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 de monitorización de vibración incorporada.
¿Por qué monitorizar la vibración en una IMU?
Aquellos con experiencia en el uso de una IMU (Unidad de Medición Inercial Micro-Electro-Mecánica) en un entorno hostil son conscientes de la necesidad de una cuidadosa consideración de 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 la vibración 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 gran impacto.
- Efectos de resonancia: Dado que el propio sensor vibra, si las frecuencias de vibración del vehículo coinciden con las frecuencias de resonancia internas del sensor, las lecturas de la IMU pueden verse perturbadas.
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 prueba utilizando equipos de monitoreo. 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 IMUs en entornos más duros de lo diseñado. Soportan hasta 30 g de vibraciones RMS y 150 dB de acústica.
Añadir un dispositivo de monitoreo externo es una buena práctica de desarrollo. Sin embargo, no es perfecto. Nunca reflejará completamente la experiencia real de la IMU:
- la ubicación de la medición está desplazada
- el cambio de masa/configuración forzado por el dispositivo de monitorización externo cambiará el resultado.
Presentamos nuestra función integrada de monitorización de vibraciones
Para solucionar esto, hemos integrado una innovadora función de monitorización de vibraciones. Está directamente en nuestras IMU y GNSS/INS. Nuestros sistemas ahora proporcionan 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 la vibración en todas las frecuencias. La siguiente imagen corresponde a esta vista de espectro completo. Muestra la intensidad de las vibraciones medidas para cada frecuencia a lo largo del tiempo.
Informe de vibración simplificado
Un resumen fácil de usar que divide el espectro en cuatro bandas de frecuencia. Para cada banda, el informe proporciona la intensidad de vibración general (en g RMS), la frecuencia dominante (pico) y su magnitud. La siguiente imagen muestra una captura de pantalla del informe de vibración sintética tal como se muestra en nuestra herramienta sbgCenter.
Características técnicas
El módulo de monitorización de vibraciones incorporado funciona totalmente integrado en la IMU/INS, lo que garantiza un rendimiento en tiempo real sin necesidad de hardware adicional. Sus principales especificaciones son:
- Ancho de banda: hasta 8 kHz (dependiendo del modelo de IMU).
- Rango dinámico: hasta 40 g RMS (dependiendo del modelo de IMU).
- Sincronización horaria: los informes de vibración se marcan con la hora utilizando el reloj de la IMU para facilitar el análisis.
- Totalmente integrado: todos los cálculos FFT se realizan a bordo.
- Tasa de actualización y resolución: los informes de vibración se generan cada 0,25 s, con una resolución de 4 Hz.
- Configuración de la ventana: los usuarios pueden seleccionar entre múltiples modos de ventana FFT: Flat Top, Hanning o Rectangular con una variedad de compensaciones entre amplitud, precisión y fuga de frecuencia.
Esto le permite realizar un análisis de vibraciones detallado 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 los cambios en el ruido del acelerómetro o la deriva del giroscopio.
Casos de uso de nuestra función integrada de monitorización de vibraciones
La función de monitorización de vibraciones incorporada puede utilizarse de muchas maneras, y esperamos que nuestros clientes encuentren aún más. Aquí hay algunos ejemplos:
- Análisis de vibraciones en la fase de diseño: Durante el diseño del vehículo, la función ayuda a optimizar el montaje de la IMU. La medición de las vibraciones directamente en la IMU permite a los ingenieros elegir la mejor ubicación, ajustar los amortiguadores y diseñar la protección acústica, sin necesidad de añadir sensores externos pesados o caros.
- Calificación de la IMU en agitadores: La monitorización de vibraciones puede utilizarse durante la calificación de una IMU o INS cuando se someten a vibraciones (aleatorias o de barrido), lo que permite confirmar que la vibración medida coincide con la vibración inyectada (función de transferencia); y puede utilizarse como herramienta para discriminar si una resonancia está ligada al agitador, a la configuración o a la IMU.
- Sistemas UAV y aeroespaciales: la monitorización de vibraciones puede utilizarse para detectar modos de resonancia para rotores o motores de turbina y validar el aislamiento de la carga útil cuando la IMU está montada en un cardán o plataforma estabilizada.
- Vehículos terrestres: Nuestros INS se utilizan a menudo en vehículos terrestres para la georreferenciación (Mobile Mapping). La FFT puede utilizarse de forma innovadora en este contexto: los datos de vibración podrían utilizarse para analizar el estado de las carreteras o clasificar los tipos de terreno.
- Prueba integrada relacionada con la misión (BIT): En entornos operativos hostiles, la vibración excesiva a menudo indica fallos como fallo del motor, problemas de control de ganancia o inestabilidad aerodinámica. El monitor incorporado 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.
Acceder a la función de monitorización de vibraciones
Si su dispositivo es compatible, simplemente actualice al firmware más reciente. A continuación, active 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 – sbgECom library – analice los datos binarios de forma rápida y eficiente.
Estén atentos a la documentación adicional y al código de muestra para ayudarle a aprovechar al máximo esta función.
Compatibilidad del producto
En esta sección se detallan los productos específicos que actualmente admiten la función de monitorización de vibraciones integrada. La compatibilidad depende tanto de la revisión del hardware como de la versión del firmware instalado. A continuación, hemos resumido los requisitos actuales para garantizar que pueda utilizar esta funcionalidad.
La función de monitorización de vibraciones está disponible actualmente en:
- Últimas revisiones de hardware para Ekinox Micro, Quanta Micro, Quanta Plus y Quanta Extra (INS) — con la versión de firmware 5.5 o superior
- Pulse-80 y Pulse-40 (IMU) — con la versión de firmware 2.0 o superior
Póngase en contacto con nuestro equipo de soporte si su producto ejecuta una versión de firmware anterior. Ellos le ofrecerán orientación sobre la compatibilidad y las opciones de actualización. Esta función se integrará en productos adicionales en un futuro próximo.
