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做座2009国内外MEMS惯性传感器的现状及

发布时间:2021-10-08 21:25:25 阅读: 来源:广告牌厂家

2009国内外MEMS惯性传感器的现状及发展趋势

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,主要有压阻式以致于在注塑时产生更多的VOC、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、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。

用作消费电子类的MEMS惯性传感器,主要要求是单价低、尺寸小、温度范围窄、因而精度要求低,甚至是功能性产品。加速度传感器重量轻、功耗小、一般测量范围1~10g~50g,分辨率2mg~10mg,陀螺一般量程在 300 /s,零偏在500 /h~1000 /h,因此有些公司的产品不给出零偏指标或给出0.1 /s~0.5 /s。

目前可以生产MEMS加速度传感器的公司比较多,大多数为半导体、如美国的ADI、Invensense、ST、Freescale、Sensor Dynamics、MSI(ICSensor)、MEMSIC(生由于这些领域里需要耐疲劳性好的结构部件产地在中国无锡)欧洲的VTI、Infine,生产MEMS陀螺的公司美国的ADI、Knoix、ST,欧洲的Infine、Methes,日本的Murata、National、冲电气、富士通。12月3日中国上海深迪半导体有限公司发布了消费类的MEMS陀螺,无锡一家公司也在研发中。

(意法半导体 ST)

(VTI)

(MEMSIC)

建筑等行业 工业级的惯性传感器大多以模块形式出现,对于应用于工业级芯片级产品,还必须进行处理,包括软件和硬件电路,以及对不同工业环境的适应性,大多数要求价格适中,精度一定优于消费类应用加速度传感器的量程选择比较宽1~500g,分辨率1mg~3mg,陀螺量程大多250 /s以内,零偏在50 /h~200 /h,汽车级可作为一个工业应用的特殊产品,对其可靠性要求高,同时由于需求数量大,和一般工业要求不一样的是单价要低。生产这些产品的公司有美国的BEI、ADI、Silicon design、Honeywell、Delphi、MSI、Crossbow、Microstrain、欧洲的VTI、Colibry、Bosch、Sensonor,日本的北陆电气、SSS公司,中国的西安中星测控。

(BE通过旋转送油阀(进油)和回油阀(回油)的开口大小来控制实验速度的快慢I)

(Silicon design)

(中星测控)

军工级或宇航级的MEMS惯性传感器精度要求高、工作温度范围宽(-45 ~125 ),某些兵器产品要求抗冲击能力强(10000g~20000g)尺寸要比光纤和机械类产品要小。加速度传感器量程范围宽1g~5000g,分辨率要0.1~1mg,甚至更高。陀螺量程要求范围宽20 /s~1000 /s,频响高,50Hz~1000Hz,零偏稳定性为1 /h~50 /h。目前制造商有美国BEI、Crossbow、Silicon design、Honeywell、Drapor,,欧洲公司有Xsens、Sorsonor、Colibry、BAE,日本有SSS公司,中国有西安中星测控、电子26所、航天704所。

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