Inertial Measurement Unit
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Ältere IMU in einer ballistischen Rakete
Inertialsensoren (engl: Inertial Measurement Unit (IMU)) dienen zur Messung linearer Beschleunigungskräfte und Rotationskräften. Ein Inertialsensor besteht in der Regel aus drei Beschleunigungssensoren und drei Drehratensensoren, womit die Beschleunigung in sechs Freiheitsgraden ermittelt werden kann. Eine IMU ist Hauptbestandteil eines Inertialen Navigationssystems. Heute gebräuchliche Sensoreinheiten mit ausreichender Genauigkeit für Flugnavigation haben zwischen 15 und 30cm Seitenlänge und kosten zwischen 30.000 und 80.000€.
Entwicklung
Ausgangspunkt für die Entwicklung von Inertialsensoren waren Erkenntnisse aus der Schwingungsmechanik, Physik und der Elektrotechnik. Ihre Entwicklung stellt daher einen multidisziplinären Prozess dar. Ursprünglich wurden Inertialsensoren feinmechanisch hergestellt, heutiger Stand der Technik ist das mikromechanische Fertigen. Zwischen 1990 und 1998 konnte die Leistungsfähigkeit von mikromechanischen Gyroskopen alle zwei Jahre verzehnfacht werden. Weitere Verbesserungen werden durch den Einsatz von adaptiven Filtertechniken erreicht. Beispielsweise lässt sich dazu der Neigungswinkel eines Flugzeuges bestimmen, selbst wenn die Messeinheit durch Querbeschleunigungskräfte beim Anfahren gestört wird.
Technische Bedeutung
Oft kommen bei einem Zusammenspiel mehrer Inertialsensoren die Stärken dieser Technologie in der Anwendung hervor. Die Kombination unterschiedlicher Inertialsensoren bezeichnet man in der Mikrosystemtechnik als inertiale Messeinheiten. Sie ermöglichen die Erfassung zum Teil komplexer und mehrachsiger Bewegungsvorgänge mit bis zu sechs Freiheitsgraden. Inertiale Messeinheiten werden bei der präzisen Erfassung von Drehbewegungen, Beschleunigungen und Neigungen im Raum eingesetzt. Durch die geringe Baugröße sind die im Sensor auftretenden Signale in der Regel sehr klein und benötigen im Anschluss eine Datenaufbereitung als Schnittstelle zur Weiterverarbeitung.
Militärische Bedeutung
Inertialsensoren und -navigationsysteme sind wichtige Bestandteile von Langstreckenraketen oder Marschflugkörpern, insbesondere jene mit kleiner Bauform. Die Sensoren unterliegen deshalb oftmals Ein- beziehungsweise Ausfuhrbeschränkungen.
Literatur
- Zeitschrift: Automobil-Elektronik, August 2008, Artikel: "Ausfallsichere Inertialsensoren"
- Skript zum Kurs Mikroelektrik und Mikrosystemtechnik, "Mikromechanische Inertialsensoren", September 2004, Sebastian Kain
- Datenblatt der Fraunhofer ENAS, "High Precision Acceleration Sensor", Dipl-Ing. R. Schmiedel
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