Der 6-Achsen-Bewegungssensor ICM-42605 kombiniert einen 3-Achsen-Gyroskop und einen 3-Achsen-Beschleunigungssensor in einem Gehäuse.

Der 6-Achsen-Bewegungssensor ICM-42605 vereint Gyroskop mit Beschleunigungssensor auf einem Modul und findet unter anderem Verwendung in Drohnen, ADAS-Anwendungen oder Robotern. (Bild: TDK)

Zuverlässige Bewegungssensor-Daten sind von entscheidender Bedeutung für die Automatisierung. Gerade in Umgebungen mit Vibrationen und großen Temperaturschwankungen müssen Messungen präzise sein. Motion Tracking Sensoren überwachen jede Art von Lageveränderungen, die in einer entsprechenden Schaltung ausgewertet werden. Der ICM-42605 von TDK-InvenSense ist ein 6-Achsen-Bewegungssensor, der ein 3-Achsen-Gyroskop und einen 3-Achsen-Beschleunigungssensor in einem 2,5 mm x 3 mm x 0,91 mm (14-pin LGA) Gehäuse kombiniert (Vertrieb durch Glyn). Er erfasst Bewegung und Drehrate eines bewegten Objekts gleichzeitig. Man spricht hier von einer inertialen Messeinheit (IMU). Dabei ist das Messelement eine Masse, auf die äußere Kräfte eine Geschwindigkeits- oder Richtungsänderung erzeugen. Beschleunigungsmesser erfassen AC- und DC-Beschleunigungen und Gyroskope AC- und DC-Winkelgeschwindigkeiten entlang dreier orthogonaler Achsen.

Mögliche Kombinationen von Achsen innerhalb der Motion-Sensoren in einem Chip sind:

  • 6 Achsen: 3-Achsen-Gyroskopen und 3-Achsen-Beschleunigungsmesser
  • 7 Achsen: 6-Achsen-IMU und MEMS-Barometersensor
  • 9 Achsen: 3-Achsen-Gyroskop, 3-Achsen-Beschleunigungsmesser und 3-Achsen-Kompasse
  • 3 Achsen: Getrennte 3-Achsen-Gyroskop- und 3-Achsen-Beschleunigungsmesser
  • 2 Achsen: Zwei-Achsen-Gyroskope für 2-dimensionale Schnittstellen
  • 1 Achse: Montagespezifisches Ein-Achsen-Gyroskop

Bei den IMU beschreibt der Offset die Beschleunigungsmesser- und Gyroskop-Ausgänge unter stabilen Bedingungen. Der Temperatur-CO-Koeffizient (TCO) ist die Abweichung des Offsets von der Temperatur. Der Skalen-Endwertbereich (Full-Scale-Range FS) definiert den maximalen Messbereich für die. Er ist wählbar und beträgt normalerweise bis zu 2000 dps für den Gyroskop und bis zu 16 g für den Beschleunigungssensor. Das Ausgangssignal wird gesättigt, wenn der physikalische Eingangsimpuls den FS-Wert überschreitet. Die Empfindlichkeit bezieht sich auf die ADC-Auflösung (#_bits) und definiert die Anzahl der Ausgangsänderungen pro Einheit des Eingangs. Hierbei gilt: Empfindlichkeit=2×FS / (2^#_bits). Die Veränderung der Empfindlichkeit gegenüber der Temperatur wird in % des Nennwetrs angegeben.

Die entsprechenden Einheiten sind in Tabelle 1 aufgelistet. Das Rauschen ist ein unerwünschtes und nicht unterscheidbares Signal, das dem Sensorausgang überlagert ist und wird in RMS angegeben. Die wichtigsten IMU sind die 6-Achsen Sensoren ICM-42605 (16-bit Accelerometer ±2 g – ±16 g; 19-bit Gyroscope ±15,6 dps – ±2000 dps) und ICM42688-P (18-bit Accelerometer ±2 g – ±16 g; 19-bit Gyroscope ±15,6 dps – ±2000 dps). TDK MEMS-Sensoren sind gemäß AEC-Q100 auf ihre Zuverlässigkeit geprüft und werden z. B. im Automobilmarkt, in Drohnen, fahrerlosen Transportsystemen (AGVs), Robotern und Industriemotoren eingestzt. Zu den verschiedenen MEMS-Sensoren gibt es passende Evaluierungsboards. Die Plattform, die auf der Microchip G55 MCU basiert, kann zur 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-4260.

Tabelle 1: Einheiten für Gyroskop und Beschelunigungsmesser
Tabelle 1: Einheiten für Gyroskop und Beschelunigungsmesser

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