Inertial measurement unit

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca

Una unitat de mesura inercial o IMU (de l'anglès inertial measurement unit), és un dispositiu electrònic que mesura i informa sobre la velocitat, orientació i forces gravitacionals d'un aparell, usant una combinació de acceleròmetres i giròscops. Les unitats de mesura inercial són normalment usades per maniobrar avions, incloent-hi vehicles aeris no tripulats, entre molts altres usos, i a més naus espacials, incloent-hi transbordadors, satèl·lits i aterrizador és. Recents desenvolupaments han permès la producció de dispositius GPS protegits contra la interferència electromagnètica[1]

La IMU és el component principal dels sistemes de navegació inercial usats en avions, naus espacials, vaixells i míssils guiats entre d'altres. En aquest ús, les dades recollides pels sensors d'una IMU permeten a un ordinador seguir la posició de l'aparell, usant un mètode conegut com a navegació per estima.

Principis de funcionament[modifica | modifica el codi]

Unitat de navegació inercial del IRBM S3 francès.
Una unitat de mesura inercial funciona, en part, detectant els canvis en el capcineig (pitch), el alabeo (roll) i la guinyada (Yaw).

Una IMU funciona detectant l'actual taxa d'acceleració usant un o més acceleròmetres, i detecta els canvis en atributs rotacionals com ara capcineig, alabeo i guiñada usant un o més giròscops.

En la navegació[modifica | modifica el codi]

En un sistema de navegació, les dades informades per la IMU són alimentats en un ordinador, el qual calcula la seva posició actual basat en la velocitat, adreces viatjades i temps.

Per exemple, si una IMU instal·lada en un aeroplà informarà que l'aparell va viatjar cap a l'oest per una hora a una velocitat mitjana de 804 quilòmetres per hora , l'ordinador de guiatge podria deduir que l'avió hauria d'estar a 804 quilòmetres a l'oest de la seva posició inicial. Si estigués combinada amb un sistema computada de mapes, el sistema de guia podeu emprar això mètode per mostrar al pilot on està localitzat geogràficament l'avió, de propòsit similar al sistema de navegació GPS - però sense la necessitat de comunicar-se amb components externs, com ara satèl·lits. Aquest mètode de navegació és anomenat navegació per estima.

Desavantatges[modifica | modifica el codi]

Una de les grans desavantatges d'usar IMU per a la navegació és que aquestes normalment són afectades per un error acumulatiu, incloent-hi el error Abbe. Com que el sistema de guia està contínuament afegint els canvis detectats a les posicions prèviament calculades (vegeu navegació per estima), qualsevol error en el mesurament, no important el petita que sigui, es van acumulant de punt a punt. Això porta a una 'deriva', o una diferència que augmenta sempre entre on el sistema pensa que es troba localitzat i la posició real.

Per exemple, si a un individu li fossin embenats els ulls, i després fora mogut en una sèrie d'adreces, i després se li preguntés on ell pensa que es troba, ell només seria capaç d'estimar la seva posició final. Mentre més fora moguda una persona mentre està embenada, més inexacta serà la seva estimació d'on es troba finalment. Les IMU treballen d'una manera similar a com els éssers humans detecten el moviment, i encara que elles són considerablement més exactes que els éssers humans per detectar el moviment, estan lluny de ser perfectes i els seus errors s'acumulen de forma similar.

Les IMU normalment són només un dels components d'un sistema de navegació. Altres sistemes són usats per corregir les imprecisions que les IMU pateixen invariablement, com ara GPS, sensors de gravetat (per la vertical local), sensors de velocitat externs (per compensar la deriva per velocitat), un sistema baromètric per a la correcció de l'altitud i un compàs magnètic.

Construcció[modifica | modifica el codi]

El terme IMU és usat àmpliament per referir-se a una caixa que conté tres acceleròmetres i tres giròscops. Els acceleròmetres està col·locats de manera que els seus eixos de mesura són ortogonals entre si. Ells mesuren l'acceleració inercial, també coneguda com a forces G.

Els tres giroscopis estan col·locats en un patró ortogonal similar, mesurant la posició rotacional en referència a un sistema de coordenades seleccionada en forma arbitrària.

Usos[modifica | modifica el codi]

Les unitats de mesura inercial són usades en sistemes de guia inercial instal·lades en vehicles. Actualment gairebé totes les naus de superfície, comercials o militars tenen una. La major part dels avions també estan equipats amb IMU.

Les IMU també són usades com a naus aèries i espacials, amb el propòsit d'informar les mesures inercials a un pilot (tant si ell aquest a la cabina o Pilotant per control remot). Elles són crítiques durant les missions espacials per poder maniobrar aterrizador és i altres aparells estiguin tripulats o no.

Les IMU poden, a més de propòsits navegacionals, servir com sensors d'orientació en el camp del moviment dels humans. Elles són usades freqüentment en tecnologia per captura de moviment. Una IMU és al cor de la tecnologia d'equilibri del Segway.

Referències[modifica | modifica el codi]

Enllaços externs[modifica | modifica el codi]