Häufig gestellte Fragen

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Häufig gestellte Fragen

Möglicherweise finden Sie hier sofort die Informationen, die Sie suchen. Im Folgenden finden Sie eine Liste mit Fragen und Antworten, die von Kunden gestellt wurden und für andere nützlich sein können, die Silicon Sensing-Produkte in ihren Konstruktionsentwürfen verwenden. Sollten Sie die Antwort auf Ihre Frage nicht finden, wenden Sie sich bitte entweder an Ihren Händler oder klicken Sie hier, um uns direkt zu kontaktieren.

Allgemeine Fragen
Was macht die Gyroskope von Silicon Sensing so unempfindlich gegenüber Stößen und Vibrationen?

Unsere Gyroskope verwenden einen Ring als schwingende Struktur, die an um den Ring angeordneten Speichen aufgehängt ist. Das bedeutet, dass der Sensor ausbalanciert und symmetrisch ist und daher Stöße und Vibrationen keine unerwünschten Bewegungen verursachen, wie sie bei einer nicht ausbalancierten Struktur wie einer Stimmgabel zu beobachten sind. Bei normalem Betrieb hat eine Verformung des Rings keine Auswirkungen auf andere Komponenten, da die Abstände groß sind.

Was bedeuten die in Ihren Datenblättern und Spezifikationen verwendeten Fachbegriffe?

In unserem Glossar finden Sie Erläuterungen zu den einzelnen Parametern und Fachbegriffen. Sollten Sie zusätzliche Hilfe oder detailliertere Erläuterungen benötigen, wenden Sie sich bitte an uns.

Was bedeutet der Begriff „Ratiometrisches Ausgangssignal“?

Ratiometrisches Ausgangssignal bedeutet, dass die Ausgabeleistung des Gyroskops proportional zur Versorgungsspannung ist.

Kann ein Gyroskop in jeder Höhe installiert werden?

Gyroskope messen die Winkelgeschwindigkeit im Raum ohne Bezug zu einem festen Punkt und erfassen die Winkelgeschwindigkeit um ihre sensorische Achse herum, in alle Richtungen. Das Gyroskop ist außerdem sehr unempfindlich gegenüber der Schwerkraft und kann daher in jeder Höhe verwendet werden.

Reagieren Ihre Gyroskope empfindlich auf Schwerkraft oder lineare Beschleunigung?

Wir geben zwar einen Wert für die Empfindlichkeit gegenüber Schwerkraft und linearer Beschleunigung an, aber da unsere Gyroskope einen ausbalancierten Ring als schwingende Struktur verwenden, sind sie sehr widerstandsfähig gegenüber Schwerkraft, linearer Beschleunigung und Vibration.

Wie hoch ist die Auflösung Ihrer Gyroskope?

Die Auflösung hat für verschiedene Anwender eine unterschiedliche Bedeutung, je nach Anwendung und Verwendungszweck des Gyroskops.

Wenn das Gyroskop einen digitalen Ausgang hat, entspricht die Auflösung dem niederwertigsten Bitwert der Daten in der Datenübermittlung. Diese Auflösung hängt von dem Geschwindigkeitsbereich ab, auf den das Gyroskop eingestellt ist. Im Datenblatt ist der Skalierungsfaktor in lsbs/°/s angegeben. Der Kehrwert dieser Zahl gibt die Gewichtung des LSB bzw. die digitale Auflösung an. Die Auflösung kann durch Anwendung von Oversampling-Techniken verbessert werden. Diese Techniken arbeiten in der Regel mit einer sehr hohen Abtastrate und einer Mittelwertbildung, um die Auflösung zu verbessern.

Bei Verwendung des Analogausgangs kann als die beste erreichbare Auflösung als der untere Teil des Allan-Varianz-Diagramms, d. h. als Bias-Instabilität des Geräts, herangezogen werden. Eine alternative Definition für analoge Auflösung ist die minimale beobachtbare Differenz am Ausgang bei einer Änderung des Eingangs. Dies hängt mit dem Rauschen zusammen und wird in der Regel als das Eingangssignal verstanden, bei dem das Ausgangssignal größer ist als das ausgegebene Rauschsignal.

Gibt es besondere Vorsichtsmaßnahmen, die wir bei der Wahl des Netzteils beachten sollten?

Die schwingende Struktur in unseren Gyroskopen hat eine Resonanz bei ca. 14 kHz oder 22 kHz, je nach Gyroskop. Rauschen auf der Stromversorgung im Bereich dieser Frequenz oder Oberwellen dieser Frequenz können in das Signal einkoppeln und zusätzliches Rauschen verursachen. Wenn im Bereich dieser Frequenzen periodische Signale auftreten, wie sie z. B. von Schaltnetzteilen erzeugt werden, können im Ausgangssignal des Gyroskops Schwebungen zu beobachten sein.

Können Sie erläutern, was Sie mit „Nicht-Linearität“ und „Linearitätsfehler“ meinen?

In unserem Glossar finden Sie Erläuterungen zu den einzelnen Parametern und Fachbegriffen.

Wie kann ich aus dem Ausgabesignal des Gyroskops den Bewegungswinkel berechnen?

Der Winkelgeschwindigkeitssensor gibt ein Ausgangssignal ab, das proportional zur Winkelgeschwindigkeit ist, so dass zur Bestimmung des Winkels eine Integration über die Zeit erforderlich ist. Für jede vom Sensor ausgegebene Spannung (V) wird der Winkel wie folgt berechnet: Für jede vom Sensor ausgegebene Spannung (V) wird der Winkel wie folgt berechnet:

Integral [ ( V (SF +SF-Fehler) + B) ]dt, von T0 bis T.

Bei einem konstanten SF-Fehler und wenn die mittlere Winkelposition über die Zeit gleich Null ist (z. B. bei einem schwingenden System), entspricht der Fehler der Integration der Gesamtvorspannung über den Zeitraum der Messung.

Eine typische Spezifikation für die Vorspannung des Geschwindigkeitssensors beträgt maximal 3°/s. Wenn also keine Kalibrierung durchgeführt wird, baut sich der Winkelfehler mit einer maximalen Geschwindigkeit von 3° pro Bewegungssekunde auf.

