Czujniki inercyjne MEMS
Czujniki inercyjne MEMS mierzą przyspieszenie liniowe i prędkość kątową za pomocą mikrofabrykowanych struktur mechanicznych wytrawionych na płytkach krzemowych. Technologia produkcji półprzewodników zapewnia wysoką powtarzalność, doskonałą skalowalność oraz stałą wydajność czujników. Dzięki temu producenci osiągają kompaktowe wymiary, niższe koszty produkcji oraz wysoką niezawodność.
Jednostka pomiaru inercyjnego MEMS (IMU) łączy w sobie trzy ortogonalne akcelerometry i trzy żyroskopy. Wspólnie czujniki te mierzą ruch w sześciu stopniach swobody (6-DoF). Jednak IMU MEMS nie jest w stanie oszacować pozycji ani kursu. Dlatego producenci integrują z nim GNSS , magnetometry, liczniki drogi lub inne czujniki pomocnicze. Algorytmy fuzji czujników generują następnie wiarygodne oszacowania nawigacji i orientacji. W rezultacie system działa jako system odniesienia położenia i kursu (AHRS) lub kompletny inercyjny system nawigacyjny (INS).
O wydajności czujników inercyjnych MEMS decyduje kilka parametrów. Należą do nich niestabilność odchylenia, losowy spacer kątowy (ARW), losowy spacer prędkościowy (VRW), dokładność współczynnika skalowania, szerokość pasma, odporność na drgania oraz stabilność termiczna. Ponadto kalibracja fabryczna kompensuje deterministyczne błędy czujników. Błędy te obejmują niewspółosiowość osi, nieliniowość współczynnika skalowania, czułość na przyspieszenie oraz zależne od temperatury zmiany odchylenia. Następnie wbudowane rozszerzone filtry Kalmana (EKF) łączą pomiary inercyjne z obserwacjami zewnętrznymi. Proces ten na bieżąco szacuje błędy czujników i zmniejsza dryft inercyjny. W rezultacie rozwiązanie nawigacyjne zachowuje wyższą dokładność podczas operacji dynamicznych.
Ostatnie postępy znacznie poprawiły technologię czujników inercyjnych MEMS. Na przykład architektury pomiarowe z zamkniętą pętlą zwiększają liniowość i zmniejszają wrażliwość odchylenia. Podobnie ulepszona technologia produkcji MEMS poprawia powtarzalność i długoterminową stabilność. Zaawansowane cyfrowe przetwarzanie sygnałów poprawia również odporność na zakłócenia i wibracje. W rezultacie czujniki MEMS z najwyższej półki osiągają obecnie wydajność na poziomie taktycznym. Jednocześnie pozostają one mniejsze, lżejsze i bardziej energooszczędne niż tradycyjne technologie inercyjne. Dlatego inżynierowie coraz częściej wybierają czujniki MEMS do pojazdów autonomicznych, robotyki, hydrografii, mobilnego mapowania, rolnictwa precyzyjnego oraz systemów nawigacji obronnej.
