IMU – Neigungssensoren

Die IMU Innovation: Bahnbrechende Spitzentechnologie, die sich Ihren Bedürfnissen anpasst – nicht umgekehrt.

Mit der Kombination aus technologischer Höchstleistung und maximaler Flexibilität setzt unsere neue Inertial Measurement Unit (IMU) neue Maßstäbe. Dank eines hochentwickelten, einzigartigen Algorithmus der nächsten Generation lässt sich die Lösung exakt auf die spezifischen Anforderungen Ihrer Applikation maßschneidern. Das Ergebnis: kompromisslose Performance und maßgeschneiderte Präzision zu einem unschlagbaren Preis-Leistungs-Verhältnis.

Unsere Verkaufsargumente

Klassische IMUs geraten bei Bewegung, Vibration und Schocks schnell an ihre Grenzen. Die IMU-Technologie von Contelec ist gezielt für solche Bedingungen entwickelt und liefert auch unter dynamischen Bewegungen stabile und präzise Messwerte. Durch robuste Sensorik und anpassbare Algorithmen lässt sich die Lösung ohne Kompromiss auf konkrete Anwendungen optimieren.

Ingenieurberatung

Zuverlässige Winkel- und Neigungsbestimmung – auch unter dynamischen Bedingungen

Contelec ist seit Jahrzehnten für präzise und robuste Sensorlösungen bekannt. Mit der neuen IMU-Technologie erweitert das Unternehmen sein Portfolio um eine leistungsfähige Lösung für die zuverlässige Erfassung von Winkel- und Neigungsinformationen in dynamischen Anwendungen. Moderne Sensorfusion, robuste MEMS-Technologie und applikationsspezifisch optimierbare Algorithmen ermöglichen stabile Messergebnisse selbst unter anspruchsvollen Betriebsbedingungen.

Herausforderungen für klassische IMU-Systeme

In vielen industriellen Anwendungen wirken starke Beschleunigungen, Vibrationen oder mechanische Schocks auf Sensoren ein. Gleichzeitig befinden sich Maschinen und Anlagen oft dauerhaft in Bewegung. Für klassische IMU-Systeme stellt dies eine erhebliche Herausforderung dar.

Beschleunigungen werden häufig als scheinbare Neigungsänderungen interpretiert, was zu instabilen Winkelwerten führt. Zusätzlich benötigen viele Systeme regelmässige Stillstandsphasen, um den Sensor-Bias neu zu bestimmen. Ohne diese Referenz steigt die Drift kontinuierlich an. Auch Aufwärmzeiten durch integrierte Heizelemente oder empfindliche MEMS-Strukturen können die Einsatzfähigkeit in industriellen Anwendungen einschränken.

Dynamisch kompensierte Neigungs- und Winkelmessung

Die IMU-Technologie der nächsten Generation von Contelec wurde gezielt für solche dynamischen Einsatzbedingungen entwickelt. Ein moderner Algorithmus kompensiert Beschleunigungen und Rotationsbewegungen in Echtzeit. Beschleunigungs- und Rotationsanteile werden modellbasiert bewertet und korrekt gewichtet, sodass auch bei Bewegung stabile und präzise Winkel- und Neigungswerte entstehen.

Ein weiterer Vorteil ist die stabile Sensorfusion auch während permanenter Bewegung. Bias- und Systemparameter werden kontinuierlich stabilisiert, ohne dass Stillstandsphasen notwendig sind. Dadurch eignet sich die IMU besonders für Anwendungen, in denen Maschinen dauerhaft in Betrieb sind.

Robust gegenüber Umwelteinflüssen

Industrielle Anwendungen stellen hohe Anforderungen an Sensoren – sowohl hinsichtlich mechanischer Belastungen als auch bezüglich Temperaturstabilität.

Die IMU von Contelec arbeitet ohne aktive Heizung und ist dank integrierter Temperaturkompensation unmittelbar nach dem Einschalten einsatzbereit. Stabile Messparameter werden über den gesamten spezifizierten Temperaturbereich gewährleistet.

Auch mechanische Belastungen werden zuverlässig beherrscht. Die Signalverarbeitung ist speziell darauf ausgelegt, Vibrationsanteile zu unterdrücken, sodass auch unter starken Vibrationen stabile Winkel- und Neigungswerte entstehen. Gleichzeitig können mechanische Schockereignisse bis zu 15 g aktiv gemessen und verarbeitet werden.

Optimierte Performance für jede Anwendung

Unterschiedliche Anwendungen stellen unterschiedliche Anforderungen an Dynamik, Stabilität und Rauschverhalten. Standardisierte Filtereinstellungen sind deshalb immer ein Kompromiss.

Bei der Contelec-IMU der nächsten Generation können Filterbandbreiten, Gewichtungen und Dynamikmodelle applikationsspezifisch angepasst werden. Dadurch lässt sich die Performance gezielt auf das reale Bewegungsprofil der jeweiligen Anwendung optimieren.

Auch konstruktiv setzt Contelec auf robuste Technologien: Die eingesetzten MEMS-Sensoren verfügen über eine hermetische Wafer-Level-Kapselung und eine optimierte 3D-Strukturgeometrie. Dadurch werden adhäsive Effekte minimiert und sogenannte Stiction-Probleme konstruktiv stark reduziert.