Dies kann jedoch problemlos optimiert werden, wenn das Host-System die Möglichkeit bietet, den Vorspannungs-Offset vor Beginn der Messung zu subtrahieren. Nach der Inbetriebnahme und bei konstanter Temperatur beträgt die Abweichung der Vorspannung unter Umständen weniger als 0,05°/s pro 5 s. Subtrahiert man diese anfängliche Vorspannung (3°/s) und führt dieselbe Integration durch, so ergibt sich ein Winkelfehler, der sich mit 0,125° pro 5 Sekunden Bewegung aufbaut.

Wie hoch ist die maximale Temperatur, der dieses Gyroskop ausgesetzt werden kann?

Wir geben die Leistung für das Produkt über einen bestimmten Betriebstemperaturbereich an. Das Gerät funktioniert normalerweise auch außerhalb dieses Bereichs, aber wir können keine Garantie für Funktion oder Leistung übernehmen, da wir das Gerät nur über den angegebenen Betriebstemperaturbereich testen. Wenn das Gerät nicht mit Strom versorgt wird, wird es unter Umständen für kurze Zeit höheren Temperaturen ausgesetzt. Bei 130 °C kommt es zu einem Glasübergang im Gerät, der sich beim Abkühlen wieder zurückbildet, aber die Eigenschaften des Geräts werden sich wahrscheinlich ändern. Das Gerät darf daher nicht Temperaturen um die 130 °C ausgesetzt werden.

Wie berechne ich die Winkelposition aus den abgerufenen Winkelgeschwindigkeitsdaten?

Der Winkelgeschwindigkeitssensor gibt ein Ausgangssignal ab, das proportional zur Winkelgeschwindigkeit ist, so dass zur Bestimmung des Winkels eine Integration über die Zeit erforderlich ist. Die Fehlerkomponenten bei der Integration sind der Fehler des Skalierungsfaktors, das Rauschen und die Vorspannung des Sensors. Bei einem konstanten Skalierungsfaktor-Fehler und wenn die mittlere Winkelposition über die Zeit gleich Null ist (z. B. bei einem schwingenden System), entspricht der Fehler der Integration der Vorspannung, des Rauschens und der Linearität über den Zeitraum der Messung. Weitere Informationen zu den Auswirkungen von Rauschen finden Sie unter dem Stichwort „Winkelzufallsbewegung“ (Angular Random Walk) in unserem Glossar.

Eine typische Spezifikation für die Vorspannung des Geschwindigkeitssensors beträgt maximal 3°/s. Wenn also keine Kalibrierung durchgeführt wird, baut sich durch die Vorspannung ein Winkelfehler mit einer maximalen Rate von 3° pro Sekunde der Bewegung auf. Dies kann jedoch problemlos optimiert werden, wenn das Host-System die Möglichkeit bietet, den Vorspannungs-Offset vor Beginn der Messung zu subtrahieren. Nach der Inbetriebnahme und bei konstanter Temperatur beträgt die Abweichung der Vorspannung unter Umständen weniger als 0,05°/s pro 5 s. Subtrahiert man diese anfängliche Vorspannung (3°/s) und führt dieselbe Integration durch, so ergibt sich ein Winkelfehler, der sich mit 0,125° pro 5 Sekunden Bewegung aufbaut.

Wo werden die Gyroskope hergestellt?

Unsere Gyroskope werden in Japan oder im Vereinigten Königreich hergestellt. In Japan werden sie bei Silicon Sensing Products gefertigt, innerhalb des Sumitomo Precision Products-Komplexes, an der gleichen Adresse, wo auch Silicon Sensing Systems Japan seinen Sitz hat. Im Vereinigten Königreich werden die Gyroskope in unserem Werk in Plymouth, Devon, hergestellt.

Was unterscheidet die Produkte von Silicon Sensing von den Produkten der Mitbewerber?

Unsere Sensoren weisen einen sehr geringen zeit- und temperaturabhängigen Vorspannungsdrift auf, sind sehr wiederholbar (und ermöglichen eine thermische Kompensation, um eine hohe Leistung zu erzielen), sind praktisch unempfindlich gegen Stöße und Vibrationen und zeichnen sich durch einen breiten Betriebstemperaturbereich aus. Dies wird durch die Verwendung eines ausbalancierten vibrierenden Silizium-MEMS-Rings als Sensorelement anstelle von billigeren unbalancierten vibrierenden Kamm- oder Stimmgabelsensoren erreicht.

CRS-Sensoren verfügen über einen doppelten geschlossenen Regelkreis, um Amplitude und Frequenz aufrechtzuerhalten, andere haben einen offenen Regelkreis. Diese aufwendigere Spezifikation kann natürlich zusätzliche Kosten mit sich bringen. Wenn Sie nur einen Teil dieses Leistungsumfangs benötigen, wird Ihnen unser Angebot vielleicht zu teuer erscheinen. Viele unserer Kunden sind jedoch von Produkten unserer Mitbewerber auf unsere Sensoren umgestiegen, weil sie unter Umständen einen höheren Mehrwert bieten: Bei billigen Geräten können die Herstellungskosten des Produkts anderer Anbieter aufgrund der geringen Leistung steigen, und in einigen Fällen haben die Kosten für die Überprüfung von Gyroskopen und, in extremen Fällen, Feldausfällen von billigen Gyroskopen die Garantiekosten in die Höhe getrieben und dem Image des Produkts und damit dem Umsatz geschadet. Man muss die Gesamtanforderungen und die Gesamtkosten betrachten, um zu beurteilen, ob unser Gyroskope auf lange Sicht teurer ist.

Können sich mehrere Ihrer Gyroskope einen gemeinsamen SPI-Bus teilen?

Wenn das Gyroskop einen SPI-Ausgang hat, lautet die Antwort ja. Dies ist eines der Merkmale eines SPI-Busses. Die „Slave Select“-Stifte (SS) werden zur Auswahl jedes einzelnen Geräts verwendet.

Können Ihre Gyroskope repariert werden?

