¿Qué es un sensor IMU?

Imagina que pilotas un dron o conduces un vehículo autónomo, confiando únicamente en la capacidad de tu dispositivo para comprender su posición, dirección y velocidad. Pero ¿qué ocurre si el sistema no puede rastrear su movimiento con precisión? Errores de cálculo, desviaciones o incluso fallos completos del sistema pueden tener graves consecuencias, especialmente en sectores como el aeroespacial o el de defensa. Aquí es donde las Unidades de Medición Inercial (IMU), que proporcionan los datos esenciales necesarios para una navegación y un control precisos.

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

Ahora, permítame explicarle 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?

Gracias a mis años de experiencia en la industria, puedo asegurarles que la versatilidad de los sensores IMU es asombrosa. Los encontrarán en todas partes, desde drones comerciales hasta sistemas de navegación de uso militar. Exploremos algunas áreas donde desempeñan un papel fundamental:

Aeroespacial : En la aviación y la exploración espacial, la precisión de los datos de movimiento es vital. Las IMU ayudan a las aeronaves a mantener la estabilidad, asisten a los sistemas de piloto automático y guían cohetes y satélites, garantizando que mantengan su rumbo incluso cuando el GPS no es fiable o no está disponible.
Defensa : Las IMU se integran en misiles guiados, tanques y vehículos aéreos no tripulados (UAV), lo que ayuda a estas máquinas a navegar en entornos complejos con precisión milimétrica. En entornos militares, la fiabilidad de estos sensores suele ser 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 de las IMU, la robótica carecería de la capacidad de moverse con precisión.
Navegación marina : en submarinos y buques de superficie, donde las señales GPS pueden ser débiles o ausentes, se utilizan IMU para rastrear el movimiento y la orientación, lo que garantiza una navegación precisa en aguas traicioneras.
Tecnología portátil : incluso en productos electrónicos de consumo, como teléfonos inteligentes y rastreadores de actividad física, las IMU son responsables de detectar el movimiento y proporcionar datos para aplicaciones como el conteo de pasos o la detección de si el usuario está de pie o sentado.

Tipos de sensores IMU

Una pregunta frecuente de mis clientes es sobre los diferentes tipos de IMU disponibles en el mercado. A lo largo de los años, he visto mucha innovación en este campo, pero los tipos de sensores IMU más utilizados se dividen en tres categorías:

IMUs MEMS (Sistemas Microelectromecánicos) : Su uso es amplio debido a su pequeño tamaño, bajo costo y buena precisión. Se encuentran en electrónica de consumo, vehículos aéreos no tripulados (UAV) e incluso en algunas aplicaciones industriales de gama baja. Las IMUs MEMS son ideales para aplicaciones con espacio limitado y un factor de costo.
Giroscopios de fibra óptica (FOG) : Si necesita mayor precisión, los IMU FOG son la solución ideal. 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 de navegación podría provocar el fracaso de una misión.
Giroscopios láser de anillo (RLG) : Incluso más precisos que los IMU FOG, los 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 de un GPS?

A menudo confundo las IMU y los sistemas GPS , así que permítanme 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 ser poco fiable 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 útil en situaciones donde el GPS no funciona o cuando se necesita un seguimiento de movimiento altamente dinámico.

De hecho, muchos sistemas utilizan IMU junto con GPS para mejorar la precisión. Cuando se interrumpe la señal GPS, la IMU puede seguir proporcionando datos de movimiento, lo que garantiza el funcionamiento del sistema.

¿Qué sucede si las IMU no están calibradas correctamente?

Con el tiempo, incluso las mejores IMU pueden experimentar deriva , una degradación gradual 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 se mantenga precisa. En industrias como la aeroespacial o la defensa, donde la seguridad es primordial, la calibración regular es fundamental.

Por ejemplo, imaginemos un dron cuya IMU no se ha calibrado en meses. A medida que vuela, se acumulan pequeñas imprecisiones en los datos del sensor, lo que provoca que el dron se desvíe de su rumbo. En el mejor de los casos, podría perder su destino. En el peor, podría colisionar con obstáculos o perder el control por completo.

En GuideNav recomendamos realizar comprobaciones de calibración frecuentes, especialmente en entornos donde la precisión es crucial. Con una calibración adecuada, puede evitar la desviación del sensor y garantizar datos fiables y precisos durante su vida útil.

¿Cómo elegir la IMU adecuada?

A la hora de seleccionar la IMU adecuada, la decisión no se limita al precio o el tamaño del sensor, sino a comprender los requisitos exactos de su aplicación. En mi experiencia, suelo recomendar a mis clientes lo siguiente:

Exactitud

Un error común es creer 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 solían asociarse con una precisión menor en comparación con los sensores FOG o RLG, los avances en las IMU MEMS de alta precisión han reducido considerablemente esta diferencia. Hoy en día, algunas IMU MEMS de gama alta pueden ofrecer una precisión comparable a la de 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 puede ofrecer la precisión que necesita a un precio más rentable, además de ser más resistente a golpes y vibraciones que algunos sistemas FOG.

Entorno de aplicación

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

Costo vs. Rendimiento

Si bien las IMU FOG y RLG suelen ofrecer mayor precisión y estabilidad, también son más costosas. Si su aplicación no exige ese nivel de precisión, o si necesita una solución más compacta, una IMU MEMS de alta precisión puede ofrecer una excelente combinación de rendimiento y precio.

Necesidades de calibración

Considere las de deriva y la frecuencia con la que el sensor necesitará recalibrarse. Si bien todas las IMU experimentan deriva con el tiempo, algunas IMU MEMS han mejorado en este aspecto, ofreciendo tasas de deriva más bajas, especialmente cuando se utilizan en sistemas con algoritmos avanzados de filtrado y fusión de sensores.

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

¿En qué se destaca GuideNav IMU?

He trabajado con diversos tipos de IMU a lo largo de los años y puedo afirmar con seguridad que las IMU que fabricamos en GuideNav se encuentran entre las más fiables 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 solo la calidad de nuestros sensores, sino también nuestra capacidad para personalizarlos según las necesidades específicas 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.