MEMS微陀螺仪研究进展

MEMS微陀螺仪研究进展一、本文概述随着科技的不断发展，微纳传感器在各类工业、科研以及消费领域中的应用越来越广泛，其中，微陀螺仪作为一种关键的角速度传感器，在导航、姿态控制、地震监测等领域具有不可替代的作用。本文旨在全面综述近年来MEMS（微机电系统）微陀螺仪的研究进展，通过对相关文献的梳理和分析，展现该领域的研究成果、现状以及未来发展趋势。本文首先将对MEMS微陀螺仪的基本原理和分类进行简要介绍，为后续研究提供理论基础。随后，将重点分析当前MEMS微陀螺仪在结构设计、材料选择、制造工艺以及性能优化等方面的最新研究成果，并探讨这些成果在实际应用中的潜力和挑战。本文还将关注微陀螺仪的集成化、智能化和微型化的发展趋势，并探讨未来研究方向和应用前景。通过对MEMS微陀螺仪研究进展的全面梳理和分析，本文旨在为相关领域的研究人员和技术人员提供有价值的参考信息，推动微陀螺仪技术的进一步发展，并促进其在更多领域中的广泛应用。二、微陀螺仪设计原理微陀螺仪，即微型陀螺仪，是一种基于微机电系统（MEMS）技术的惯性传感器，用于测量和维持方向。其核心设计原理主要基于科里奥利力（Coriolisforce）的作用。科里奥利力是一个在旋转参考系中观察到的惯性力，当一个物体在旋转参考系中沿某一方向直线运动时，会受到一个垂直于运动方向和旋转轴方向的力，这个力就是科里奥利力。在微陀螺仪的设计中，一个关键部分是振动元件，它通常被设计成在某一方向上振动。当微陀螺仪旋转时，振动元件受到的科里奥利力会导致其振动方向发生偏移，这个偏移量就是旋转角速度的度量。通过检测这个偏移量，我们就可以确定微陀螺仪的旋转角速度。微陀螺仪的设计还涉及到许多复杂的工程问题，如振动元件的模态控制、结构优化设计、噪声抑制等。为了提高微陀螺仪的性能，设计者们需要综合考虑这些问题，并采用先进的加工技术、材料科学和电路设计等手段，确保微陀螺仪的精度、稳定性和可靠性。微陀螺仪的设计原理是基于科里奥利力的测量，通过振动元件的偏移量来确定旋转角速度。在这个过程中，需要运用多种工程技术和科学知识，以确保微陀螺仪的性能达到最优。随着技术的进步，微陀螺仪在航空航天、汽车导航、消费电子等领域的应用前景将越来越广阔。三、微陀螺仪制造技术随着微纳技术的飞速发展，微陀螺仪的制造技术也在不断进步。目前，微陀螺仪的制造主要涉及到精密机械加工、微电子加工、微细加工以及新型材料的应用等多个领域。这些技术不仅为微陀螺仪的小型化、集成化和高精度提供了可能，也为其在航空航天、汽车电子、消费电子产品等领域的应用奠定了坚实的基础。精密机械加工技术是微陀螺仪制造的基础。通过采用超精密车削、超精密磨削、超精密研磨与抛光等技术，可以实现对微陀螺仪结构件的高精度加工。同时，利用激光加工、电火花加工等特种加工技术，可以实现对复杂结构件的精确制造。微电子加工技术为微陀螺仪的集成化提供了有效的手段。通过采用薄膜沉积、光刻、刻蚀等微电子加工技术，可以在硅片上制造出微小的结构，实现微陀螺仪的集成化制造。利用微电子加工技术还可以制造出具有特定功能的微型传感器和微执行器，提高微陀螺仪的性能。微细加工技术是实现微陀螺仪高精度制造的关键。通过采用微细电火花加工、微细激光加工、微细切削加工等技术，可以实现对微陀螺仪微小结构的精确制造。这些技术不仅可以提高微陀螺仪的精度和稳定性，还可以降低制造成本，提高生产效率。新型材料的应用为微陀螺仪的性能提升提供了可能。随着新材料研究的深入，新型材料如陶瓷、高分子材料、复合材料等被广泛应用于微陀螺仪的制造中。这些材料具有优异的力学性能、热学性能和化学稳定性，可以有效提高微陀螺仪的性能和可靠性。