Nein. Sie wurden für Anwendungen mit hohen Stückzahlen und einem hervorragenden Preis-Leistungs-Verhältnis entwickelt. Daher ist die Reparatur eines beschädigten Geräts ökonomisch nicht sinnvoll.

Können Gyroskope zur Stabilisierung einer Kamera verwendet werden?

Ja, unsere Gyroskope wurden bereits von einer Reihe unserer Kunden für diese Zwecke eingesetzt. Das geringe Rauschen und die hohe Widerstandsfähigkeit gegen Stöße und Vibrationen machen sie zu einer idealen Option. Die Gyroskope messen die Winkelgeschwindigkeit und liefern ein Ausgangssignal, das proportional zur Winkelbewegung der Kamera ist. Dieses Signal kann zum Antrieb von Servomotoren verwendet werden, mit denen die Kamera in die gewünschte Richtung ausgerichtet oder die gewünschte Winkelgeschwindigkeit beibehalten wird, sodass die unerwünschten Störungen beseitigt werden. Alternativ kann das Signal auf das Videosignal oder Bild angewendet werden, um das Signal zu verschieben und die unerwünschten Störungen zu kompensieren.

Als wir ein Vibrations-Gyroskop eines anderen Anbieters verwendeten, mussten wir einen Tiefpassfilter einsetzen, um die Resonanzfrequenz des Sensors und die Oberwellen aus der Ausgabe zu entfernen. Ist dies bei Ihren Gyroskopen notwendig?

Nein. Wenn Sie den analogen Ausgang eines Gyroskops verwenden, empfehlen wir die Verwendung eines Anti-Aliasing-Filters im Signalpfad zum Analog-Digital-Wandler (ADC), um das Aliasing des Rauschens auf bandinterne Frequenzen zu reduzieren.

Pinpoint
Verwendet PinPoint® einen Magneten?

Nein, PinPoint® verwendet piezoelektrische Wandler und ist daher weder empfindlich gegenüber Magnetfeldern noch erzeugt es ein Magnetfeld.

Kommt es zu Interferenzen zwischen den beiden Sensoren, wenn wir zwei PinPoint®-Sensoren von einem Netzteil aus betreiben?

Aufgrund des sehr geringen Strombedarfs von PinPoint®, sind Störungen durch die Stromversorgung sehr unwahrscheinlich. Wir empfehlen jedoch die Verwendung isolierter „Sternpunkte“ und geeignete Maßnahmen zur Vermeidung von Entladungen, um eine optimale Isolierung zu erreichen.

Wird PinPoint® durch Magnetfelder beeinflusst?

Nein, die Messwandler in PinPoint® sind nicht empfindlich gegenüber Magnetfeldern.

Ist PinPoint® empfindlich gegenüber Schwerkraft oder linearer Beschleunigung?

Wir geben zwar eine Empfindlichkeit gegenüber Schwerkraft und linearer Beschleunigung an, aber da PinPoint® einen ausbalancierten Ring als schwingende Struktur verwendet, ist das Gerät sehr widerstandsfähig gegenüber Schwerkraft, linearer Beschleunigung und Vibration.

Was passiert, wenn PinPoint® übersteuert wird?

Im analogen Ausgabemodus wird ein potenziell nützlicher Geschwindigkeitsmesswert oberhalb des voreingestellten „maximalen“ Geschwindigkeitsbereichs ausgegeben, aber die Leistung (d. h. die Linearität) ist nicht garantiert.

Die nominelle Nullvorspannung beträgt ½ Vdd; 1,65 V. Der Der maximale spezifizierte Geschwindigkeitsbereich ist so skaliert, dass er bei ±1,0 V der nominalen Nullvorspannung auftritt. Der Skalierungsfaktor bleibt bis mindestens 10 % über den „angegebenen“ Grenzwert von ±1,0 V (d. h. ±300º/s) hinaus linear, um Toleranzen zu berücksichtigen. Außerhalb dieses linearen Bereichs ist die Linearität des Ausgangs nicht garantiert, und der Ausgang geht in die Sättigung, wenn er innerhalb von etwa 100 mV unter der Versorgungsspannung liegt. Außerhalb dieses linearen Bereichs ist die Linearität des Ausgangs nicht garantiert, und der Ausgang geht in die Sättigung, wenn er innerhalb von etwa 100 mV unter der Versorgungsspannung liegt.

Können Sie das interne Abtastschema von PinPoint® erklären, einschließlich Auflösung, Abtastrate und Mittelwertbildung?

Der interne ADC verfügt über eine Successive Approximation Register (SAR)-Architektur.

Kann PinPoint® für verschiedene Anwendungen unterschiedlich eingerichtet werden?

Die einfache Antwort lautet „Ja“. Um eine genauere Antwort auf diese Frage geben zu können, müssen wir die beiden Ausgabemodi von PinPoint® betrachten: analog und digital.

Analoger Ausgang:
Es gibt zwei Möglichkeiten, die Auflösung und Genauigkeit des Ausgangs zu verbessern: (i) Überabtastung und (ii) Umschalten des Messbereichs.

Überabtastung: Angenommen, Sie digitalisieren den Ausgang mit 1.000 Hz (d. h. alle 1 ms) und wandeln ihn durch einen 10-Bit-ADC. Durch eine Überabtastung, z. B. mit 4.000 Hz (d. h. alle 250 µs), und anschließende Mittelung der vier Messungen
wird die Ausgabegenauigkeit verbessert, da das Rauschen des Gyroskops herausgefiltert wird. Dadurch wird die Genauigkeit verbessert, aber nicht die Auflösung.

(ii) Umschalten des Messbereichs: bei PinPoint® ist es möglich, den Messbereich von z. B. 300º/s auf 75º/s zu ändern und damit die Auflösung um das Vierfache zu erhöhen dass Sie über die SPI-Schnittstelle mit dem Gyroskop kommunizieren können. Das setzt voraus, dass Sie über die SPI-Schnittstelle mit dem Gyroskop kommunizieren können. Das Gyroskop muss „zurückgesetzt“ werden, d. h. es wird effektiv aus- und wieder eingeschaltet. Dieser Vorgang kann bis
zu 0,3 Sekunden dauern. Dies hat keine nachteiligen Auswirkungen auf die Funktion oder Leistung des Gyroskops, sollte jedoch bei der Konstruktion des Anwendungssystems berücksichtigt werden.

