MEMS慣性傳感器的背景及發(fā)展現(xiàn)狀

MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）是指集機械元素、微型傳感器以及信號處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的完整微型機電系統(tǒng)。MEMS慣性傳感器可構成低成本的INS/ GPS 組合導航系統(tǒng) ，是一類非常適合構建微型捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)的慣性傳感器。MEMS慣性傳感器的突出特點使其在眾多的民用和軍用領域具有廣闊的應用前景。

MEMS慣性傳感器的背景狀況

MEMS技術最早由Richard Pfeynman（1965年獲得諾貝爾物理獎），在1959年提出設想。1962年硅微型壓力傳感器問世。

1979年Roylance和Angell開始壓阻式微加速計的研制。1991年Cole開始電容式微加速度計的研制。

慣性傳感器包括加速度計（或加速度傳感計）和角速度傳感器（陀螺）以及它們的單、雙、三軸組合IMU（慣性測量單元），AHRS（包括磁傳感器的姿態(tài)參考系統(tǒng)）。

MEMS加速度計是利用傳感質量的慣性力測量的傳感器，一般由標準質量塊（傳感元件）和檢測電路組成。根據(jù)傳感原理不同，主要有壓阻式、電容式、壓電式、隧道電流式、諧振式、熱電耦合式和電磁式等。

1998年，美國CSDL設計研制了最早的MEMS陀螺。同年，Drapor實驗室研制了另一種形式的MEMS陀螺?！　?MEMS陀螺是利用震動質量塊被基座（殼體）帶動旋轉時的哥氏效應來傳感角速度的原理制成。

主要形式有框架驅動式（內(nèi)、外框架兩種）梳狀驅動式、電磁驅動式等。

IMU由于是MEMS技術組合的微型慣性測量單元，所以很多地方稱為MIMU。主要由三個MEMS加速度傳感器及三個陀螺及解算電路組成。

AHRS則為包括三個磁傳感器的IMU，并且依據(jù)四元素法進行了解算，直接可輸出一個運動體的俯仰角、橫滾角和航向角。

低精度MEMS慣性傳感器作為消費電子類產(chǎn)品主要用在手機、游戲機、音樂播放器、無線鼠標、數(shù)碼相機、PD、硬盤保護器、智能玩具、計步器、防盜系統(tǒng)、GPS導航等便攜式。由于具有加速度測量、傾斜測量、振動測量甚至轉動測量等基本測量功能，有待挖掘的消費電子應用會不斷出現(xiàn)。

中級MEMS慣性傳感器作為工業(yè)級及汽車級產(chǎn)品，則主要用于汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)（ESP或ESC）GPS輔助導航系統(tǒng)，汽車安全氣囊、車輛姿態(tài)測量、精密農(nóng)業(yè)、工業(yè)自動化、大型醫(yī)療設備、機器人、儀器儀表、工程機械等。　　 高精度的MEMS慣性傳感器作為軍用級和宇航級產(chǎn)品，主要要求高精度、全溫區(qū)、抗沖擊等指數(shù)。主要用于通訊衛(wèi)星無線、導彈導引頭、光學瞄準系統(tǒng)等穩(wěn)定性應用；飛機/導彈飛行控制、姿態(tài)控制、偏航阻尼等控制應用、以及中程導彈制導、慣性GPS導航等制導應用、遠程飛行器船舶儀器、戰(zhàn)場機器人等。
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