Inertial measurement unit
একটি জড়তা পরিমাপ ইউনিট (আইএমইউ) একটি বৈদ্যুতিন যন্ত্র যা অ্যাক্সিলারোমিটার, জাইরোস্কোপ এবং কখনও কখনও ম্যাগনেটমিটারের সংমিশ্রণ ব্যবহার করে একটি দেহের নির্দিষ্ট বল, কৌণিক হার এবং কখনও কখনও দেহের অভিযোজন পরিমাপ করে এবং রিপোর্ট করে। যখন ম্যাগনেটমিটার অন্তর্ভুক্ত করা হয়, তখন আইএমইউগুলিকে আইএমএমইউ হিসাবে উল্লেখ করা হয়। আইএমইউগুলি সাধারণত মোটরসাইকেল, ক্ষেপণাস্ত্র, বিমান (একটি মনোভাব এবং হেডিং রেফারেন্স সিস্টেম) সহ মানহীন বায়বীয় যানবাহন (ইউএভি) এবং উপগ্রহ এবং ল্যান্ডার সহ মহাকাশযান সহ আধুনিক যানবাহন পরিচালনা করতে ব্যবহৃত হয়। সাম্প্রতিক উন্নয়নগুলি আইএমইউ-সক্ষম জিপিএস ডিভাইসগুলির উৎপাদনের অনুমতি দেয়। একটি আইএমইউ একটি জিপিএস রিসিভারকে কাজ করার অনুমতি দেয় যখন জিপিএস-সংকেতগুলি অনুপলব্ধ থাকে, যেমন সুড়ঙ্গে, ভবনের অভ্যন্তরে বা যখন বৈদ্যুতিন হস্তক্ষেপ উপস্থিত থাকে। কার্যকরী নীতি একটি জড়তা পরিমাপ ইউনিট এক বা একাধিক অ্যাক্সিলারোমিটার এবং ঘূর্ণন হার ব্যবহার করে এক বা একাধিক জাইরোস্কোপ ব্যবহার করে রৈখিক ত্বরণ সনাক্ত করে কাজ করে। কিছুতে একটি ম্যাগনেটমিটারও অন্তর্ভুক্ত থাকে যা সাধারণত শিরোনামের রেফারেন্স হিসাবে ব্যবহৃত হয়। সাধারণ বিন্যাসে তিনটি প্রধান অক্ষের প্রত্যেকটির জন্য প্রতি অক্ষে একটি করে অ্যাক্সিলেরোমিটার, জাইরো এবং ম্যাগনেটমিটার থাকেঃ পিচ, রোল এবং ইয়া। ব্যবহার আইএমইউগুলি প্রায়শই ইনার্শিয়াল নেভিগেশন সিস্টেমে অন্তর্ভুক্ত করা হয় যা একটি বিশ্বব্যাপী রেফারেন্স ফ্রেমের সাথে সম্পর্কিত মনোভাব, কৌণিক হার, রৈখিক বেগ এবং অবস্থান গণনা করতে কাঁচা আইএমইউ পরিমাপ ব্যবহার করে। আইএমইউ সজ্জিত আইএনএস ক্রু বিমান, ক্ষেপণাস্ত্র, জাহাজ, সাবমেরিন এবং উপগ্রহের মতো অনেক বাণিজ্যিক ও সামরিক যানবাহনের নেভিগেশন এবং নিয়ন্ত্রণের মেরুদণ্ড গঠন করে। ইউ. এ. ভি, ইউ. জি. ভি এবং ইউ. ইউ. ভি-র মতো চালকবিহীন ব্যবস্থার নির্দেশনা ও নিয়ন্ত্রণেও আইএমইউগুলি প্রয়োজনীয় উপাদান। মনোভাব এবং হেডিং রেফারেন্স সিস্টেম নামে পরিচিত আই. এন. এস-এর সহজতর সংস্করণগুলি চৌম্বকীয় উত্তরের তুলনায় মাথার সাথে গাড়ির মনোভাব গণনা করতে আই. এম. ইউ ব্যবহার করে। আইএমইউর সেন্সর থেকে সংগৃহীত তথ্য একটি কম্পিউটারকে ডেড রেকনিং নামে পরিচিত একটি পদ্ধতি ব্যবহার করে ক্রাফ্টের অবস্থান ট্র্যাক করার অনুমতি দেয়। স্থল যানবাহনে, একটি আইএমইউকে জিপিএস ভিত্তিক স্বয়ংচালিত