微慣性技術發(fā)展現(xiàn)狀與未來趨勢PPT課件

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1、微慣性技術發(fā)展現(xiàn)狀與未來趨勢劉志軍2120120999檢測技術與自動化裝置搭訕電話：15010311282傳感器信號處理執(zhí)行器MEMS是建立在微米/納米技術基礎上的21世紀前沿技術，對微米/納米材料進行設計、加工、制造和控制。MEMS是多種學科的交叉融合，應用領域極為廣泛，目前已成功地應用于汽車、電子和軍事等行業(yè)。美國：微電子機械系統(tǒng)（MEMS）（MicroElectroMechanicalSystem）歐洲：微系統(tǒng)技術（MST）（MicroSystemTechnology）日本：微機械（Micromachine）MEMS簡介微機電系統(tǒng)的尺寸在微小尺寸范圍內，機械依其特征尺寸可

2、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，但并非單純微小化，而是指可批量制作的集微型機構、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及接口信號處理和控制電路、通訊和電源等于一體的微電子機械系統(tǒng)(Micro-ElectronicMechanicalSystem-MEMS)或稱為微機電系統(tǒng)。MEMS的特點1.微型化:MEMS器件體積小、重量輕、耗能低、慣性小、諧振頻率高、回應時間短。2以硅為主要材料，機械電器性能優(yōu)良。3.大量生產:用硅微加工工藝在一片硅片上可同時制造成百上千個微型機電裝置或完整的MEM

3、S。批量生產可大大降低生產成本。4.集成化:可以把不同功能、不同敏感方向或致動方向的多個傳感器或執(zhí)行器集成于一體，或形成微傳感器數(shù)組、微執(zhí)行器數(shù)組，甚至把多種功能的器件集成在一起，形成復雜的微系統(tǒng)。5.多學科交叉:MEMS涉及電子、機械、材料、制造、信息與自動控制、物理、化學和生物等多種學科，并集中了當今科學技術發(fā)展的許多尖端成果。微慣性器件類別微機電加速度計微陀螺儀微加速度計、微陀螺儀外觀隧道電流式加速度計(tunnelingbasedmicromachinedsiliconaecelerometer，TMSA)是將微機械加工的微結構與基于電子隧道效應的新的高靈敏測量技術結合

4、在一起形成的。，隧道電流硅微加速度計具有靈敏度高、信噪比大、動態(tài)范圍廣等一系列優(yōu)點，是一種很有發(fā)展前途的新型傳感器。國內微機電加速度計技術的研究始于20世紀90年代初，清華大學、中國電科集團第13研究所、49研究所、中國航天科技集團時代電子公司、上海微系統(tǒng)與信息技術研究所、北京大學、東南大學、中北大學、哈爾濱工業(yè)大學一重慶大學、上海交通大學、北京理工大學、南京理工大學等多個單位先后從事這方面的研究工作，研制出的產品已能滿足中低精度的需求。懸臂梁式加速度微傳感器結構圖硅梁結構圖硅梁結構圖2.電容式加速度微傳感器三軸式電容式加速度微傳感器3.諧振式加速度傳感器4.隧道式加速度微傳感

5、器5.伺服式加速度微傳感器微機電加速度計應用1.傾斜測量和調平系統(tǒng)2.慣性導航和制導系統(tǒng)3.醫(yī)療器械4.安全防撞系統(tǒng)5.提高電梯車輛舒適性4.安全防撞系統(tǒng)傳感器分辨率靈敏度要求較高，保證適時發(fā)出氣囊充氣的指令。MEMS在汽車中的應用提高電梯車輛舒適性提供安全與舒適的轉向架監(jiān)控和診斷系統(tǒng)，改進乘客舒適度的高速列車傾斜控制系統(tǒng)，磁懸浮列車的位置監(jiān)控，提供安全與維護的精準列車定位和鐵路軌道監(jiān)控系統(tǒng)。1、微機械陀螺儀基本概念微機械陀螺特點微機械陀螺分類基本概念及組成1.1基本概念及組成陀螺儀也稱角速率傳感器，是用來測量物體旋轉快慢的傳感器。微機械陀螺儀(MEMSgyroscope)主要

6、有轉子式、振動式微機械陀螺儀和微機械加速度計陀螺儀三種。由于工藝限制，在硅襯底上加工出可高速旋轉的轉子并不容易，因此轉子式的微機械陀螺并不常見，而振動式和微加速度計式的微陀螺基本原理一致，都是利用柯氏效應。目前，微機械陀螺基本都是振動式的，因此本文將著重對這類陀螺進行介紹。振動式微機械陀螺主要由支撐框架、諧振質量塊，以及激勵和測量單元幾個部分構成。1.2微機械陀螺特點MEMS陀螺儀是利用coriolis定理，將旋轉物體的角速度轉換成和角速度成正比的直流電壓信號，其核心部件通過摻雜技術、光刻技術、腐蝕技術、LIGA技術、封裝技術等批量生產的，它主要特點是優(yōu)點：1.體積小、重量輕、

7、功耗低。2.成本低，加工工藝可保證大規(guī)模生產。3.可靠性好，工作壽命超過10萬小時，能承受數(shù)千甚至上萬g的沖擊。4.測量范圍大，一些MEMS陀螺儀測量范圍可高達數(shù)千°/s缺點：目前，各種微機械陀螺的角速度測量精度相對較低，漂移較大。1.2微機械陀螺特點MEMS陀螺儀是利用coriolis定理，將旋轉物體的角速度轉換成和角速度成正比的直流電壓信號，其核心部件通過摻雜技術、光刻技術、腐蝕技術、LIGA技術、封裝技術等批量生產的，它主要特點是優(yōu)點：1.體積小、重量輕、功耗低。2.成本低，加工工藝可