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1、微惯性传感器 微惯性传感器微惯性传感器介绍分类应用加速度微传感器角速度微传感器原理分类原理分类传感传感器器信号处理执行器 MEMSMEMS是建立在微米是建立在微米是建立在微米是建立在微米/ /纳米技术基础上的纳米技术基础上的纳米技术基础上的纳米技术基础上的2121世纪前沿技术，世纪前沿技术，世纪前沿技术，世纪前沿技术，对微米对微米对微米对微米/ /纳米材料进行设计、加工、制造和控制。纳米材料进行设计、加工、制造和控制。纳米材料进行设计、加工、制造和控制。纳米材料进行设计、加工、制造和控制。MEMSMEMS是多种学是多种学是多种学是多种学科的交叉融合，应用领域极为广泛，目前已成功地应用于汽车、科
2、的交叉融合，应用领域极为广泛，目前已成功地应用于汽车、科的交叉融合，应用领域极为广泛，目前已成功地应用于汽车、科的交叉融合，应用领域极为广泛，目前已成功地应用于汽车、电子和军事等行业。电子和军事等行业。电子和军事等行业。电子和军事等行业。美国：美国：微电子机械系统（微电子机械系统（MEMSMEMS） （MicroElectroMechanicalSystem）欧洲：欧洲：微系统技术（微系统技术（MSTMST） （MicroSystemTechnology）日本：日本：微机械（微机械（Micromachine Micromachine ）MEMS简介微機電系統的尺寸 在微小尺寸範圍內，機械依其特
3、徵尺寸可以劃分為1-10毫米的小型(Mini-)機械，1微米一1毫米的微型機械以及1納米一1微米的機械。所謂微型機械從廣義上包含了微小型和納米機械，但並非單純微小化，而是指可批量製作的集微型機構、微型感測器、微型執行器以及介面信號處理和控制電路、通訊和電源等於一體的微電子機械系統(Micro-Electronic Mechanical System-ME MS)或称為微機電系統。MEMS的特點1.微型化微型化:MEMS器件体积小、重量輕、耗能低、慣性小、谐振频率高、回應時間短 。2 以以硅为硅为主要材料，主要材料，机械电器机械电器性能性能优良。优良。3. 大量生產大量生產:用硅微加工工藝在一片
4、矽片上可同時製造成百上千個微型機電裝置或完整的MEMS。批量生產可大大降低生產成本。4. 集成化集成化:可以把不同功能、不同敏感方向或致動方向的多個感測器或執行器集成於一體，或形成微感測器陣列、微執行器陣列，甚至把多種功能的器件集成在一起， 形成複雜的微系統。5.多學科交叉多學科交叉:MEMS涉及電子、機械、材料、製造、資訊與自動控制、物理、化學 和生物等多種學科，並集中了當今科學技術發展的許多尖端成果。 微加速度计、微陀螺仪外观加速度微传感器原理 加速度微传感器一般利用敏感质量快或震动块M来测量加速度。1.压阻式加速度微传感器悬臂梁式加速度微传感器结构图硅梁结构图硅梁结构图2.电容式加速度微
5、传感器三轴式电容式加速度微传感器3.谐振式加速度传感器4.隧道式加速度微传感器5.伺服式加速度微传感器应用1.倾斜测量和调平系统2.惯性导航和制导系统3.医疗器械4.安全防撞系统5.提高电梯车辆舒适性4.安全防撞系统 传感器分辨率灵敏度要求较高，保证适时发出气囊充气的指令。MEMS在汽车中的应用5.提高电梯车辆舒适性 提供安全与舒适的转向架监控 和诊断系统，改进乘客舒适度的高速列车倾斜控制系统，磁悬浮列车的位置监控，提供安全与维护的精准列车定位和铁路轨道监控系统。 角速度微传感器原理 大部分微机械陀螺都属于振动陀螺，利用一定的振动质量块来检测科氏力。1.音叉式微机械陀螺 音叉式微机械陀螺是最为
6、经典的振动陀螺结构，两音叉齿受驱动以一个固定幅度进行差分共振（第一模态），受基轴旋转输入角速度作用引起与垂直于驱动方向的振动（第二模态）。 微陀螺分类按振动结构 按振动结构分为线振动陀螺和旋转振动陀螺。线振动陀螺有正交线振动结构和非正交线振动结构。线振动陀螺旋转振动陀螺振动轮式微机械陀螺振动轮式微机械陀螺2.框架式微机械陀螺外框驱动式微机械陀螺结构示意图框架式微机械陀螺内框驱动式微机械陀螺结构示意图微惯性测量组合 对运动物体运动轨迹的跟踪和控制，是各种导航系统的重要内容。利用陀螺仪可以测量运动物体的姿态或转动的角速度，利用加速度计可以测量加速度的变化。 陀螺仪可以保持对加速度对准的方向进行跟踪，从而在惯性坐标系中分辨指示的加速度。对加速度进行两次积分就可测出物体位置。 微加速度计和微陀螺组合起来就构成了微惯性测量组合单元，以获得最小尺寸和重量及最可靠性能，并且可以使外界干扰信号降到最小程度。
