基于MEMS技术的惯性测量器件及系统的发展现状和应用

    概　述

    MEMS ( Micro2Electro2Me2chanicalSystems)即微机电系统,它属于多学科交叉的新领域,是融合微电子与精密机械加工的技术,集微 型机构、传感器信号处理、控制等功能于一体的、具有信息获取、处理和执行等多功能的系统。完整的MEMS是由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通 讯接口和电源等部件组成的一体化的微型器件系统。其目标是把信息的获取、处理和执行集成在一起,组成具有多功能的微型系统,集成于大尺寸系统中,从而大幅 度地提高系统的自动化、智能化和可靠性水平。

    基于MEMS技术生产的MEMS器件具有体积小、质量轻、成本低、抗冲击、可靠性高等优点,在汽车、电子、家电、机电等行业以及军事领域有着极为广阔的应用前景。

    飞航导弹或无人机的控制系统一般采用自动驾驶仪或惯性导航系统两种形式,而这两种系统均大量采用惯性传感器,其中自动驾驶仪的惯性传感器为陀螺仪,惯性导 航系统的惯性传感器为加速度计和陀螺仪。采用MEMS惯性传感器或惯性测量系统可以在一定程度上降低成本、减小体积、提高性能并降低功耗。

    1　MEM S传感器的发展及应用

    MEMS技术自从20世纪80年代出现以来引起了世界各国的高度重视,西方国家尤其是美国投入了大量的资金及研究人员进入这一领域。美国德雷泊实验室、喷 气推进实验室、利顿司,德国LITEF公司、法国SA2GEM公司、模拟器件公司及俄罗斯维克托公司等都在MEMS惯性器件、MEMS2IMU和低成本战 术级的微型惯性和组合导航技

术等方面开展了大量研究。目前,已经研制出了多种基于MEMS技术的微型惯性传感器和微执行器。在微型惯性传感器的基础上构建低成本、高性能的微型惯性导航系统(MEMS INS)正成为惯性技术领域的一个研究热点。

    1.1　国外MEMS器件和惯性系统发展及现状

    1. 1. 1　微型加速度计的研制

    MEMS加速度计是所有MEMS传感器中商业化应用最成功的,已经应用于汽车安全气囊系统中,并且MEMS加速度计在精度方面已能满足战略导弹的应用要求。

    在民用方面,美国模拟器件公司(Analog Devices, Inc,简称ADI)作为MEMS传感器市场领先的供应商,提供了各种型号的MEMS加速度计,表1为ADI公司生产的高g值加速度计的型号及主要性能指标。

    在军用方面, MEMS石英振梁式加速度计已经应用于战术武器的中段制导。

    1) Sunder2Strand公司研制的振梁式加速度计,已发展成各种专门用途的设计型号,其战术级是第一个标准生产线产品,其RBA2500主要应用于战术导弹和智能炸弹的制导系统[1]。