Capteurs inertiels MEMS
Les capteurs inertiels MEMS mesurent l'accélération linéaire et la vitesse angulaire à l'aide de structures mécaniques microfabriquées gravées sur des plaques de silicium. La fabrication des semi-conducteurs garantit une répétabilité élevée, une excellente évolutivité et des performances de capteur constantes. Par conséquent, les fabricants obtiennent des dimensions compactes, des coûts de production réduits et une grande fiabilité.
Une Unité de Mesure Inertielle (IMU) MEMS intègre trois accéléromètres orthogonaux et trois gyroscopes. Ensemble, ces capteurs mesurent le mouvement sur six degrés de liberté (6-DoF). Cependant, une IMU MEMS seule ne peut pas estimer la position ou le cap. Par conséquent, les fabricants intègrent des récepteurs GNSS, des magnétomètres, des odomètres ou d'autres capteurs d'aide. Des algorithmes de fusion de capteurs génèrent ensuite des estimations fiables de navigation et d'orientation. En conséquence, le système fonctionne comme une Centrale d'Attitude et de Cap (AHRS) ou comme un Système de Navigation Inertielle (INS) complet.
Plusieurs paramètres définissent les performances des capteurs inertiels MEMS. Ceux-ci incluent l'instabilité de biais, la marche aléatoire de l'angle (ARW), la marche aléatoire de la vitesse (VRW), la précision du facteur d'échelle, la largeur de bande, la réjection des vibrations et la stabilité thermique. De plus, l'étalonnage en usine compense les erreurs de capteur déterministes. Ces erreurs comprennent le désalignement des axes, la non-linéarité du facteur d'échelle, la sensibilité à l'accélération (g-sensibilité) et les variations de biais dépendant de la température. Ensuite, des filtres de Kalman étendu (EKF) intégrés fusionnent les mesures inertielles avec des observations externes. Ce processus estime en continu les erreurs des capteurs et réduit la dérive inertielle. Par conséquent, la solution de navigation maintient une plus grande précision lors des opérations dynamiques.
Les progrès récents ont considérablement amélioré la technologie inertielle MEMS. Par exemple, les architectures de détection en boucle fermée augmentent la linéarité et réduisent la sensibilité au biais. De même, une fabrication MEMS améliorée renforce la répétabilité et la stabilité à long terme. Le traitement numérique avancé du signal améliore également les performances de bruit et la robustesse aux vibrations. Par conséquent, les capteurs MEMS haut de gamme atteignent désormais des performances de qualité tactique. Parallèlement, ils restent plus petits, plus légers et plus économes en énergie que les technologies inertielles traditionnelles. Par conséquent, les ingénieurs choisissent de plus en plus les capteurs MEMS pour les véhicules autonomes, la robotique, l'hydrographie, la cartographie mobile, l'agriculture de précision et les systèmes de navigation de défense.
