Układ akwizycji i archiwizacji parametrów ruchu układów mobilnych : przegląd czujników pomiarowych

• Autorzy: Grabiński Jakub , Waluś Konrad J.

Identyfikatory

DOI

10.24136/atest.2019.042

Warianty tytułu

EN

The system of acquisition and archiving of motion parameters of mobile systems : an overview of measuring sensors

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W ramach pracy przedstawiono układ pomiarowy umożliwiający zbieranie oraz zapis parametrów ruchu pojazdu. Do budowy układu, wykorzystano moduł nawigacji inercyjnej składający się z trójosiowych akcelerometrów oraz żyroskopów wykonanych w technologii MEMS. Wykonano badania oraz opracowano metody obliczeniowe pozwalające na odniesienie zebranych danych, do punktu w przestrzeni trójwymiarowej, w celu wyznaczenia trajektorii ruchu pojazdu. Zbudowany układ pomiarowy wykorzystuje trzy rodzaje czujników: akcelerometr, żyroskop, magnetometr. Każdy z tych czujników pozwala na pomiar wielkości fizycznej, w trzech prostopadłych osiach kartezjańskiego układu współrzędnych. Dodatkowo w pracy wykorzystano moduł nawigacji satelitarnej (GPS), jako odniesienie w skali „makro” (układ współrzędnych związany ze środkiem kuli ziemskiej o promieniu wynoszącym ok. 6371 km) dla modułu nawigacji inercyjnej (INS/IMU), umożliwiającej dokładny pomiar w skali „mikro” (układ współrzędnych związany z punktem początkowym ruchu dla trasy, której długość nie przekracza kilkuset metrów). W artykule przedstawiono przegląd dostępnych czujników pomiarowych ze szczególnym uwzględnieniem parametrów wybranych sensorów oraz błędów wprowadzanych do układu pomiarowego.

EN

As part of the work, a measuring system is presented that allows collecting and recording vehicle motion parameters. To build the system, an inertial navigation module was used, consisting of two-axis accelerometers and gyroscopes made in MEMS technology. The tests were carried out and calculation methods were developed to allow the collected data to be referenced, to a point in the three-dimensional space, in order to determine the trajectory of the vehicle's movement. The built-in measuring system uses three types of sensors: accelerometer, gyroscope, magnetometer. Each of these sensors allows the measurement of the physical size in three orthogonal axes of the Cartesian coordinate system. In addition, the work uses a satellite navigation module (GPS), as a reference on the "macro" scale (coordinate system related to the center of the globe with a radius of about 6371 km) for the inertial updating module (INS / IMU), enabling accurate measurement in the "micro" scale (the coordinate system associated with the starting point of the traffic for the route, the length of which does not exceed several hundred meters). The article presents an overview of available measuring sensors with special consideration of the parameters of selected sensors and errors introduced into the measurement system.

Słowa kluczowe

PL

akcelerometr; żyroskop; magnetometr; układ pomiarowy

EN

accelerometer; gyroscope; magnetometer; measuring system

• Wydawca: Instytut Naukowo-Wydawniczy "SPATIUM". sp. z o.o.
• Czasopismo: Autobusy : technika, eksploatacja, systemy transportowe
• Rocznik: 2019
• Tom: R. 20, nr 1-2
• Strony: 234--240
• Opis fizyczny: Bibliogr. 37 poz., rys., schem., tab.

Twórcy

autor

Grabiński Jakub

• absolwent Politechniki Poznańskiej

autor

Waluś Konrad J.

• Politechnika Poznańska, Wydział Inżynierii Transportu, Katedra Podstaw Konstrukcji Maszyn, ul. Piotrowo 3, 60-965 Poznań