Digitaler Ausgang:
Beim digitalen Ausgabemodus ist die Option der Überabtastung überflüssig. Über die SP-Schnittstelle kann der Geschwindigkeitsbereich zwischen vier vorgegebenen Werten umgeschaltet werden: 75º/s, 150º/s, 300º/s oder 900º/s. Dazu muss das Gyroskop nicht zurückgesetzt werden, wie oben für den analogen Ausgangsmodus beschrieben, so dass kein Signalverlust auftritt.

Was ist der maximale Beschleunigungsbereich für PinPoint®?

In seiner derzeitigen Konfiguration ist PinPoint® für eine volle Leistung von bis zu 900º/s sowohl bei den analogen als auch bei den digitalen Ausgangskanälen spezifiziert, kann aber tatsächlich auch Geschwindigkeiten darüber hinaus messen.

Das Ausgangssignal des Gyroskops wird im analogen Ausgabemodus bei 1.250º/s begrenzt und sollte unterhalb dieses Wertes nicht in Sättigung gehen oder invertieren. Der digitale Ausgabemodus wird bei 1.024°/s begrenzt.

Welcher Analog-Digital-Wandler mit welcher Auflösung wird in PinPoint® verwendet?

PinPoint® ist grundsätzlich ein analoger Sensor, der über einen optionalen digitalen Ausgang verfügt. Der ASIC hat einen internen 10-Bit-ADC, der jedoch mit Überabtastung tatsächlich ein 12-Bit-ADC ist. Dies wird im Folgenden näher erläutert.

Der interne ADC hat eine Auflösung von 10 Bits und einen Skalenendwert von +/-1,024 V. Wenn wir zum Zwecke der Erläuterung nur den dynamischen Messbereich von +/-300°/s betrachten, dann definiert das Technische Datenblatt (CRMnnn-00-0100-132) den analogen Skalierungsfaktor mit 3 mV/°s. Der 10-Bit-ADC hat folglich einen Skalenendwertbereich von +/-341,333°/s [d.h. 1,024V ÷
3mV/°/s].

Intern tastet der ASIC des PinPoint®-Gyroskops die Resonanzfrequenz des Silizium-MEMS-Ringsensors ab, die etwa 22 kHz beträgt. Er berechnet ständig eine laufende Summe der letzten 16 Abtastungen, die eine 14-Bit-Zahl ist. An der fallenden Flanke des SPI_CLK wird die 14-Bit-Zahl durch Vorzeichenerweiterung zu einer 16-Bit-Zahl und an den Host ausgegeben. Wenn Bit 16 ‚1‘ ist, lautet das Vorzeichen -ve, wenn es ‚0‘ ist, lautet das Vorzeichen +ve. Bit 15 wird nicht verwendet.

Der digitale Skalierungsfaktor für einen Dynamikbereich von +/-300°/s beträgt 24 Bits/°/s, also 1/24 °/s pro lsb. Der Bereich des ADC umfasst +/-341,333 °/s (siehe oben). Das bedeutet einen ADC von 14 Bits [d. h. 682,666°/s ÷ 1/24°/s = 16,384 = 214].

Durch die Überabtastung des Signals wurde die scheinbare Auflösung des ADC von 10 Bit auf 14 Bit verbessert. Die Verbesserung wird jedoch nur durch das Rauschen erreicht, das im Sensorsignal enthalten ist. Es ist allgemein bekannt, dass die effektive Auflösung eines ADC durch Hinzufügen von Rauschen und Überabtastung verbessert werden kann. Die scheinbare Auflösung des ADC verbessert sich bei jeder Verdoppelung der Abtastrate um 1 Bit. Die effektive Auflösung verbessert sich jedoch nur als Quadratwurzelwert aus der Erhöhung der Abtastrate (das zusätzliche Rauschen nimmt mit der Quadratwurzel aus den Überabtastungen ab).

Obwohl die 16-fache Überabtastung eine scheinbare Erhöhung der Auflösung um 4 Bits bewirkt, beträgt die effektive Erhöhung der Auflösung 2 Bits. Aus diesem Grund gilt der ADC im PinPoint® „effektiv als 12-Bit-ADC“.

Können Sie mir mehr über den in PinPoint® verwendeten Temperatursensor sagen?

Der Temperatursensor ist ein Funktionsbaustein auf dem ASIC im Inneren des Gyroskops. Er wird zur internen thermischen Kompensation des Gyroskops verwendet. Er wird als ein Ausgangswert in der digitalen SPI-Meldung zur Verfügung gestellt und kann somit vom System zur allgemeinen thermischen Kompensation verwendet werden. Am analogen Ausgang ist er nicht verfügbar.

Können Sie mir sagen, wie hoch die maximale Spannung von Vref_cap voraussichtlich sein wird, damit ich einen Kondensator auswählen kann?

Vref wird generiert, um eine Spannung zu liefern, die der Hälfte der Versorgungsspannung entspricht, d. h. Vdd/2. Vref wird PinPoint®–intern verwendet. Daher ist es wichtig, dass der Wert stabil bleibt und in keiner Weise beeinträchtigt wird. Da die empfohlene Höchstspannung Vdd 3,6 V beträgt, ist es unwahrscheinlich, dass die Spannung an Vref_cap 1,8 V überschreitet. Für den Kondensator empfehlen wir einen Wert von 100 nF bei einer Spannung von 10 V. Es sollte ein X7R-Keramikkondensator sein, der in der Nähe des Vref_cap-Pins platziert wird. Die Leitung vom Kondensator zum Vref_cap-Pin sollte nicht durch eine Durchkontaktierung der Leiterplatte verlaufen. Die Mindestnennspannung für den Kondensator sollte 6 V betragen. Um jedoch die Belastung des Kondensators zu verringern und die Zuverlässigkeit zu erhöhen, empfehlen wir eine Nennspannung von 10 V. Zusammenfassend empfehlen wir für Vref_cap folgende Spezifikation: 100 nF, X7R MLCC, SMT-Gehäuse, das in der Nähe des Vref_cap-Pins montiert wird, mit einer Nennspannung von 10 V und unter Vermeidung von Durchkontaktierungen.

