¿Qué es un sensor IMU?

Imagine que está pilotando un dron o conduciendo un vehículo autónomo, confiando únicamente en la capacidad de su dispositivo para comprender su posición, dirección y velocidad. Pero, ¿qué sucede si el sistema no puede seguir su movimiento con precisión? Los errores de juicio, las desviaciones o incluso fallas completas del sistema pueden tener consecuencias graves, especialmente en industrias como la aeroespacial o la de defensa. Aquí es donde entran las Unidades de Medición Inercial (IMU)

Un sensor IMU desempeña un papel central en los sistemas de navegación modernos al medir la aceleración, la velocidad angular y, a veces, el campo magnético de un objeto para proporcionar datos de movimiento precisos. Garantiza un seguimiento del movimiento estable y preciso, lo que lo hace indispensable en una amplia gama de aplicaciones de alta tecnología.

Ahora, permítame desglosar todo lo que necesita saber sobre los sensores IMU según mi experiencia de más de 15 años trabajando en la industria de la navegación inercial.

¿Cómo funciona un sensor IMU?

Teniendo en cuenta mis años en la industria, puedo decirles que la versatilidad de los sensores IMU es asombrosa. Los encontrará en todas partes, desde drones comerciales hasta sistemas de navegación de nivel militar. Exploremos algunas áreas en las que desempeñan un papel fundamental:

Aeroespacial : en la aviación y la exploración espacial, los datos de movimiento precisos son vitales. Las IMU ayudan a las aeronaves a mantener la estabilidad, ayudan en los sistemas de piloto automático y guían cohetes y satélites, garantizando que mantengan el rumbo incluso cuando el GPS no es confiable o no está disponible.
Defensa : las IMU están integradas en misiles guiados, tanques y vehículos aéreos no tripulados (UAV), lo que ayuda a estas máquinas a navegar en entornos complejos con una precisión milimétrica. En entornos militares, la confiabilidad de estos sensores es a menudo una cuestión de vida o muerte.
Robótica : para los robots autónomos, las IMU proporcionan seguimiento de movimiento en tiempo real, lo que les permite navegar por su entorno, evitar obstáculos y completar tareas sin intervención humana. Sin los sensores IMU, la robótica carecería de la capacidad de moverse con precisión.
Navegación marina : en submarinos y barcos de superficie, donde las señales de GPS pueden ser débiles o inexistentes, las IMU se utilizan para rastrear el movimiento y la orientación, lo que garantiza una navegación precisa a través de aguas traicioneras.
Tecnología portátil : incluso en la electrónica de consumo, como los teléfonos inteligentes y los rastreadores de actividad física, las IMU son responsables de detectar el movimiento y proporcionar datos para aplicaciones como contar pasos o detectar si el usuario está de pie o sentado.

Tipos de sensores IMU

Una pregunta que los clientes me hacen con frecuencia es sobre los diferentes tipos de IMU disponibles en el mercado. A lo largo de los años, he visto muchas innovaciones en esta área, pero los tipos de sensores IMU más utilizados se dividen en tres categorías:

IMU MEMS (sistemas microelectromecánicos) : se utilizan ampliamente debido a su pequeño tamaño, bajo costo y precisión decente. Los encontrará en electrónica de consumo, vehículos aéreos no tripulados e incluso en algunas aplicaciones industriales de gama baja. Las IMU MEMS son ideales para aplicaciones donde el espacio es limitado y el costo es un factor.
IMU de giroscopio de fibra óptica (FOG) : si necesita mayor precisión, las IMU FOG son el camino a seguir. Estos sensores se basan en la interferencia de la luz y ofrecen una precisión excepcional, lo que los hace ideales para aplicaciones aeroespaciales y militares donde incluso el más mínimo error en la navegación podría provocar el fracaso de la misión.
IMU con giroscopio láser de anillo (RLG) : incluso más precisas que las IMU FOG, las IMU RLG son el estándar de oro en sistemas de navegación de alta gama, como los utilizados en aviones comerciales o vehículos militares. Proporcionan los datos más precisos posibles, pero también son más caros y voluminosos que otros tipos.

¿En qué se diferencia un sensor IMU del GPS?

A menudo encuentro confusión entre las IMU y los sistemas GPS , así que déjame aclararlo. Si bien ambas tecnologías se utilizan para la navegación, tienen propósitos diferentes. El GPS se basa en señales satelitales para proporcionar datos de ubicación , pero puede resultar poco confiable en ciertos entornos como túneles, interiores o bajo el agua. Una IMU, por otro lado, mide el movimiento y la orientación , lo que la hace extremadamente valiosa en situaciones en las que el GPS no puede funcionar o cuando se necesita un seguimiento del movimiento altamente dinámico.

