Hi,

als erstes Projekt viel mir spontan ein Kreiselsystem ein. Okay, den Kreisel den ich jetzt verwende, der nutzt auch einen ATMEL, also ist die Idee doch nicht so neu. Ich habe mir gedacht, erstmal nur einen Kreisel machen bevor man anfängt mehrachsige Systeme zu entwickeln. Ein Kreisel vereint alles was man so mit dem Teil machen kann. Sensor + Akuator + Regelsystem.
Wie realisiert man den Sensor? Man könnte hin gehen und evtl. eine Masse nutzen an der man dann die Beschleunigung mist. Oder doch einen mechanischen Kreisel?
Ich habe mal was gelesen von optischen Kreiseln. Dort wird eine Glasfaser auf einen Zylinder gewickelt. Durch die Faser wird ein Signal in beiden Richtungen geschickt. Dreht man das ganze um die Achse des Zylinders, so braucht ein Signal länger als das andere. Man kann also aus der Laufzeitdifferenz die Drehgeschwindigkeit berechnen. Nun ist Licht aber sehr schnell und man möchte ja nicht unbedingt tausende von Metern Faser verlegen. Also muss man sehr kleine Zeitdifferenzen messen können. Da kommt jetzt der ATMEL ins Spiel. Ich habe mir das wie folgt gedacht.
1. Man nimmt eine überschaubare und bezahlbare Menge Glasfaser. Diese kommt auf einen Zylinder der in die Rakete paßt. In meinem Fall wäre das maximal 160mm Durchmesser.
2. Man baut einen Frequenzgenerator mit möglichst hoher Frequenz. so hoch, das es aber noch von einer Logik bearbeitet werden kann.
3. Das Signal wird in die eine Richtung durch die Faser geschickt und das invertierte in die andere Richtung.
4. Am Ende werden beide Signale und verknüpft.
5. Dann wird das verknüpfte Signal durch einen Frequenzteiler geschickt, bis es der ATMEL zeitlich messen kann.
6. Auswertung des Signals.
Wenn jetzt das System in eine Richtung geschoben wird, werden sich beide Signale nicht mehr auslöschen bei der UND-Verknüpfung. Es wird also ein Pick geben. Je nachdem in welche Richtung man dreht am Anfang oder am Ende des Originalsignals. Es muss also noch parallel das Originalsignal geteilt werden. Die Länge des Picks enthält dann die Information über die Drehung selber.

Das ganze mist nur Drehungen und wird nicht von linearen Beschleunigungen beeinflußt.

Gruß

Neil

Hmmm, in herkömmlichen Glasfasergyros werden 100-2000m Glasfaser verwendet und aus der Veränderung der Interferenz der Lichtwellen bestimmt man die Drehgeschwindigkeit.

Wenn Du eine Schwingung auf das Licht aufmodulierst, ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit immern noch gleich der Lichtgeschwindigkeit, aber die die Auflösung sinkt um das Maß, um das die Frequenz kleiner ist als die des Lichtes.

Licht hat kurze Wellen (~0.6µm), daher bekommst du auch für kleine Laufzeitunterschiede eine deutliche Interferenz.
Eine Frequenz von 1GHz hat aber schon eine Wellenlänge von ~30cm (im Glas ~20cm) die Auflösung sinkt um den Faktor 50.000,

Außerdem kommst Du trotz Frequenzteiler nicht drumherum, die Zeitdifferenz bzw. Phasenverschiebung zwischen der linksrum laufenden und der rechtsrum laufenden Flanke (wobei das im Vergleich zu einer Lichtwellenflanke eher wie die gemittelte Steigung wie von Hamburg nach Garmisch ist) zu messen.

Die bewegt sich aber aus dem Bauch heraus im Bereich von deutlich unter 1 nS (wahrscheinlich eher fS ). Das wird 1. schwierig zu verstärken und zu messen. und 2. sind die Unterschiede bei den schlappen Flanken zu klein um was messen zu können Ein Laser-Interferenzmuster ist einfacher zu vermessen.

