Inertialmesseinheiten

Inertialmesseinheiten (IMU) sind Baugruppen, die Sensorik zur Messung der Bewegung und Orientierung eines Objekts vereinen. Typischerweise enthält sie drei Achsen-Beschleunigungsmesser, drei Achsen-Gyroskope und häufig auch ein Dreiachs-Magnetometer. Die Rohsignale ermöglichen die Bestimmung der Orientierung (Roll, Pitch, Yaw), der Geschwindigkeit und der Lage im Raum. In vielen Anwendungen liefern die Sensoren Daten in Echtzeit, die in SI-Einheiten angegeben werden: Beschleunigung in m/s^2, Winkelgeschwindigkeit in rad/s oder deg/s, Magnetfeldvektor in μT.

IMUs werden in zahlreichen Geräten eingesetzt, insbesondere MEMS-IMUs in Konsumgütern wie Smartphones, Drohnen, Robotern und Fahrzeugstabilisatoren. Höherwertige IMUs verwenden optische oder mechanische Gyroskope (Faseroptik, Ring-Laser-Gyro) für geringeren Rausch und Bias-Stabilität.

Aus den Rohsignalen werden mittels Sensorfusion Orientierung und Bewegung berechnet. Typische Verfahren umfassen Kalman-Filter, Complementary Filter oder andere Fusion-Algorithmen, um Bias, Rauschen und Missausrichtungen zu korrigieren. Oft wird eine IMU mit GNSS zu einem Inertialnavigationssystem kombiniert: Die IMU liefert Hochfrequenz-Bewegungssignale, GNSS liefert absolute Positions- und Geschwindigkeitsdaten, aus denen Trajektorien berechnet werden.

Zu den typischen Problemen gehören Bias-Drifts, Rauschverhalten, Temperaturabhängigkeit sowie Fehlerquellen wie Scale-Factor und Achsen-Misarignment. Konditionierung, Kalibrierung und regelmäßige Wartung sind daher wichtig. Anwendungen reichen von Luft- und Raumfahrt über Robotik bis hin zu mobilen Geräten und Virtual-Reality-Systemen.