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          2009年MEMS慣性傳感器現(xiàn)狀及2010年趨勢(shì)

          作者: 時(shí)間:2010-02-23 來(lái)源:中國(guó)元協(xié)傳感器分會(huì)副理事長(zhǎng) 收藏

            技術(shù)最早由Richard Pfeynman(1965年獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)),在1959年提出設(shè)想。1962年硅微型壓力傳感器問(wèn)世。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/106186.htm

            1979年Roylance和Angell開(kāi)始?jí)鹤枋轿⒓铀儆?jì)的研制。1991年Cole開(kāi)始電容式微加速度計(jì)的研制。

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

            加速度計(jì)是利用傳感質(zhì)量的慣性力測(cè)量的傳感器,一般由標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量塊(傳感元件)和檢測(cè)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(guó)CSDL設(shè)計(jì)研制了最早的陀螺。同年,Drapor實(shí)驗(yàn)室研制了另一種形式的MEMS陀螺。

            MEMS陀螺是利用震動(dòng)質(zhì)量塊被基座(殼體)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)的哥氏效應(yīng)來(lái)傳感角速度的原理制成。

            主要形式有框架驅(qū)動(dòng)式(內(nèi)、外框架兩種)梳狀驅(qū)動(dòng)式、電磁驅(qū)動(dòng)式等。

            IMU由于是MEMS技術(shù)組合的微型慣性測(cè)量單元,所以很多地方稱(chēng)為MIMU。主要由三個(gè)MEMS加速度傳感器及三個(gè)陀螺及解算電路組成。

            AHRS則為包括三個(gè)磁傳感器的IMU,并且依據(jù)四元素法進(jìn)行了解算,直接可輸出一個(gè)運(yùn)動(dòng)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(fèi)電子類(lèi)產(chǎn)品主要用在手機(jī)、游戲機(jī)、音樂(lè)播放器、無(wú)線(xiàn)鼠標(biāo)、數(shù)碼相機(jī)、PD、硬盤(pán)保護(hù)器、智能玩具、計(jì)步器、防盜系統(tǒng)、GPS導(dǎo)航等便攜式。由于具有加速度測(cè)量、傾斜測(cè)量、振動(dòng)測(cè)量甚至轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量等基本測(cè)量功能,有待挖掘的消費(fèi)電子應(yīng)用會(huì)不斷出現(xiàn)。

            中級(jí)MEMS慣性傳感器作為工業(yè)級(jí)及汽車(chē)級(jí)產(chǎn)品,則主要用于汽車(chē)電子穩(wěn)定系統(tǒng)(ESP或ESC)GPS輔助導(dǎo)航系統(tǒng),汽車(chē)安全氣囊、車(chē)輛姿態(tài)測(cè)量、精密農(nóng)業(yè)、工業(yè)自動(dòng)化、大型醫(yī)療設(shè)備、機(jī)器人、儀器儀表、工程機(jī)械等。

            高精度的MEMS慣性傳感器作為軍用級(jí)和宇航級(jí)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(wú)線(xiàn)、導(dǎo)彈導(dǎo)引頭、光學(xué)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)等穩(wěn)定性應(yīng)用;飛機(jī)/導(dǎo)彈飛行控制、姿態(tài)控制、偏航阻尼等控制應(yīng)用、以及中程導(dǎo)彈制導(dǎo)、慣性GPS導(dǎo)航等制導(dǎo)應(yīng)用、遠(yuǎn)程飛行器船舶儀器、戰(zhàn)場(chǎng)機(jī)器人等。

            用作消費(fèi)電子類(lèi)的MEMS慣性傳感器,主要要求是單價(jià)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(cè)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(biāo)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(dǎo)體、如美國(guó)的ADI、Invensense、ST、Freescale、 Sensor Dynamics、MSI(ICSensor)、MEMSIC(生產(chǎn)地在中國(guó)無(wú)錫)歐洲的VTI、Infine,生產(chǎn)MEMS陀螺的公司美國(guó)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(guó)上海深迪半導(dǎo)體有限公司發(fā)布了消費(fèi)類(lèi)的MEMS陀螺,無(wú)錫一家公司也在研發(fā)中。

            軍工級(jí)或宇航級(jí)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(qiáng)(10000g~20000g)尺寸要比光纖和機(jī)械類(lèi)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(guó)BEI、Crossbow、Silicon design、Honeywell、Drapor,,歐洲公司有Xsens、Sorsonor、Colibry、BAE,日本有SSS公司,中國(guó)有西安中星測(cè)控、電子26所、航天704所。


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