Für die interne Berechnung der Winkel- und Neigungswerte verwendet der Algorithmus robuste mathematische Repräsentationen. Dadurch ist ein Gimbal Lock im internen Rechenmodell ausgeschlossen und eine stabile Berechnung über den gesamten Bewegungsbereich gewährleistet.

 

Ihre Vorteile mit der Contelec-IMU auf einen Blick

  • Verlässliche Neigungswerte während der Fahrt, nicht erst im Stillstand
  • Stabile Signale auch bei Dauervibration
  • Fertige Winkelwerte statt Rohdaten: die Sensorfusion läuft im Sensor; die Anbindung erfolgt über CANopen oder CAN J1939
  • Algorithmen, die wir auf Ihre Maschine und Ihr Bewegungsprofil abstimmen
  • Bauformen ab 40 × 26 × 10 mm

Fragen und Antworten

Liefert die IMU auch einen Gierwinkel (Yaw)?

Die Gierrate (°/s) wird gemessen und ausgegeben. Ein absoluter Gierwinkel ist aus reinen Inertialdaten dagegen physikalisch nicht bestimmbar: Pitch und Roll sind langzeitstabil, weil die Schwerkraft als Referenz wirkt – für die Hochachse fehlt diese Referenz. Aus der Gierrate lässt sich eine relative Winkeländerung über kurze Zeiträume ableiten; für einen absoluten Gierwinkel ist eine externe Winkelreferenz erforderlich. Auf ein Magnetometer verzichten wir bewusst, da es im metallischen und motorisierten Umfeld unzuverlässige Werte liefert.

Diese Referenz liefern wir mit: Winkelsensor und IMU laufen am selben CAN-Bus – wahlweise CANopen oder CAN J1939, und wir integrieren den gemessenen Drehwinkel auf Anfrage kundenspezifisch in die Sensorfusion der IMU. So erhalten Sie Pitch, Roll und Gierwinkel absolut und driftfrei aus einem System.

Was sind die Vorteile der IMUs gegenüber Winkelsensoren?

  • Einfachere Montage
  • Montage an Stellen, bei welchen Winkelsensoren nicht eingesetzt werden können

Kann die IMU in einer beliebigen Lage montiert werden?

Ja, die Montageorientierung kann per Parameter beliebig eingestellt werden.

Welche Schnittstellen gibt es bei unserer IMU?

CANopen, CAN J1939

Warum ist der Pitch-/Roll-Ausgabebereich auf ±70° begrenzt?

Die ±70° sind keine Sensorgrenze, sondern eine definierte Betriebsgrenze für eine robuste Pitch-/Roll-Ausgabe.

Intern wird die Orientierung der IMU als 3D-Rotation berechnet. Die Limitierung entsteht erst bei der Ausgabe als Euler-Winkel, also bei der getrennten Darstellung von Pitch, Roll und Yaw. In der Nähe von ±90° tritt bei Euler-Winkeln eine Singularität auf, der sogenannte Gimbal-Lock-Effekt. Dabei können Roll und Yaw nicht mehr eindeutig voneinander getrennt werden.

Für Anwendungen mit grösseren Neigungsbereichen können alternative Winkeldefinitionen oder applikationsspezifische Auswertungen eingesetzt werden.

Benötigt die Contelec IMU eine Heizung zur Temperaturkompensation?

Nein, die Temperaturkompensation erfolgt ohne zusätzliche Heizung und damit ohne mehrminütige Aufheizphase. Unser IMU ist nach dem Einschalten direkt messbereit.

Haben IMUs ein Stabilitätsproblem bei lang andauernden Bewegungen ohne Stillstandsphasen?

Viele IMU-Algorithmen brauchen Stillstandsphasen, um die Drift zu korrigieren. Unser Algorithmus benötigt keine Stillstandsphasen, um stabil zu sein. 

Beeinflussen Vibrationen den Neigungswinkel?

Vibrationen werden von der IMU erfasst. Durch den internen Algorithmus wird ihr Einfluss auf den ausgegebenen Neigungswinkel jedoch weitgehend reduziert.

Kann die Contelec IMU auch unter dynamischen Bedingungen zuverlässig messen?

Ja. Bewegungseinflüsse werden durch den Algorithmus weitgehend kompensiert. Bei speziellen dynamischen Anforderungen kann der Algorithmus gezielt an die Kundenapplikation angepasst werden.

Kann der Kunde den Algorithmus einstellen?

Der Algorithmus kann von Contelec an die jeweiligen Anwendungen angepasst werden. 

Warum kann eine kleine IMU robuster sein als eine grosse IMU?

  • Höhere Integration
  • Geringere Angriffsfläche

Wie schockempfindlich ist die IMU?

Die Schockempfindlichkeit der IMU hängt von mehreren Faktoren ab, insbesondere von der Schockhöhe, der Schockdauer und der Anzahl der Schockereignisse.

In unseren Tests wurde die IMU mit bis zu 700 Schocks bei 400 g belastet.

Möchten Sie mehr über die Integration unserer IMU-Algorithmen in Ihre Systemarchitektur erfahren?

Unsere Spezialisten unterstützen Sie gerne bei der optimalen Auslegung für Ihre Anwendung.

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