Lagesensoren

Lagesensoren erfassen die Orientierung eines Objekts im Raum relativ zu einem Referenzrahmen. Sie liefern Werte für die Orientierung in drei Achsen, üblicherweise Pitch, Roll und Yaw. Oft sind sie Bestandteile eines Inertialen Messsystems (IMU).

Die gebräuchlichsten Bausteine sind dreiachsige Beschleunigungssensoren, Gyroskope und Magnetometer. Beschleunigungssensoren messen lineare Beschleunigungen und die Erdgravitation, um Neigung zu bestimmen. Gyroskope erfassen Rotationsgeschwindigkeiten, Magnetometer das Magnetfeld der Erde zur Bestimmung der Richtung. In vielen Systemen werden diese Sensoren kombiniert, um aus Messungen stabile Orientierungen zu berechnen.

Anwendungen umfassen Smartphones, Tablets, Drohnen, Fahrzeuge, Robotik sowie AR-/VR-Systeme.

Wichtige Leistungsmerkmale sind Auflösung, Empfindlichkeit, Rauschverhalten, Bias-Drift und Temperaturabhängigkeit. Bandbreite, Dynamikbereich, Größe, Kosten und Energieverbrauch beeinflussen den Einsatz. Kalibrierung und regelmäßige Justierung verbessern Genauigkeit und Stabilität.

Sensorfusion kombiniert Rohsignale oft mit Kalman- oder Complementary-Filter zu einer Orientierung in Form von Quaternionen oder Euler-Winkeln.

Herausforderungen sind Gyros-Drift, Kalibrierungsbedarf, Temperaturabhängigkeit und Achsenausrichtung. Moderne Systeme nutzen Sensorfusion, redundante Messungen und Kalibrierung, um langfristige Genauigkeit sicherzustellen.