Welche Rolle spielen IMU-Sensoren bei Präzision und Innovation für die Industrie von morgen?

Entdecken Sie, wie Inertialmessgeräte (IMUs) die Industrie verändern, indem sie genaue Echtzeitdaten über Beschleunigung, Drehrate und Magnetfelder liefern. Wie kann ihr kompaktes Design und ihre Anpassungsfähigkeit die Sicherheit, Effizienz und Leistung in verschiedenen Anwendungen verbessern? Welche Rolle spielen IMUs bei der Gestaltung der Zukunftstechnologien?

Was ist ein(e) IMU?

Ein Inertialmessgerät (Inertial Measurement Unit, IMU) ist ein elektronisches Gerät, das Beschleunigungssensoren, Gyroskope und manchmal Magnetometer verwendet, um Bewegung, Winkelgeschwindigkeit und die Ausrichtung eines Objekts zu messen.

Beschleunigungssensoren messen die lineare Beschleunigung entlang der drei orthogonalen Achsen des Geräts, während Gyroskope die Winkelgeschwindigkeit um dieselben Achsen messen. Magnetometer hingegen messen die Stärke und Richtung des Magnetfelds, was zur Orientierungsbestimmung genutzt werden kann.

Wo findet man IMUs?

Viele Bereiche verwenden IMUs. Sie können zur Verfolgung der Position, Ausrichtung und Bewegung von Fahrzeugen und Flugzeugen, zur Stabilisierung von Drohnen und anderen unbemannten Fahrzeugen sowie zur Überwachung der Bewegungen von Sportlern verwendet werden.

In der Luft- und Raumfahrt werden die Messgeräte zur Bereitstellung von Navigationsinformationen für das Flugsteuerungssystem verwendet. In der Robotik werden IMUs für die Bewegungsplanung - steuerung und -analyse eingesetzt. In signalschwachen Bereichen, wie z. B. Tunnels sind IMUs eine wertvolle Ergänzung zu GPS-Geräten. Im Sport können IMUs zur Messung der Bewegungen von Sportlern eingesetzt werden, um die Leistung zu optimieren und Verletzungen zu vermeiden. Auch in der Unterhaltungselektronik werden sie immer häufiger eingesetzt, z. B. in Smartphones und Spielcontrollern, wo sie für die Bewegungserfassung und Virtual-Reality-Anwendungen verwendet werden können.

Wieso sind sie wichtig?

IMUs sind von zentraler Bedeutung für die Bereitstellung präziser Daten zu spezifischer Beschleunigung, Winkelgeschwindigkeiten und Magnetfeldern, die eine Orientierungsschätzung und Bewegungsverfolgung ermöglichen. Ihre Kompaktheit und ihr geringes Gewicht ermöglichen eine nahtlose Integration in bestehende Systeme. Ein weiterer Vorteil ist, dass sie in einer Reihe von Umgebungen eingesetzt werden können, einschließlich starker Vibrationen und extremer Temperaturbedingungen. IMUs liefern Echtzeitdaten, die früher nur schwer oder gar nicht zu erhalten waren, und erhöhen so die Sicherheit, Effizienz und Leistung. Mit der Weiterentwicklung der Technologie wird ihre Bedeutung weiter zunehmen und eine dynamische Zukunft prägen.

Einige Anwendungen, bei denen IMUs eine wichtige Rolle spielen sind:

In der Luft- und Raumfahrt werden IMUs zur Bereitstellung von Navigationsinformationen für das Flugsteuerungssystem verwendet, damit Flugzeuge ihren Kurs und ihre Stabilität beibehalten können. Sie werden auch in Raumfahrzeugen eingesetzt, um die Steuerung und Kontrolle bei Weltraummissionen zu gewährleisten.

In der Robotik werden IMUs für die Bewegungsplanung und -steuerung verwendet, so dass sich Roboter mit größerer Genauigkeit und Präzision bewegen und mit ihrer Umgebung interagieren können. Sie können auch in Exoskeletten verwendet werden, um das Gleichgewicht und die Stabilität des Trägers zu gewährleisten.

IMUs werden in Navigationssystemen für Land-, Luft- und Wasserfahrzeuge eingesetzt und liefern Echtzeitinformationen über die Position, Geschwindigkeit und Fahrtrichtung des Fahrzeugs.

