2020年国外惯性技术发展与回顾

通过对IEEE惯性传感器与系统会议、MEMS国际会议、圣彼得堡组合导航会议、PLANS会议和DGON ISS会议等惯性技术相关会议文献,以及惯性技术相关机构发布的一些动态信息进行梳理,总结分析了惯性技术领域的最新发展动态,并重点介绍了光学陀螺、微机电(MEMS)陀螺和加速度计等惯性器件的发展现状,以及美国为增强定位、导...     

旋转调制微机电惯性系统方案研究

微机电惯性系统具备小体积优势，但现阶段系统精度仍在消费级与战术级之间。研究了旋转调制技术在微机电惯性系统中的应用，探讨了基于PCB小型化电机的微旋转方案，并开展了单轴旋转调制验证试验，以探索旋转调制技术对微机电惯性系统性能的提升作用。结果表明，在微机电陀螺精度约为2(°)/h的条件下，该方案能够实现约0.2n mile/10min的导航精度，相较于同等惯性器件条件下的捷联式系统，精度提高了不止1个数量级，证明了该方案能够有效提高微机电惯性系统的精度。     

新型微光机电系统惯性测量技术研究进展

微惯性测量单元(MIMU)是惯性导航系统(INS)的核心组件，亦是构建微定位导航授时（μ-PNT）系统的重要组成部分。当前成熟的微惯性测量单元主要基于微机电系统（MEMS）实现，其性能逐渐难以满足新型无人驾驶车、无人飞行器以及制导弹药、航空航天器等军民用领域对高精确惯性导航的需求。近年来,各种新型微惯性测量技术相继被提出，以期望突破微惯性测量单元的性能与尺寸、质量、功耗（SWaP）之间相互制约的关键技术难题。系统总结了近年来国内外在常规MEMS惯性测量技术以及新型微光机电系统（MOEMS）惯性测量、微腔光力惯性测量、量子精密测量等几类新型惯性测量技术方面的研究进展，展望了未来新型高精度惯性测量技术的发展趋势，并提出了一种基于腔光力系统的量子增强型惯性测量技术构想。     

微惯性器件

本文简述了微惯性器件的发展情况，介绍了微加速度主，微陀螺仪的工作原理，论述了微惯性器件的发展方向。     

惯性器件用高性能铍材及其尺寸稳定性

本文评述了惯性器件用高性能铍材的发展，讨论了微屈服强度与应变指数和屈服强度之间存在的关系，最后得出结论；应同时使用ＭＹＳ和ｎ值反映材料的尺寸稳定性，以及可以用屈服强度取代微屈服强度。     

微机械惯性技术的发展与展望

通过对微机械惯性器件研制生产方式、国内外技术发展现状的阐述和分析，对未来的技术发展趋势和多项核心技术进行展望评述，对该领域的国内预先研究工作有借鉴意义．     

用于军事系统的GPS／INS技术发展趋势

本文重点探讨的是军用平台与武器上的惯性敏感器、ＧＰＳ精度和考虑干扰问题的组合ＧＰＳ／ＩＮＳ系统及在未来可形成１ｍ精度的全球导航系统的技术发展趋势。对于惯性敏感器,将介绍适用于军用系统的、决定发展方向的敏感器技术,它们是：光纤陀螺、硅微机械陀螺、谐振梁和加速度计及硅微机械加速度。本文钭对未来几十年内用于军事领域内的惯性仪表及惯性系统作一展望。将描述标定的ＧＰＳ及观测精度,以及各个阶段的ＷＡＧＥ方法、     

惯性机电元件技术发展趋势

本文从惯性机电元件设计技术、支承技术及加工技术的发展,探讨了惯性机电元件发展趋势,指出惯性机电元件正向小型化、高功率密度化、长寿命、无接触及微机械化方向发展。     

2021年国外惯性技术发展与回顾

对2021年IEEE惯性传感器与系统会议、MEMS国际会议、圣彼得堡组合导航会议等惯 性技术相关会议文献,以及惯性技术领域相关机构披露的动态信息进行详细梳理。总结了光学陀 螺、微机电(MEMS)陀螺、半球谐振陀螺(HRG)、原子陀螺和加速度计等惯性仪表及惯性系统的发 展现状,并对惯性技术领域的发展动向进行了剖析与展望。     

