16.07.2018

Widerstandsfähiger Neigungssensor für dynamische Anwendungen

Sensorkombination

Eine neue Generation von Neigungssensoren messen genauer und schneller als bisher und sind unempfindlich gegenüber Störbeschleunigungen und Querneigungsauslenkung. Die Sensoren sind für Applikationen mit dynamischen Anforderungen geeignet, bei denen dennoch präzise Neigungswinkel ständig erfasst und an eine Steuerung übermittelt werden müssen.


Bei den neuen Neigungssensoren wird ein Beschleunigungssensor mit einem Drehratensensor (Gyroskop) kombiniert und beide Messsignale zu einem korrigierten Ausgangssignal verknüpft, das den Messwinkel exakt anzeigt.
Bild: TWK-Elektronik GmbH

Möglich wird diese Performance-Verbesserung durch die Erweiterung des ursprünglichen Beschleunigungssensors mit einem Drehratensensor, auch Gyroskop genannt, und die geschickte Verknüpfung der Messsignale zu einem korrigierten Ausgangssignal, das den Messwinkel exakt anzeigt. Beide Sensortypen basieren auf MEMS-Technologie.

Einsatz von Kalman-Filter

Das Zusammenführen und Aufbereiten der Messgrößen des ursprünglichen Beschleunigungssensors und des Gyroskops geschieht mit Hinzunahme eines Kalman-Filters. Diese Filtertechnologie ermöglicht es, den auszugebenden Messwert zu kalkulieren, korrigieren und zu prädizieren, d.h. für eine kurze Zeit vorausschauend zu bestimmen. Dies ist notwendig, da bei einwirkenden dynamischen Störbeschleunigungen der Beschleunigungssensor keinen exakten Neigungsmesswert liefern kann und stattdessen der Drehratensensor mithilfe des Kalman-Filters einen Messwert berechnet und prädiziert. Der Drehratensensor reagiert im Gegensatz zum Beschleunigungssensor nicht auf lineare Störbeschleunigungen, sondern nur auf Änderungen des Neigungswinkels. Alle durchgeführten möglichen applikationsnahen Simulationen und Messungen bei TWK zeigen, dass das Sensor-Fusion-System exakt und sicher arbeitet. Das System gewährleistet nicht nur bei mobilen Maschinen einen sicheren, gefahrvermeidenden Einsatz, sondern auch während des Betriebes von Motoren, Hydraulikpumpen oder anderer Aktionen, die starke Vibrationen erzeugen. Die Sensoren haben einen Arbeitstemperaturbereich von -40° bis +85°C und messen Neigungswinkel bis ±100° bei einer Auflösung von 0,01° und einer Genauigkeit von ±0,1°. Es kann ein- oder zweiachsig gemessen werden. Das stabile Aluminiumgehäuse hält bei einer Schutzart von IP67 auch widrigen Umweltbedingungen Stand. Höhere Schutzarten sind auf Anfrage möglich.

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