Cómo elegir un sensor inercial adecuado

Puntos clave

Producto: Sensores de monitoreo del ángulo de inclinación

Características:

- Monitorea ángulos de inclinación para grandes anuncios exteriores, infraestructura y construcción.

- Permite la transmisión de datos en tiempo real vía GPRS para monitoreo remoto.

- Funciona con energía solar para un funcionamiento independiente, lo que reduce la necesidad de fuentes de energía externas.

- Proporciona una alta credibilidad de los datos con un mínimo de mano de obra requerida.

- Ofrece bajo costo, fácil instalación y mantenimiento.

Aplicaciones:

- Publicidad exterior: supervisa la inclinación de vallas publicitarias y carteles de gran tamaño para garantizar ángulos de visualización óptimos.

- Infraestructura: rastrea la inclinación de puentes, edificios y presas para detectar cualquier problema estructural.

- Construcción: Monitorea la inclinación de maquinaria pesada durante la operación para evaluar la seguridad y el rendimiento.

Ventajas:

- Monitoreo de ángulos de inclinación de alta precisión y en tiempo real.

- Reduce la dependencia de la inspección manual y de los métodos tradicionales de monitoreo.

- Fácil integración en sistemas de monitorización existentes.

- Bajo consumo de energía, diseño ecológico con funcionamiento con energía solar.

- Funcionamiento confiable en diversas condiciones ambientales, incluida temperatura y humedad.

La unidad de medición inercial (IMU) es un conjunto de sensores integrado que combina múltiples acelerómetros y giroscopios para realizar mediciones tridimensionales de fuerza específica y velocidad angular con respecto a un sistema de referencia inercial. Sin embargo, en los últimos años, el término IMU se ha generalizado para describir diversos sistemas inerciales, como los sistemas de referencia de actitud y rumbo (AHRS) y los INS. La IMU por sí sola no proporciona ningún tipo de solución de navegación (posición, velocidad, actitud).

Normalmente, los sensores inerciales se pueden dividir en las siguientes tres categorías de rendimiento:

Sistemas de navegación inercial de grado marino y de grado de navegación: Los sistemas de navegación inercial de grado marino son los sensores comerciales de más alto nivel utilizados en barcos, submarinos y, ocasionalmente, naves espaciales. Este sistema puede proporcionar una solución de navegación no asistida con una deriva inferior a 1,8 km/día. El costo de estos sensores alcanza un millón de dólares. El rendimiento de los sistemas de navegación inercial de grado marino es ligeramente inferior al de los sistemas de navegación inercial de grado marino y se utilizan generalmente en aeronaves comerciales y militares. Su deriva es inferior a 1,5 km/h y su precio alcanza los 100.000 dólares.

Sensores inerciales tácticos e industriales: Los sensores tácticos e industriales son los más diversos de estos tres tipos, capaces de abordar diversas situaciones de rendimiento y coste, y sus oportunidades de mercado son enormes. Esta categoría se utiliza para numerosas aplicaciones que requieren la obtención de datos de alto rendimiento a un menor coste para la producción en masa, como las que se encuentran comúnmente en cortacéspedes automáticos, robots de reparto, drones, robots agrícolas, robots industriales móviles y barcos autónomos.

Sensores de consumo: En el mercado comercial, estos sensores suelen venderse como acelerómetros o giroscopios independientes. Muchas empresas han empezado a combinar varios acelerómetros y giroscopios de distintos fabricantes para crear unidades IMU independientes.

La elección del sensor inercial adecuado (como un acelerómetro, un giroscopio, un magnetómetro o una combinación de IMU/AHRS) requiere una consideración exhaustiva de múltiples factores, incluidos los escenarios de aplicación, los parámetros de rendimiento, las condiciones ambientales y los costos.

1.Aclarar los requisitos de la aplicación

Rango dinámico: determina la aceleración máxima o la velocidad angular que el sensor necesita medir (por ejemplo, se requiere un giroscopio de alto alcance para maniobrar un dron a alta velocidad).

Requisitos de precisión: La navegación de alta precisión (como la conducción autónoma) requiere sensores con bajo ruido y bajo sesgo.

Frecuencia de actualización: el monitoreo de vibraciones de alta frecuencia requiere una frecuencia de muestreo de >1 kHz, mientras que el seguimiento de movimiento convencional puede requerir solo 100 Hz.

Límite de consumo de energía: los dispositivos portátiles requieren un bajo consumo de energía (como los acelerómetros MEMS con ± 10 mg de ruido), mientras que los dispositivos industriales pueden ser más flexibles.

Método de integración: ¿Necesita IMU (6 ejes) o AHRS (con cálculo de actitud)?

2.Parámetros clave de rendimiento

Acelerómetro:

Rango: ±2 g (medición de inclinación) a ±200 g (detección de impacto).

Densidad de ruido:< 100 μg/√ Hz (alta precisión) frente a >500 μg/√Hz (bajo coste).

Ancho de banda: debe cubrir la frecuencia más alta de la señal (por ejemplo, la vibración mecánica puede requerir >500 Hz).

Giroscopio:

Estabilidad de sesgo cero: < 1°/h (giroscopio de fibra óptica) vs 10°/h (MEMS industrial) vs 1000 °/h (grado de consumo).

Paseo aleatorio angular (ARW): <0,1°/√h (nivel táctico) vs 5°/√h (nivel de consumidor).

Rango: ±300°/s (convencional) a ±2000 °/s (rotación de alta velocidad).

Magnetómetro:

Sensibilidad: 0,1 μT/LSB (navegación de alta precisión) frente a 0,5 μT/LSB (universal).

Error ortogonal:<1° (reduce la influencia de la interferencia del hierro dulce).

3.Adaptabilidad ambiental

Rango de temperatura: Grado industrial (-40 °C ~ 85 °C) vs. Grado de consumo (0 °C ~ 70 °C).

Antivibración/impacto: por ejemplo, la electrónica automotriz debe pasar una prueba de vibración de 5 g RMS.

Sellado: Nivel de protección IP67/IP68 (ambiente exterior o húmedo).

4.Interfaz y consumo de energía

Interfaces digitales: SPI/I2C (sistemas embebidos), CAN (automoción), UART (comunicación simple).

Voltaje de alimentación: 3,3 V (bajo consumo de energía) frente a 5 V (estándar de la industria).

Consumo de energía: < 1 mA (dispositivo de batería) frente a ilimitado (fuente de alimentación con cable).

Micro-Magic Inc. es una empresa de alta tecnología especializada en la producción, fabricación, investigación y desarrollo de sensores inerciales para automoción e industria. Sus sensores inerciales incluyen diversas series de productos, como acelerómetros, giroscopios, magnetómetros, inclinómetros, IMU, VRU, AHRS y sistemas de navegación integrada INS+GNSS. A lo largo de los años, sus productos se han utilizado ampliamente en diversos campos, como la automoción, la industria aeroespacial, la navegación marítima, la automatización industrial y los equipos médicos. Sus productos se caracterizan por su alta precisión, bajo consumo de energía, tamaño compacto y alta fiabilidad, y se utilizan ampliamente en campos como el control de actitud, los sistemas de navegación, el seguimiento de movimiento y el análisis de vibraciones. Asimismo, Micro-Magic Inc. se compromete a ofrecer soluciones personalizadas para satisfacer las necesidades específicas de diferentes industrias.