Sensori inerziali MEMS
I sensori inerziali MEMS misurano l’accelerazione lineare e la velocità angolare utilizzando strutture meccaniche microfabbricate incise su wafer di silicio. La produzione di semiconduttori garantisce un’elevata ripetibilità, un’eccellente scalabilità e prestazioni costanti dei sensori. Di conseguenza, i produttori ottengono dimensioni compatte, costi di produzione inferiori e un’elevata affidabilità.
Un’unità di misura inerziale (IMU) MEMS integra tre accelerometri ortogonali e tre giroscopi. Insieme, questi sensori misurano il movimento su sei gradi di libertà (6-DoF). Tuttavia, IMU MEMS IMU non è in grado di stimare la posizione o la prua. Pertanto, i produttori integrano GNSS , magnetometri, odometri o altri sensori ausiliari. Gli algoritmi di fusione dei sensori generano quindi stime affidabili di navigazione e orientamento. Di conseguenza, il sistema funziona come un sistema di riferimento di assetto e prua (AHRS) o come un sistema di navigazione inerziale completo (INS).
Diversi parametri definiscono le prestazioni dei sensori inerziali MEMS. Tra questi figurano l’instabilità di bias, l’Angle Random Walk (ARW), il Velocity Random Walk (VRW), la precisione del fattore di scala, la larghezza di banda, la reiezione delle vibrazioni e la stabilità termica. Inoltre, la calibrazione in fabbrica compensa gli errori deterministici dei sensori. Tali errori includono il disallineamento degli assi, la non linearità del fattore di scala, la sensibilità al g e le variazioni di bias dipendenti dalla temperatura. Successivamente, i filtri di Kalman estesi (EKF) integrati fondono le misurazioni inerziali con le osservazioni esterne. Questo processo stima continuamente gli errori dei sensori e riduce la deriva inerziale. Di conseguenza, la soluzione di navigazione mantiene una maggiore precisione durante le operazioni dinamiche.
I recenti progressi hanno migliorato significativamente la tecnologia inerziale MEMS. Ad esempio, le architetture di rilevamento a circuito chiuso aumentano la linearità e riducono la sensibilità del bias. Allo stesso modo, il miglioramento della fabbricazione dei MEMS potenzia la ripetibilità e la stabilità a lungo termine. L’elaborazione avanzata del segnale digitale migliora inoltre le prestazioni in termini di rumore e la robustezza alle vibrazioni. Di conseguenza, i sensori MEMS di fascia alta raggiungono ora prestazioni di livello tattico. Allo stesso tempo, rimangono più piccoli, più leggeri e più efficienti dal punto di vista energetico rispetto alle tecnologie inerziali tradizionali. Pertanto, gli ingegneri scelgono sempre più spesso i sensori MEMS per veicoli autonomi, robotica, idrografia, mappatura mobile, agricoltura di precisione e sistemi di navigazione per la difesa.
