Weg, Winkel, Positionsmessung Michael Stocker Bernhard ...

Weg, Winkel, Positionsmessung IE
Drehachse angibt und dessen Länge den Schwung der Drehung angibt: Je länger
der Pfeil, desto mehr Drehimpuls. Der Drehimpuls wächst mit:
− höherer Geschwindigkeit,
− größerer Masse, sowie
− größerem Abstand zur Drehachse.
Versucht eine äußere Kraft (F1) die Drehachse
des Kreisels zu kippen, resultiert ein
Drehmoment. Um dies Auszugleichen wirkt (wie
in Abbildung 2.7.1 zu sehen ist) eine zweite Kraft
(F2) senkrecht zur einwirkenden Kraft; der
Kreisel kippt. Daher ergeben sich die zwei
Messprinzipien der Stabilität und Präzision.
Bei der Stabilität wird das Bestreben genutzt,
wonach ein freilaufender Kreisel die Drehachse
beibehält. In der Luftfahrt wird dieses
Messprinzip genutzt um einen virtuellen Horizont Abb. 2.7.1: Kreiselinstrument
zu erzeugen. Ein am Boden zum drehen
gebrachtes Kreiselinstrument wird dazu verwendet.
Die zweite Form der Messung ist die Präzision. Dabei wird im Wesentlichen die Kraft
gemessen, die rechtwinklig zur angreifenden Kraft entsteht. Da die angreifende Kraft
im direkten Zusammenhang zur Präzision steht, wird eine Lageänderung messbar.
2.8 Piezo Gyroskop
Das Piezo Gyroskop ist ein kleines Bauelement, das ebenfalls zur Messung einer
Drehbewegung verwendet werden kann. Im Gegensatz zu den zuvor vorgestellt
Gyroskoptypen, ist es jedoch wesentlich kleiner und kann vergleichsweise einfach
interpretiert werden. Es beruht im Grunde auf den Prinzipien des so genannten
Coriolis Effekts: In einem rotierenden System bewegen sich jeder Punkt mit der
selben Winkelgeschwindigkeit. Allerdings ist die Geschwindigkeit weiter außen
schneller, da eine größere Distanz in der gleichen Zeit zurückgelegt wird wie weiter
innen. Daher wird ein Objekt, das von weiter außen nach innen wandert,
abgebremst. Umgekehrt beschleunigt ein Objekt, das von weiter innen nach außen
wandert. Diese Beschleunigung bzw. Verzögerung wird allgemein als Corolis Effekt
bezeichnet und machen sich eben die Piezo Gyroskope zu nutze.
Wie in Abbildung 2.8.1 zu sehen ist besteht ein Piezogyroksop aus einem
Keramikstäbchen, das durch dass anlegen einer Sinusspannung (bezogen auf die
Abbildung) horizontal zum schwingen gebracht wird. Durch den zuvor erklärten
Corilis Effekt, entsteht bei der Drehung des Systems eine Ablenkung des Stäbchens
in die Wegerechte. Diese Ablenkung ergibt dann am Ausgang ebenfalls ein
sinusförmiges Signal. Allerdings besitzen nahezu alle Piezogyroskope eine interne
Logik, die das Sinussignal in eine sich proportional zur Drehung änderndes
Ausgangssignal liefert.
Michael Stocker
Bernhard Wintersperger 11