskops berechnen:

– Angular Random Walk (Winkelzufallsbewegung)
– Vorspannungsinstabilität
– Rate Random Walk (Beschleunigungsfehler)

Winkelzufallsbewegung (Angular random walk; ARW)

Dies ist ein Maß für das Rauschen des Gyroskops und wird in den Einheiten °/rt Stunde oder °/rt Sekunde angegeben. . Es kann als die durch Rauschen bedingte Schwankung (oder Standardabweichung) des Ergebnisses der Integration der Ausgabe eines stationären Gyroskops über die Zeit aufgefasst werden.

Nehmen wir an, ein Gyroskop mit einer Winkelzufallsbewegung von 1°/rt Sekunde wird viele Male integriert, um eine Messung der Winkelposition zu erhalten. Bei einem stationären Gyroskop ist das ideale Ergebnis – und das durchschnittliche Ergebnis – gleich Null. Je länger die Integrationszeit, desto weiter weg strebt auch die Streuung der Ergebnisse vom Idealwert Null. Da diese Streuung proportional zur Quadratwurzel der Integrationszeit ist, würde sie nach 1 Sekunde 1° und nach 100 Sekunden 10° betragen.

Bereich der Winkelgeschwindigkeit / voller Beschleunigungsbereich (Angular rate range/ full rate range)

Die maximal mögliche Eingangs-Winkelgeschwindigkeit, bei der die volle Leistung erreicht wird. Wenn die Eingangs-Winkelgeschwindigkeit diesen Wert übersteigt, kann das Ausgangssignal am Gyroskop verzerrt werden oder sogar in einen gesättigten Status übergehen. Die Einheit für die Winkelgeschwindigkeit wird normalerweise in Grad pro Sekunde oder °/s ausgedrückt. Beachten Sie bitte unbedingt, dass der volle Beschleunigungsbereich in der Regel das Doppelte der Winkelgeschwindigkeit beträgt. Bei einem Gyroskop mit einem Geschwindigkeitsbereich von +/-100°/s liegt der volle Geschwindigkeitsbereich beispielsweise bei 200°/s.

Vorspannung (Bias)

Die Vorspannung oder der Vorspannungsfehler eines Gyroskops ist das Signal, das vom Gyroskop ausgegeben wird, wenn KEINE Drehbewegung vorliegt. . Selbst die perfektesten Gyroskope der Welt haben Fehlerquellen (auch hier gilt das gute alte Sprichwort „Qualität hat ihren Preis“). Die Vorspannung ist eine davon. Die Vorspannung kann als Spannung oder als Prozentsatz der vollen Ausgangsleistung ausgedrückt werden. Im Wesentlichen stellt sie aber eine Rotationsgeschwindigkeit (in Grad pro Sekunde) dar. In einer perfekten Welt ließe sich ein Vorspannungsfehler mit einem festen Wert einkalkulieren. Leider variiert der Vorspannungsfehler sowohl je nach Temperatur als auch im Verlauf der Zeit. Der Vorspannungsfehler eines Gyroskops lässt sich auf eine Reihe von Faktoren zurückführen:

– Kalibrierungsfehler
– Einschalten zu Einschalten
– Vorspannungsdrift
– Vorspannungsschwankungen über einen Temperaturbereich
– Auswirkungen von Erschütterungen (g-Wert)

Einzelne Messungen der Vorspannung werden auch durch Rauschen beeinflusst, weshalb eine aussagekräftige Vorspannungsmessung immer eine gemittelte Messreihe ist. Die Allan-Varianz ist ein sehr wirksames Mittel zur Beschreibung der Vorspannungsleistung eines Gyroskops in einer weitreichenden Form.

Vorspannungsdrift (Bias drift)

Nicht zu verwechseln mit dem eher umgangssprachlichen Begriff Driftfrequenz. Der Vorspannungsdrift bezieht sich speziell auf die Veränderung der Vorspannung über die Zeit, wobei alle anderen Faktoren konstant bleiben. . Im Grunde handelt es sich dabei um einen Erwärmungseffekt, der durch die Selbsterwärmung des Gyroskops und der zugehörigen mechanischen und elektrischen Komponenten verursacht wird. Erwartungsgemäß ist dieser Effekt in den ersten Sekunden nach dem Einschalten stärker ausgeprägt und nach ca. fünf Minuten fast nicht mehr vorhanden.

Vorspannungsinstabilität (Bias instability)

Die Vorspannungsinstabilität ist ein grundlegendes Maß für die „Güte“ eines Gyroskops. Sie ist definiert als der Minimalpunkt auf der Allan-Varianz-Kurve und wird normalerweise in °/h gemessen. Sie stellt die beste Vorspannungsstabilität dar, die für ein Gyroskop erreicht werden kann, vorausgesetzt die Vorspannungsmittelung ist in dem Intervall erfolgt, das durch das Allan-Varianz-Minimum definiert ist.

Vorspannungsschwankung über einen Temperaturbereich

Siehe auch „Vorspannungsdrift“, der ein temperaturabhängiger Effekt ist.

Die Umgebungstemperatur wirkt sich auf die Vorspannung aus, und die Leistungsparameter sind nur innerhalb des angegebenen Betriebstemperaturbereichs gültig. Die Temperatureinflüsse sind in der Regel für jedes Gyroskop vorhersehbar. Es ist möglich, die Vorspannungsleistung des Gyroskops mittels Kalibrierung erheblich zu verbessern. Einige Gyroskope (etwa die Serie SiRRS01) verfügen über einen internen Temperatursensor, der diesen Prozess unterstützt.

Skalierungsfaktor

Der nominale Skalierungsfaktor eines Gyroskops beschreibt die grundlegende Übertragungsfunktion des Geräts, also wie viele Volt (oder Bits) für eine bestimmte Drehgeschwindigkeit erwartet werden. . Er ist das Maß für die Steigung der Mittellinie durch die Punkte einer Kurve, und beschreibt die erwartete Gyroskopleistung in Abhängigkeit von der eingestellten Winkelgeschwindigkeit, gemessen über den spezifizierten dynamischen Geschwindigkeitsbereich des Gyroskops bei Raumtemperatur (bei 20 °C oder 23 °C). Bei einem analogen Gyroskop wird in Volt pro Grad/s gemessen. Das Gyroskop CRS03-02 hat zum Beispiel einen Skalierungsfaktor von 20 mV pro Grad/s. Daher erhöht sich seine Ausgangsleistung von seiner Ruheleistung von 2,5 V um 20 mV für jedes positive Grad/s der Drehung bis zu 100 Grad/s, und entsprechend andersherum für die Drehung in negativer Richtung.

Konfigurierungsfehler beim Skalierungsfaktor

Dies ist die Differenz zwischen dem gemessenen Skalierungsfaktor (separat beschrieben) und dem nominalen Skalierungsfaktor, geteilt durch die maximale Drehgeschwindigkeit des Gyroskops bei einer vorgegebenen Temperatur (normalerweise Raumtemperatur oder 23 °C).s Handelsübliche Gyroskope werden normalerweise auf diese Temperatur konfiguriert, daher die Bezeichnung „Konfigurierungsfehler“. Der Fehler wird als Prozentsatz oder in Teilen pro Million (ppm) angegeben. Beachten Sie, dass 10.000 ppm 1 % entsprechen.

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