کارکرد و کاربردهای واحد اندازه‌گیری لختی
اصطلاح IMU به معنای «واحد اندازه‌گیری لختی» است، و از آن برای توصیف یک مجموعه از ابزارهای اندازه‌گیری استفاده می‌کنیم. هنگامی‌که این واحد در یک دستگاه نصب می‌شود، این ابزارها می‌توانند داده‌های مربوط به حرکت دستگاه را ثبت کنند. IMU سنسورهایی همانند شتاب‌سنج‌ها، ژیروسکوپ‌ها، و جاذبه‌سنج‌ها را دربرمی‌گیرد.
یک IMU چگونه کار می‌کند؟
IMU می‌تواند عوامل مختلفی از جمله، سرعت، جهت، شتاب، نیروی ویژه، سرعت زاویه‌ای، و (در حضور یک جاذبه‌سنج) میدان‌های مغناطیسی اطراف دستگاه را اندازه‌گیری کند.
هر وسیله در یک IMU برای ثبت انواع داده مختلف استفاده می‌شود:
– شتاب‌سنج: سرعت و شتاب را اندازه‌گیری می‌کند.
– ژیروسکوپ: چرخش و سرعت چرخشی را اندازه‌گیری می‌کند.
–جاذبه‌سنج: جهت اصلی (راستای جهت‌دار) را مشخص می‌کند.
IMU ها به‌منظور حرکت دقیق خروجی ورودی چندین نوع سنسور مختلف را باهم ترکیب می‌کنند.
یک IMU به چه منظور استفاده می‌شود؟
معمولا مشاهده می‌شود IMUها در دستگاه‌های ناوبری یا به عنوان اجزای تجهیزات ناوبری بکاربرده می‌شوند، همانند:
-هواپیمای سرنشین‌دار و بدون سرنشین: یک رایانه متصل (یا نصب‌شده) می‌تواند از اندازه‌گیری‌های IMU برای محاسبه ارتفاع و مکان نسبی در یک چارچوب مرجع استفاده کند، و آنها را برای کاربردهای هواپیمایی بسیار مفید می‌سازد.
-سامانه‌های موقعیت‌یابی IMU: GPSها به‌عنوان یک مکمل برای سامانه‌های موقعیت‌یابی GPS عمل می‌کنند،و این امکان را فراهم می‌کنند که دستگاه ناوبری در صورت از دست دادن اتصال ماهواره‌ای با موقعیت تخمین زده شده، ادامه دهد.
فراتر از کاربردهای آشکار آنها در ناوبری، می‌توانیم تقریبا در هر زمینه‌ای که تشخیص حرکت وجود داشته باشد، از یک IMU استفاده کنیم:
- اغلب تلفن‌های هوشمند، تبلت‌ها و دستگاه‌های پیگیری تناسب اندام شامل یک IMU قیمت پایین هستند.
- IMUهای بکاربرده شده در برنامه‌های آموزشی ورزشی که نیاز به اندازه‌گیری دارند، برای مثال، زاویه و نیرو دقیق برای یک ضربه در گلف یا بیسبال.
- IMUها سامانه‌های خود تعادلی دستگاه‌های حمل و نقل شخصی همانند اسکوترها و اسکوترهای برقی را راه اندازی می‌کنند.
معایب IMUها
نقطه ضعف اصلی یک IMU این است که آنها مستعد خطاهایی هستند که با گذشت زمان جمع می‌شوند و به‌عنوان «رانش» شناخته می‌شوند. این دستگاه همیشه تغییرات را نسبت به خودش اندازه گیری می‌کند (نه نسبت به یک دستگاه قطعی یا یک دستگاه خارجی شناخته‌شده)، از این رو IMU دایما در محاسبه‌های خود کسرهای کوچک را گرد می‌کند، که با گذشت زمان جمع می‌شوند. این عدم دقت می‌تواند خطاهای بزرگی را به همراه داشته باشد.
با این‌حال، هنگامی‌که با یک فن‌آوری اصلاح‌کننده یا یک عامل انسانی همراه شود، IMUها می‌توانند یک مکمل سودمند برای سایر سنسورها باشند. در کاربردهای دقیق، می‌توانیم سنسورها را از قطعات ضربه‌گیر برای تقلیل خطاها و همچنین محافظت واحد آویزان کنیم.
سنسورهای IMU بیان شده
IMUها دستگاه‌های را سنجش می‌کنند که حداقل دارای دو (و اغلب سه) نوع سنسور برای اندازه‌گیری مکان یک دستگاه میزبان در فضای سه بُعدی باشند. آنها یک مکمل با ارزش برای GPS یا دیگر فن‌آوری‌های ناوبری هستند. علاوه بر این، آنها در گستره وسیعی از لوازم الکترونیکی مصرفی که شامل سنسورهای حرکت (همانند تلفن‌های هوشمند) حضور دارند.
در اغلب کاربردهای مصرفی، رانش اهمیت ناچیزی دارد زیرا IMU نیاز به درجه بالایی از دقت بلند مدت ندارد. در کاربردهای دقیق‌تر، کاربرها باید از صحت خوانش سنسور اطمینان حاصل کرده و کنترل‌های گاه به گاه را برای تصحیح رانش به ویژه در موقعیت‌یابی اعمال کنند.
برای مشاهده سایر نوشتارهای مربوط به الکترونیک و مخابرات، اینجا کلیک کنید!
منبع:https://www.arrow.com/en/research-and-events/articles/imu-principles-and-applications
مترجم: فاطمه محمدی بهبهانی