নেভিগেশন সিস্টেম বা যানবাহন ট্র্যাকিং সিস্টেমে সংহত করা যেতে পারে, যা সিস্টেমটিকে একটি ডেড রেকনিং ক্ষমতা এবং গাড়ির বর্তমান গতি, টার্ন রেট, হেডিং, ঝোঁক এবং ত্বরণ সম্পর্কে যতটা সম্ভব সঠিক তথ্য সংগ্রহ করার ক্ষমতা দেয়, গাড়ির চাকা গতি সেন্সর আউটপুটের সাথে সংমিশ্রণে এবং যদি পাওয়া যায়, বিপরীত গিয়ার সংকেত, আরও ভাল ট্র্যাফিক সংঘর্ষ বিশ্লেষণের উদ্দেশ্যে। নেভিগেশনাল উদ্দেশ্য ছাড়াও, আইএমইউগুলি অনেক ভোক্তা পণ্যগুলিতে অভিযোজন সেন্সর হিসাবে কাজ করে। প্রায় সব স্মার্টফোন এবং ট্যাবলেটে ওরিয়েন্টেশন সেন্সর হিসাবে আইএমইউ থাকে। ফিটনেস ট্র্যাকার এবং অন্যান্য পরিধানযোগ্যগুলিতে গতি পরিমাপ করার জন্য আইএমইউ অন্তর্ভুক্ত থাকতে পারে, যেমন দৌড়ানো। আইএমইউগুলির দৌড়ের সাথে সম্পর্কিত নির্দিষ্ট পরামিতিগুলির নির্দিষ্টতা এবং সংবেদনশীলতা চিহ্নিত করে চলার সময় ব্যক্তিদের বিকাশের মাত্রা নির্ধারণ করার ক্ষমতাও রয়েছে। নিন্টেন্ডো ওয়াই-এর রিমোট কন্ট্রোলের মতো কিছু গেমিং সিস্টেম গতি পরিমাপ করতে আইএমইউ ব্যবহার করে। কম খরচের আইএমইউগুলি ভোক্তা ড্রোন শিল্পের বিস্তারকে সক্ষম করেছে। এগুলি প্রায়শই ক্রীড়া প্রযুক্তি (কৌশল প্রশিক্ষণ) এবং অ্যানিমেশন অ্যাপ্লিকেশনের জন্যও ব্যবহৃত হয়। এগুলি মোশন ক্যাপচার প্রযুক্তিতে ব্যবহারের জন্য একটি প্রতিযোগিতামূলক প্রযুক্তি। একটি আইএমইউ সেগওয়ে ব্যক্তিগত পরিবহনে ব্যবহৃত ভারসাম্য প্রযুক্তির কেন্দ্রবিন্দুতে রয়েছে। নেভিগেশনে একটি নেভিগেশন সিস্টেমে, আইএমইউ দ্বারা রিপোর্ট করা ডেটা একটি প্রসেসরে দেওয়া হয় যা উচ্চতা, বেগ এবং অবস্থান গণনা করে। স্ট্র্যাপ ডাউন ইনার্শিয়াল সিস্টেম হিসাবে পরিচিত একটি সাধারণ বাস্তবায়ন কৌণিক অবস্থান গণনা করতে জাইরোস্কোপ থেকে কৌণিক হারকে সংহত করে। এটি মনোভাব অনুমান করার জন্য কালমান ফিল্টারে অ্যাক্সিলারোমিটার দ্বারা পরিমাপ করা মাধ্যাকর্ষণ ভেক্টরের সাথে সংযুক্ত করা হয়। মনোভাব অনুমান ত্বরণ পরিমাপকে একটি জড় রেফারেন্স ফ্রেমে রূপান্তর করতে ব্যবহৃত হয় (তাই জড়তা নেভিগেশন শব্দটি) যেখানে সেগুলি একবার রৈখিক বেগ পেতে এবং দুবার রৈখিক অবস্থান পেতে সংহত করা হয়। উদাহরণস্বরূপ, যদি কোনও নির্দিষ্ট দিকের ভেক্টর বরাবর চলাচলকারী বিমানে ইনস্টল করা কোনও আইএমইউ 1 সেকেন্ডের জন্য 5 মিটার/সেকেন্ড হিসাবে একটি সমতলের ত্বরণ পরিমাপ করে, তবে সেই 1 সেকেন্ডের পরে গাইডেন্স কম্পিউটার অনুমান করবে যে বিমানটি অবশ্যই 5 মিটার/সেকেন্ডে