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Northfinder - Performance Demonstration for Precision MEMS Gyroscopes

Systeme zur Bestimmung des geografischen Nordens basierend auf Gyroskopen haben verschiedene Vorteile gegenüber magnetischen Kompassen und GPS-basierten Systemen. Zum einem sind sie unempfindlich gegenüber lokalen Magnetfeldstörungen, welche durch magnetische Materialien in der Nähe des Sensors verursacht werden, und zum anderen sind sie nicht auf elektromagnetische Funksignale angewiesen, welche wiederum bewusst gestört oder durch die Umgebung abgeschirmt werden können. Im Gegenzug benötigt man sehr präzise und driftarme Gyroskope um die Erddrehrate mit der benötigten Genauigkeit zu messen.
Diese Anforderung macht den Gyrokompass zu einem sehr guten Performance-Demonstrator für die fortschreitende Entwicklung der MEMS-Gyroskope in den letzten Jahren. Es ist möglich mit einem aktuellen, voll-integrierten MEMS-Sensor ein kompaktes System aufzubauen, dessen Genauigkeit bei der Nordbestimmung im direkten Zusammenhang mit den Performance-Kennwerten „Langzeit-Drift-Stabilität“ und „Sensorrauschen“ steht. Das vorgestellte System verwendet den Maytagging-Algorithmus, welcher in Verbindung mit der im Sensor integrierten Signalwandlung die Verwendung von günstigen elektrischen und mechanischen Standart-Bauteilen ermöglicht.
Der verbaute MEMS-Sensor, wurde vom Fraunhofer ENAS in Zusammenarbeit mit dem Zentrum für Mikrotechnologien an der TU Chemnitz und der EDC Electronic Design Chemnitz GmbH entwickelt. Im Beitrag wird der Systemaufbau, der Zusammenhang zwischen Gyroskop-Performance und Systemgenauigkeit und diverse Ansätze zur Verbesserung der Performance vorgestellt.