1. چیستIMU
آیا تا به حال به این فکر کرده اید که چگونه زیردریایی ها بدون GPS در زیر آب حرکت می کنند، چگونه موشک ها به طور دقیق به سمت اهداف پرواز می کنند، یا چرا صفحه گوشی شما با کج کردن آن فوراً می چرخد؟ همه این عملکردهای رایج و با فناوری پیشرفته به یک سیستم حسگر اصلی - IMU (واحد اندازه گیری اینرسی) متکی هستند.
متفاوت از GPS و سنسورهای بصری، IMU کاملاً مستقل کار می کند. نیازی به سیگنال خارجی، دوربین یا پشتیبانی ماهواره ای ندارد. می تواند به طور مداوم حرکت و نگرش هر شی در فضا را توسط واحد حسگر داخلی خود حس کند. از تراشههای کوچک در گوشیهای هوشمند گرفته تا سیستمهای ناوبری با دقت بالا برای کشتیها و هواپیماها، IMU هسته اصلی «چشم درک درونی» همه دستگاههای متحرک است.
به بیان ساده، IMU ترکیبی یکپارچه از چندین حسگر است که عمدتاً شامل یک ژیروسکوپ 3 محوره و یک شتاب سنج 3 محوره است. برخی از نسخه های ارتقا یافته نیز مغناطیس سنج و فشارسنج 3 محوره را اضافه می کنند. ژیروسکوپ سرعت چرخش را حس می کند، درست مانند احساسی که می توانید با چشمان بسته روی صندلی بچرخید. شتابسنج شتاب و کاهش سرعت را حس میکند، درست مانند حسی که بدن شما هنگام افزایش سرعت یا ترمز در خودرو احساس میکند. آنها با هم، هر تغییر حرکتی دستگاه را در زمان واقعی ضبط می کنند.
درک این نکته مهم است که IMU فقط داده های حرکت خام، از جمله سرعت و شتاب زاویه ای را خروجی می دهد. به طور مستقیم سرعت، موقعیت یا نگرش را نشان نمی دهد. این نتایج ناوبری قابل استفاده بعداً از طریق الگوریتمهای حرفهای محاسبه میشوند.
2. تفاوت بین IMU و INS
بسیاری از مردم به راحتی IMU و INS را با هم مخلوط می کنند. تفاوت ساده و واضح است. IMU تنها یک واحد حسگر خالص است که داده های حرکت اصلی را ارائه می دهد. INS (سیستم ناوبری اینرسی) یک سیستم هوشمند کامل است که بر اساس IMU ساخته شده است. INS پردازندهها، الگوریتمهای ترکیب دادهها و ماژولهای موقعیتیابی ماهوارهای GNSS اختیاری را اضافه میکند. این می تواند به طور خودکار نگرش، سرعت و موقعیت را در زمان واقعی محاسبه کند تا از کار ناوبری واقعی پشتیبانی کند.
میتوانیم از یک قیاس ساده استفاده کنیم: IMU مانند دماسنج است که فقط دادههای خام دمایی را ارائه میکند. INS مانند یک سیستم کامل پیش بینی آب و هوا است که داده ها را برای ارائه نتایج قابل استفاده تجزیه و تحلیل و پردازش می کند. به طور خلاصه، IMU پایه سخت افزاری اصلی است و INS راه حل نهایی ناوبری است.
3. نقص IMU و روش های معمول کالیبراسیون
IMU قدرتمند است، اما کامل نیست. به ناچار دارای خطاهای کوچک ناشی از ساخت و نصب است. این عیوب جزئی باعث دریفت آهسته در طول استفاده طولانی مدت می شود، بنابراین کالیبراسیون و جبران منظم ضروری است.
اولاً، به دلیل تحمل تولید، سه محور حسگر نمی توانند کاملاً عمود باشند و باعث تداخل محوری شوند. دوم، سنسورها ممکن است خطاهای جزئی بایاس صفر و ضریب مقیاس داشته باشند، شبیه به یک مقیاس کالیبره نشده که نمی تواند با دقت به صفر برگردد. سوم، موقعیت نصب واقعی حسگرهای داخلی به طور کامل در مرکز متمرکز نیست، که باعث ایجاد خطاهای کوچک در طول چرخش می شود.
این مشکلات برای همه محصولات IMU مشترک است. مهندسان این مسائل را از طریق کالیبراسیون استاتیک حرفه ای، کالیبراسیون چرخاندن و تست صفحه گردان قبل از تحویل حل می کنند. با ایجاد مدل های خطا و جبران نرم افزار بلادرنگ، پایداری و دقت IMU را می توان تا حد زیادی بهبود بخشید.
4. دو نوع اصلی و کاربردهای IMU
4.1 MEMS IMU
MEMS IMU از فناوری تراشه های میکرو الکترومکانیکی استفاده می کند و اندازه بسیار کوچک، هزینه کم و مصرف انرژی بسیار کم را درک می کند. این پرکاربردترین IMU درجه غیرنظامی است. این در گوشیهای هوشمند، ساعتهای هوشمند، هواپیماهای بدون سرنشین و روباتهای صنعتی تعبیه شده است تا حسگر نگرش روزانه و تعامل حرکتی را تکمیل کند. اگرچه MEMS IMU مقرون به صرفه است و ادغام آن آسان است، اما دقت آن محدود است و به راحتی تحت تأثیر دما و لرزش قرار می گیرد و برای سناریوهای کوتاه مدت و کم دقت مناسب است.
4.2 FOG IMU
FOG IMU ژیروسکوپ فیبر نوری را به عنوان سنسور اصلی می گیرد. بر اساس اثر نوری Sagnac، اندازه گیری چرخش با دقت بالا را بدون هیچ گونه قطعات مکانیکی متحرک به دست می آورد. در مقایسه با MEMS IMU، دقت آن صدها تا هزاران بار بالاتر است، با رانش بسیار کم، مقاومت در برابر ضربه قوی و عملکرد دمای پایدار.
FOG IMU عمدتا برای سناریوهای ناوبری خودمختار سطح بالا استفاده می شود، به ویژه برای تجهیزاتی که برای مدت طولانی بدون سیگنال GPS کار می کنند. محیط های زیر آب نمی توانند سیگنال های ماهواره ای را دریافت کنند و ناوبری صوتی و بصری به راحتی مختل می شود. FOG IMU میتواند دادههای نگرش و حرکت مداوم و پایدار را برای زیردریاییها، آشکارسازهای اعماق دریا و روباتهای زیر آب فراهم کند و از ناوبری مستقل با استقامت طولانی و با دقت بالا پشتیبانی کند.
5. خلاصه
IMU هسته اصلی فناوری سنجش اینرسی است. MEMS IMU ادراک اینرسی را به لوازم الکترونیکی مصرفی روزانه با کوچک سازی و هزینه کم می آورد. FOG IMU از ناوبری صنعتی، دریایی و هوافضا پیشرفته با دقت فوق العاده بالا و پایداری قوی پشتیبانی می کند. بدون تکیه بر هیچ سیگنال خارجی، IMU هر حرکت ظریف حامل را از طریق ادراک اینرسی خالص ثبت می کند، و تبدیل به "لنگر جهت" قابل اعتماد برای تجهیزات زمین، دریا، هوا و فضا می شود.
پیام شما باید بین 20 تا 3000 کاراکتر باشد!