随着微纳技术的不断进步和创新，微陀螺仪的制造技术也在不断发展和完善。未来，随着新材料、新工艺的不断涌现和应用，微陀螺仪的性能和可靠性将得到进一步提升，其在各个领域的应用也将更加广泛。四、微陀螺仪性能优化随着微陀螺仪在各个领域的应用日益广泛，对其性能的要求也越来越高。因此，微陀螺仪的性能优化成为了研究的重点。性能优化主要包括提高精度、降低噪声、提高稳定性等方面。提高精度：精度是衡量微陀螺仪性能的重要指标。为了提高精度，研究者们从材料、结构、工艺等多个方面进行了优化。例如，采用新型的高性能材料，如硅碳氮化物等，以提高微陀螺仪的机械性能和热稳定性。在结构设计上，通过优化敏感结构、提高模态匹配度等方式，提高微陀螺仪的灵敏度。同时，采用先进的微纳加工技术，如深反应离子刻蚀（DRIE）、激光微加工等，实现微陀螺仪的高精度制造。降低噪声：噪声是影响微陀螺仪精度的主要因素之一。为了降低噪声，研究者们采用了多种方法。一方面，通过优化电路设计，降低电子噪声。另一方面，通过改进封装工艺，减少外部干扰。还有研究者提出采用主动噪声控制技术，通过引入反馈机制，实时补偿噪声，从而有效降低微陀螺仪的噪声水平。提高稳定性：稳定性是微陀螺仪长期工作的关键。为了提高稳定性，研究者们主要从材料选择、结构设计和制造工艺等方面进行了改进。例如，选用热稳定性好的材料，减少温度对微陀螺仪性能的影响。在结构设计上，通过优化结构布局，提高微陀螺仪的抗冲击能力和抗振动能力。采用先进的封装技术和环境适应性测试，确保微陀螺仪在各种恶劣环境下都能稳定工作。微陀螺仪的性能优化是一个综合性的工作，需要从多个方面进行改进。随着新材料、新工艺和新技术的不断发展，相信未来微陀螺仪的性能将得到进一步提升，为各领域的应用提供更可靠的技术支持。五、微陀螺仪的应用领域随着微陀螺仪技术的不断成熟与进步，其应用领域也日益广泛。微陀螺仪的高精度、小型化、低功耗等特性，使其在众多领域中展现出巨大的应用潜力。航空航天领域：在航空航天领域，微陀螺仪是实现飞行器姿态控制和导航定位的关键元件。由于其体积小、重量轻、可靠性高，微陀螺仪已成为现代卫星、导弹、无人机等航空航天器的重要组成部分。汽车工业：在汽车工业中，微陀螺仪被广泛应用于车辆动态控制系统，如电子稳定程序（ESP）、防抱死制动系统（ABS）等。微陀螺仪的高精度测量能力为车辆稳定性控制和安全性提供了有力保障。消费电子：随着智能手机、平板电脑等消费电子产品的普及，微陀螺仪在这些设备中的应用也越来越广泛。微陀螺仪能够实现设备的精确定位和手势识别，提升了用户的使用体验。医疗健康：在医疗健康领域，微陀螺仪可用于制造微型医疗器械，如微型手术机器人、生理信号监测设备等。其高精度的运动检测和稳定性控制为医疗诊断和治疗提供了新的可能性。军事领域：在军事领域，微陀螺仪的小型化、高精度特性使其成为精确制导武器、无人侦察机、智能弹药等军事装备的重要组件，为军事行动的精确性和高效性提供了有力支持。微陀螺仪在航空航天、汽车工业、消费电子、医疗健康和军事领域等多个领域都有广泛的应用前景。随着技术的不断进步和成本的降低，微陀螺仪的应用领域还将进一步扩大。六、研究进展与最新动态随着科技的快速发展，微机电系统（MEMS）技术已成为当代科技领域的重要研究热点。作为MEMS技术的重要组成部分，微陀螺仪的研究与应用也在逐步深入。近年来，全球科研团队在微陀螺仪的研究上取得了显著的进展和最新的动态，这些成果不仅推动了微陀螺仪的性能提升，还为未来的微纳传感器技术发展提供了强大的支撑。在微陀螺仪的结构设计方面，研究者们不断尝试新的结构和材料，以提高其灵敏度和稳定性。