Grüße,
Malte

Geändert von hybrid am 04. Oktober 2005 um 19:15

Hi,

prof. Lasergyros messen nicht direkt die Laufzeit, sondern das Interferenzmuster der beiden Teilstrahlen, die wieder überlagert werden wenn sie den Pfad in gegenlaufigen Bahnen durchlaufen haben. Es steckt dort allerdings sehr viel KnowHow drinnen, so wird z.B. bei Ringlasergyros (RLG) die Form dahingehend optimiert, dass man weitere Moden des Lasers eliminiert. Fiberoptical Gyros (FOG) wie du eines vorgeschlagen hast sind offensichtlich auch nicht so ohne weiters herzustellen. Winfried hatte dazu mal eine Bemerkung gepostet. Am einfachsten ist es sicher sich einen kommerziellen SMM-Gyroskopsensor (mechanisch) zu besorgen. Die sind auch noch teuer genug (ab 40€ pro Achse) und nicht so einfach aufzutreiben.

Gruß
Reinhard

edit: jetzt habe ich wohl zu langsam getippt...

Geändert von Reinhard am 04. Oktober 2005 um 20:29

Hi,

ich mache mir gerade eine Exceltabelle um mal den effekt zu berechnen. Wollte diese hier posten.
Da habe ich doch gleich das erste Problem: V-Licht = const.
Wie gehe ich also an diese Rechnung ran. Sollte ja klar sein das ein Signal eher kommt, das andere aber später. Verändere ich die Laufstrecken oder doch die Geschwindigkeit des Signals?

Mein Ansatz geht davon aus, das es wirklich so einfach zu bauen ist wie es klingt. Ein bißchen LW-Leiter Dioden, ein paar Teiler,... Sollte das ganze doch nicht so einfach sein werde ich es wohl doch sein lassen. aber ist trotzdem kein Grund das wir hier den Kreisel nicht mal genauer unter die Luppe nehmen.

Gruß

Neil

Hmmm, nach meiner Vorstellung funktioniert es so:

Nehmen wir mal an, der Apparat dreht sich rechtsherum.
Während die beiden Strahlen im Kreis herumsausen, dreht sich der Endpunkt der Glasfaser, an dem die Strahlen austreten, ein kleines Stück nach rechts.
Wenn die Strahlen sich dann zur Interferenzbildung treffen, tun sie das ein klitzekleines Stückchen weiter rechts als wenn der Apparat sich nicht drehen würde. Dadurch gibt es ein verändertes Interferenzmuster.

Mal einfach gerechnet: 200Windungen a 1m Umfang wären 200m Laufstrecke.
Lichtgeschwindigkeit in Glasfaser ~200.000.000m/s => 1µs Laufzeit.

Wenn sich der Apparat mit 1m/s Umfangsgeschwindigkeit dreht, hast Du einen Versatz von 1µm in einer Richtung. Der gegenläufige Strahl hat auch 1µ, aber in der anderen Richtung. Das macht 2µm. Das sind ca 3-4Wellenlängen. Ein heftiger Interferenzeffekt.


Diese 2µm nützen Dir aber nur bei kurzen Wellenlängen etwas. Die "Wellenlänge" Deines aufmodulierten Signals beträgt 20cm. Da passiert bei 2µm Versatz nicht viel.


Grüße
Malte

Geändert von hybrid am 09. Oktober 2005 um 23:39

Hallo

Hybrid Vorstellungen sind hier noch mal detailiert dargelegt.


http://www.etech.fh-hamburg.de/tb/tb32/deppner.pdf

Jetzt fehlt nur noch die Methode des Zählens der Interferenzen.

