惯性器件包括加速度计和陀螺,其中加速度计是用来测量运动体的加速度,陀螺用来测量运动体的角速度。加速度计和陀螺可以单独使用,也可以组合使用。


惯性测量组合是指用多个加速度计和陀螺组成能够测量运动体沿互相正交的三个方向的加速度与角速度,并通过数值解算,可以获得运动体的姿态、速度和位移信息。由于惯性测量组合可以在没有外界参考信息的条件下进行,所以是运动体的导航、制导与控制中不可缺少的测量装置。


MEMS惯性器件是指敏感结构用微加工手段加工的加速度计和陀螺。MEMS惯性器件敏感结构所使用的材料主要是石英和硅,所采用的微加工工艺主要包括湿法刻蚀(氢氟酸或氢氧化钾)和等离子体干法刻蚀。微加工工艺加工的微型敏感结构具有体积小、抗过载能力强的特点;另外,微加工特别是硅微加工属于批量加工,成本低,因此MEMS惯性器件和系统的研究成为惯性技术研究的一个热点和重要的发展方向。

国际上硅MEMS惯性器件的研究兴起于20世纪80年代末、90年代初,世界范围内众多的大学、研究所和公司投入了这场研究热潮。石英微惯性器件的研究开始得更早。美国军方也支持了很多MEMS惯性器件和系统的研究与应用项目。到20世纪初,欧美发达国家已经有公司开始生产可用于汽车或军事MEMS惯性器件和系统。但目前在军事上尚没有普通应用。


MEMS惯性器件的研究内容主要包括敏感结构设计、微加工工艺、信号检测电路、器件的环境适应性、信号处理和误差补偿算法和封装技术等。微加工工艺的完善和稳定是MEMS惯性器件研究和性能提高的基础。国内有的研究单位已经开始了MEMS惯性器件和系统工程化技术的研究和小批量试制。

MEMS惯性器件和系统在军事上的应用领域相当广泛。如几乎所有的战术导弹上都可以采用MEMS惯性系统用于导航、制导和控制:常规非制导武器如炸弹、火箭弹上可以采用MEMS惯性系统,提高命中精度;在车辆和飞行器上甚至单兵也可以装备,用于导航和控制;还可用于炸弹的引信等。


MEMS惯性器件和系统的发展趋势主要特点是集成化。“集成化”的含义包括在单一芯片上集成多个感结构,也包括信号处理电路的集成、敏感结构与电路的集成、多个传感器及其电路的集成。另外,MEMS性系统与卫星导航系统的组合将成为未来战术级导航系统的主流。


高性能惯性姿态传感器,打造无人机强大功能

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全面解析MEMS惯性器件

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2020/2/12 15:10:00

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