@MastersThesis{Santos:2016:MoDePa,
author = "Santos, Pedro Paulo Gomes Domingues de Oliveira",
title = "Modelagem e determina{\c{c}}{\~a}o de par{\^a}metros de
sensores inerciais MEMS",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2016",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2016-05-27",
keywords = "modelagem e determina{\c{c}}{\~a}o de par{\^a}metros de
sensores inerciais MEMS, aceler{\^o}metros e gir{\^o}metros
microfabricados, calibra{\c{c}}{\~a}o de sensores inerciais
MEMS, caracteriza{\c{c}}{\~a}o de ru{\'{\i}}do de sensores
inerciais MEMS, sensores inerciais, modeling and determination of
parameters of MEMS inertial sensors, micromachined accelerometers
and gyrometers, calibration of MEMS inertial sensors,
characterization of the noise of MEMS inertial sensors, inertial
sensors.",
abstract = "A tecnologia de Sistemas Eletro-Mec{\^a}nicos Microfabricados
(MEMS) para sensores inerciais tornou vi{\'a}vel o uso dos
sistemas inerciais em diversas aplica{\c{c}}{\~o}es como
automotivas, industriais e de entretenimento. Isso foi
poss{\'{\i}}vel porque esses sensores s{\~a}o baratos,
pequenos, t{\^e}m alta confiabilidade e reduzem
significativamente a quantidade de componentes do sistema. No
entanto, a redu{\c{c}}{\~a}o no tamanho tem, como
consequ{\^e}ncias, os aumentos no n{\'{\i}}vel de
ru{\'{\i}}do, na sensibilidade t{\'e}rmica e em outras formas
de erro. Assim, para que se obtenha um desempenho
satisfat{\'o}rio no uso desses sensores faz-se necess{\'a}rio um
conhecimento detalhado dos seus mecanismos de erro, de modo que
esses erros possam ser compensados. Neste trabalho, {\'e}
utilizado um m{\'e}todo de caracteriza{\c{c}}{\~a}o de
aceler{\^o}metros e gir{\^o}metros MEMS; {\'e} definido um
modelo matem{\'a}tico e procedimentos de laborat{\'o}rio para
determina{\c{c}}{\~a}o dos par{\^a}metros considerados pelo
modelo; finalmente, esse m{\'e}todo {\'e} aplicado a uma Unidade
de Medi{\c{c}}{\~a}o Inercial. Para isto, s{\~a}o revisadas as
principais publica{\c{c}}{\~o}es nas {\'a}reas de sensores
inerciais MEMS, modelamento e sistemas strapdown, tendo por
objetivo chegar a um modelo matem{\'a}tico consistente para os
erros dos sensores. {\'E} discutida a aplicabilidade dos
diferentes par{\^a}metros sugeridos pela literatura a sensores
dessa categoria, levando em conta o impacto dos erros, a
exatid{\~a}o dos modelos dispon{\'{\i}}veis para cada
par{\^a}metro em quest{\~a}o e os recursos necess{\'a}rios para
fazer a sua caracteriza{\c{c}}{\~a}o. Em seguida, s{\~a}o
listados procedimentos de laborat{\'o}rio para
determina{\c{c}}{\~a}o dos par{\^a}metros selecionados e, por
fim, s{\~a}o executados os ensaios em laborat{\'o}rio sobre a
UMI. Os resultados obtidos neste trabalho validam o m{\'e}todo
utilizado e sugerem que este pode ser aplicado: 1) em
n{\'{\i}}vel de projeto para aprimorar o processo de
especifica{\c{c}}{\~a}o de sensores inerciais MEMS atrav{\'e}s
de t{\'e}cnicas de simula{\c{c}}{\~a}o; e 2) no contexto da
aplica{\c{c}}{\~a}o, para aprimorar os processos de
calibra{\c{c}}{\~a}o e de compensa{\c{c}}{\~a}o dos erros.
ABSTRACT: The Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) technology
for Inertial Sensors has enabled the use of Inertial Systems in a
variety of applications such as automotive, industrial,
entertainment, etc. This was possible because these sensors have
low-cost, small size, high reliability and they greatly reduce the
number of parts of the system. However, reduced size has as
consequences the increase of noise level, thermal sensitivity and
other forms of error. Consequently, to obtain a satisfactory
performance using these sensors, a detailed knowledge of their
error mechanisms is required, so that they can be compensated. In
this work, a characterization method for MEMS accelerometers and
MEMS gyroscopes is used; a mathematical model is defined and
laboratory procedures to determine the parameters regarded by the
model are listed; finally, this method is applied to an Inertial
Measurement Unit. To achieve that, the main publications on the
subjects of MEMS inertial sensors, modeling and strapdown systems,
are reviewed, with the purpose to reach a consistent mathematical
modeling of the sensor errors. The applicability, on sensors of
this category, of the different parameters suggested by the
literature, are discussed, considering the error magnitudes, the
correctness of the available models for each parameter and the
resources needed to characterize them. After that, laboratory
procedures to determine the selected parameters are listed and,
finally, those procedures are executed in Laboratory over the IMU.
The obtained results from this work validate the executed method
and suggest that it can be applied: 1) at project level, to
enhance the specification process of MEMS inertial sensors through
simulation techniques; and 2) at application level, to improve
calibration processes and error compensation.",
committee = "Kuga, Helio Koiti (presidente) and Souza, Marcelo Lopes de
Oliveira e (orientador) and Milani, Paulo Gi{\'a}como
(orientador) and Carrara, Valdemir and Ricci, Mario Cesar and
Hemerly, Elder Moreira",
copyholder = "SID/SCD",
englishtitle = "Modeling and determination of parameters for MEMS inertial
sensors",
language = "pt",
pages = "176",
ibi = "8JMKD3MGP3W34P/3M64B7E",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34P/3M64B7E",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "27 abr. 2024"
}