MEMS傳感器技術(shù)在航空航天領(lǐng)域中的應(yīng)用解析

MEMS在航空航天領(lǐng)域最常見(jiàn)的應(yīng)用是各種MEMS傳感器，它們具有不同的特點(diǎn)，適應(yīng)在不同的場(chǎng)合。MEMS 技術(shù)首先應(yīng)用在航天技術(shù)領(lǐng)域，是由于航天技術(shù)對(duì)器件功能密度比的要求非常高，也可以說(shuō)MEMS技術(shù)的主要需求牽引來(lái)自于航天領(lǐng)域。

MEMS技術(shù)在航天領(lǐng)域應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：

小的質(zhì)量和體積，低發(fā)射質(zhì)量。

低功耗——大部分器件處于電靜態(tài)。

小的熱常數(shù)——可用較低功率來(lái)維持溫度。

抗震動(dòng)、抗沖擊和抗輻射機(jī)械裝置——如開關(guān)可以抗輻射加固，低慣性質(zhì)量使MEMS可抗震動(dòng)/沖擊。

高集成度——在一個(gè)芯片上集成了多種功能，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

批量制造低成本——大批量生產(chǎn)。

MEMS技術(shù)在航空航天領(lǐng)域中的各種應(yīng)用其實(shí)大部分都是以傳感器的形位為其服務(wù)。在這里我們從傳感器的角度來(lái)分析MEMS技術(shù)的應(yīng)用。

MEMS傳感器主要有五種用途：

① 供有關(guān)航天器的工作信息，起故障診斷的作用;

② 判斷各分系統(tǒng)間工作的協(xié)調(diào)性，驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案;

③ 提供全系統(tǒng)自檢所需信息，給指揮員決策提供依據(jù);

④ 提供各分系統(tǒng)、整機(jī)內(nèi)部檢測(cè)參數(shù)，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。

⑤ 監(jiān)測(cè)飛行器內(nèi)外部的環(huán)境，為飛行員航天員提供所需的生存條件，保障正常飛行參數(shù)。

無(wú)人飛行器姿態(tài)控制

MEMS微慣性導(dǎo)航系統(tǒng)集微陀螺、微加速度計(jì)及其信號(hào)處理單元為一體。該系統(tǒng)以硅材料為主，用MEMS加工工藝制造而成，其體積和質(zhì)量比常規(guī)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)至少下降2一3個(gè)數(shù)量級(jí)。采用MEMS技術(shù)制造的微型慣性測(cè)量單元（MIMU），沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)的部件，在壽命、可靠性、成本、體積和質(zhì)量等方面都要大大優(yōu)于常規(guī)的慣性儀表。所生產(chǎn)出來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)化的、高性能航天器姿態(tài)測(cè)量?jī)x器性能更好，價(jià)格更便宜，而且在航空航天平臺(tái)均能使用。采用MIMU器件可使裝置的重量大大減輕。

直升機(jī)飛行狀態(tài)監(jiān)控

MEMS加速度傳感器加速度傳感器在航空航天應(yīng)用在姿態(tài)航向基準(zhǔn)系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)，包括顫振測(cè)試在內(nèi)的飛行期間結(jié)構(gòu)測(cè)試、健康系統(tǒng)測(cè)試、穩(wěn)定性測(cè)試、地面振動(dòng)測(cè)試（風(fēng)洞試驗(yàn)）、模態(tài)測(cè)試、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)和制導(dǎo)系統(tǒng)等。

光電吊艙穩(wěn)定平臺(tái)

MEMS微陀螺在無(wú)人機(jī)光電吊艙、紅外穩(wěn)定平臺(tái)、位標(biāo)器中的應(yīng)用極為廣泛。隨著MEMS工藝技術(shù)的提升，高精度硅MEMS微陀螺逐漸在替代低精度光纖和石英陀螺儀。

飛行試驗(yàn)和發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)試驗(yàn)

MEMS壓力傳感器在飛行中、飛行試驗(yàn)、發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)試驗(yàn)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)、風(fēng)洞試驗(yàn)，以及在設(shè)備的制造生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用十分普遍。壓力測(cè)量的特點(diǎn)是：被測(cè)壓力種類多、涉及范圍廣、測(cè)壓點(diǎn)多，要求測(cè)量精度高。

通信天線車和火箭炮支架

MEMS傾角傳感器廣泛應(yīng)用于火箭炮固定轉(zhuǎn)動(dòng)支架角度測(cè)量，通訊天線車和飛艇等等。應(yīng)用范圍廣，要求測(cè)量精度高，誤差小，可靠性高。美泰電子自主研發(fā)的MTS2000和MTS2001測(cè)量精度達(dá)到0.001°，內(nèi)置溫度傳感器，體積小適用多種場(chǎng)合，并具有良好的振動(dòng)和沖擊特性，已批量應(yīng)用于雷達(dá)天線角對(duì)準(zhǔn)，火炮炮管初設(shè)角度測(cè)量，衛(wèi)星通信車姿態(tài)檢測(cè)盒天線角度測(cè)量。

航天航空集當(dāng)代先進(jìn)制造技術(shù)、信息技術(shù)和材料技術(shù)于一身對(duì)傳感器的要求越來(lái)越高。MEMS傳感器發(fā)展方向是多功能化、小型化、智能化、集成化，隨著產(chǎn)品可靠性進(jìn)一步提高和價(jià)格降低，制作技術(shù)發(fā)展的不斷成熟和完善，MEMS傳感器在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)在更廣泛范圍取代傳統(tǒng)傳感器。
責(zé)任編輯；zl