MEMSgyroskop

MEMSgyroskop, kurz für microelectromechanical system Gyroskop, ist ein kompaktes Drehwinkelmesssystem, das die Winkelgeschwindigkeit durch die Corioliskraft auf eine microstrukturierte, vibrierende Masse innerhalb eines Siliziumchips erfasst. Drehungen bewirken eine quer zur Antriebsachse gerichtete Bewegung der Masse, die von kapazitiven oder piezoresistiven Sensoren gemessen und in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Das Ausgangssignal wird typischerweise in rad/s oder deg/s angegeben.

Aufbau und Funktionsweise

Die gängigen MEMS-Gyroskope basieren auf einem Coriolis-Vibrationssensor (CVG). Eine Proof-Masse wird in einem primären Modus vibriert; eine Rotation erzeugt eine Corioliskraft, die eine zweite Schwingung verursacht. Diese Verschiebung wird mittels kapazitiver oder piezoresistiver Sensorsignale erfasst und über eine integrierte Schaltung verarbeitet. MEMS-Gyroskope werden mit Standard-MEMS-Prozessen auf Silizium hergestellt und oft zusammen mit einem ASIC in einem Gehäuse integriert, um kompakte, kostengünstige Sensorpakete zu bilden.

Eigenschaften und Typen

Typischerweise spezifizieren Hersteller Bias-Stabilität, Skalenfaktor-Genauigkeit, Rauschdichte, Dynamikbereich und Temperaturabhängigkeit. MEMS-Gyroskope sind klein, energiesparend und kostengünstig, häufig ein- oder mehrachsig ausgerichtet. Sie erfordern regelmäßige Kalibrierung oder digitale Korrektur, um Genauigkeit über Temperatureinflüsse hinweg zu halten.

Anwendungen und Einschränkungen

Wichtigste Anwendungsbereiche sind Consumer-Elektronik (Smartphones, Tablets, Wearables), Automobil-Assistenzsysteme und aktive Stabilisierung, Drohnen sowie Robotik in Inertialmesseinheiten (IMUs). Einschränkungen entstehen durch Temperaturempfindlichkeit, Alterung, Shock- und Vibrationsempfindlichkeit; navigationsgenaue Systeme nutzen oft hochwertige, kostenintensivere Gyroskope. MEMS-Gyroskope bleiben jedoch aufgrund Größe, Gewicht und Kosten eine verbreitete Wahl für many eingebettete Systeme.

Siehe auch: Inertial Measurement Unit.