De hecho, muchos sistemas utilizan IMU junto con GPS para mejorar la precisión. Cuando las señales de GPS se interrumpen, la IMU puede continuar proporcionando datos de movimiento, asegurando que el sistema siga funcionando.

¿Qué sucede si las IMU no se calibran correctamente?

Con el tiempo, incluso las mejores IMU pueden experimentar desviaciones : una lenta degradación de la precisión de los datos que proporcionan. Esto puede deberse a cambios de temperatura, desgaste mecánico u otros factores. La calibración es el proceso de ajustar el sensor para garantizar que su salida siga siendo precisa. En industrias como la aeroespacial o la de defensa, donde la seguridad es primordial, la calibración periódica es fundamental.

Por ejemplo, imagine un dron cuya IMU no ha sido calibrada en meses. Mientras vuela, se acumulan pequeñas imprecisiones en los datos del sensor, lo que hace que el dron se desvíe de su rumbo. En el mejor de los casos, es posible que no llegue a su destino. En el peor de los casos, podría chocar con obstáculos o perder el control por completo.

En GuideNav recomendamos comprobaciones frecuentes de calibración, especialmente en entornos donde la precisión es crítica. Con una calibración adecuada, puede evitar la deriva del sensor y garantizar datos confiables y precisos durante la vida útil del sensor.

¿Cómo elegir la IMU adecuada?

Cuando se trata de seleccionar la IMU adecuada, la decisión no se trata solo del precio o el tamaño del sensor, sino de comprender los requisitos exactos de su aplicación. Según mi experiencia, esto es lo que suelo recomendar a mis clientes que consideren:

Exactitud

Un error común es pensar que las IMU MEMS solo son adecuadas para aplicaciones de gama baja con requisitos de precisión menos exigentes. Si bien es cierto que los MEMS a menudo se asociaban con una menor precisión en comparación con los sensores FOG o RLG, los avances en las IMU MEMS de alta precisión han cerrado significativamente esta brecha. Hoy en día, algunas IMU MEMS de gama alta pueden ofrecer una precisión comparable a las IMU FOG de gama media , lo que las convierte en una opción competitiva para aplicaciones que requieren rendimiento y tamaño compacto.

Por ejemplo, si está trabajando en vehículos aéreos no tripulados, vehículos autónomos o robótica, una IMU MEMS bien diseñada podría ofrecer la precisión que necesita a un precio más rentable y, al mismo tiempo, ser más resistente a los golpes y vibraciones que algunos FOG. sistemas.

Entorno de aplicación

Considere el entorno en el que operará la IMU. Para aplicaciones aeroespaciales o de defensa, donde los factores ambientales como temperaturas extremas o altas vibraciones son comunes, necesitará una IMU que pueda mantener la precisión en estas duras condiciones. Las IMU FOG y RLG suelen ser las preferidas aquí por su rendimiento superior, pero, una vez más, las IMU MEMS de alta gama se utilizan cada vez más en estos entornos, ya que pueden ser más compactas, resistentes a los golpes y aun así ofrecer una precisión impresionante.

Costo versus rendimiento

Si bien las IMU FOG y RLG generalmente ofrecen una precisión y estabilidad superiores, también tienen un costo más alto. Si su aplicación no exige ese nivel de precisión, o si necesita una solución más compacta, una IMU MEMS de alta precisión puede proporcionar un excelente equilibrio entre rendimiento y asequibilidad.

Necesidades de calibración

Considere las de deriva y la frecuencia con la que será necesario recalibrar el sensor. Si bien todas las IMU experimentan deriva con el tiempo, algunas IMU MEMS han mejorado en esta área y ofrecen tasas de deriva más bajas, especialmente cuando se usan en sistemas con algoritmos avanzados de filtrado y fusión de sensores.

En resumen, al elegir la IMU adecuada, es fundamental evaluar las necesidades de rendimiento específicas de su proyecto, así como factores como el tamaño, el costo y el entorno operativo. Ya sea una FOG , RLG o MEMS de alta gama , la elección correcta siempre dependerá del equilibrio entre estos elementos.

¿Cómo se destaca GuideNav IMU?

He trabajado con muchos tipos de IMU a lo largo de los años y puedo decir con confianza que las IMU que fabricamos en GuideNav se encuentran entre las más confiables del mercado. Nuestros productos están diseñados teniendo en cuenta los exigentes requisitos de industrias como la aeroespacial, la defensa y la robótica. Lo que nos distingue no es sólo la calidad de nuestros sensores, sino nuestra capacidad de personalizarlos según las necesidades únicas de nuestros clientes. Ya sea que necesite mayor precisión, mayor durabilidad o integración con sistemas complejos, trabajamos estrechamente con nuestros clientes para ofrecer una solución que supere sus expectativas.