Funktionsweise von Beschleunigungssensoren

TL;DR Grundsätzlich nein, für die meisten Situationen.

Da die Beschleunigung die Ableitung der Geschwindigkeit ist, sollte die Integration der Ausgabe eines Beschleunigungsmessers die Geschwindigkeit ergeben, jedoch gibt es mehrere Fehler in dieser Salbe (sic).

Erstens, wenn Sie sich an Ihren Kalkül erinnern, hinterlässt die Integration eine willkürliche Konstante, sodass Sie die Anfangsgeschwindigkeit kennen müssen, um eine neue Geschwindigkeit zu bestimmen. Anders ausgedrückt, ein Objekt, das sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, hat keine Beschleunigung.

Zweitens weisen die in typischen Consumer-Beschleunigungsmessern verwendeten MEMS-Beschleunigungsmesser viel Offset und Drift auf. Der Versatz wird ebenfalls integriert und nimmt daher im Laufe der Zeit tendenziell ohne Begrenzung zu. Andere Fehler wie Hysterese- und Skalenfehler wirken sich ebenfalls auf die Berechnungsergebnisse aus.

Drittens reagiert der Beschleunigungsmesser auf die Schwerkraft von 1 g. Aus Sicht des Beschleunigungsmessers scheint ein auf dem Tisch sitzender Beschleunigungsmesser Edit: UPward mit etwa 10 m / s ^ 2 zu beschleunigen. Selbst wenn Sie versuchen, diese Achse zu ignorieren, kann sich g in die anderen Achsen einschleichen. Ein Objekt im freien Fall scheint keine Beschleunigung zu haben - egal ob es auf den Boden, in die Umlaufbahn oder irgendwo im Weltraum fällt. Für normale Anwendungen bedeutet dies, dass die Ausrichtung des Beschleunigungsmessers mit hoher Genauigkeit bekannt sein muss – ein Fehler von nur einem Grad oder zwei verursacht einen großen Fehler in der Geschwindigkeitsschätzung in Sekunden.

Daher ist ein kostengünstiger Beschleunigungsmesser nur in einer sehr begrenzten Teilmenge von Geschwindigkeitsschätzungsanwendungen nützlich – „Koppelnavigation“ ist bei kostengünstigen Beschleunigungsmessern nicht sehr nützlich. Wenn das Beschleunigungsmessersignal jedoch irgendwie mit einer Art genauer, aber langsamer Positionsmessung (z. B. GNSS wie GPS oder GLONASS) kombiniert werden könnte, könnten Sie eine schnell reagierende Schätzung der Geschwindigkeit erhalten, die nicht driftet. Dies kann mit einem Algorithmus erfolgen, der die Fehler der beiden Messungen berücksichtigt und entsprechend gewichtet (typischerweise mit einem Kalman-Filter).

Es ist möglich, sehr genaue Beschleunigungsmesser in Kombination mit genauen und sehr teuren Kreiseln zu verwenden, um Geschwindigkeit und Position ziemlich gut für relativ kurze Zeiträume zu bestimmen. Dies ist nützlich, wenn Sie etwas sehr schnell (Minuten) an die Leute auf einem entfernten Teil der Erde liefern wollten, sagen wir ein wichtiges "Paket", und sich nicht auf eine absolute Positionsmessung verlassen konnten (sagen wir das Betrachten eines hellen Stern oder GNSS) für die gesamte Reise (wahrscheinlich kennen Sie die Ausgangsposition). Die Kombination aus Beschleunigungsmessern und Kreiseln wird als IMU (Inertial Measurement Unit) bezeichnet. In Kombination mit GNSS werden sie so etwas wie GNSS-unterstützte Trägheitsnavigationssysteme genannt).

Es hängt davon ab, ob. Was Sie tun möchten, ist eine sogenannte Koppelnavigation, bei der Sie die Geschwindigkeit durch Integration der Beschleunigung berechnen. Das Problem dabei ist, dass Sie auch Fehler und Rauschen integrieren, sodass Ihre berechnete Geschwindigkeit mit der Zeit immer ungenauer wird. Leider schneiden alle preiswerten kommerziellen Beschleunigungsmesser, die Sie kaufen können, in diesem Bereich sehr schlecht ab.

Ich habe jedoch (abhängig von Ihren Anforderungen) eine angemessene Leistung bei der Integration eines kostengünstigen Sensors gesehen, der auf dem Beifahrersitz eines Fahrzeugs sitzt. Bei kurzen Läufen (< 500 m) gab es sicherlich einen vernünftigen Hinweis auf die Geschwindigkeit. Hat man nach dieser Zeit aber nichts, um dem System einen absoluten Bezug zu ermöglichen, werden die Ergebnisse schnell unbrauchbar.

Die Beschleunigung ist die Ableitung der Geschwindigkeit, sodass Sie die Beschleunigung Ihres Beschleunigungsmessers über die Zeit integrieren können, um Ihre aktuelle Geschwindigkeit zu erhalten, wenn Sie die Geschwindigkeit zu einem bestimmten Zeitpunkt kennen, z. B. wenn Sie beim Start still stehen müssen (v = 0). Messung.

Dies wird jedoch sehr ungenau, da Sie auch alle Fehler Ihres Beschleunigungsmessers integrieren.