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综述与展望?
王寿荣·徽惯性仪表技术研究现状与进展
微惯性仪表技术研究现状与进展
王寿荣
东南大学微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室,江苏南京21009%6)
摘要:微惯性仪表是一类新型惯性仪表,也是当前研究热点之一。回顾了微机电加速度计及
微机电陀螺仪的发展,比较了振动式微陀螺、转子式微陀螺及介质类微陀螺的结构特点,介绍
了微惯性仪表及由微惯性仪表组成的微惯性系统在民用领域和军事领域的应用,简要阐述了
发展微惯性仪表当前需要解决的关键技术。
关词;微机电系统;加速度计;陀螺仪;微惯性导航系统
中图分类号:TH701;U66.1文献标志码:A文章编号:1671-5276(2011)01-0006-07
Current Status and Prospect of Research on Micro Inertial Instrument Technology
WANG Shou-rong
(Key Laboratory for Mi netal nstrument and Advanced Navigation Technology of Ministry
of Education, Southeast University, Nanjing 210096, China
Abstract: Micro Inert al Instrument as a kind of new type has become a hotpoint in recent years. The development for MEMS accel
erometers and MEMS gyroscopes is vev the strucue chaacrstis of micro rating gyro cope, micro rotating gyroscope
andmicromedilagyiroscopearecomparedeachother.Theapplcationsofmiroinertalinstrumentsandmicroinerialsystemsin
both civil and military areas a oduce Fall, some key techniques to be so ving for developping micro inertial instrument cur
rently are outlined
Key words: MEMS; accelerometer; gyroscope; micro inertial navigation system
systems,MEMS)。
0前言
20世纪80年代以来,MEMS和微型制造技术的发展
推动微惯性技术和微惯性仪表的发展,导致新一代陀螺仪
惯性技术是利用惯性原理和其他相关科学原理,自主和加速度计的产生。包括硅微机械加速度计、硅微机械陀
测量和控制载体角运动、线运动参数的工程技术,包括惯螺仪、石英晶体微惯性仪表、微型光学陀螺仪等等。和传
性仪表、惯性系统以及利用它们实现导航、制导、控制、测统的惯性仪表相比,微惯性仪表具有以下一些特点
量等功能的技术。我国惯性技术的发展已有50多年的历
1)体积小、质量轻、功耗低。微惯性仪表多半是通过
史,经过几代人的不懈努力与奋斗,我国自行设计制造的半导体加工工艺制作的,敏感结构尺寸量级通常在微米到
导弹、卫星、飞船、飞机、舰艇、陆用车辆等所用的惯性仪表毫米之间,与信号处理电路集成封装后的尺寸通常在毫米
与系统已投入应用。惯性仪表包括加速度计和陀螺仪。到厘米量级,不仅体积小、质量轻,而且功耗小。例如,美国
加速度计可以自主测量运动载体的加速度,并进而推算出BEI科技公司 Systron Donner惯性传感器分公司生产的
载体的线速度和线位移,陀螺仪可以自主测量运动载体的LCC50,其封装尺寸为29.4mm×29.4m×10.7m。美
角速度,并进而推算出载体的角位移和角加速度。惯性仪国 Analog Devices(AD)公司 ADXRS150,该陀螺仪大小为
表中的陀螺从气浮、液浮、挠性陀螺发展到三浮陀螺、静电mmx7mmx3mm,启动时间在35ms左右,功耗只有30
陀螺、激光陀螺、光纤陀螺、机电陀螺;加速度计从机电mW。
式发展到微机械加速度计。馈性系统从早期的平台式发
2)易于集成批量化、成本低。由于采用了硅作为加
展到捷联式,从单一的自主惯性系统发展为惯性/多信息工材料,与微电子集成电路制造工艺的兼容性好,可以将
组合导航系统。惯性仪表及系统的性能越来越好,体积越硅微惯性器件的敏感表头与信号处理电路和控制电路集
来越小,应用范围越来越广。
成在一个芯片上,因此可以像集成电路工业那样实现大批
近几十年来,微电子科学发展非常迅速,集成度不断量生产,从而显著地降低了单个仪表的生产成本,有利于
提高,加工尺寸越来越小。微电子技术的进步也促进了微推广使用。例如,ADI公司在198年利用制造ADXL加
机械技术的兴起和发展,当微机械技术和微电子技术相集速度传感器的 IMEMS集成技术,推出了第一个全集成的
合,就形成了全新的微机电系统( micro electromechanical微加工陀螺 ADXRS,将机裓结构和处理电路集成在一块
作者简介:王寿菜(1946-),男,江苏兴化人,东南大学仪器科学与工程学院教授博士生导师,曾任中国米纳米技术学会理事,教育
部仪器仪表学科教学指导委员会委员等职,出版有《硅微型惯性器件理论及应用》等著作5本,发表论文100余篇,主要研究
方向为精密仪器及机械,惯性技术,微机电系统技术。
htpe:ZZHD. chinajournal.net.cnE-mail:7HD@ chainajoumal.ne.cn《机械制造与自动化