Wie funktioniert eine IMU?
IMUs können eine Vielzahl von Faktoren messen, darunter Geschwindigkeit, Richtung, Beschleunigung, spezifische Kraft, Winkelgeschwindigkeit und (bei Vorhandensein eines Magnetometers) die Magnetfelder, die das Gerät umgeben.
Jedes Werkzeug in einer IMU wird verwendet, um verschiedene Datentypen zu erfassen:
– Beschleunigungsmesser: misst Geschwindigkeit und Beschleunigung
– Gyroskop: misst Rotation und Drehrate
– Magnetometer: ermittelt die Himmelsrichtung (Richtungsangabe)
IMUs kombinieren Eingaben von mehreren verschiedenen Sensortypen, um eine genaue Bewegungsausgabe zu erhalten.
Für was wird eine IMU verwendet?
Häufig sieht man IMUs in Navigationsgeräten oder als Komponenten von Navigationsausrüstung, wie zum Beispiel:
– Bemannte und unbemannte Flugzeuge. Ein angeschlossener (oder bordeigener) Computer kann die Messungen einer IMU nutzen, um die Höhe und die relative Position zu einem Referenzrahmen zu berechnen, was sie in Flugzeuganwendungen äußerst nützlich macht.
– GPS-Positionsbestimmungssysteme IMUs dienen als Ergänzung zu GPS-Positionsbestimmungssystemen und ermöglichen es dem Navigationsgerät, mit einer geschätzten Position und einem Kurs fortzufahren, wenn es die Satellitenverbindung verliert.
Abgesehen von den offensichtlichen Anwendungen in der Navigation kann man eine IMU in fast jedem Bereich einsetzen, in dem Bewegungserkennung ins Spiel kommt:
– Die meisten Smartphones, Tablets und Fitness-Tracking-Geräte enthalten eine kostengünstige IMU
– IMUs werden in Sporttrainingsanwendungen eingesetzt, die z. B. den genauen Winkel und die Kraft eines Schwungs beim Golf oder Baseball messen müssen.
– IMUs treiben die selbstbalancierenden Systeme von persönlichen Transportgeräten wie Segways und Hoverboards an.
Nachteile von IMUs
Der Hauptnachteil einer IMU ist, dass sie anfällig für Fehler sind, die sich mit der Zeit ansammeln, auch bekannt als „Drift“. Da das Gerät immer Veränderungen relativ zu sich selbst misst (und nicht gegen ein absolutes oder bekanntes externes Gerät trianguliert), rundet die IMU in ihren Berechnungen ständig kleine Bruchteile ab, die sich mit der Zeit ansammeln. Bleiben diese winzigen Ungenauigkeiten unkorrigiert, können sie sich zu erheblichen Fehlern summieren.
In Verbindung mit einer korrigierenden Technologie oder einem menschlichen Bediener können IMUs dennoch eine nützliche Ergänzung zu anderen Sensoren sein. In Präzisionsanwendungen können die Sensoren an Stoßdämpfern aufgehängt werden, um Fehler zu minimieren und das Gerät zu schützen.
IMU-Sensoren erklärt
IMUs sind Messgeräte, die mindestens zwei (und oft drei) Arten von Sensoren enthalten, um den Standort eines Host-Geräts im dreidimensionalen Raum zu messen. Sie sind eine wertvolle Ergänzung zu GPS oder anderen Navigationstechnologien. Außerdem sind sie in einer Vielzahl von Unterhaltungselektronikgeräten vorhanden, die Bewegungssensoren enthalten (z. B. Smartphones).
In den meisten Consumer-Anwendungen ist die Drift von vernachlässigbarer Bedeutung, da eine IMU keine hohe Langzeitpräzision erfordert. In präziseren Anwendungen sollten Anwender die Genauigkeit der Sensormesswerte sicherstellen und gelegentlich Kontrollen durchführen, um die Drift zu korrigieren, insbesondere bei der Positionierung.