El propósito de este documento es proporcionar una justificación de la necesidad de monitorizar la vibración en una IMU y los beneficios de desarrollar una función integrada de monitorización de vibraciones.
¿Por qué monitorizar la vibración en una IMU?
Aquellos con experiencia en el uso de una IMU (Unidad de Medición Inercial Microelectromecánica) en un entorno exigente son conscientes de la necesidad de considerar cuidadosamente las vibraciones y la acústica. Los sensores MEMS se basan en elementos mecánicos que vibran internamente. Esto tiene dos consecuencias principales:
- Degradación del rendimiento bajo vibración: La exposición a las vibraciones puede degradar la precisión de la IMU a través de lo que se conoce como Error de Rectificación de Vibración (VRE) o Coeficiente de Rectificación de Vibración (VRC). Para aplicaciones de alta precisión como la topografía o la navegación a estima, estos errores pueden tener un impacto importante.
- Efectos de resonancia: Dado que el sensor vibra por sí mismo, si las frecuencias de vibración del vehículo coinciden con las frecuencias de resonancia interna del sensor, las lecturas de la IMU pueden verse alteradas.
Estos efectos suelen ser consideraciones clave durante el diseño inicial. Los equipos suelen dedicar un esfuerzo significativo a simulaciones complejas. Estas simulaciones solo predicen parcialmente el comportamiento en el mundo real.
Debe ejecutar costosas campañas de pruebas utilizando equipos de monitorización. Estas pruebas validan las simulaciones. Hemos visto que incluso las simulaciones exhaustivas no pueden replicar completamente las condiciones del mundo real. Algunos clientes han integrado nuestras IMU en entornos más duros de los diseñados. Resisten vibraciones de hasta 30 g RMS y acústica de 150 dB.
Añadir un dispositivo de monitorización externo es una buena práctica de desarrollo. Sin embargo, no es perfecto. Nunca reflejará por completo lo que la IMU experimenta realmente:
- la ubicación de la medición está desalineada
- el cambio de masa/configuración forzado por el dispositivo de monitorización externo alterará el resultado.
Presentación de nuestra función integrada de monitorización de vibraciones
Para abordar esto, hemos integrado una innovadora función de monitorización de vibraciones. Está directamente en nuestras IMU y GNSS/INS. Nuestros sistemas ahora ofrecen análisis de vibraciones en tiempo real. Esto incluye un informe de espectro completo y un informe sintético.
Informe de espectro completo
Una FFT (Transformada Rápida de Fourier) completa muestra la amplitud de las vibraciones en todas las frecuencias. La siguiente imagen corresponde a esta vista de espectro completo. Muestra la intensidad de las vibraciones medida para cada frecuencia a lo largo del tiempo.
Informe simplificado de vibraciones
Un resumen fácil de usar que divide el espectro en cuatro bandas de frecuencia. Para cada banda, el informe proporciona la intensidad general de la vibración (en g RMS), la frecuencia dominante (pico) y su magnitud. La siguiente imagen muestra una captura de pantalla del informe de vibración sintético tal como se visualiza en nuestra herramienta sbgCenter.
Características técnicas
El módulo de monitorización de vibraciones integrado funciona de manera totalmente embebida dentro de la IMU/INS, garantizando un rendimiento en tiempo real sin hardware adicional. Sus especificaciones clave son:
- Ancho de banda: hasta 8 kHz (según el modelo de IMU).
- Rango dinámico: hasta 40 g RMS (según el modelo de IMU).
- Sincronización temporal: los informes de vibración llevan marca de tiempo utilizando el reloj de la IMU para facilitar su análisis.
- Totalmente integrado: todos los cálculos de FFT se realizan a bordo.
- Frecuencia de actualización y resolución: los informes de vibración se generan cada 0,25 s, con una resolución de 4 Hz.
- Configuración de ventana: los usuarios pueden seleccionar entre varios modos de ventana FFT —Flat Top, Hanning o Rectangular— con diversas compensaciones entre amplitud, precisión y pérdida de frecuencia.
