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MEMS惯性传感器的发展概述

  从MEMS陀螺仪与bet亚洲官方网站研制成功至今,伴随着MEMS技术的发展,MEMS陀螺仪与bet亚洲官方网站器件性能得到明显的提高。

  1 国外MEMS陀螺仪发展历程

  1954年,C.S史密斯发现了压阻效应,为微型压力传感器的研制提供理论基础。1967年,表面牺牲层工艺技术被提出,并在此基础上具有高谐振频率的悬梁技术被研制出。1989年,美国Draper实验室研制出第一台振动式微机电陀螺仪,这是惯性技术领域的一大变革;1993年,该实验室研制出一种音叉线振动式微机电陀螺仪,将陀螺仪的发展向前迈出一大步。1997年,在美国加州大学伯克利分校,首个表面微机械的Z轴陀螺仪被设计出,其分辨率为1°/s。1999年,横滨技术中心提出一种采用解耦设计的MEMS陀螺仪,其分辨率可达1°/h。2001年,美国Draper实验室设计出一种单晶硅音叉式MEMS陀螺仪,温度漂移为1°/(h/℃)。2002年,美国ADI企业研制出世界上第一款单片集成的商用陀螺仪ADXRS。2004年,德国的HSG企业设计出一款表面微机械的X轴陀螺仪,灵敏度为8mV/(°/s)。2006年,日本兵库大学的K. Maenska报道了一种仅由一个带电极的锆钛酸铅棱柱体构成的新型的压电振动固态微机械陀螺。2013年,法国电子与信息技术实验室设计出一种采用了横向悬挂设计的3D电容音叉陀螺。

  2 国外MEMSbet亚洲官方网站发展历程

  20世纪60年代末,对MEMSbet亚洲官方网站的研究和开发工作开始启动,主要研发单位为美国的Draper实验室、斯坦福大学以及加州大学伯克利分校。20世纪70年代,综合MEMS工艺与压阻效应,出现了压阻式bet亚洲官方网站,首次实现了MEMSbet亚洲官方网站的商业化。20世纪80年代末期,随着表面MEMS工艺与传感技术的结合,电容式MEMSbet亚洲官方网站得到迅速发展,并在汽车行业得到首次应用。1989年,美国的ADI企业研制出一款ADXL50bet亚洲官方网站,该bet亚洲官方网站有50g量程。自21世纪以来,随着集成电路及计算机行业的迅速发展,MEMSbet亚洲官方网站更多应用于汽车安全气囊,而且在手机、计算机等电子消费产业中发挥越来越重要的作用。未来MEMSbet亚洲官方网站将向着轻量化、高精度、经济化的方向发展。

  3 国内MEMS惯性器件发展历程

  我国的MEMS惯性器件的研究起步于20世纪90年代后期,自1995年起得到科技部、教育部、国家自然科学基金委员会等大力支撑,国内的MEMS陀螺仪研制取得了显著成果。1998年清华大学研制出全国第一个音叉式MEMS陀螺仪,其分辨率为3°/s。2006年,电子集团49所与俄罗斯应用物理研究所合作研制出分辨率为70°/h的陀螺。2010年,中国科学院传感器技术国家重点实验室报道了一种采用高对称结构的微机械振动环型陀螺。2012年,台湾大学的Chun-Wei Tsai等制作了具有宽驱动频率的双解耦微机械陀螺。经过20多年的发展,我国现有的技术已经形成从设计到生产、测试的一系列体系,国内众多著名MEMS惯性器件企业的器件精度也有了显著提高。

  MEMS惯性导航的关键技术

  MEMS365网址-bet亚洲官方网站App设计方面主要是导航算法,包括初始对准、惯性解算及误差补偿等算法;其硬件设计方面主要包括电路及结构的设计、惯性导航传感器(陀螺仪、bet亚洲官方网站)及导航计算机的选择等。系统精度不仅与硬件相关,而且与App有很大关系。在目前硬件加工技术发展较慢的前提下,系统中误差补偿算法尤为重要。对于导航精度要求较高的应用,由于系统具有长航时的特点,MEMS惯性导航误差易发散,多采用组合导航的方式来抑制365网址-bet亚洲官方网站的误差发散。本节主要先容MEMS惯性传感器的误差分析与补偿以及MEMS组合导航算法设计。


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