واحدهای اندازه گیری اینرسی (IMU)

واحدهای اندازه گیری اینرسی (IMU) سیستم های مستقلی هستند که حرکت خطی و زاویه ای یک جسم یا وسیله نقلیه را اندازه گیری می کنند. اندازه گیری ها در یک دوره زمانی جمع می شوند تا موقعیت، سرعت، جهت و جهت حرکت آنی مشخص شود.

نمایش تمام سازندگان واحدهای اندازه گیری اینرسی (IMU).

عملیات

درجات آزادی

IMU ها شش درجه آزادی را اندازه گیری می کنند. این شامل اندازه‌گیری حرکت خطی بر روی سه محور عمود بر هم می‌شود (سرگرمی، بالارفتن، و نوسان)، و همچنین حرکت چرخشی حول سه محور عمود بر هم (غول، گام، و انحراف). این شش اندازه گیری مستقل به دست می دهد که با هم حرکت یک شی یا وسیله نقلیه را تعریف می کنند.

انواع سنسور

IMU از حداقل دو حسگر اختصاصی، یک یا چند شتاب سنج خطی و یک یا چند ژیروسکوپ یا شتاب سنج زاویه ای تشکیل شده است. ممکن است یک مغناطیس سنج اختیاری در واحد ادغام شود تا در برابر رانش جهت کالیبره شود.

• شتاب سنج ها جهت و میزان تغییر سرعت را تشخیص می دهند. شتاب‌سنج‌های ساده حرکت خطی را اندازه‌گیری می‌کنند در حالی که شتاب‌سنج‌های دو محوری و سه‌محوری به ترتیب تغییر سرعت را در یک صفحه یا فضای سه‌بعدی تشخیص می‌دهند. IMU دارای یک شتاب‌سنج سه‌محوری (که گاهی اوقات به عنوان سه‌گانه از آن یاد می‌شود) دارد، یا از شتاب‌سنج‌های متعددی استفاده می‌کند که در سراسر محورهای عمود بر هم تراز هستند. 

• ژیروسکوپ ها نرخ زاویه ای یا جهت گیری را در مورد یک بردار جهت دار مشخص می کنند. نرخ زاویه ای نسبت به سطح مرجع است. IMU از ژیروس های چند محوره برای ارائه اندازه گیری در سه جهت متعامد استفاده می کند. این حرکات زاویه ای باید با حرکات شتاب سنج هماهنگ شوند.

اصل کار

IMU ها با استفاده از داده های مرجع، مقادیر بایاس از نقطه شروع اولیه کار می کنند و تغییرات این مقادیر را با استفاده از حسگرهای یکپارچه آن محاسبه می کنند. یک واحد پردازش مرکزی اطلاعات جهت را محاسبه می کند. موقعیت، سرعت، جهت و جهت حرکت، در یک زمان معین در فضا با استفاده از IMU. حسگرها از رانش جهت رنج می برند زیرا این متغیرها را با استفاده از فرآیندی به نام محاسبه مرده محاسبه می کنند و در معرض خطاهای انباشته هستند.

حساب مرده

محاسبه مرده محاسبه موقعیت فعلی با استفاده از یک مکان از قبل تعیین شده و پیشروی آن موقعیت توسط یک سرعت جهتی شناخته شده یا تخمینی در طول زمان سپری شده است. این فرآیند ابتدا در ناوبری دریایی استفاده شد و بر اندازه گیری های دستی تکیه داشت. IMU ها اطلاعات جهت دقیق را با استفاده از حسگرهای یکپارچه محاسبه می کنند و با استفاده از همین اصول کار می کنند.

رانش جهت گیری انتشار خطاهای جهت گیری است. خطاهای اندازه گیری کوچک شتاب و سرعت زاویه ای خطاهای بزرگ تری در سرعت ایجاد می کنند که با خطاهای حتی بیشتر در موقعیت ترکیب می شوند. رانش جهت، تفاوت بین موقعیت واقعی و جهت گیری از مقادیر اندازه گیری شده، با توجه به زمان با ترکیب خطاهای اندازه گیری افزایش می یابد. IMU ها معمولاً مقداری کالیبراسیون را برای جبران انحراف جهت یابی می کنند.

کالیبراسیون

پارامترهای کالیبراسیون را می توان در حافظه یک IMU ذخیره کرد و به طور خودکار در داده های اندازه گیری منعکس می شود. کالیبراسیون درجا ممکن است با استفاده از یک مغناطیس سنج یا واحد GPS برای تصحیح رانش جهت و بهبود دقت اطلاعات جهت انجام شود.

برنامه های کاربردی

IMU ها در کاربردهایی مانند سنجش حرکت، سیستم های ناوبری بدون سرنشین، کنترل ارتعاش، نقشه برداری و سیستم های اشاره و ردیابی استفاده می شوند.

استانداردها

-  مشخصات P1780 برای IMU

منبع

globalspec