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 plaquettes de silicium. La fabrication sur semi-conducteurs garantit une grande répétabilité, une excellente évolutivité et des performances constantes des capteurs. Les fabricants parviennent ainsi à obtenir des dimensions compactes, des coûts de production réduits et une fiabilité élevée.
Une unité de mesure inertielle (IMU) MEMS intègre trois accéléromètres orthogonaux et trois gyroscopes. Ensemble, ces capteurs mesurent le mouvement selon six degrés de liberté (6-DoF). Cependant, une IMU MEMS ne peut IMU estimer la position ou le cap. C’est pourquoi les fabricants intègrent GNSS , des magnétomètres, des odomètres ou d’autres capteurs auxiliaires. Des algorithmes de fusion de capteurs génèrent alors des estimations fiables de la navigation et de l’orientation. Le système fonctionne ainsi comme un système de référence d’attitude et de cap (AHRS) ou comme un système de navigation inertielle complet (INS).
Plusieurs paramètres définissent les performances des capteurs inertiels MEMS. Il s’agit notamment de l’instabilité de biais, de la marche aléatoire angulaire (ARW), de la marche aléatoire de vitesse (VRW), de la précision du facteur d’échelle, de la bande passante, de la réjection des vibrations et de la stabilité thermique. De plus, l’étalonnage en usine compense les erreurs déterministes des capteurs. Ces erreurs comprennent le désalignement des axes, la non-linéarité du facteur d’échelle, la sensibilité à l’accélération (g) et les variations de biais liées à la température. Par la suite, des filtres de Kalman étendus (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 conserve une plus grande précision lors d’opérations dynamiques.
Les avancées récentes ont considérablement amélioré la technologie inertielle MEMS. Par exemple, les architectures de détection en boucle fermée augmentent la linéarité et réduisent la sensibilité du biais. De même, l’amélioration de la fabrication des MEMS renforce la répétabilité et la stabilité à long terme. Le traitement numérique avancé du signal améliore également les performances en matière de bruit et la robustesse face aux vibrations. En conséquence, les capteurs MEMS haut de gamme atteignent désormais des performances de niveau tactique. Parallèlement, ils restent plus petits, plus légers et plus économes en énergie que les technologies inertielles traditionnelles. C’est pourquoi 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.
