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 gran repetibilidad, una excelente escalabilidad y un rendimiento constante de los sensores. En consecuencia, los fabricantes logran dimensiones compactas, menores costes de producción y una alta fiabilidad.
Una unidad de medida inercial (IMU) MEMS integra tres acelerómetros ortogonales y tres giróscopos. Juntos, estos sensores miden el movimiento en seis grados de libertad (6-DoF). Sin embargo, una IMU MEMS por sí sola no puede estimar la posición o el rumbo. Por lo tanto, los fabricantes integran receptores GNSS, magnetómetros, odómetros u otros sensores de ayuda. Los algoritmos de fusión de sensores generan entonces 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 (INS) completo.
Varios parámetros definen el rendimiento de los sensores inerciales MEMS. Estos incluyen la inestabilidad del sesgo, el ruido angular de paseo (ARW), el ruido de velocidad de paseo (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 deterministas de los sensores. Estos errores incluyen la desalineación de los ejes, la no linealidad del factor de escala, la sensibilidad a la aceleración (g-sensitivity) y las variaciones de sesgo dependientes de la temperatura. Posteriormente, los filtros Kalman extendidos (EKF) integrados fusionan las mediciones inerciales con las 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 lazo cerrado aumentan la linealidad y reducen la sensibilidad al sesgo. Del mismo modo, la mejora en la fabricación de MEMS potencia la repetibilidad y la estabilidad a largo plazo. El procesamiento digital de señales avanzado también mejora el rendimiento frente al ruido y la robustez ante las vibraciones. Como resultado, los sensores MEMS de alta gama alcanzan ahora un rendimiento de grado táctico. Al mismo tiempo, siguen siendo más pequeños, ligeros y eficientes energéticamente que las tecnologías inerciales tradicionales. Por ello, los ingenieros seleccionan cada vez más los sensores MEMS para vehículos autónomos, robótica, hidrografía, mapeo móvil, agricultura de precisión y sistemas de navegación de defensa.