Zusammenfassend empfehlen wir für Vref_cap folgende Spezifikation: 100 nF, X7R MLCC, SMT-Gehäuse, das in der Nähe des Vref_cap-Pins montiert wird, mit einer Nennspannung von 10 V und unter Vermeidung von Durchkontaktierungen.

PinPoint® ist primär ein analoges Gyroskop. Das analoge Signal wird mittels eines digitalen Bausteins digitalisiert und in einem digitalen Datenstrom auf dem SPI-Bus ausgegeben. Der in Pinpoint verwendete ADC ist effektiv ein 10-Bit-Gerät. Durch Überabtastung steigt die Auflösung auf effektiv 14 Bit, die Genauigkeit beträgt jedoch typischerweise 12 Bit. Im Allgemeinen bietet der analoge Ausgang eine geringfügig bessere Leistung.

Benutzern, die ein analoges Signal benötigen, wird empfohlen, den analogen Ausgang zu verwenden.

Benutzern, die ein analoges Signal benötigen, wird empfohlen, den analogen Ausgang zu verwenden. Wenn Benutzer die Daten digital verarbeiten möchten, wird die SPI-Schnittstelle empfohlen. Wenn eine höhere Leistung erforderlich ist, wird empfohlen, stattdessen ein ADC-Verfahren mit höherer Genauigkeit zu verwenden, bei dem die Leistung durch hohe Abtastraten und digitale Filterung verbessert werden kann.

Welche zusätzlichen Komponenten werden benötigt, damit das Gyroskop funktioniert?

Für PinPoint®, sind vier zusätzliche Kondensatoren für den korrekten Betrieb erforderlich.

Kann ich den Vref_cap als Spannungsreferenz für mein System verwenden?

Das ist möglich, aber es ist wichtig, dass die Referenzspannung (Vref) stabil bleibt und in keiner Weise gestört wird. Wir empfehlen, das Vref_cap-Signal mit einem sehr hochohmigen Spannungsfolger angemessen zu puffern.

Wir empfehlen, das Vref_cap-Signal mit einem sehr hochohmigen Spannungsfolger angemessen zu puffern.

Ja, das ist eines der Merkmale eines SPI-Busses. Die „Slave Select“-Stifte (SS) werden zur Auswahl jedes einzelnen Geräts verwendet.

Wie hoch ist die Auflösung des PinPoint®?

Wenn der digitale Ausgang verwendet wird, entspricht die Auflösung dem niederwertigsten Bit der Daten in der Datenübermittlung. Diese Auflösung hängt von dem Geschwindigkeitsbereich ab, auf den das Gyroskop eingestellt ist. Im Datenblatt ist der Skalierungsfaktor in lsbs/°/s angegeben. Der Kehrwert dieser Zahl gibt die Gewichtung des LSB bzw. die digitale Auflösung an.

Bei Verwendung des Analogausgangs kann als die beste erreichbare Auflösung als der untere Teil des Allan-Varianz-Diagramms, d. h. als Bias-Instabilität des Geräts, herangezogen werden. Eine alternative Definition für analoge Auflösung ist die minimale beobachtbare Differenz am Ausgang bei einer Änderung des Eingangs. Dies hängt mit dem Rauschen zusammen und wird normalerweise als das Eingangssignal betrachtet, das dazu führt, dass der Ausgangswert größer ist als der Rauschwert.

Kann man das PinPoint®-Gyroskop reparieren?

Nein. Es wurde für Anwendungen mit hohen Stückzahlen und einem hervorragenden Preis-Leistungs-Verhältnis entwickelt. Daher ist die Reparatur eines beschädigten Geräts ökonomisch nicht sinnvoll.

Kann ich den dynamischen Bereich des PinPoint®-Gyroskops im laufenden Betrieb ändern?

F: Wie ich sehe, ist es möglich, den dynamischen Bereich des PinPoint®-Gyroskops zu ändern. Kann dies im laufenden Betrieb erfolgen, d. h. wenn unsere Anwendung einen niedrigeren Geschwindigkeitsbereich und eine höhere Auflösung benötigt, können wir dann zu einem niedrigeren Geschwindigkeitsbereich „wechseln“? Und erhalten wir dadurch eine höhere Auflösung?

A: Ad hoc lautet die Antwort „Ja“. Um eine genauere Antwort auf diese Frage geben zu können, müssen wir die beiden Ausgabemodi von PinPoint® betrachten: analog und digital.

Analoger Ausgang:

Es gibt zwei Möglichkeiten, die Auflösung und Genauigkeit des Ausgangs zu verbessern: (i) Überabtastung und (ii) Umschalten des Messbereichs.
Überabtastung: Angenommen, Sie digitalisieren den Ausgang mit 1.000 Hz (d. h. alle 1 ms) und wandeln ihn durch einen 10-Bit-ADC. Durch eine Überabtastung, z. Durch eine Überabtastung, z. B. mit 4.000 Hz (d. h. alle 250 µs), und anschließende Mittelung der vier Messungen, wird die Ausgabegenauigkeit verbessert, da das Rauschen des Gyroskops herausgefiltert wird. Dadurch wird die Genauigkeit verbessert, aber nicht die Auflösung.

(ii) Umschalten des Messbereichs: bei PinPoint® ist es möglich, den Messbereich von z. B. 300º/s auf 75º/s zu ändern und damit die Auflösung um das Vierfache zu erhöhen. dass Sie über die SPI-Schnittstelle mit dem Gyroskop kommunizieren können. Das setzt voraus, dass Sie über die SPI-Schnittstelle mit dem Gyroskop kommunizieren können. Das Gyroskop muss „zurückgesetzt“ werden, d. h. es wird effektiv aus- und wieder eingeschaltet. Dieser Vorgang kann bis zu 0,3 Sekunden dauern. Dies hat keine nachteiligen Auswirkungen auf die Funktion oder Leistung des Gyroskops, sollte jedoch bei der Konstruktion des Anwendungssystems berücksichtigt werden.

Digitaler Ausgang:

Beim digitalen Ausgabemodus ist die Option der Überabtastung überflüssig.