ভ্রমণ করছে এবং তার প্রাথমিক অবস্থান থেকে অবশ্যই 2.5 মিটার হতে হবে (v0 = 0 ধরে নেওয়া এবং পরিচিত প্রারম্ভিক অবস্থান স্থানাঙ্ক x0, y0, z0)। যদি একটি যান্ত্রিক কাগজের মানচিত্র বা ডিজিটাল মানচিত্র সংরক্ষণাগারের সাথে মিলিত হয় (যে সিস্টেমগুলির আউটপুট সাধারণত একটি চলমান মানচিত্র প্রদর্শন হিসাবে পরিচিত কারণ গাইডেন্স সিস্টেমের অবস্থানের আউটপুটকে প্রায়শই রেফারেন্স পয়েন্ট হিসাবে নেওয়া হয়, যার ফলে একটি চলমান মানচিত্র তৈরি হয়), গাইডেন্স সিস্টেমটি জিপিএস নেভিগেশন সিস্টেমের মতো একটি নির্দিষ্ট মুহুর্তে একটি পাইলটকে দেখাতে এই পদ্ধতিটি ব্যবহার করতে পারে, তবে উপগ্রহ বা ল্যান্ড রেডিও ট্রান্সপন্ডারগুলির মতো কোনও বাইরের উপাদানগুলির সাথে যোগাযোগ বা যোগাযোগের প্রয়োজন ছাড়াই, যদিও ড্রিফ্ট ত্রুটিগুলি সংশোধন করার জন্য বাহ্যিক উত্সগুলি এখনও ব্যবহৃত হয় এবং যেহেতু জড়তা নেভিগেশন সিস্টেম দ্বারা অনুমোদিত অবস্থান আপডেট ফ্রিকোয়েন্সি মানচিত্রের প্রদর্শনে গাড়ির গতির চেয়ে বেশি হতে পারে মসৃণ হিসাবে অনুভূত হতে পারে। নেভিগেশনের এই পদ্ধতিকে ডেড রেকনিং বলা হয়। বিমানের বাইরে থেকে কোনও ইনপুট ছাড়াই বিমানে চলাচল করতে সহায়তা করার জন্য ইউ. এস. এ. এফ-এর জন্য ফোর্ড ইন্সট্রুমেন্ট কোম্পানি দ্বারা প্রথম দিকের ইউনিটগুলির মধ্যে একটি ডিজাইন এবং নির্মিত হয়েছিল। গ্রাউন্ড-পজিশন ইন্ডিকেটর নামে পরিচিত, একবার পাইলট উড্ডয়নের সময় বিমানের দ্রাঘিমাংশ এবং অক্ষাংশে প্রবেশ করলে, ইউনিটটি পাইলটকে স্থলের সাথে সম্পর্কিত বিমানের দ্রাঘিমাংশ এবং অক্ষাংশ দেখাবে। জিপিএসের মতো অবস্থানগত ট্র্যাকিং সিস্টেমগুলি ক্রমাগত প্রবাহ ত্রুটিগুলি সংশোধন করতে ব্যবহার করা যেতে পারে (কালমান ফিল্টারের একটি প্রয়োগ)। নেভিগেশনের জন্য আইএমইউ ব্যবহার করার একটি প্রধান অসুবিধা হল যে তারা সাধারণত সঞ্চিত ত্রুটিতে ভুগছে। যেহেতু দিকনির্দেশনা ব্যবস্থা ক্রমাগত বেগ এবং অবস্থান গণনা করার জন্য সময়ের সাথে ত্বরণকে সংহত করছে (মৃত গণনা দেখুন), যে কোনও পরিমাপের ত্রুটি, যতই ছোট হোক না কেন, সময়ের সাথে সাথে জমা হয়। এটি 'ড্রিফ্ট'-এর দিকে পরিচালিত করেঃ সিস্টেমটি কোথায় অবস্থিত বলে মনে করে এবং প্রকৃত অবস্থানের মধ্যে একটি ক্রমবর্ধমান পার্থক্য। সংহতকরণের কারণে ত্বরণের একটি ধ্রুবক ত্রুটির ফলে গতিতে রৈখিক ত্রুটি বৃদ্ধি এবং অবস্থানে দ্বিঘাত ত্রুটি বৃদ্ধি ঘটে। মনোভাবের হারে একটি ধ্রুবক ত্রুটির (জাইরো) ফলে গতিতে