2009年MEMS慣性傳感器現(xiàn)狀及2010年趨勢

　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、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。

　　用作消費電子類的MEMS慣性傳感器，主要要求是單價低、尺寸小、溫度范圍窄、因而精度要求低，甚至是功能性產(chǎn)品。加速度傳感器重量輕、功耗小、一般測量范圍1～10g～50g，分辨率2mg～10mg，陀螺一般量程在±300°/s，零偏在500°/h～1000°/h，因此有些公司的產(chǎn)品不給出零偏指標或給出0.1°/s～0.5°/s。

　　目前可以生產(chǎn)MEMS加速度傳感器的公司比較多，大多數(shù)為半導體、如美國的ADI、Invensense、ST、Freescale、 Sensor Dynamics、MSI(ICSensor)、MEMSIC(生產(chǎn)地在中國無錫)歐洲的VTI、Infine，生產(chǎn)MEMS陀螺的公司美國的ADI、 Knoix、ST，歐洲的Infine、Methes，日本的Murata、National、沖電氣、富士通。12月3日中國上海深迪半導體有限公司發(fā)布了消費類的MEMS陀螺，無錫一家公司也在研發(fā)中。

　　軍工級或宇航級的MEMS慣性傳感器精度要求高、工作溫度范圍寬(-45°～125°)，某些兵器產(chǎn)品要求抗沖擊能力強(10000g～20000g)尺寸要比光纖和機械類產(chǎn)品要小。加速度傳感器量程范圍寬1g～5000g，分辨率要0.1～1mg，甚至更高。陀螺量程要求范圍寬20°/s～1000° /s,頻響高，50Hz～1000Hz，零偏穩(wěn)定性為1 °/h～50°/h。目前制造商有美國BEI、Crossbow、Silicon design、Honeywell、Drapor,，歐洲公司有Xsens、Sorsonor、Colibry、BAE，日本有SSS公司，中國有西安中星測控、電子26所、航天704所。

　最近六、七年以來，國內對MEMS慣性傳感器的研發(fā)熱度很高，尤其是2005年～2008年，而且大多集中在國內的頂尖研究機構。據(jù)初步了解，研發(fā)加速度傳感器的機構有：哈爾濱工業(yè)大學、浙江大學、東南大學、西安交通大學、中北大學、哈爾濱電子49所、石家莊電子13所、航天704所、重慶電子26所、重慶電子24所、西安航空618所、西安航天771所、中科院上海微系統(tǒng)所、綿陽中國工物院。研發(fā)陀螺及組合的機構有清華大學、北京大學、西北工業(yè)大學、東南大學、南京理工大學、北京信息工程大學、長沙國防科技大學、上海交通大學、重慶電子26所、航天704所。

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