Stets erfolgreich „auf Achse“:
6-Achsen Motion Tracking Sensor

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Zuverlässige Bewegungssensor-Daten sind von entscheidender Bedeutung für die moderne Automatisierung.

Ob Präzisionslandwirtschaft, Baumaschinen, Drohnen, fahrerlose Transportsysteme, Roboter oder Industriemotoren – Motion Tracking Sensoren überwachen jede Art von Lageveränderungen, die in einer entsprechenden Schaltung ausgewertet werden.

Falsch ausgeführte Bewegungen führen in der Automatisierung zu mehr als nur Muskelkater. Gerade in rauen Umgebungen mit Vibrationen und großen Temperaturschwankungen müssen diese Messungen äußerst genau wie fehlertolerant vorgenommen werden.

Und da kommt jetzt ein Bewegungssensor ins Spiel, der Beschleunigungen wie Winkelgeschwindigkeiten präzise messen kann. Der ICM-42605 von TDK-InvenSense ist ein 6-Achsen Bewegungssensor, der ein 3-Achsen Gyroskop und einen 3-Achsen Beschleunigungssensor in einem kleinen 2,5 x 3 x 0,91 mm (14-pin LGA) Gehäuse kombiniert.

Was hier fliegt und sich bewegt, kommt auch sicher an.

Inertiale Messeinheit (Inertial Measurement Unit – IMU)
Die Bewegungssensoren von TDK erfassen Bewegung und Drehrate eines bewegten Objekts gleichzeitig. Der Hersteller spricht hier von einer inertialen Messeinheit.
Bei Inertialsensoren (oder Trägheitssensoren) ist das Messelement eine Masse, auf die äußere Kräfte eine Geschwindigkeits- oder Richtungsänderung erzeugen. Accelerometer messen AC- und DC-Beschleunigungen entlang dreier orthogonaler Achsen. Gyroscope messen AC- und DC-Winkelgeschwindigkeiten entlang dreier orthogonaler Achsen. Bei den hier erwähnten drei Motion-Sensoren spricht man auch von MEMS-Sensoren. Das sind Bauteile, die ein mikro-elektro-mechanisches System (MEMS) aufweisen. Soweit zur Begriffserklärung.

Die folgenden verschiedenen Kombinationen von Achsen innerhalb der Motion-Sensoren lassen sich bei TDK-InvenSense in einem Chip realisieren:

6 Achsen  Familie von Bewegungssensoren mit 3-Achsen-Gyroskopen und einem 3-Achsen-Beschleunigungsmesser auf einem Chip
7 Achsen  Kombiniert eine 6-Achsen-IMU und einen MEMS-Barometersensor
9 Achsen  Kombination eines 3-Achsen-Gyroskops, eines 3-Achsen-Beschleunigungsmessers und eines 3-Achsen-Kompasses auf einem Chip
3 Achsen  Getrennte 3-Achsen-Gyroskop- und 3-Achsen-Beschleunigungsmesser-Familie von Bauteilen
2 Achsen  Zwei-Achsen-Gyroskope für 2-dimensionale Schnittstellen
1 Achse  Montagespezifisches Ein-Achsen-Gyroskop für die grundlegende Bewegungserkennung

Die vier wichtigsten Parameter der IMU sind:

