Sensores inerciais MEMS
Os sensores inerciais MEMS medem aceleração linear e taxa angular usando estruturas mecânicas microfabricadas gravadas em wafers de silício. A fabricação de semicondutores garante alta repetitividade, excelente escalabilidade e desempenho consistente do sensor. Consequentemente, os fabricantes alcançam 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 sozinha não consegue estimar posição ou rumo. Portanto, os fabricantes integram receptores GNSS, magnetômetros, odômetros ou outros sensores de auxílio. Os 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 Rum (AHRS) ou um Sistema de Navegação Inercial (INS) completo.
Vários parâmetros definem o desempenho do sensor inercial MEMS. Estes incluem instabilidade de viés, Caminhamento Aleatório Angular (ARW), Caminhamento Aleatório de Velocidade (VRW), precisão do fator de escala, largura de banda, rejeição de vibração e estabilidade térmica. Outrossim, a calibração de fábrica compensa erros determinísticos do sensor. Esses erros incluem desalinhamento de eixos, não linearidade do fator de escala, sensibilidade à aceleração (g-sensitivity) e variações de viés dependentes da temperatura. Posteriormente, os Filtros Extended Kalman (EKF) embutidos fazem a fusão das medições inerciais com observações externas. Esse processo estima continuamente os erros do sensor e reduz a deriva inercial. Consequentemente, a solução de navegação mantém maior precisão durante operações dinâmicas.
Avanços recentes melhoraram significativamente a tecnologia inercial MEMS. Por exemplo, arquiteturas de detecção em malha fechada aumentam a linearidade e reduzem a sensibilidade ao viés. Da mesma forma, a fabricação MEMS aprimorada melhora a repetitividade e a estabilidade a longo prazo. O processamento avançado de sinais digitais também aprimora o desempenho de ruído e a robustez a vibrações. Como resultado, os sensores MEMS de ponta agora alcançam desempenho de classe tática. Enquanto isso, eles permanecem menores, mais leves e mais eficientes energeticamente do que as tecnologias inerciais tradicionais. Portanto, os engenheiros selecionam cada vez mais sensores MEMS para veículos autônomos, robótica, hidrografia, mapeamento móvel, agricultura de precisão e sistemas de navegação de defesa.