Über die SPI-Schnittstelle kann der Geschwindigkeitsbereich zwischen vier vorgegebenen Werten umgeschaltet werden: 75º/s, 150º/s, 300º/s oder 900º/s. Dazu muss das Gyroskop nicht zurückgesetzt werden, wie oben für den analogen Ausgangsmodus beschrieben, so dass kein Signalverlust auftritt.

Können die Gyroskope beim Einbauvorgang von unserem Host-System programmiert werden, um die Geschwindigkeitsbereiche entsprechend der Anwendung einzustellen?

Ja, das ist möglich und ermöglicht es dem Benutzer, das Gyroskop je nach seiner Ausrichtung in der Anwendung einzurichten.

Analoger Ausgang: Wenn der analoge Geschwindigkeitsausgang verwendet wird, kann das Host-System über die digitale SPI-Schnittstelle den analogen Messbereich einstellen.
Digitaler Ausgang: Das Host-System kann den gewünschten Messbereich einstellen.

Muss ich DATA_IN oder DCLK trennen, um zu verhindern, dass das CRM100 unerwünschte Befehle erhält?

F: Wir haben einen anderen Sensor an derselben SPI-Schnittstelle (mit einem anderen Slave Select, /SS). Ich weiß, dass wir DATA_OUT durch ein logisches Gatter trennen müssen, um eine hohe Impedanz zu erreichen, wenn das Gerät deselektiert ist. Die Frage ist, ob wir auch DATA_IN oder DCLK trennen müssen, um zu verhindern, dass das CRM100 unerwünschte Befehle erhält?

A: DATA_IN und DCLK müssen nicht getrennt werden. PinPoint® reagiert nur dann auf Befehle, wenn die /SS-Eingangsleitung auf Low gelegt wird.

Wir haben festgestellt, dass die Prüfsumme nicht korrekt ist, wenn das Gyroskop übersteuert ist oder Stößen ausgesetzt ist. Auch wenn wir den Befehl für einen integrierten Test (CBIT) geben, kommt manchmal eine nicht korrekte Prüfsumme heraus. Haben Sie eine Erklärung, warum das passiert?

Die Prüfsumme wird berechnet, bevor die SPI-Register geladen werden. Wenn dies ausgeführt wird, werden die Datenbytes gespeichert und ihre Aktualisierung unterbunden. Die Prüfsumme wird dann über das Statusbyte und diese 4 Datenbytes berechnet. Das Statusbyte kann jedoch auch nach der Berechnung der Prüfsumme noch eine kurze Zeit lang aktualisiert werden. Wenn das Statusbyte, 4 Datenbytes und die Prüfsumme in das SPI-Register geladen werden, besteht daher die Möglichkeit, dass die Prüfsumme falsch ist. Es wird daher empfohlen, bei Erkennung eines Prüfsummenfehlers das Statusbyte trotzdem noch nach dem Status, z. B. BIT-Fehler, abzufragen.

Wie kann ich das CRM102.1/CRM202.1 auf den maximalen Bereich (2700°/s) einstellen?

Der Messbereich von CRM102.1/CRM202.1 ist dreimal so groß wie der von CRM100/CRM200. Die Verwirrung rührt daher, dass in den Datenblättern von CRM102.1 und CRM202.1 nur die Option der Auswahl des 900°/s-Bereichs dokumentiert ist (der zweithöchste Bereich, entspricht 300°/s bei CRM100/CRM200). Wie auf der Webseite angegeben, können die Gyroskope CRM102.1/CRM202.1 jedoch Geschwindigkeiten bis zu 2700°/s erfassen. Dazu muss bei der Auswahl des Geschwindigkeitsbereichs der höchste Geschwindigkeitsbereich für das Gerät gewählt werden. Ein Vergleich der Datenblätter dieser Geräte mit denen des CRM100/CRM200 gibt Aufschluss über die Methode, mit der dies erreicht wird. Kurz gesagt, werden im digitalen Modus die Befehlsbits 4 und 3 (RR1 und RR0) auf ’00‘ gesetzt. Im Analogmodus sind die Stifte SEL0 und SEL1 auf Masse zu setzen.

CRS39
Warum haben die Modelle CRS39 und CRS39A drei Temperatursensorausgänge?

CRS39 wurde für den Einsatz in Bohrlöchern entwickelt, in denen die Temperatur aller Voraussicht nach nicht sehr stabil ist. Da MEMS-Sensoren unter Umständen sehr empfindlich auf Temperaturänderungen, Temperaturrampen und Änderungen in der Temperaturrampe reagieren, sind Temperaturmessungen für eine optimale Leistung entscheidend. Aus diesem Grund wurden drei Temperatursensoren in das Modell CRS39 eingebaut, die es ermöglichen, die Temperaturverläufe im CRS39 zu überwachen und Änderungen der Temperaturumgebung zu verfolgen. Mithilfe dieser Sensoren ist es möglich, die Abhängigkeit von der Temperatur, der Temperaturrampe und dem Temperaturgefälle im gesamten Gerät sowie Änderungen der Temperaturrampe zu kompensieren. Der tatsächliche Kompensationsprozess hängt von der Positionierung und Montage des CRS39 sowie den Umgebungsbedingungen ab, denen das Gerät ausgesetzt ist.

Für welchen Zweck sind die Ausgänge FRQ und TMP an den Sensoren CRS39, CRS09 und CRH03 vorgesehen?

Grundsätzlich verwenden unsere Gyroskope einen Siliziumring (MEMS), der so eingestellt und überwacht wird, dass er präzise vibriert. Wenn das Gyroskop gedreht wird, ändert sich das Resonanzmuster. Diese Änderung ist proportional zu der auf das Gyroskop ausgeübten Drehgeschwindigkeit. Die Elektronik rund um den Ring überwacht die Resonanz des Rings und erfasst die Bewegung des Rings.

Wenn das Gyroskop Temperaturschwankungen ausgesetzt ist, können sich die Vorspannung und der Skalenfaktor des Gyroskops ändern.

Wir stellen daher zwei Ausgänge zur Verfügung, die zur Erfassung der Temperaturänderung verwendet werden können.

