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MEMS惯性传感器的背景及发展现状
蟑螂恶霸 | 2020-04-22 15:14:30    阅读:406   发布文章

MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)是指集机械元素、微型传感器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的完整微型机电系统。MEMS惯性传感器可构成低成本的INS/ GPS 组合导航系统 ,是一类非常适合构建微型捷联惯性导航系统的惯性传感器。MEMS惯性传感器的突出特点使其在众多的民用和军用领域具有广阔的应用前景。

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MEMS惯性传感器的背景状况 

MEMS技术最早由Richard Pfeynman(1965年获得诺贝尔物理奖),在1959年提出设想。1962年硅微型压力传感器问世。 

1979年Roylance和Angell开始压阻式微加速计的研制。1991年Cole开始电容式微加速度计的研制。 

惯性传感器包括加速度计(或加速度传感计)和角速度传感器(陀螺)以及它们的单、双、三轴组合IMU(惯性测量单元),AHRS(包括磁传感器的姿态参考系统)。 

MEMS加速度计是利用传感质量的惯性力测量的传感器,一般由标准质量块(传感元件)和检测电路组成。根据传感原理不同,主要有压阻式、电容式、压电式、隧道电流式、谐振式、热电耦合式和电磁式等。 

1998年,美国CSDL设计研制了最早的MEMS陀螺。同年,Drapor实验室研制了另一种形式的MEMS陀螺。   MEMS陀螺是利用震动质量块被基座(壳体)带动旋转时的哥氏效应来传感角速度的原理制成。 

主要形式有框架驱动式(内、外框架两种)梳状驱动式、电磁驱动式等。 

IMU由于是MEMS技术组合的微型惯性测量单元,所以很多地方称为MIMU。主要由三个MEMS加速度传感器及三个陀螺及解算电路组成。 

AHRS则为包括三个磁传感器的IMU,并且依据四元素法进行了解算,直接可输出一个运动体的俯仰角、横滚角和航向角。 

低精度MEMS惯性传感器作为消费电子类产品主要用在手机、游戏机、音乐播放器、无线鼠标、数码相机、PD、硬盘保护器、智能玩具、计步器、防盗系统、GPS导航等便携式。由于具有加速度测量、倾斜测量、振动测量甚至转动测量等基本测量功能,有待挖掘的消费电子应用会不断出现。 

中级MEMS惯性传感器作为工业级及汽车级产品,则主要用于汽车电子稳定系统(ESP或ESC)GPS辅助导航系统,汽车安全气囊、车辆姿态测量、精密农业、工业自动化、大型医疗设备、机器人、仪器仪表、工程机械等。

高精度的MEMS惯性传感器作为军用级和宇航级产品,主要要求高精度、全温区、抗冲击等指数。主要用于通讯卫星无线、导弹导引头、光学瞄准系统等稳定性应用;飞机/导弹飞行控制、姿态控制、偏航阻尼等控制应用、以及中程导弹制导、惯性GPS导航等制导应用、远程飞行器船舶仪器、战场机器人等。

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