একটি দ্বিঘাত ত্রুটি বৃদ্ধি এবং অবস্থানে একটি ঘন ত্রুটি বৃদ্ধি হয়। কর্মক্ষমতা প্রয়োগের প্রকারের উপর নির্ভর করে আইএমইউ-এর একটি খুব বিস্তৃত বৈচিত্র্য রয়েছে, যার কর্মক্ষমতা জাইরোস্কোপের জন্য 0.1°/সেকেন্ড থেকে 0.001 °/ঘন্টা অ্যাক্সিলেরোমিটারের জন্য 100 মিলিগ্রাম থেকে 10 মাইক্রোগ্রাম পর্যন্ত। একটি মোটামুটি ধারণা পেতে, এর অর্থ হল, একটি একক, অপরিশোধিত অ্যাক্সিলেরোমিটারের জন্য, সবচেয়ে সস্তা (100 মিলিগ্রামে) প্রায় 10 সেকেন্ডের পরে 50 মিটার নির্ভুলতা দেওয়ার ক্ষমতা হারায়, যখন সেরা অ্যাক্সিলেরোমিটার (10 মাইক্রোগে) প্রায় 17 মিনিটের পরে তার 50 মিটার নির্ভুলতা হারায়। একটি আধুনিক ইনার্শিয়াল পরিমাপ ইউনিটের (আইএমইউ) অভ্যন্তরে ইনার্শিয়াল সেন্সরগুলির নির্ভুলতা একটি ইনার্শিয়াল নেভিগেশন সিস্টেমের (আইএনএস) কার্যকারিতার উপর আরও জটিল প্রভাব ফেলে। জাইরোস্কোপ এবং অ্যাক্সিলেরোমিটার সেন্সরের আচরণ প্রায়শই নিম্নলিখিত ত্রুটিগুলির উপর ভিত্তি করে একটি মডেল দ্বারা প্রতিনিধিত্ব করা হয়, ধরে নেওয়া হয় যে তাদের সঠিক পরিমাপের পরিসীমা এবং ব্যান্ডউইথ রয়েছেঃ অফসেট ত্রুটিঃ এই ত্রুটিটি স্থিতিশীলতা কর্মক্ষমতা (প্রবাহ যখন সেন্সরটি অপরিবর্তনীয় অবস্থায় থাকে) এবং পুনরাবৃত্তিযোগ্যতার মধ্যে বিভক্ত হতে পারে (একই পরিস্থিতিতে দুটি পরিমাপের মধ্যে ত্রুটি মাঝখানে বিভিন্ন অবস্থার দ্বারা পৃথক করা হয়) স্কেল ফ্যাক্টর ত্রুটিঃ পুনরাবৃত্তিযোগ্যতা এবং অরৈখিকতার কারণে প্রথম ক্রম সংবেদনশীলতায় ত্রুটিঃ অসম্পূর্ণ যান্ত্রিক মাউন্টিং ক্রস অক্ষ সংবেদনশীলতার কারণেঃ সেন্সর অক্ষের সাথে একটি অক্ষের অর্থোগোনাল অনুরোধ দ্বারা প্ররোচিত পরজীবী পরিমাপঃ পছন্দসই গতিশীল কর্মক্ষমতা পরিবেশ সংবেদনশীলতার উপর নির্ভরশীলঃ প্রাথমিকভাবে তাপীয় গ্রেডিয়েন্ট এবং ত্বরণের প্রতি সংবেদনশীলতা এই সমস্ত ত্রুটিগুলি প্রতিটি সেন্সরের জন্য নির্দিষ্ট বিভিন্ন শারীরিক ঘটনার উপর নির্ভর করে। লক্ষ্যযুক্ত প্রয়োগগুলির উপর নির্ভর করে এবং সঠিক সেন্সর পছন্দ করতে সক্ষম হওয়ার জন্য, স্বল্প এবং দীর্ঘ উভয় মেয়াদে স্থিতিশীলতা, পুনরাবৃত্তিযোগ্যতা এবং পরিবেশ সংবেদনশীলতা (প্রধানত তাপীয় এবং যান্ত্রিক পরিবেশ) সম্পর্কিত প্রয়োজনীয়তাগুলি বিবেচনা করা খুব গুরুত্বপূর্ণ। অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য লক্ষ্যযুক্ত কর্মক্ষমতা বেশিরভাগ সময় একটি সেন্সরের নিখুঁত কর্মক্ষমতার চেয়ে ভাল। যাইহোক, সেন্সরের