Esto le permite realizar un análisis detallado de las vibraciones en la ubicación de la IMU. Los usuarios pueden correlacionar el ruido inercial y el rendimiento de la IMU con la excitación mecánica real. Por ejemplo, los datos FFT en tiempo real ofrecen una métrica adicional. Esto complementa la prueba continua integrada (CBIT) de la IMU. Revela resonancias de montaje o excitaciones armónicas. Estas coinciden con cambios en el ruido del acelerómetro o el sesgo del giróscopo.
Casos de uso de nuestra función integrada de monitorización de vibraciones
La función integrada de monitorización de vibraciones se puede utilizar de muchas maneras, y esperamos que nuestros clientes descubran aún más aplicaciones. Aquí tiene algunos ejemplos:
- Análisis de vibraciones en la fase de diseño: Durante el diseño del vehículo, esta función ayuda a optimizar el montaje de la IMU. Medir las vibraciones directamente en la IMU permite a los ingenieros elegir la mejor ubicación, ajustar los amortiguadores y diseñar protección acústica, sin necesidad de añadir sensores externos pesados o costosos.
- Calificación de la IMU en vibradores: La monitorización de vibraciones se puede utilizar durante la cualificación de una IMU o INS al someterlas a vibraciones (aleatorias o de barrido), lo que permite confirmar que la vibración medida coincide con la vibración inyectada (función de transferencia); y se puede utilizar como herramienta para discriminar si una resonancia está relacionada con el vibrador, la configuración o la IMU.
- Sistemas de UAV y aeroespaciales: la monitorización de vibraciones se puede utilizar para detectar modos de resonancia en aeronaves de rotor o motores de turbina, y validar el aislamiento de la carga útil cuando la IMU está montada en un estabilizador o plataforma estabilizada.
- Vehículos terrestres: Nuestros INS se utilizan a menudo en vehículos terrestres para la georreferenciación (cartografía móvil). La FFT se puede emplear de formas innovadoras en este contexto: los datos de vibración podrían utilizarse para analizar el estado de las carreteras o clasificar tipos de terreno.
- Prueba integrada de misión (BIT): En entornos operacionales rigurosos, las vibraciones excesivas a menudo indican fallos como averías en el motor, problemas de control de ganancia o inestabilidad aerodinámica. El monitor integrado puede detectar estas anomalías en tiempo real, sin necesidad de sensores adicionales.
- Salud Estructural y Análisis Modal: los datos de vibración FFT pueden utilizarse para refinar el análisis modal —detectando cambios en las frecuencias de resonancia que indican fatiga estructural potencial, aflojamiento o degradación del material con el tiempo. Esto transforma la IMU en un sensor de doble propósito: tanto un rastreador de movimiento como un instrumento de monitorización estructural a largo plazo.
Acceso a la función de monitorización de vibraciones
Si su dispositivo es compatible, simplemente actualícese al firmware más reciente. A continuación, habilite los mensajes de monitorización de vibraciones en la configuración de salida. Para procesar los datos:
1 – sbgCenter – visualice los informes de vibración fácilmente.
2 – sbgBasicLogger – exporte los datos en formato ASCII.
3 – Biblioteca sbgECom – analice datos binarios de forma rápida y eficiente.
Manténgase a la espera para recibir documentación adicional y código de ejemplo que le ayudarán a aprovechar al máximo esta función.
Compatibilidad de productos
Esta sección detalla los productos específicos que actualmente admiten la función de supervisión de vibraciones integrada. La compatibilidad depende tanto de la revisión del hardware como de la versión de firmware instalada. A continuación, detallamos los requisitos actuales para garantizar que pueda utilizar esta funcionalidad.
La función de supervisión de vibraciones está disponible actualmente en:
- últimas revisiones de hardware para el Ekinox Micro, Quanta Micro, Quanta Plus y Quanta Extra (INS) — con la versión de firmware 5.5 o superior
- Pulse-80 y Pulse-40 (IMUs) — con la versión de firmware 2.0 o superior
Póngase en contacto con nuestro equipo de asistencia si su producto ejecuta una versión de firmware anterior. Le ofrecerán orientación sobre la compatibilidad y las opciones de actualización. Esta función se integrará en productos adicionales en un futuro próximo.
