微惯性技术发展现状与未来趋势.ppt

1、微惯性技术的现状和未来趋势，2120120999检测技术和自动化装置打来的电话：传感器，信号处理，致动器，MEMS是基于微米/纳米技术的21世纪先进技术，微米/纳米材料的设定， 制造与控制的MEMS是多种学科的交叉融合，应用领域极为广泛，目前已成功应用于汽车、电子和军事等行业。 美国：微型电子机械系统(MEMS ) (microelectromechanicalsystem )欧洲：微型系统技术(MST) (MicroSystemTechnology )日本：微型机械(miccy )所谓微型机械并非单纯地微细化，而是能够批量生产的集微机构、微传感器、微致动器以及接口信

2、号处理和控制电路、通信和电源一体化的微机械系统(micro-electronicmechanicalsystem-memem 1 .精细化：MEMS器件体积小、重量轻、功耗低、惯性小、谐振频率高、响应时间短。 2以硅为主要材料，机电设备性能优良。 3 .大批量生产：用硅微加工工艺可以在一片硅片上同时制造数百几千个微机电装置或完整的MEMS。 批量生产可以大幅度削减生产成本。 4 .集成电路：可以集成不同的功能、不同的敏感或工作方向上的多个传感器或致动器，形成微传感器阵列、微致动器阵列，并且还集成多个功能的器件，以集成复杂的微系统5 .多学科交叉：MEMS涉及电子、机械、材料、制造、信息和自动控

3、制、物理、化学和生物等多个学科，收集了当前科技发展的许多前沿成果。 微惯性器件的种类、微机电加速度校正微陀螺仪、微加速度校正、微陀螺仪的外观、微机电加速度校正的发展，1977年，美国斯坦福大学首先用各向异性蚀刻和微光刻技术制作开环微加速度校正，20世纪80年代初首次投入市场，之后多在8O年代后半期，开始了各种力平衡式硅微加速度修正的研究，取得了很大的进展。 20世纪90年代后半期，美国加利福尼亚大学伯克利校传感器和致动器研究中心(theberkeleysensoractuatercenter.bsac )、CSDL和Honeywell等相继开展了硅微谐振式加速度校正技术的研究， 该加速度校正避

4、免了对被测加速度信号进行微电容检测的弊端，隧道电流式加速度校正(tunnelingbasedmicromachinedsiliconaecelerometer，TMSA )是基于微机械加工的微结构和电子隧道效应的新型高灵敏度测量隧道电流硅微加速度校正具有灵敏度高、信噪比大、动态范围宽等一系列优点，是一种有前景的新型传感器。 国内微机电加速度纠正技术的研究始于20世纪90年代初，清华大学，中国电科集团第13研究所，49研究所，中国宇宙科学技术集团时代电子公司，上海微系统和信息技术研究所，北京大学，东南大学，中北大学，哈尔滨工业大学一重庆大学，上海交通大学，北京理工大学悬臂梁式加速度微传感器结构图

5、、硅梁结构图、硅梁结构图、2 .电容式加速度微传感器、三轴式电容式加速度微传感器、3 .共振式加速度传感器、4 .隧道式加速度微传感器、5 .伺服式加速度微传感器、微机电加速度校正MEMS在汽车上的应用，提高电梯车辆的舒适性，提供安全和舒适的台车监视和诊断系统，改善乘客舒适性的高速列车倾斜控制系统，提供磁悬浮列车的位置监视，安全和维护的精确列车定位和铁路轨道监视系统。 1 .微机械陀螺的基本概念，微机械陀螺的特征，微机械陀螺的分类，基本概念和组成，1.1基本概念和组成，陀螺也称为角速率传感器，是测量物体旋转速度的传感器。 微机械陀螺仪(MEMS gyroscope )主要有转子式、振动式微机械

6、陀螺仪、微机械加速度校正陀螺仪3种。 由于工艺限制，在硅基板上加工能够高速旋转的转子并不容易，转子式微机械陀螺不太常见，但振动式和微加速度校正式微陀螺的基本原理一致，利用了科里奥利效应。 目前，微机械陀螺基本上是振动式的，所以重点介绍这种陀螺。 振动式微机械陀螺仪主要由支架、谐振质量体、激励测量单元几部分组成。1.2微机械陀螺的特点，MEMS陀螺利用coriolis定理，将旋转物体的角速度转换成与角速度成比例的直流电压信号，其核心部件由掺杂技术、光刻技术、蚀刻技术、LIGA技术、封装技术等批量生产，其主要特征为3 .可靠性好，寿命超过10万小时，能承受数千到数万g的冲击。 4 .测量范围宽，部

7、分MEMS陀螺仪的测量范围高达数千/s，缺点：目前各种微机械陀螺仪的角速度测量精度相对较低，漂移大。1.2微机械陀螺的特点，MEMS陀螺利用coriolis定理，将旋转物体的角速度转换成与角速度成比例的直流电压信号，其核心部件由掺杂技术、光刻技术、蚀刻技术、LIGA技术、封装技术等批量生产，其主要特征为3 .可靠性好，寿命超过10万小时，能承受数千到数万g的冲击。 4 .测量范围宽，部分MEMS陀螺仪的测量范围高达数千/s，缺点：目前各种微机械陀螺仪的角速度测量精度相对较低，漂移大。、1.3微机械陀螺分类、微机械陀螺分类、振动构造别、材料别、加工方式别、旋转振动构造别、直线振动构造别、振动盘构

8、造陀螺、旋转盘构造陀螺、正交线振动构造别、非正交线振动构造别、振动平板构造别、振动梁构造别、振动音叉构造别、加速度修正别硅材料、非硅材料， 大批量微机床加工、表面微机床加工、LIGA (光刻、电铸、注射)、光学检测、隧道效应检测、动作模式别、速率陀螺仪、速率积分陀螺仪、闭环模式、全角模式、压电驱动、静电驱动电容检测、电磁驱动、微机械陀螺仪国内外的研究现状在美国Draper实验室、ADI公司、Berkeley大学、德国Daimler Benz公司、Bosch公司、日本Toyota公司、土耳其、芬兰等国家已有商业化产品。 国内：有北京大学、清华大学、复旦大学、哈尔滨工业大学、中国科学院上海微系统所、中北大学等，对陀螺仪进行了深入研究，取得了一定的成果，但没有商业化产品，正处于研究阶段。德国Bosch公司、芬兰赫尔辛基工业大学、土耳其安卡拉中东科学技术大学、日本Murata Mfg.Co、美国Michigan大学、回国、海外微机械陀螺特征与性能指标、北京大学、清华大学、复旦大学、 中科院上海微系统所微机械陀螺的特点如下： 1、机械结构：圆环、独立梁、框架、双质量2、驱动方式：电容驱动的多重3、检测方式：电容检测的多重4、使用材料：均为Si基、灵敏度mV级、5、微机械陀螺其