例如，利用新型的悬臂梁结构，可以有效提高微陀螺仪的振动频率和响应速度，同时降低其噪声水平。碳纳米管、石墨烯等新型材料的引入，也为微陀螺仪的性能提升带来了新的可能性。在微陀螺仪的制造工艺方面，随着微纳加工技术的不断进步，微陀螺仪的制造精度和可靠性得到了显著提升。尤其是近年来兴起的纳米压印技术、深反应离子刻蚀等先进制造技术，为微陀螺仪的大规模生产和应用提供了有力保障。在微陀螺仪的信号处理与控制技术方面，随着微处理器和集成电路技术的快速发展，微陀螺仪的信号处理速度和精度得到了极大提高。通过引入先进的控制算法和数据处理技术，可以有效提高微陀螺仪的测量精度和稳定性，为其在航空航天、汽车导航等领域的应用提供了坚实的技术基础。最新的动态显示，微陀螺仪的研究与应用正在不断拓展。一方面，随着物联网等技术的快速发展，微陀螺仪在智能家居、健康监测等领域的应用前景日益广阔。另一方面，随着空间探索、深海探测等领域的不断深入，对微陀螺仪的性能要求也越来越高。因此，未来的微陀螺仪研究将更加注重其小型化、低功耗、高可靠性等方面的提升。微陀螺仪的研究进展与最新动态展示了其在结构设计、制造工艺、信号处理与控制技术等方面的显著成就。随着科技的不断进步和应用领域的不断拓展，微陀螺仪将在未来的科技发展中发挥更加重要的作用。七、结论随着科技的快速发展，微机电系统（MEMS）技术作为现代科技的代表之一，其应用领域不断扩大，特别是在微陀螺仪的研究与应用方面，已经取得了显著的进展。本文对MEMS微陀螺仪的研究进展进行了全面的综述，探讨了其基本原理、主要类型、关键技术、性能提升、应用现状以及未来发展趋势。我们回顾了微陀螺仪的基本原理和类型，包括其工作原理、结构设计和主要分类。这些基础知识为我们理解微陀螺仪的性能和应用提供了基础。我们深入探讨了微陀螺仪的关键技术，如结构设计、材料选择、加工工艺等。这些技术的优化和创新对于提高微陀螺仪的性能和稳定性至关重要。接着，我们分析了微陀螺仪的性能提升方法，包括误差补偿、温度补偿、动态范围扩大等。这些方法的应用可以有效地提高微陀螺仪的测量精度和可靠性。我们还介绍了微陀螺仪在各个领域的应用现状，包括航空航天、汽车制造、消费电子等。这些应用展示了微陀螺仪在现实生活中的重要性和价值。我们展望了微陀螺仪的未来发展趋势，包括新材料的应用、新型结构的设计、集成化和智能化的发展趋势等。这些趋势预示着微陀螺仪将在未来发挥更大的作用，推动相关领域的科技进步。MEMS微陀螺仪作为一种重要的微机电系统器件，其研究与应用已经取得了显著的进展。未来，随着科技的不断进步和创新，微陀螺仪的性能和应用领域将进一步扩大和提升，为人类社会带来更多的便利和发展机遇。参考资料：随着微电子机械系统（MEMS）技术的飞速发展，陀螺仪在惯性导航、姿态传感等领域的应用越来越广泛。然而，受到工艺、材料等因素的影响，MEMS陀螺仪在使用过程中会出现随机误差，如漂移、噪声等，对其精度和稳定性造成不利影响。为了解决这一问题，随机误差滤波技术被引入到MEMS陀螺仪中，取得了显著的成效。在MEMS陀螺仪中，随机误差的产生主要有两方面原因。一方面是工艺和材料的不完善，导致陀螺仪内部结构、敏感器件的特性存在差异；另一方面是外部环境的干扰，如温度、湿度、压力等，使得陀螺仪的输出信号中混入噪声。针对这些随机误差，常见的滤波方法主要有卡尔曼滤波、最小二乘滤波和自适应滤波等。卡尔曼滤波是一种经典的线性最优滤波方法，能够实时处理带有噪声的输入信号，并通过对信号的预测和更新，得到最优估计结果。在MEMS陀螺仪中，卡尔曼滤波器可以用于估计陀螺仪的漂移和噪声，提高其测量精度。最小二乘滤波是一种非线性滤波方法，通过最小化误差的平方和来求解最优估计值。