Как используется ИМУ?

Концепция ИДУ

Блок инерциального измерения, называемый IMU, представляет собой устройство, которое измеряет трехосный угол ориентации (или ядро ​​угловой скорости) и ускорение объекта. Гироскопы и спидометры являются устройствами инерциальной навигационной системы.

IMU имеет встроенный датчик скорости и гироскоп, который может измерять линейное ускорение и угловую скорость вращения в трех направлениях.

Принципы работы ИДУ

IMU основан на законах механики Ньютона. Измерив ускорение носителя в инерциальной системе отсчета, проинтегрировав его по времени и преобразовав в навигационную систему координат, можно получить скорость и угол отклонения от курса в навигационной системе координат. и информацию о местоположении.

Инерционный измерительный блок — это устройство, измеряющее трехосный угол ориентации (или угловую скорость) и ускорение объекта. Обычно IMU содержит три одноосных акселерометра и три одноосных гироскопа. Акселерометр регистрирует сигналы ускорения объекта по трем независимым осям несущей системы координат, а гироскоп фиксирует сигнал угловой скорости носителя относительно навигационной системы координат и измеряет положение объекта в несущей системе координат. скорость и ускорение в трехмерном пространстве используются для расчета положения объекта. Он имеет очень важное прикладное значение в навигации.

Принцип работы инерциальной единицы измерения очень похож на маленькие шаги в темноте. В темноте из-за ошибки между вашей оценкой длины шага и фактическим пройденным расстоянием по мере того, как вы делаете все больше и больше шагов, разница между вашим расчетным положением и фактическим положением будет становиться все дальше и дальше. При первом шаге расчетное положение относительно близко к фактическому положению; но по мере увеличения количества шагов разница между расчетным положением и фактическим положением становится все больше и больше. Этот метод распространяется на три измерения, что является принципом инерционной единицы измерения.

Таким образом, с точки зрения непрофессионала, инерциальный измерительный блок IMU представляет собой бесплатформенную инерциальную навигационную систему, состоящую из трех датчиков ускорения и трех датчиков угловой скорости (гироскопов). Акселерометр используется для определения составляющей ускорения относительно вертикальной линии земли. Датчик скорости используется для получения информации об угле.

Стоит отметить, что инерциальный измерительный блок предоставляет информацию об относительном позиционировании. Его функция — измерение маршрута движения объекта относительно начальной точки, поэтому он не может предоставить информацию о вашем конкретном местоположении. Поэтому его часто комбинируют с GPS. При совместном использовании, когда сигнал GPS в некоторых местах слабый, IMU может сыграть свою роль, позволяя автомобилю продолжать получать информацию об абсолютном местоположении и не «потеряться».

Как работает трехосный акселерометр

Большинство трехосных датчиков ускорения используют пьезорезистивный, пьезоэлектрический и емкостный принципы работы. Результирующее ускорение пропорционально изменениям сопротивления, напряжения и емкости и улавливается соответствующими схемами усиления и фильтрации. Это тот же принцип, что и у обычного датчика ускорения, поэтому с помощью определенной технологии три одиночные оси можно превратить в трехосные. Для большинства сенсорных приложений достаточно двухосного датчика ускорения.

Принцип работы трехосного гироскопа

Принцип работы трехосного гироскопа основан на гироскопическом эффекте. Когда ось вращения гироскопа перпендикулярна направлению силы, он ощущает силу, которая создает крутящий момент, заставляющий его вращаться в системе координат.Три гироскопа в трехосном гироскопе установлены на трех взаимно перпендикулярных осях. . Они измеряют угловую скорость по осям x, y и z соответственно и передают сигналы в соответствующие схемы для обработки.
Области применения и использование IMU

Инерциальная навигация IMU имеет широкий спектр сценариев применения и часто используется для наведения, контроля рулевого управления и наведения, мониторинга горных пород и т. д. в современном горнодобывающем / буровом оборудовании, кораблях, автомобилях, дронах, роботах, разведке нефти, разведке мостов, высоких скоростях. -высотные здания, железные башни, плотины и т. д., навигация и позиционирование транспортных средств, таких как горнодобывающая промышленность и ракеты, а также определение местоположения на север в геодезических/наземных мобильных картографических системах.

