IMU (מדיד)

IMU (ראשי תיבות של: Inertial Measurement Unit), יחידת מדידה אינרציאלית היא מערכת אלקטרונית אשר מודדת את הכוחות והמומנטים הפועלים עליה, ולפעמים על השדה המגנטי והטמפרטורה שסביבה או השינויים באותם מדדים; זאת בעזרת שילוב מדי תאוצה, גירוסקופים ומגנטומטרים.

מערכת ניווט אינרציאלית (INS) נשענת על תפוקות יחידת מדידים אינרציאליים (IMU) ומבצעת עליהם אינטגרציה על מנת לחשב פתרון ניווט - מיקום, מהירות ומצב זוויתי.

סוגי מדידים ב-IMUעריכה

יחידות מדידה אינרציאליות כוללות סוגים שונים של מדידים. חלקן מכילות גירוסקופ ומדי תאוצה קווית, חלקן בעלי יכול חישוב מצב זוויתי מוחלט של המערכת. חלקן פועלות ללא תלות במדידות וחישובים קודמים של המערכת.

מד תאוצהעריכה

  ערך מורחב – מד תאוצה

מד תאוצה הוא חיישן המשמש למדידת תאוצה קוויות. כלומר, במנוחה, גם כשאינו נע ונמצא על פני השטח של כדור הארץ ימדוד תאוצה של כ-m/s²‏ 9.81 (מטר לשנייה בריבוע) בכיוון מטה, כתאוצת   בכוח הכובד.

מד תאוצה מספק לרוב וקטור, גודל וכיוון, של התאוצה אותה הוא חש בציר מסוים. לעיתים מד תאוצה מורכב משניים או שלושה מדי תאוצה יחד דבר המאפשר מדידת התאוצה בשלוש דרגות חופש (שלושה צירים שונים).

גירוסקופ תנודותעריכה

גירוסקופ תנודות מבוסס על נטייתם של גופים מתנודדים לנוע באותו מישור תנועה. גירוסקופ תנודות זול יותר ומדויק פחות מגירוסקופים אחרים. הוא משמש במערכות ניווט בהן הניווט האינרציאלי משני לניווט לווייני, כגון מערכת ניווט במכונית. נתונים מגירוסקופי תנודות וממד המרחק של המכונית משמשים לניווט עיוור ברגעים קצרים בהם מערכת הניווט הלווייני אינה מתפקדת עקב בעיית קליטה מהלוויינים כגון בעת נסיעה במנהרה.

מימוש גירוסקופ כזה באמצעות טכנולוגיות MEMS, Micro Electro Mechanical System איפשר הוזלה מהותית של המערכות האנרציליות ומערכות מסוג זה משולבות במכוניות ואפילו בחלק מה"סמארטפונים"

גירוסקופ כיפת תהודהעריכה

  ערך מורחב – HRG

HRG, או גירוסקופ כיפת תהודה (Hemispherical Resonator Gyro) בנוי כחצי כדור של גביש פיזיואלקטרי. יכולתו לזהות ולמדוד תנועה מבוססת על תכונתו של גל עומד שנוצר בחלל תהודה לשמור על כיוונו גם אם חלל התהודה מסתובב. גביש פיזיואלקטרי יכול ליצור גל וכן למדוד השפעת גל קיים.

גירוסקופ תהודה חצי כדורי אינו כולל חלקים נעים ומדידותיו מדויקות. חסרונו במחירו הגבוה עקב הקושי בייצור חצי כדור מדויק.

מגנטומטרעריכה

  ערך מורחב – מגנטומטר

חיישן המודד את העוצמה והכיוון של השדה המגנטי של כדור הארץ. באמצעותו ניתן לחשב את אזימוט אליו פונה המדיד.

חיישן מגנטו-הידרודינמיעריכה

חיישן מגנטו-הידרודינמי בנוי ממגנט קבוע ומערכת אלקטרודות בעלת יכולת תנועה על ציר. כאשר נוצרת תנועה יחסית בין המגנט לאלקטרודות, נוצר מתח שגודלו יחסי למהירות הסיבוב.

גירוסקופ מבוסס טבעת לייזרעריכה

  ערך מורחב – RLG
  מדיה וקבצים בנושא אפקט סניאק בוויקישיתוף

במערכות אלו, מדידת האוריינטציה מבוססת על שתי קרני לייזר קוהורנטיות שנעות בכיוונים הפוכים לאורך אותו מסלול אופטי טבעתי. תמונת ההתאבכות המתקבלת בכתם האור שנוצר כתוצאה מההארה של שתי הקרניים, יוצרת "פסים של אור וחושך".

מערכת זו מבוססת על "אפקט סניאק" ("Sagnac effect").

מכיוון שלמערכות אלו אין חלקים נעים, שלושת הצירים בדרך כלל יצוקים לתוך אותו "גוש" אופטי וקריאת הנתונים מתבצעת אלקטרונית, מתקבלת מערכת עם אמינות טכנית טובה בהרבה ממערכות המבוססות על גירוסקופים מכניים.

רוב המערכות שנמצאות כיום בשימוש, משלבות RLG ביחד עם פתרון GPS. דוגמאות למערכות שבהן משולב RLG כמערכת עיקרית כוללות:

ג'רוסקופ מבוסס סיב אופטי (Fiber Optic Gyrp)עריכה

  ערך מורחב – גירוסקופ סיב אופטי

גם מערכת זו נשענת על "אפקט סניאק", אלא שבמקום שהלייזר ינוע בתוך גביש במצב מוצק, הלייזר נע לאורך סיב אופטי.

המעבר מגביש מוצק לסיב אופטי מקטין את הדיוק, אולם, הדיוק משתפר ככל שאורך הסיב מתארך. מקובל להשתמש באורך סיב של מאות מטרים ולפעמים אפילו יותר, בכל ציר.

סוג זה של מערכות אינרציליות מתאים במיוחד לכלי טיס בלתי מאוישים, במשולב עם מערכות GPS ולטילים טקטיים שזמן המעוף שלהם מוגבל לדקות בודדות.

קישורים חיצונייםעריכה

  מדיה וקבצים בנושא IMU בוויקישיתוף