Hier ist auch noch mal etwas zu diesem Thema

http://agrosy.informatik.uni-kl.de/wmc/reference/pdf/walking_machines/Berns03.pdf

Hallo zusammen!
Wir haben dieses Wochenende unser Inertialnavigationsexperiment INA mit der Arguna gestartet. Da sitzt ein mega128 drin und mißt Beschleunigungen und Drehraten in allen drei Raumachsen. Druck und Temperatur gleich mit Das Experiment war ein voller Erfolg, Siggis Arguna ist schneller im blauen Himmel verschwunden, als man schauen konnte. Anbei ein Foto von der Nutzlastbox vor dem Start:

Geändert von David Madlener am 31. Oktober 2005 um 17:04

Klingt gut. Wie groß ist das? Könnte man evtl. nächstes Jahr in unserer Zephyr fliegen lassen, wenn ich mich mal darum kümmere dass die flugbereit wird.

Wie macht Ihr die Auswertung? Ich hatte mich da im Rahmen eines Forschungsprojektes letztes Jahr mal mit auseinander gesetzt, ist nicht ganz trivial...

Oliver

Die eigentliche Sensorplattform ist die obere Anordnung bestehend aus einer Grundplatine mit den Abmessungen 45x45mm² und zwei kleinen Platinen mit etwa 30x30mm². Zum Aufzeichnen der Daten dient der Datenlogger darunter, der etwas größer ausfällt (67x48mm²). Die Platine für die Stromversorgung und die Flashkarte sind nicht sehr gross und noch etwas provisorisch. Wir wollen das aber alles noch bis nächstes Jahr etwas kompakter gestalten und auf eine Platine bringen, allein schon um die Kabel für die analogen Signale kürzer zu machen. Das mit der Auswertung ist allerdings nicht so einfach. Zunächst muss man die binären Rohdaten mit der Kennlinie des AD-Wandlers in Spannungswerte übersetzen, was noch recht simpel ist. Zum Glück gibt es einige Meßwerte während des Fluges, mit denen man auch nachträglich die Beschleunigungssensoren eichen kann. So ist die Lage innerhalb der Rakete und die Ausrichtung der Rakete selbst vor dem Start bekannt. Man kann dann berechnen welche statischen Beschleunigungen von den Sensoren aufgezeichnet werden, bevor die Rakete startet und nachdem sie gelandet ist (Fotos!). Während der Freiflugphase (vor Auslösen des Fallschirms) hat man dann den Nullpunkt der Sensorkanäle (freier Fall!). Zusammen mit Daten von Tests vor dem Flug und den Werten aus den Datenblättern kann man dann schon ganz gut die Beschleunigungen bestimmen (~0.01g), allerdings fehlen mir da Referenzmessungen mit besseren Sensoren. Die Drehraten sind nicht ganz so einfach, weil es manchmal passieren kann, dass die Rakete den maximalen Bereich der Sensorkennlinie verlässt. Ich hatte auch keine Zeit bis jetzt ausführliche Kalibrationsmessungen durchzuführen. Man könnte z.B. das ganze Modul auf einen Plattenteller stellen und dann einfach eine Weile Messwerte aufnehmen. Sinn und Ziel des Experiments war es auch erstmal ein Gefühl für Programmierung, Daten und Auswertung zu bekommen, wir wollen ab nächstem Jahr auch Software entwickeln, die einem die wichtigsten Schritte bei der Auswertung abnimmt. So könnte man vor dem Start eine Autokalibration der Beschleunigungssensoren durchführen, indem man die Kiste einfach ein paar Mal auf verschiedene Seiten legt. Schliesslich soll INA nicht nur passives System bleiben, sondern irgendwann auch aktiv in das Geschehen eingreifen. Zu diesem Zweck bauen wir gerade eine Avionik-Testplattform. Weitere Testflüge mit INA wären natürlich nützlich, der nächste Start ist mit der Arguna II im Sommer 2006 geplant, voraussichtliche Flughöhe 4km

Mechanischer Gyro

Der hier ist ein 2-Achser und misst bis +/- 20° pro Achse. Der Winkelwird als Spannungswert (den Wertebereich kann ich nochmal raussuchen) pro Achse ausgegeben.

Preislich finde ich den durchaus attraktiv!