Sensores inerciales MEMS
Los sensores inerciales MEMS miden la aceleración lineal y la velocidad angular mediante estructuras mecánicas microfabricadas grabadas en obleas de silicio. La fabricación de semiconductores garantiza una alta repetibilidad, una excelente escalabilidad y un rendimiento constante de los sensores. En consecuencia, los fabricantes consiguen dimensiones compactas, menores costes de producción y una alta fiabilidad.
Una unidad de medición inercial (IMU) MEMS integra tres acelerómetros ortogonales y tres giroscopios. En conjunto, estos sensores miden el movimiento en seis grados de libertad (6-DoF). Sin embargo, una IMU MEMS IMU no puede estimar la posición ni el rumbo. Por ello, los fabricantes integran GNSS , magnetómetros, odómetros u otros sensores auxiliares. A continuación, los algoritmos de fusión de sensores generan estimaciones fiables de navegación y orientación. Como resultado, el sistema funciona como un sistema de referencia de actitud y rumbo (AHRS) o como un sistema de navegación inercial completo (INS).
Varios parámetros definen el rendimiento de los sensores inerciales MEMS. Entre ellos se incluyen la inestabilidad del sesgo, el «Angle Random Walk» (ARW), el «Velocity Random Walk» (VRW), la precisión del factor de escala, el ancho de banda, el rechazo de vibraciones y la estabilidad térmica. Además, la calibración de fábrica compensa los errores determinísticos de los sensores. Estos errores incluyen la desalineación de los ejes, la no linealidad del factor de escala, la sensibilidad a la aceleración (g) y las variaciones del sesgo dependientes de la temperatura. Posteriormente, los filtros de Kalman extendidos (EKF) integrados fusionan las mediciones inerciales con observaciones externas. Este proceso estima continuamente los errores de los sensores y reduce la deriva inercial. En consecuencia, la solución de navegación mantiene una mayor precisión durante las operaciones dinámicas.
Los avances recientes han mejorado significativamente la tecnología inercial MEMS. Por ejemplo, las arquitecturas de detección de bucle cerrado aumentan la linealidad y reducen la sensibilidad del sesgo. Del mismo modo, la mejora en la fabricación de los MEMS potencia la repetibilidad y la estabilidad a largo plazo. El procesamiento avanzado de señales digitales también mejora el rendimiento frente al ruido y la resistencia a las vibraciones. Como resultado, los sensores MEMS de gama alta alcanzan ahora un rendimiento de nivel táctico. Al mismo tiempo, siguen siendo más pequeños, ligeros y eficientes energéticamente que las tecnologías inerciales tradicionales. Por ello, los ingenieros eligen cada vez más los sensores MEMS para vehículos autónomos, robótica, hidrografía, cartografía móvil, agricultura de precisión y sistemas de navegación de defensa.