Ein integrierter Temperatursensor misst die Temperatur der Elektronik im Gyroskop.

Die Resonanzfrequenz des Rings wird ebenfalls erfasst und als digitales Signal ausgegeben. Die Frequenz des Rings ist proportional zur Temperatur des Rings. Die Frequenz des Rings ist proportional zur Temperatur des Rings. Diese Ringfrequenz beläuft sich nominell auf 14 kHz, während das FRQ-Signal das Doppelte dieser Frequenz, also nominell 28 kHz, beträgt. Die Frequenz ändert sich mit der Temperatur um -0,76 Hz/degC.

Indem man das Gyroskop einer sich verändernden Temperatur aussetzt, ist es möglich, die Fehler (Vorspannung und Skalierungsfaktor) des Gyroskops im Vergleich zum Frequenzausgang und dem Ausgang des Temperatursensors zu messen. Mit Hilfe von Nachschlagetabellen oder der Anpassung von Polynomen an diese Fehler ist es möglich, die Fehler zu kompensieren, indem der abgeleitete Fehler vom Ausgangswert des Gyroskops subtrahiert wird.

Die Temperatursensoren reagieren aufgrund des längeren thermischen Weges zum MEMS-Ring stärker auf Temperaturänderungen in der Umgebung als auf Frequenzänderungen. In einer hochdynamischen Umgebung, in der sich der Ring durch die dämpfende Wirkung der Sekundärschleife erwärmt, reagiert die Frequenzausgabe ebenfalls besser. In relativ stabilen Umgebungen, in denen die Temperatur über das gesamte Gyroskop hinweg stabil ist, sind beide Methoden gleichwertig.

Können Sie weitere Informationen über den FRQ-Ausgang von CRS09, CRS39 und CRH03 bereitstellen?

Im Allgemeinen ist es am einfachsten, die Temperaturkompensation in einem ersten Schritt mit dem eingebauten Temperatursensor durchzuführen. Dies gilt als die primäre (grobe) thermische Fehlerkorrektur. Eine weitere Verfeinerung der thermischen Kompensation kann mit Hilfe der Ringfrequenz (FRQ) erreicht werden, da diese ein Maß für die Ringtemperatur ist.

Bei normaler Raumtemperatur (+25 °C) liegt das FRQ-Signal zwischen 27,4 kHz und 28,6 kHz. Mit sinkender Temperatur wird der Ring „steifer“ und die Frequenz steigt, und umgekehrt. Der Temperaturkoeffizient des Rings liegt zwischen -0,82 und – 0,70 Hz/°C (nominell -0,76 Hz/°C). Angenommen, der Wert von FRQ fällt um 7,6 Hz, dann kann man davon ausgehen, dass die Ringtemperatur um 10 °C auf +35 °C gestiegen ist [-7,6 / -0,76 = +10 °C]. Der Siliziumring befindet sich auf einem Glassubstrat, umgeben von einem Edelgas in einem versiegelten Metallbehälter. Bedingt durch diese Isolierung gibt es eine Verzögerung zwischen einer Änderung der Umgebungstemperatur und der Temperatur (und damit der Frequenz) des Rings. Der Temperatursensor auf der Platine reagiert schneller auf die Schwankungen der Umgebungstemperatur.

Gibt es irgendwelche Resonanzen im Zusammenhang mit der Konstruktion des CRS39?

CRS39 wurde für den Einsatz in Bohrlochvermessungsanwendungen entwickelt, die einen Durchmesser von nur einem Zoll (254 mm) erfordern. Daraus ergibt sich der ungewöhnliche Formfaktor, eine dünne, aber lange charakteristische Form. Aufgrund der Montageanordnung der Messingstifte des CRS39 besteht die Möglichkeit, dass der Resonanzmodus der Platinen beim Betrieb in einer vibrierenden Umgebung angeregt wird.

Es ist daher ratsam, das Modell CRS39-01 so zu montieren, dass die untere Platine sicher befestigt ist. Dies kann erreicht werden, indem das Gerät so montiert wird, wie es vorgesehen ist: in einem Rohr mit einem Durchmesser von einem Zoll (254 mm), wobei sich die untere Platine in der Rohrwand befindet und durch diese gehalten wird.

Es wurde beobachtet, dass das Modell CRS39-02 (Variante mit Gehäuse) einen ähnlichen Resonanzmodus aufweist. Es wird daher empfohlen, das Gyroskop CRS39-02 keinen Vibrationen auszusetzen, die 1,8 kHz überschreiten.

Wie kann ich das Modell CRS39 für die Nordpeilung optimieren?

Die Abtastung und Mittelwertbildung der Gyroskopdaten, geleitet von der Allan-Varianz-Analyse, ist entscheidend, um das Modell CRS39 optimal zu nutzen und das Signal der Erdrotation aus dem Rauschen herauszufiltern.

Dazu empfehlen wir zwei Abtastverfahren:

(a) In unseren Testkammern verwenden wir eine 16-Bit-Karte (Successive Approximation Register ADC) von National Instruments. Wir tasten das CRS39-03 vollständig differentiell (Geschwindigkeit und Ref) bei 10 kHz ab, ohne jegliche Anti-Aliasing-Filter. Anschließend bilden wir aus jeweils 10 Abtastwerten den Mittelwert, um Daten mit 1 kHz zu erhalten. Diese Daten werden dann auf AV und Rauschen analysiert.
(b) In unseren IMUs verwenden wir 24-Bit-Sigma-Delta-ADCs, die abgetastete Daten mit 10 kHz ausgeben. Die tatsächliche Abtastung am Sensorende liegt bei 192 kHz. Auch hier wird das CRS39-03 differentiell abgetastet (Geschwindigkeit und Ref). Wir bilden aus jeweils 10 Abtastwerten einen Mittelwert, um einen Datensatz mit 1 KHz zu erhalten.

Die Analyse der resultierenden Daten mit Hilfe von Allan-Varianz-Verfahren, ergibt die optimale Mittelwertbildungszeit. Die optimale Zeitspanne für die Mittelwertbildung kann jedoch ein für den Nutzer akzeptables Maß übersteigen. Wir haben in der Regel eine Mittelwertbildung mit 15 Sekunden für jede Kompasspunktmessung (90 Grad Abstand) vorgenommen.