Bibliografia

• 1. Borenstein J., Ojeda L., Kwanmuang S., Heuristic Reduction of Gyro Drift, JoN, Michigan, 2009
• 2. Du J., Examensarbetet i utveckling och undersökning av algoritmer för MEMS-gyron, 30hp, avancerad nivå, BTH, 2012
• 3. Du J., Gerdtman C., Linden M., Signal Processing Algorithms for Position Measurement with MEMS-Based Accelerometer, 16th Nordic Baltic Conference on Biomedical Engineering, Gothenburg, 2014
• 4. Freitas P., Magnetoresistive Sensors, Journal of Physics: Condens. Matter 19 (2007) str. 1-21
• 5. Gucma M., Podstawy Morskiej Nawigacji Inercyjnej, Wyd. AM, Szczecin, 2006
• 6. Grygiel R., Bieda R., Wojciechowski K., Metody wyznaczania kątów z żyroskopów dla filtru komplementarnego na potrzeby określania orientacji IMU, Przegląd Elektrotechniczny, R. 90 Nr 9/2014, str. 217-224
• 7. Hauser H., Stragl G., Magnetoresistive Sensors, Preparation, Properties and Applications of Thin Ferromagnetic Films, 2007, str. 15-27
• 8. Janota A., Šimák V., Improving the Precision and Speed of Euler Angles Computation from Low-Cost Rotation Sensor Data, Sensors, 2015, 15, 7016-7039
• 9. Kędziora K., Krzemień P., Wach W., Problematyka Interpretacji Danych z Wybranych Urządzeń Rejestrujących Parametry Ruchu Pojazdów, Kraków, 2012
• 10. Kędziora K., Lewandowski A., Waluś K. J., 3-Axis Acceleration Sensor Model In Application To Dynamic Vehicle Movement Measurement, Kraków-Poznań
• 11. Kędziora K., Lewandowski A., Waluś J. K., Wykorzystanie czujników przyśpieszenia do wyznaczania parametrów krzywoliniowych ruchu pojazdu, Kraków-Poznań, 2007-2010
• 12. Kittel C., Mechanika, PWN, Warszawa, 1973 str. 265-286
• 13. Kruszewski P., Nawigacja Satelitarna w Praktyce, KaBe, Krosno, 2016
• 14. Ligas M., Układy współrzędnych na kuli, Materiały dydaktyczne – Geodezja geometryczna
• 15. Matzner F., Tracking of 3D Movement, praca magisterska, Uniwersytet Praski, Praga, 2014
• 16. Merkisz J., Pokładowe urządzenia rejestrujące w samochodach, Wyd. PP, Poznań, 2007
• 17. Mohamed A. A., Creating Real-Time operation System Based on xPC Target Kernel, IJRTE, Vol. 2, 2013, str. 143
• 18. Narkiewicz J., GPS Globalny System Pozycyjny, WKŁ, Warszawa, 2003
• 19. Narkiewicz J., Podstawy układów nawigacyjnych, WKŁ, Warszawa, 1999
• 20. Nasiri S., A Critical Review of MEMS Gyroscopes Technology and Commercialization Status, InvenSense
• 21. Nota katalogowa ADXL345 Digital Accelerometer firmy Analog Devices
• 22. Nota katalogowa BMC 150 6-axis eCompass firmy Bosch
• 23. Nota katalogowa BMG 160 Digital, triaxial gyroscope sensor firmy Bosch
• 24. Nota katalogowa LIS3MDL Digital output magnetic sensor firmy ST
• 25. Nota katalogowa LSM303DLHC Ultra compact high-performance eCompass module firmy ST
• 26. Nota katalogowa L3GD20 3-axis Digital output gyroscope firmy ST
• 27. Nota katalogowa MPU-6000 and MPU-6050 Product Specification Revision 3.4 firmy InvenSense
• 28. Pomiary, praca zbiorowa pod red. J. Piotrowskiego, WNT, Warszawa, 2009
• 29. PN-91 S-02030, Pojazdy samochodowe, przyczepy i naczepy. Trójwymiarowy układ odniesienia i punkty bazowe. Nazwy i określenia.
• 30. Wagli A., Skaloud J., Turning Point. Trajectory Analysis for Skiers, InsideGNSS, Spring 2007, str. 24-34
• 31. Waluś K. J., Analiza sygnałów dyskretnych w procesie modelowania ruchu pojazdów samochodowych, Rozprawa Doktorska, Poznań, 2009
• 32. Wetzstein G., Inertial Measurement Units I, EE 267 Virtual Reality Lecture 9, Stanford
• 33. Wnuk M., Filtracja Komplementarna w inercyjnych czujnikach orientacji, Politechnika Wrocławska, Wrocław, 2014
• 34. Woodman J. O., An Introduction to Inertial Navigation, UoC, Cambridge, 2007
• 35. Zakrzewski J., Kampik, M., Sensory i Przetworniki Pomiarowe, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice, 2013
• 36. Zhi R., A Drift Eliminated Attitude & Position Estimation Algorithm In 3D, Graduate College Dissertations and Thesis, 2016
• 37. http://www.te.com/usa-en/industries/sensor-solutions/insights/intro-into-mr-sensor-applications.html

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).