在MEMS陀螺仪中，最小二乘滤波器可用于陀螺仪输出信号的平滑处理，有效降低噪声对测量结果的影响。自适应滤波是一种先进的滤波技术，能够根据输入信号的变化自动调整滤波器的参数，以适应不同的工作环境。在MEMS陀螺仪中，自适应滤波器可根据陀螺仪输出的实时信号调整滤波器的参数，有效抑制各种随机误差，提高陀螺仪的测量精度和稳定性。MEMS陀螺仪随机误差滤波技术是实现更高精度测量和稳定性的关键。通过对卡尔曼滤波、最小二乘滤波和自适应滤波等滤波方法的应用，可以有效地减小随机误差对MEMS陀螺仪的影响，提高其性能指标。未来随着MEMS技术的进一步发展，随机误差滤波技术将会更加成熟和高效，为MEMS陀螺仪的应用和发展提供更为广阔的前景。微机械MEMS是英文MicroElectroMechanicalsystems的缩写，即微电子机械系统。微电子机械系统(MEMS)技术是建立在微米/纳米技术（micro/nanotechnology）基础上的21世纪前沿技术，是指对微米/纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术。它可将机械构件、光学系统、驱动部件、电控系统集成为一个整体单元的微型系统。这种微电子机械系统不仅能够采集、处理与发送信息或指令，还能够按照所获取的信息自主地或根据外部的指令采取行动。它用微电子技术和微加工技术(包括硅体微加工、硅表面微加工、LIGA和晶片键合等技术)相结合的制造工艺，制造出各种性能优异、价格低廉、微型化的传感器、执行器、驱动器和微系统。微电子机械系统（MEMS）是近年来发展起来的一种新型多学科交叉的技术，该技术将对未来人类生活产生革命性的影响。它涉及机械、电子、化学、物理、光学、生物、材料等多学科。微机械陀螺仪（MEMSgyroscope）的工作原理传统的陀螺仪主要是利用角动量守恒原理，因此它主要是一个不停转动的物体，它的转轴指向不随承载它的支架的旋转而变化。但是微机械陀螺仪的工作原理不是这样的，因为要用微机械技术在硅片衬底上加工出一个可转动的结构可不是一件容易的事。微机械陀螺仪利用科里奥利力——旋转物体在有径向运动时所受到的切向力。下面是导出科里奥利力的方法。有力学知识的读者应该不难理解。在空间设立动态坐标系（图一）。用以下方程计算加速度可以得到三项，分别来自径向加速、科里奥利加速度和切向加速度。如果物体在圆盘上没有径向运动，科里奥利力就不会产生。因此，在MEMS陀螺仪的设计上，这个物体被驱动，不停地来回做径向运动或者震荡，与此对应的科里奥利力就是不停地在横向来回变化，并有可能使物体在横向作微小震荡，相位正好与驱动力差90度。（图二）MEMS陀螺仪通常有两个方向的可移动电容板。径向的电容板加震荡电压迫使物体作径向运动（有点像加速度计中的自测试模式），横向的电容板测量由于横向科里奥利运动带来的电容变化（就像加速度计测量加速度）。因为科里奥利力正比于角速度，所以由电容的变化可以计算出角速度。图三是2轴MEMS陀螺仪。它采用了闭合回路、数字输出和传感器芯片跟ASIC芯片分开平放连线的封装方法。来自（BOSCHSMG070原理图）微机械陀螺仪的设计和工作原理可能各种各样，但是公开的微机械陀螺仪均采用振动物体传感角速度的概念。利用振动来诱导和探测科里奥利力而设计的微机械陀螺仪没有旋转部件、不需要轴承，已被证明可以用微机械加工技术大批量生产。绝大多数微机械陀螺仪依赖于由相互正交的振动和转动引起的交变科里奥利力。振动物体被柔软的弹性结构悬挂在基底之上。整体动力学系统是二维弹性阻尼系统，在这个系统中振动和转动诱导的科里奥利力把正比于角速度的能量转移到传感模式。