Anwendungsbereiche von Inertialsensoren

Autor des Beitrags: @Niklas, 22-04-23, Das Wissen

Inertialsensoren sind eine vielseitige Klasse von Sensoren, die in verschiedenen Anwendungsbereichen zum Einsatz kommen. Sie werden in der Regel für Navigations- und Robotikanwendungen verwendet, aber auch in anderen Bereichen können sie nützlich sein. Inertialsensoren messen Beschleunigung, Drehraten und magnetische Feldstärken und ermöglichen somit das Erfassen von Bewegungsdaten.

Eines der Hauptanwendungsbereiche von Inertialsensoren ist die Navigation. Da sie unempfindlich gegenüber externer Magnetfelder und Wetterbedingungen sind, kann ein Navigationssystem auf Basis dieser Sensorik problemlos im Inneren oder Außeneinsatz betrieben werden. Die Sensoren liefern genaue Messwerte für Position, Geschwindigkeit und Richtung, sodass Autos, Flugzeuge oder Schiffe navigiert werden können.

Grundlagen der Inertialnavigation mit Inertialsensoren

Einer der hauptsächlichen Anwendungsbereiche von Inertialsensoren ist die mobile Robotik. Durch den Einsatz von Inertialnavigationssystemen (INS) kann ein Roboter in Echtzeit seinen Weg finden und navigieren, was bei herkömmlichen Navigationsmethoden nicht möglich ist. Daher sind Inertialsensoren ideal für anspruchsvolle Einsätze in schwer zugänglichen Umgebungen geeignet, zum Beispiel im Inneren eines Gebäudes oder unter Wasser.

Auch in der Luft- und Raumfahrttechnik werden Inertialsensoren häufig verwendet. Sie können genutzt werden, um Flugobjekte sicher zu steuern und deren Position auf hohe Genauigkeit zu bestimmen, ohne auf externe Positionierungssysteme angewiesen zu sein. In Kombination mit anderen Sensoren kann INS dazu beitragen, die Unsicherheit des Systems sowie die Navigations-Effizienz weiter zu verbessern.

Vorteile und Nachteile von Inertialsensoren

Einer der größten Vorteile von Inertialsensoren ist ihre Fähigkeit, selbständig Bewegungsdaten ohne externe Referenzrahmen zu messen. Dies bedeutet, dass sie sehr robust gegen Störfaktoren sind und auch bei schwachem Licht oder anderen Umgebungseinflüssen weiterhin genaue Datenergebnisse liefern können. Darüber hinaus bietet die Kombination mehrerer Sensorelemente noch bessere Ergebnisse als nur einen Sensor alleine – was bedeutet, dass man für bestimmte Messanforderungen mehr Genauigkeit erhalten kann als mit anderen Arten von Sensoren.

Auf der anderen Seite haben Inertialsensoren auch einige Nachteile: Sie sind anfälliger für Erschütterung und Vibration sowie für thermische Eigenschaften des Systems oder der Umgebung. Daher ist es notwendig, den Sensor periodisch zu kalibrieren, um falsche Messwerte zu vermeiden. Zudem benötigen die meisten Inertialsysteme externe Referenzrahmen (zum Beispiel GPS), um absolute Positionsobjekte bereitzustellen - was den Aufwand und Kostenfaktor erheblich erhöht.

Die neuesten Entwicklungen auf dem Gebiet der Inertialsensoren

In Automobilen werden Inertialsensoren verwendet, um das Fahrverhalten des Fahrers zu überwachen und zu analysieren. Dies ist besonders wichtig, um Unfälle zu vermeiden und die Fahrsicherheit zu verbessern. Darüber hinaus können Automobilhersteller mit dieser Technologie auch intelligente Funktionen implementieren, beispielsweise automatisches Parken oder adaptive Geschwindigkeitsregelung.

Roboter und Drohnen benötigen Inertialsensoren, um ihre Position im Raum bestimmen zu können. Mit Hilfe von Beschleunigungsmesserdaten können Roboter navigieren und Präzisionsbewegungsaufgaben durchführen. Auch liefern diese Sensoren Daten über Geschwindigkeit und Richtung des Roboters oder der Drohne - was für Autopilot-Systeme unverzichtbar ist.

Smartphones nutzen meist neben GPS-Signal auch Beschleunigungssensorik zur Standortbestimmung bei schlecht empfangbaren GPS-Signalangebot. Mit Hilfe von Akselerometerdaten lassen sich außerdem Bewegungsinteraktion erkennnen: Beispielsweise weckt ein iPhone seinen Nutzer mit Vibration oder Soundnachrichten auf, sobald es erkennt, dass sein Nutzer sich gerade bewegt hat – also vom Liegen ins Sitzen wechselt oder gar steht.

Was ist der Hauptanwendungsbereich von Inertialsensoren?

Inertialsensoren werden in vielen verschiedenen Anwendungsbereichen eingesetzt. Sie sind vor allem für die Messung von Bewegung und Orientierung aufgrund ihrer geringen Größe, hohen Genauigkeit und Robustheit sehr beliebt. Einige der häufigsten Anwendungsbereiche umfassen:

• Automobilindustrie: Inertialsensoren werden in modernen Fahrzeugen verwendet, um das Fahrverhalten zu überwachen und zu steuern. Dazu gehören Brems- und Lenksysteme sowie Stabilitätskontrolle und Autopilottechnologien.
• Robotik: Inertialsensoren helfen Robotern bei der Navigation, indem sie Daten liefern, die es ihnen ermöglichen, ihre Position zu bestimmen und Hindernisse zu erkennen oder zu vermeiden.
• U-Boot-Technologie: Mit Hilfe von Inertialsensoren kann man U-Boote navigieren, ohne dass externe Referenzpunkte benötigt werden, was die Genauigkeit erheblich verbessert.
• Raumfahrttechnik: Inertialsensoren werden in Satellitentechnologien eingesetzt, um Positionsdaten ohne den Einsatz von GPS bereitzustellen. Sie sind auch unersetzlich für Steuer-, Navigations- und Kursregelungssysteme an Bord von Raumschiffen oder Flugzeugen.