Im Sport werden IMUs verwendet, um die Bewegungen von Sportlern während des Trainings und der Wettkämpfe zu messen und den Trainern zu helfen, die Leistung zu optimieren und Verletzungen zu vermeiden. Sie können zur Messung aller Arten von Bewegungen eingesetzt werden, vom Laufschritt bis zum Golfschwung.

1. Warum müssen IMUs kalibriert werden?

Ein großer Nachteil der Verwendung von IMUs für die Navigation besteht darin, dass sie in der Regel mit akkumulierten Fehlern behaftet sind. Da das Lenksystem kontinuierlich die Beschleunigung in Bezug auf die Zeit integriert, um Geschwindigkeit und Position zu berechnen (siehe Koppelnavigation), werden alle Messfehler, wie klein sie auch sein mögen, im Laufe der Zeit akkumuliert.

Rahmenbedingungen, die das Sensorverhalten (negativ) beeinflussen können Verschiedene Faktoren – sensorintern als auch Umgebungsbedingungen - können das Verhalten der IMUs beeinflussen und unter Umständen das Messergebnis verfälschen. Besonders zu beachten wären folgende Fehlerquellen:

• Offset-Fehler: Dieser Fehler kann aufgeteilt werden in Stabilitätsverhalten (Drift, während der Sensor unter unveränderten Bedingungen bleibt) und Wiederholbarkeit (Fehler zwischen zwei Messungen unter ähnlichen Bedingungen, die durch unterschiedliche Bedingungen dazwischen getrennt sind)
• Skalierfehler: Fehler bei der Empfindlichkeit erster Ordnung aufgrund von Nichtwiederholbarkeiten und Nichtlinearitäten 
• Ausrichtungsfehler: aufgrund einer unvollkommenen mechanischen Befestigung 
• Querempfindlichkeit: parasitäre Messung, die durch eine Anregung entlang einer Achse orthogonal zur Sensorachse verursacht wird
• Rauschen: abhängig von der gewünschten dynamischen Leistung - Umgebungsempfindlichkeit: vor allem Empfindlichkeit gegenüber Temperatur und Beschleunigungen

Durch eine Kalibrierung kann die Abweichung der Sensoren bestimmt und entsprechend korrigiert werden.

2. Wie kann SPEKTRA mit Ihren IMUs helfen?

Fakt 1: Insbesondere komplexe Inertialmessgeräte, die mehrere Beschleunigungs- und Drehratensensoren kombinieren, müssen regelmäßig kalibriert werden, um zuverlässige Messungen zu gewährleisten.

Fakt 2: SPEKTRA hat im letzten Jahr mehr als 7000 IMUs mit höchster Messgenauigkeit kalibriert. Darunter unter anderem folgende Typen: Kistler DTI 5002, OXTS RT100x-400x, ASC IMU7xxx u.v.m.

Ob im Automobilbereich für Crash- oder Fahrdynamiktests, in den Bereichen Bahn, Luftfahrt oder Schifffahrt oder in der Bauindustrie für die Zustandsüberwachung - IMUs und Drehratensensoren werden in den unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt.

Wir bieten Kalibrierdienstleistungen auf höchstem Niveau und mit eigenen Systemen für Ihre Sensoren.

Was sind Ihre Vorteile?

• Service im akkreditierten Labor 
• Moderne, hauseigene Technik 
• Höchste Messgenauigkeit 
• Rückführbar für reproduzierbare Messungen 
• Kurze Bearbeitungszeit in unserem Labor 
• Express-Kalibrierung ist möglich

3. Fazit

Insgesamt machen die Vielseitigkeit und Genauigkeit von IMUs sie zu einem unverzichtbaren Werkzeug für eine Reihe von Branchen und Anwendungen. Da die Technologie weiter voranschreitet, ist es wahrscheinlich, dass IMUs eine immer wichtigere Rolle bei der Art und Weise spielen werden, wie wir navigieren und mit der Welt um uns herum interagieren.

SPEKTRA begleitet Sie auf diesem Weg und sorgt dafür, dass Ihre IMUs genau und zuverlässig arbeiten.

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