В автомобильной сфере инерциальная навигация IMU может помочь транспортным средствам достичь автономного вождения и распознавания пробок, улучшая ходовые качества и безопасность. В наземных транспортных средствах IMU могут быть интегрированы в автомобильные навигационные системы на основе GPS или системы слежения за транспортными средствами, чтобы обеспечить системе возможность счисления пути и возможность собирать как можно больше точных данных о текущей скорости транспортного средства, скорости поворота, курсе и наклоне. и ускорение в сочетании с выходным сигналом датчика скорости колеса автомобиля и сигналом задней передачи для таких целей, как лучший анализ дорожно-транспортных происшествий. ER-MG2-300/400, разработанный ERICCO, представляет собой МЭМС-гироскоп навигационного класса с диапазоном измерений до 400 градусов/секунду и нестабильностью смещения 0,05°/час. Он предназначен для точного положения в высокопроизводительных IMU/AHRS. Предназначен для измерения азимута, позиционирования, навигации, наведения/ИНС с поддержкой ГНСС, авиационных/морских/наземных картографических/измерительных систем/беспилотных летательных аппаратов/АНПА и систем вооружения MEMS навигационного уровня.

В авиационной сфере инерциальная навигация IMU может осуществлять управление движением, например, набором высоты, снижением, поворотом, рулением и т. д., повышая безопасность и точность полета. В навигационной системе данные, сообщаемые IMU, подаются в процессор для расчета высоты, скорости и положения. В ER-MIMU-01, разработанном ERICCO, используются высококачественные и надежные акселерометр и гироскоп MEMS. Он связывается с внешним миром через RS422. Скорость передачи данных можно гибко установить в диапазоне 9600–921600. Требуемая пользователем скорость передачи данных может быть установлена ​​через протокол связи. Оснащенный трехосным прецизионным гироскопом X, Y, Z, трехосным акселерометром X, Y, Z с высоким разрешением, он может выводить исходное шестнадцатеричное дополнение (включая шестнадцатеричное дополнение гироскопа) числовой температуры, угла, шестнадцатеричной температуры акселерометра, ускорение шестнадцатеричного дополнения); он также может выводить данные гироскопа и акселерометра, которые были обработаны базовыми вычислениями. Безразмерное значение с плавающей запятой.

Одно из первых устройств было спроектировано и изготовлено компанией Ford Instrument Company для США. ВВС и предназначались для помощи самолетам в полете, не требуя каких-либо действий снаружи самолета. Устройство, известное как индикатор положения на земле, показывает пилоту долготу и широту самолета относительно земли после того, как пилот вводит долготу и широту самолета во время взлета.

Таким образом, основным недостатком использования IMU для навигации является то, что они часто подвержены кумулятивным ошибкам. Поскольку система наведения постоянно интегрирует ускорение в зависимости от времени для расчета скорости и положения (см. «Точный расчет»), любая ошибка измерения, даже самая маленькая, со временем накапливается. Это приводит к «дрейфу»: растущему несоответствию между тем, где система думает, что она находится, и тем, где она находится на самом деле. ER-MG-067, разработанный ERICCO, представляет собой высокоточный МЭМС-гироскоп тактического класса с отклонением нестабильности 0,3 градуса/час и угловым случайным блужданием 0,125°/√ч. Это одноосный датчик угловой скорости MEMS. (гироскоп), способный измерять угловую скорость до ±400°/с, а цифровой выход соответствует протоколу SPI подчиненного режима 3. Данные об угловой скорости представлены в виде 24-битных слов.
Больше информации:
Веб-сайт: Inertial Measurement Units (IMU) Provider- ERICCO China [ericcointernational.com].
Электронная почта: [email protected]
Ватсап: 13630231561
Вичат: 13992884879