Інерційні датчики на основі технології MEMS
Інерційні датчики MEMS вимірюють лінійне прискорення та кутову швидкість за допомогою мікровиготовлених механічних структур, вигравіруваних на кремнієвих пластинках. Виробництво напівпровідників забезпечує високу повторюваність, чудову масштабованість та стабільні робочі характеристики датчиків. Як наслідок, виробники досягають компактних розмірів, нижчих виробничих витрат та високої надійності.
Інерційний вимірювальний блок (IMU) на основі MEMS об’єднує три ортогональні акселерометри та три гіроскопи. Разом ці датчики вимірюють рух у шести ступенях свободи (6-DoF). Однак IMU не може визначити положення або heading. Тому виробники інтегрують GNSS , магнітометри, одометри або інші допоміжні датчики. Алгоритми об’єднання даних датчиків потім генерують надійні оцінки навігації та орієнтації. У результаті система працює як система відстеження положення та курсу (AHRS) або як повноцінна інерційна навігаційна система (INS).
Характеристики інерційних датчиків MEMS визначаються кількома параметрами. До них належать нестабільність зміщення, випадковий блукання кута (ARW), випадковий блукання швидкості (VRW), точність коефіцієнта масштабу, смуга пропускання, стійкість до вібрацій та термостабільність. Крім того, заводське калібрування компенсує детерміновані похибки датчиків. До таких похибок належать розбіжність осей, нелінійність коефіцієнта масштабу, чутливість до прискорення та залежні від температури коливання зміщення. Згодом вбудовані розширені фільтри Калмана (EKF) об’єднують інерційні вимірювання з зовнішніми спостереженнями. Цей процес безперервно оцінює похибки датчиків і зменшує інерційний дрейф. Відповідно, навігаційне рішення зберігає вищу точність під час динамічних операцій.
Останні досягнення значно вдосконалили інерційну технологію MEMS. Наприклад, архітектури з замкнутим контуром зчитування підвищують лінійність і зменшують чутливість зміщення. Аналогічно, вдосконалене виготовлення MEMS підвищує повторюваність і довгострокову стабільність. Сучасна цифрова обробка сигналів також покращує характеристики щодо шуму та стійкість до вібрацій. У результаті висококласні датчики MEMS тепер досягають характеристик тактичного рівня. Водночас вони залишаються меншими, легшими та енергоефективнішими, ніж традиційні інерційні технології. Тому інженери дедалі частіше обирають датчики MEMS для автономних транспортних засобів, робототехніки, гідрографії, мобільного картографування, точного землеробства та навігаційних систем оборонного призначення.