通过改进设计和静电调试使得驱动和传感的共振频率一致，以实现最大可能的能量转移，从而获得最大灵敏度。大多数微机械陀螺仪驱动和传感模式完全匹配或接近匹配，它对系统的振动参数变化极其敏感，而这些系统参数会改变振动的固有频率，因此需要一个好的控制架构来做修正。如果需要高的品质因子（Q），驱动和感应的频宽必须很窄。增加1%的频宽可能降低20%的信号输出。（图五(a)）还有阻尼大小也会影响信号输出。（图五(b)）一般的微机械陀螺仪由梳子结构的驱动部分（图六）和电容板形状的传感部分组成（图八）。有的设计还带有去驱动和传感耦合的结构。（图九）MEMS陀螺仪的重要参数包括：分辨率（Resolution）、零角速度输出（零位输出）、灵敏度（Sensitivity）和测量范围。这些参数是评判MEMS陀螺仪性能好坏的重要标志，同时也决定陀螺仪的应用环境。分辨率是指陀螺仪能检测的最小角速度，该参数与零角速度输出其实是由陀螺仪的白噪声决定。这三个参数主要说明了该陀螺仪的内部性能和抗干扰能力。对使用者而言，灵敏度更具有实际的选择意义。测量范围是指陀螺仪能够测量的最大角速度。不同的应用场合对陀螺仪的各种性能指标有不同的要求。单轴和双轴MEMS角速度传感器（陀螺传感器）新产品群。该系列主要用于游戏机、输入设备、导航仪、PND（PortableNavigationDevice）及数码相机等。单轴产品可检测偏摆方向。双轴产品备有可检测俯仰方向及滚转方向的品种，以及可检测俯仰方向及偏摆方向的品种。可检测的角速度因品种而异，最大为30～6000度/秒。输出为模拟信号。各产品备有对各轴信号进行1倍（无放大）输出和放大至4倍的两个端口。降低了温度误差以及随时间变化的误差。零点温度漂移为05度/秒/℃。噪声方面，可检测的角速度为最大30度/秒的品种控制在了014度/秒/√Hz。电源电压范围为+7～6V。封装采用5mm×5mm×5mm的16端子LGA。工作温度范围为－40～+85℃。根据近几年国内文献，我国在惯性导航中应用研究中的陀螺仪按结构构成大致可以分为三类：机械陀螺仪，光学陀螺仪，微机械陀螺仪。机械陀螺仪指利用高速转子的转轴稳定性来测量载体正确方位的角传感器。自1910年首次用于船载指北陀螺罗经以来，人们探索过很多种机械陀螺仪，液浮陀螺、动力调谐陀螺和静电陀螺是技术成熟的三种刚体转子陀螺仪，精度在10E-6度/小时～10E-4度/小时范围内，达到了精密仪器领域内的高技术水平。在1965年，我国的清华大学首先开始研制静电陀螺，应用背景是“高精度船用INS”。1967-1990，清华大学、常州航海仪器厂、上海交通大学等合作研制成功了静电陀螺工程样机，其零偏漂移误差小于5°/h，随机漂移误差小于001°/h，中国和美国、俄罗斯并列成为世界上掌握静电陀螺技术的国家。随着光电技术的发展，激光陀螺，光纤陀螺应运而生。与激光陀螺仪相比较，光纤陀螺仪成本较低，比较适合批量生产。我国光纤陀螺的研究起步较晚，但已经取得了很多可喜的成绩。航天科工集团、航天科技集团、浙大、北方交大、北航等单位相继开展了光纤陀螺的研究。根据掌握的信息看，国内的光纤陀螺研制精度已经达到了惯导系统的中低精度要求，有些技术甚至达到了国外同类产品的水平。从20世纪开始，由于电子技术和微机械加工技术的发展，使微机电陀螺成为现实。从20世纪90年代以来，微机电陀螺已经在民用产品上得到了广泛的应用，部分应用在低精度的惯性导航产品中。我国微机电陀螺的研究开始于1989年，已经研制出数百微米大小的静电电机和3mm的压电电机。清华大学的导航与控制教研组的陀螺技术十分成熟，并已经掌握微机械与光波导陀螺技术，现已经做出了微型陀螺仪样机，并取得了一些数据。