Drehbewegungen laufen mit einer gewissen Winkelgeschwindigkeit ω in der Einheit rad/s, manchmal auch als °/s angegeben, ab. Sensoren zur Messung dieser werden meist als Drehratensensoren bezeichnet. Hat man eine sich drehende Welle o.ä. als Referenz, so kann man natürlich auch aus einer Drehzahlmessung n die Drehrate ω ableiten gemäß

(Formel 193)

Allerdings benötigt dies eine gewisse, entsprechend der erforderlichen Messgenauigkeit längere Messzeit. Schnelle Drehratenmessungen, wie sie z.B. für Positionsbestimmungen, wie wir sie gleich noch betrachten werden, notwendig sind, sind damit nicht möglich.

Für derartige Fälle sind spezielle, i.d.R. auf MEMS-Basis gefertigte Drehratensensoren verfügbar. Sie funktionieren nach dem sog. Stimmgabelprinzip, das in Bild 109 dargestellt ist.

Bild 109: Stimmgabelprinzip

Die zwei Arme einer Stimmgabel schwingen als sog. Biegeschwinger nach entsprechender Anregung in der durch sie aufgespannten Ebene periodisch aufeinander zu bzw. voneinander weg. Wird die Stimmgabel dabei zusätzlich rotiert, so entsteht an den beiden Armen jeweils eine senkrecht zur Schwinglinie und senkrecht zur Rotationsachse stehende Corioliskraft.

Die technische Realisierung im Drehratensensor basiert auf dem in Bild 110 gezeigten Funktionsschema. Zwei Massen sind über eine Federstruktur miteinander verbunden. Sie werden über eine entsprechende Aktorik (z.B. elektromagnetisch) in eine Schwingung versetzt mit zugehöriger Momentangeschwindigkeit v(t). Bei Drehung um das Zentrum dieser Anordnung mit einer Drehrate ω wirken entsprechende Corioliskräfte FC auf die beiden Massen. Die Massen werden durch entsprechende Führungen am seitlichen Ausbrechen gehindert.

Bild 110: Technische Realisierung beim Drehratensensor

Für FC gilt:

(Formel 194)

In MEMS-Sensoren wird FC nicht direkt gemessen. Es findet vielmehr eine kapazitive Messung der damit verbundenen Querbeschleunigung

(Formel 195)

statt, was als Messverfahren Thema des nun folgenden Abschnitts ist.

Menü schließen