কার্যকারিতা সময়ের সাথে সাথে পুনরাবৃত্তিযোগ্য, কমবেশি নির্ভুলতার সাথে, এবং তাই এর কার্যকারিতা বাড়ানোর জন্য মূল্যায়ন এবং ক্ষতিপূরণ করা যেতে পারে। এই রিয়েল-টাইম কর্মক্ষমতা বৃদ্ধি সেন্সর এবং আইএমইউ মডেল উভয়ের উপর ভিত্তি করে। এই মডেলগুলির জন্য জটিলতা তখন প্রয়োজনীয় কর্মক্ষমতা এবং বিবেচিত প্রয়োগের ধরন অনুযায়ী বেছে নেওয়া হবে। এই মডেলটি সংজ্ঞায়িত করার ক্ষমতা সেন্সর এবং আইএমইউ নির্মাতাদের জ্ঞানের অংশ। বহু-অক্ষ টার্নটেবল এবং জলবায়ু চেম্বার ব্যবহার করে একটি নিবেদিত ক্রমাঙ্কন অনুক্রমের মাধ্যমে কারখানাগুলিতে সেন্সর এবং আইএমইউ মডেলগুলি গণনা করা হয়। এগুলি হয় প্রতিটি পৃথক পণ্যের জন্য গণনা করা যেতে পারে অথবা পুরো উৎপাদনের জন্য জেনেরিক হতে পারে। ক্রমাঙ্কন সাধারণত একটি সেন্সরের কাঁচা কর্মক্ষমতা কমপক্ষে দুই দশক উন্নত করবে। অ্যাসেম্বলি হাই পারফরম্যান্স আইএমইউ, বা কঠোর পরিস্থিতিতে কাজ করার জন্য ডিজাইন করা আইএমইউগুলি প্রায়শই শক শোষক দ্বারা স্থগিত করা হয়। এই শক অ্যাবসর্বারগুলির তিনটি প্রভাব আয়ত্ত করার প্রয়োজন হয়ঃ যান্ত্রিক পরিবেশের অনুরোধের কারণে সেন্সরের ত্রুটিগুলি হ্রাস করা সেন্সরগুলিকে রক্ষা করে কারণ তারা সীমিত ব্যান্ডউইথের মধ্যে শক বা কম্পন দ্বারা ক্ষতিগ্রস্ত হতে পারে, যেখানে প্রক্রিয়াকরণ তাদের জন্য ক্ষতিপূরণ করতে সক্ষম হবে। স্থগিত আইএমইউগুলি খুব উচ্চ কার্যকারিতা প্রদান করতে পারে, এমনকি যখন কঠোর পরিবেশে জমা দেওয়া হয়। যাইহোক, এই ধরনের কর্মক্ষমতায় পৌঁছানোর জন্য, তিনটি প্রধান ফলস্বরূপ আচরণের জন্য ক্ষতিপূরণ করা প্রয়োজনঃ কনিংঃ দুটি অর্থোগোনাল ঘূর্ণন স্কালিং দ্বারা প্ররোচিত একটি পরজীবী প্রভাবঃ একটি ঘূর্ণন কেন্দ্রাতিগ ত্বরণ প্রভাবের জন্য একটি ত্বরণ অর্থোগোনাল দ্বারা প্ররোচিত একটি পরজীবী প্রভাব। এই ত্রুটিগুলি হ্রাস করা আইএমইউ ডিজাইনারদের প্রক্রিয়াকরণ ফ্রিকোয়েন্সি বাড়ানোর দিকে ঠেলে দেয়, যা সাম্প্রতিক ডিজিটাল প্রযুক্তি ব্যবহার করে সহজ হয়ে ওঠে। যাইহোক, এই ত্রুটিগুলি বাতিল করতে সক্ষম অ্যালগরিদমগুলি বিকাশের জন্য গভীর জড় জ্ঞান এবং সেন্সর/আইএমইউ ডিজাইনের সাথে দৃঢ় ঘনিষ্ঠতা প্রয়োজন। অন্যদিকে, যদি সাসপেনশন আইএমইউ কর্মক্ষমতা বৃদ্ধি করতে সক্ষম হয়, তবে এটি আকার এবং ভরের উপর একটি পার্শ্ব প্রতিক্রিয়া ফেলে। একটি বেতার আইএমইউ ডাব্লুআইএমইউ নামে পরিচিত। আরও দেখুন রেফারেন্স বিমানের যন্ত্র ইনার্শিয়াল নেভিগেশন নেভিগেশনাল সরঞ্জাম