I sensori MEMS inerziali per l’automazione

L'automazione di macchinari industriali, che si tratti di produzione, agricoltura, logistica, energia, automobili o veicoli aerei senza equipaggio, promette grandi vantaggi in termini di efficienza delle risorse, accuratezza delle attrezzature e sicurezza. Un fattore chiave per l'ottenimento di questi vantaggi è l'utilizzo di sensoristica di rilevamento per migliorare le condizioni operative.

Introduzione

L'attenzione rivolta alle applicazioni critiche per la sicurezza sia nel mercato automobilistico sia in quello industriale è in forte crescita, portando nuove e ulteriori pressioni agli ingegneri di sistemi. L'industria automotive è sotto pressione per fornire nuovi sistemi di sicurezza dei veicoli, che vanno dai sistemi airbag di base a sistemi avanzati di assistenza alla guida (ADAS) estremamente complessi con funzionalità varie per la prevenzione degli incidenti. I recenti disastri industriali hanno evidenziato la necessità di migliorare la sicurezza, con l'elettronica integrata che deve tipicamente funzionare con minimi errori in ambienti difficili. I sensori accelerometro e giroscopio basati su silicio conosciuti come MEMS si trovano comunemente in una vasta gamma di dispositivi. Questi sensori inerziali rilevano e misurano il movimento, con bassa potenza e dimensioni ultra-sottili, e sono preziosi per quasi tutte le applicazioni in cui è coinvolto il movimento, e anche in quelle in cui la mancanza di movimento è fondamentale. I sensori inerziali di precisione mantengono la promessa di individuare essenzialmente la posizione o mantenere un posizionamento accurato (figura 1). L'accoppiamento sia della posizione che delle informazioni del sensore contestuale ha un valore sostanziale in tutte quelle applicazioni in cui la mobilità è un fattore critico. Considerati dalla maggior parte degli ingegneri come tecnologia all'avanguardia, i sensori MEMS sono stati abbracciati dall'industria automobilistica (e non solo) nel suo tentativo di aumentare le prestazioni, ridurre i costi e migliorare l'affidabilità della guida. Infatti, negli ultimi dieci anni sono stati utilizzati centinaia di milioni di sensori MEMS nelle automobili e nell'industria, rendendo così possibile molte funzioni desiderabili in diversi ambienti applicativi. Molti di questi sostituiscono semplicemente le tecnologie meno recenti con dispositivi più economici e affidabili.

Figura 1: schema a blocchi di un sensore IMU

I sensori e l'automazione della macchina

Dal momento che le macchine si sono evolute passando dalle semplici misurazioni passive alle funzioni di controllo incorporate e ora al funzionamento completamente autonomo, i sensori stanno svolgendo un ruolo di supporto sempre più impegnativo. Sia per le semplici misurazioni che supportano l'analisi offline, sia per il controllo del processo, molti di questi sensori funzionano in modo sufficientemente isolato. Il desiderio di ottenere benefici in tempo reale e la disponibilità di una gamma sempre più ampia di tipi di rilevamento ed elaborazione efficiente ha portato a importanti progressi nella fusione dei sensori, per determinare il contesto in base a più ambienti di applicazione. Infine, in sistemi complessi che prevedono l'interazione di più piattaforme e che richiedono la conoscenza di stati del sistema passati, i progressi nella connettività supportano sistemi di sensori sempre più intelligenti.

Questi sistemi di sensori intelligenti e accessibili stanno rivoluzionando l'industria, trasformando l'agricoltura [...]

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