1. Offset Beschleunigungsmesser- und Gyroskop-Ausgänge unter stabilen Bedingungen (keine Bewegung angewendet). Die Einheit ist dps (Grad pro Sekunde) für das Gyroskop und g für den Beschleunigungssensor.
TCO oder Temperatur-CO-Koeffizient ist die Abweichung des Offsets von der Temperatur. Die Einheit ist dps/C für das Gyroskop und mg/C für den Beschleunigungssensor.
2. Skalen-Endwertbereich
(Full-Scale Range FS)
Dieser Parameter definiert den maximalen Messbereich für die Komponente. Die Einheit ist dps für das Gyroskop und g für den Beschleunigungsaufnehmer.
Der FS des Gyroskops beträgt normalerweise bis zu 2000dps und der FS des Beschleunigungsaufnehmers bis zu 16g. FS ist vom Benutzer aus einem vordefinierten Satz von Werten wählbar. Das Ausgangssignal des Gyroskops und des Beschleunigungssensors wird gesättigt, wenn der physikalische Eingangsimpuls den FS-Wert überschreitet.
3. Empfindlichkeit Die Empfindlichkeit bezieht sich auf die ADC-Auflösung (#_bits) und definiert die Anzahl der Ausgangsänderungen pro Einheit des Eingangs.
Empfindlichkeit = 2*FS / (2^#_bits)
Die Einheit der Empfindlichkeit ist #LSB/dps für das Gyroskop und #LSB/g für den Beschleunigungssensor.
Empfindlichkeit über Temperatur ist die Veränderung der Empfindlichkeit gegenüber der Temperatur. Die Einheit ist % des Nennwerts für Gyroskop und Beschleunigungssensor.
4. Rauschen Das Rauschen ist ein unerwünschtes und nicht unterscheidbares Signal, das dem Sensorausgang überlagert ist. Die Einheit ist RMS, die die Standardabweichung des Rauschens darstellt.
RMS definiert die Sensorauflösung und stellt die kleinste nachweisbare Änderung am Eingang dar.

Die wichtigsten beiden IMU sind die 6-Achsen Sensoren ICM-42605 und ICM42688-P:

ICM-42605 16-bit Accelerometer ±2 g to ±16 g
19-bit Gyroscope ±15,6 dps to ±2000 dps
ICM42688-P 18-bit Accelerometer  ±2 g to ±16 g
19-bit Gyroscope ±15,6 dps to ±2000 dps

Die Applikationen können hierbei sehr vielschichtig ausfallen, wie z. B. Robotik, Drohnen, Medizinanwendungen, Smart Home, Sicherheit-Geräte, Sport, AR-Brillen, Smartphones, Wearables.

 

Für Automotive
TDK MEMS-Sensoren sind gemäß AEC-Q100 auf ihre Zuverlässigkeit geprüft. Auf Anfrage können PPAP- und Qualifikationsdaten zur Verfügung gestellt werden. Sie wurden speziell für den Automobilmarkt entwickelt bzw. qualifiziert und getestet, um hier den besonderen Anforderungen gerecht zu werden. Sie unterstützen das rasante Wachstum an Komfort, Infotainment, Telematik, Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) und anderen technologischen Merkmalen für das Automobil.

Für Industrie
Spezielle Industrievarianten der MEMS-Sensoren eignen sich für Präzisionslandwirtschaft, Baumaschinen, Drohnen, fahrerlose Transportsysteme (AGVs), Roboter und Industriemotoren.
Bewegungssensordaten sind von entscheidender Bedeutung für die Automatisierung, Effizienzsteigerung und Überwachung in diesen Anwendungen. Ideal für präzise Messungen in rauen Umgebungen mit Vibrationen und großen Temperaturschwankungen. TDK bietet hier einzigartige Funktionen wie die fehlertolerante Motion-Sensing-Lösung.

Evaluationboard für den schnellen Start
Zu den verschiedenen MEMS-Motion Sensoren gibt es das passende Evaluierungsboard ab Lager GLYN verfügbar.
Die Plattform, die auf der Microchip G55 MCU basiert, kann zur schnellen Evaluierung und Entwicklung von ICM-42605-basierten Lösungen genutzt werden.  Das DK-42605 verfügt über einen integrierten Debugger, so dass externe Tools zum Programmieren oder Debuggen der G55 MCU nicht erforderlich sind.
Das Entwicklungs-Kit wird mit der notwendigen Software geliefert, einschließlich InvenSense Motion Link, einem GUI-basierten Entwicklungstool und integrierten Bewegungstreibern für das ICM-42605.

Haben Sie weitere Fragen zu Produkt und Evaluationboard?
Dann empfehlen wir Ihnen unseren informativen GLYN-Talk SEN-006 zu diesem Thema.
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