东南大学精密仪器与机械系科学研究中心也不断进行关键部件、微机械陀螺仪和新型惯性装置与GPS组合导航系统的开发研究，满足了军民两用市场的需要。随着科学技术的发展，相比于静电陀螺的高成本，成本较低的光纤陀螺和微机械陀螺的精度越来越高，是未来陀螺技术的发展总趋势。微机械陀螺仪用于测量汽车的旋转速度（转弯或者打滚），它与低加速度计一起构成主动控制系统。所谓主动控制系统就是一旦发现汽车的状态异常，系统在车祸尚未发生时及时纠正这个异常状态或者正确应对个异常状态以阻止车祸的发生。比如在转弯时，系统通过陀螺仪测量角速度就知道方向盘打得过多还是不够，主动在内侧或者外侧车轮上加上适当的刹车以防止汽车脱离车道。这种系统主要安装于高端汽车上。在汽车MEMS市场，压力计和加速度计还是占较大份额，（图十四）但是随着对汽车安全性能要求越来越高，尤其是在北美和欧洲稳定性主控系统的安装率节节攀升，陀螺仪的市场增长率明显比前两类要快，在2011年预期达到10%。微机械MEMS是英文MicroElectroMechanicalsystems的缩写，即微电子机械系统。微电子机械系统(MEMS)技术是建立在微米/纳米技术（micro/nanotechnology）基础上的21世纪前沿技术，是指对微米/纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术。它可将机械构件、光学系统、驱动部件、电控系统集成为一个整体单元的微型系统。这种微电子机械系统不仅能够采集、处理与发送信息或指令，还能够按照所获取的信息自主地或根据外部的指令采取行动。它用微电子技术和微加工技术(包括硅体微加工、硅表面微加工、LIGA和晶片键合等技术)相结合的制造工艺，制造出各种性能优异、价格低廉、微型化的传感器、执行器、驱动器和微系统。微电子机械系统（MEMS）是近年来发展起来的一种新型多学科交叉的技术，该技术将对未来人类生活产生革命性的影响。它涉及机械、电子、化学、物理、光学、生物、材料等多学科。微机械陀螺仪（MEMSgyroscope）的工作原理传统的陀螺仪主要是利用角动量守恒原理，因此它主要是一个不停转动的物体，它的转轴指向不随承载它的支架的旋转而变化。但是微机械陀螺仪的工作原理不是这样的，因为要用微机械技术在硅片衬底上加工出一个可转动的结构可不是一件容易的事。微机械陀螺仪利用科里奥利力——旋转物体在有径向运动时所受到的切向力。下面是导出科里奥利力的方法。有力学知识的读者应该不难理解。在空间设立动态坐标系（图一）。用以下方程计算加速度可以得到三项，分别来自径向加速、科里奥利加速度和切向加速度。如果物体在圆盘上没有径向运动，科里奥利力就不会产生。因此，在MEMS陀螺仪的设计上，这个物体被驱动，不停地来回做径向运动或者震荡，与此对应的科里奥利力就是不停地在横向来回变化，并有可能使物体在横向作微小震荡，相位正好与驱动力差90度。（图二）MEMS陀螺仪通常有两个方向的可移动电容板。径向的电容板加震荡电压迫使物体作径向运动（有点像加速度计中的自测试模式），横向的电容板测量由于横向科里奥利运动带来的电容变化（就像加速度计测量加速度）。因为科里奥利力正比于角速度，所以由电容的变化可以计算出角速度。图三是2轴MEMS陀螺仪。它采用了闭合回路、数字输出和传感器芯片跟ASIC芯片分开平放连线的封装方法。来自（BOSCHSMG070原理图）微机械陀螺仪的设计和工作原理可能各种各样，但是公开的微机械陀螺仪均采用振动物体传感角速度的概念。利用振动来诱导和探测科里奥利力而设计的微机械陀螺仪没有旋转部件、不需要轴承，已被证明可以用微机械加工技术大批量生产。