Sensores inerciais MEMS
Os sensores inerciais MEMS medem a aceleração linear e a taxa angular por meio de estruturas mecânicas microfabricadas gravadas em pastilhas de silício. A fabricação de semicondutores garante alta repetibilidade, excelente escalabilidade e desempenho consistente dos sensores. Consequentemente, os fabricantes conseguem dimensões compactas, custos de produção mais baixos e alta confiabilidade.
Uma Unidade de Medição Inercial (IMU) MEMS integra três acelerômetros ortogonais e três giroscópios. Juntos, esses sensores medem o movimento em seis graus de liberdade (6-DoF). No entanto, uma IMU MEMS IMU não consegue estimar a posição ou o rumo. Portanto, os fabricantes integram GNSS , magnetômetros, odômetros ou outros sensores auxiliares. Algoritmos de fusão de sensores geram, então, estimativas confiáveis de navegação e orientação. Como resultado, o sistema opera como um Sistema de Referência de Atitude e Rumo (AHRS) ou um Sistema de Navegação Inercial (INS).
Vários parâmetros definem o desempenho dos sensores inerciais MEMS. Entre eles estão a instabilidade de polarização, o desvio aleatório angular (ARW), o desvio aleatório de velocidade (VRW), a precisão do fator de escala, a largura de banda, a rejeição de vibrações e a estabilidade térmica. Além disso, a calibração de fábrica compensa erros determinísticos dos sensores. Esses erros incluem desalinhamento dos eixos, não linearidade do fator de escala, sensibilidade ao g e variações de polarização dependentes da temperatura. Posteriormente, os Filtros de Kalman Estendidos (EKF) incorporados fundem as medições inerciais com observações externas. Esse processo estima continuamente os erros dos sensores e reduz o desvio inercial. Consequentemente, a solução de navegação mantém maior precisão durante operações dinâmicas.
Avanços recentes melhoraram significativamente a tecnologia inercial MEMS. Por exemplo, arquiteturas de sensoriamento em malha fechada aumentam a linearidade e reduzem a sensibilidade do desvio. Da mesma forma, o aprimoramento da fabricação de MEMS aumenta a repetibilidade e a estabilidade a longo prazo. O processamento avançado de sinais digitais também melhora o desempenho em relação ao ruído e a robustez contra vibrações. Como resultado, os sensores MEMS de ponta alcançam agora desempenho de nível tático. Ao mesmo tempo, eles continuam sendo menores, mais leves e mais eficientes em termos de consumo de energia do que as tecnologias inerciais tradicionais. Portanto, os engenheiros optam cada vez mais por sensores MEMS para veículos autônomos, robótica, hidrografia, mapeamento móvel, agricultura de precisão e sistemas de navegação de defesa.