Eine Minimierung der Temperaturschwankungen während des Messzyklus, entweder durch eine thermische Abschirmung oder die Bereitstellung einer thermischen Masse, verbessert die Genauigkeit. Verbesserungen können auch durch eine vollständige Umhüllung des Gyroskops mit einem Metallgehäuse erzielt werden, wodurch jegliche „Metalldetektor“- oder Feldeffekte minimiert werden.

Es wird eine Temperaturkompensation empfohlen – je nach den tatsächlichen Bedingungen, die das Gyroskop vorfindet, kann eine lineare Kompensation oder eine Kompensation dritter Ordnung erforderlich sein – Temperaturbereich, Temperaturänderungsrate sowie die tatsächlich angewandten Geschwindigkeiten und die Temperatur.

Die Mittelwertbildung von Messungen, die an Indexpositionen von 180 Grad zueinander vorgenommen wurden, kann dazu beitragen, die tatsächliche Vorspannung des Gyroskops zu ermitteln, indem die Rotationsgeschwindigkeit der Erde entfernt wird. Eine Temperaturanpassung ist auch möglich, indem Sie Veränderungen zwischen Messungen an derselben Indexposition mit der Vorspannung und der Temperatur vergleichen.

CMS-Kombisensor
Muss ich etwas Besonderes tun, um den Versatz der CMS-Kombisensoren bei der Montage auf einer Leiterplatte zu minimieren?

Nutzer der Orion™ Kombisensoren werden sich für den Versatz der Beschleunigungsmesser und des Gyroskops zu theoretischen Bezugspunkten auf der Leiterplatte interessieren.
Das Datenblatt für das Modell CMS300 gibt einen möglichen Versatz von 1,5 % zum Gehäuse an. Die Montage des CMS300 ist unkompliziert. Es müssen keine besonderen Maßnahmen in Bezug auf eine ungenaue Anbringung getroffen werden.

Die Montage des CMS390 ist schwieriger. Das Paket ist für seine Breite sehr hoch und die Montagefläche ist nicht ganz flach. Die Daten auf dem Datenblatt enthalten einen entsprechenden Zuschlag für die mangelnde Ebenheit dieser Montagefläche. Mit angemessener Sorgfalt bei der Platzierung sollte der im Datenblatt angegebene Grenzwert von 3 % erreicht werden. Wenn eine höhere Genauigkeit erforderlich ist, kann die Rechtwinkeligkeit des Gehäuses durch den Einsatz spezieller Halterungen oder Vorrichtungen verbessert und dadurch die Fehlausrichtung des Sensors auf der Platine minimiert werden.
Wenn das System über eine Verarbeitungsfunktion verfügt, können alle verbleibenden Ausrichtungsfehler im Prozessor korrigiert werden.

DMU11
Ich habe Probleme mit dem Empfang von Daten vom DMU11.

Die DMU11-Ausgangsmeldung wird über eine serielle RS422-Schnittstelle mit 460.800 Baud und einem Non-Return-to-Zero-Protokoll ausgegeben. Der RS422-Treiber des DMU11 verfügt nicht über einen 120-Ohm-Abschlusswiderstand, der normalerweise mit der RS422-Schnittstelle verbunden ist. Benutzer, die nicht die Empfangsfunktion des DMU11 (RX Lo und Rx Hi) nutzen möchten, müssen daher einen 120-Ohm-Abschlusswiderstand zwischen den Pins 3 und 4 des Steckers einfügen. Die Pins 3 und 4 sollten nicht unterminiert bleiben, da auf den Pins 3 oder 4 empfangenes Rauschen dazu führen könnte, dass der DMU11 keine Daten mehr auf seinen Sendeleitungen überträgt. Idealerweise sollte der Abschlusswiderstand so nah wie möglich am Stecker platziert werden.

DMU41
Bitte erklären Sie die Delta-Theta- und Delta-Geschwindigkeitsausgänge des DMU41

Die grundlegenden Inertialdaten, die vom DMU41 ausgegeben werden, sind Winkelgeschwindigkeit (deg/s) und Beschleunigung (g). Die Delta-Theta- und Delta-Geschwindigkeitsausgaben können als eine Neuskalierung dieser Basisdatenausgaben betrachtet werden. Die Bereitstellung und Verwendung dieser Werte ist ein Industriestandard, der von vielen unserer Kunden erwartet und genutzt wird.

Delta Theta wird in Grad angegeben und stellt die Gradzahl dar, um die sich das Gyroskop während der Abtastzeit von 5,0 ms (oder 1/200 Sekunde) gedreht hat. Wenn sich die IMU-Achse beispielsweise mit 200 °/s dreht, beträgt Delta Theta 1 Grad.

In ähnlicher Weise ist Delta Velocity eine Neuskalierung von g zu ms und gibt die Änderung der Geschwindigkeit über die gleichen 5 ms wieder. Die Leistung in m/s ist gleich der Beschleunigung in g multipliziert mit 0,04903325 (teilen Sie durch 200 und multiplizieren Sie mit 9,80665, wobei letzteres ein universelles Maß für g ist).

Wie hoch ist die Auflösung der Sensordaten im DMU41?

Im DMU41 werden 24-Bit-Sigma-Delta-Analog-Digital-Wandler verwendet. Die Kompensation erfolgt mit Gleitkomma-Mathematik mit einfacher Genauigkeit. Die Ausgabemeldung des DMU41 wird ebenfalls in Form von Gleitkommazahlen mit einfacher Genauigkeit ausgegeben. Die mathematische Auflösung ist also in der Tat sehr gering.

In der Praxis wird die minimal auflösbare Veränderung durch das Sensorrauschen dominiert. Dieses Phänomen kann durch Mittelwertbildung so weit verbessert werden, dass die minimal auflösbare Änderung durch die aus den Allan Deviation Plots abgeleitete Vorspannungsinstabilität diktiert wird. Für die Gyroskop-Kanäle sind dies weniger als 0,1 °/h und für die Beschleunigungsmesser etwa 10 μg.

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