绝大多数微机械陀螺仪依赖于由相互正交的振动和转动引起的交变科里奥利力。振动物体被柔软的弹性结构悬挂在基底之上。整体动力学系统是二维弹性阻尼系统，在这个系统中振动和转动诱导的科里奥利力把正比于角速度的能量转移到传感模式。通过改进设计和静电调试使得驱动和传感的共振频率一致，以实现最大可能的能量转移，从而获得最大灵敏度。大多数微机械陀螺仪驱动和传感模式完全匹配或接近匹配，它对系统的振动参数变化极其敏感，而这些系统参数会改变振动的固有频率，因此需要一个好的控制架构来做修正。如果需要高的品质因子（Q），驱动和感应的频宽必须很窄。增加1%的频宽可能降低20%的信号输出。（图五(a)）还有阻尼大小也会影响信号输出。（图五(b)）一般的微机械陀螺仪由梳子结构的驱动部分（图六）和电容板形状的传感部分组成（图八）。有的设计还带有去驱动和传感耦合的结构。（图九）MEMS陀螺仪的重要参数包括：分辨率（Resolution）、零角速度输出（零位输出）、灵敏度（Sensitivity）和测量范围。这些参数是评判MEMS陀螺仪性能好坏的重要标志，同时也决定陀螺仪的应用环境。分辨率是指陀螺仪能检测的最小角速度，该参数与零角速度输出其实是由陀螺仪的白噪声决定。这三个参数主要说明了该陀螺仪的内部性能和抗干扰能力。对使用者而言，灵敏度更具有实际的选择意义。测量范围是指陀螺仪能够测量的最大角速度。不同的应用场合对陀螺仪的各种性能指标有不同的要求。单轴和双轴MEMS角速度传感器（陀螺传感器）新产品群。该系列主要用于游戏机、输入设备、导航仪、PND（PortableNavigationDevice）及数码相机等。单轴产品可检测偏摆方向。双轴产品备有可检测俯仰方向及滚转方向的品种，以及可检测俯仰方向及偏摆方向的品种。可检测的角速度因品种而异，最大为30～6000度/秒。输出为模拟信号。各产品备有对各轴信号进行1倍（无放大）输出和放大至4倍的两个端口。降低了温度误差以及随时间变化的误差。零点温度漂移为05度/秒/℃。噪声方面，可检测的角速度为最大30度/秒的品种控制在了014度/秒/√Hz。电源电压范围为+7～6V。封装采用5mm×5mm×5mm的16端子LGA。工作温度范围为－40～+85℃。根据近几年国内文献，我国在惯性导航中应用研究中的陀螺仪按结构构成大致可以分为三类：机械陀螺仪，光学陀螺仪，微机械陀螺仪。机械陀螺仪指利用高速转子的转轴稳定性来测量载体正确方位的角传感器。自1910年首次用于船载指北陀螺罗经以来，人们探索过很多种机械陀螺仪，液浮陀螺、动力调谐陀螺和静电陀螺是技术成熟的三种刚体转子陀螺仪，精度在10E-6度/小时～10E-4度/小时范围内，达到了精密仪器领域内的高技术水平。在1965年，我国的清华大学首先开始研制静电陀螺，应用背景是“高精度船用INS”。1967-1990，清华大学、常州航海仪器厂、上海交通大学等合作研制成功了静电陀螺工程样机，其零偏漂移误差小于5°/h，随机漂移误差小于001°/h，中国和美国、俄罗斯并列成为世界上掌握静电陀螺技术的国家。随着光电技术的发展，激光陀螺，光纤陀螺应运而生。与激光陀螺仪相比较，光纤陀螺仪成本较低，比较适合批量生产。我国光纤陀螺的研究起步较晚，但已经取得了很多可喜的成绩。航天科工集团、航天科技集团、浙大、北方交大、北航等单位相继开展了光纤陀螺的研究。根据掌握的信息看，国内的光纤陀螺研制精度已经达到了惯导系统的中低精度要求，有些技术甚至达到了国外同类产品的水平。从20世纪开始，由于电子技术和微机械加工技术的发展，使微机电陀螺成为现实。从20世纪90年代以来，微