基于任务的微机电惯性系统规模化测试技术研究

针对传统惯性测试技术测试周期长、测试效率低、测试成本高等问题,提出了基于任务的微机电惯性系统规模化测试解决方案。研究分析了微机电惯性系统测试技术的研究现状和发展趋势,建立了基于任务的微机电惯性系统测试体系,详细论证了微机电惯性系统批量、并行、自动化测试解决方案的可行性,为微机电惯性系统规模化测试实践奠定了基础。     

MEMS传感器在航空综合电子备份仪表中的应用

概述微机电传感器的技术现状和在IESI中的应用.通过国外典型IESI产品,着重分析了IESI的组成原理、性能特点和微机电传感器的作用.研究表明:包括高精度微机电惯性敏感器、微硅压力计在内的微型传感器开发是IESI的技术关键,国产化IESI设备在军/民用飞机中有广泛的应用前景.     

基于MCM&SOC方案的微惯性器件系统集成技术综述

近年来,在航空航天、武器装备、高端工业等领域的制导、控制等应用需求的牵引下,微惯性器件的尺寸、质量与功耗(SWaP)指标不断提升,配套电路由PCB逐步升级为ASIC。综合工艺复杂度、成本、性能潜力等因素,基于MCM和SoC的MEMS结构与ASIC系统集成方案逐步成为目前的主流选择。介绍了主流微惯性器件MEMS结构与ASIC的MCMSoC系统集成技术现状,并对各集成方案特点进行了分析对比。此外,对微惯性器件MEMS与ASIC系统集成的关键技术进行了总结。最后,简要分析了国内外差距并展望了下一步发展趋势。     

高过载微惯性器件研究现状

微惯性器件是目前制导战术武器的核心元器件,具有成本低、体积小、寿命长等优点,但是其如何在火炮膛内、侵彻着靶等过程中存活甚至正常工作,一直是各军事大国科研院所发展精确打击制导武器的重要研究方向。查阅了相关国内外文献,然后详细评述了目前关于应用于高过载环境下的微机械陀螺与微机械加速度计研究现状,指出了目前高过载环境微惯性器件的发展趋势与各国的研究进程,为我国发展高过载微惯性器件提供了方向与指导。     

微小型飞行器的MIMU系统结构设计方法

针对微小型飞行器安装空间小、承载能力弱的特点,提出一种“T”型结构的微惯性测量单元（MIMU）系统设计方法,采用基于微机电系统（MEMS）技术的新一代微型惯性器件,在深入分析MIMU结构设计基本原则和方法的基础上,设计加工了“T”型支撑结构并组成了实际系统。该MIMU系统充分利用了空间,大大地减小了体积和重量。有限元分析表明：该MIMU力学性能较高,所研制的实际系统实现了微小型飞行器的自主飞行,各性能参数满足要求,是一款适用于微小型飞行器的MIMU。     

用于微型无人飞行器的惯导系统

本文讨论了用于微型无人飞行器（ＭＵＡＶ）的微型辅助惯性测量装置（ＭＡＩＭＵ）的设计情况。此项工作是在ＳＢＩＲ计划ＳＢ９６２－０８１微型无人飞行器技术指导下进行的。由于对附加在微型无人飞行器上的重量和体积有着严格的要求,所以必须对电子和机械设计进行创新。稳定和导航所需的惯性敏感器要求必须是小而轻,而且低功耗,这此元件组可以采用微机械和新型低功耗的光纤陀螺（ＦＯＧ）来实现。并且,导航系统需要长期精确度     

惯性仪表精度漂移的材料问题与尺寸稳定性复合材料设计

陀螺、加速度计等惯性器件是高精度传感器,对零件的微小变形有着极其敏感的反应。因此,惯性器件材料的尺寸稳定性问题一直是提高精度的关键。作者长期研究发现,惯性仪表精度及其稳定性在结构设计确定的情况下与加工、装配有关,但是本质性的因素是材料在长期温度扰动下的“变形”“变性”“变质”问题。我国关于惯性器件材料尺寸稳定性的研究十分薄弱,材料与工艺技术已经成为制约仪表精度的“卡脖子”问题。本文重点介绍了材料“变形”即在温度扰动下微纳变形的研究结果。首先分析了惯性器件的服役环境以及该服役环境下的材料响应,从而提出复合材料尺寸稳定性设计的基本原理。通过材料设计,为解决低频谐振、复杂结构热应力变形、动载荷弹性变形、长期静载荷微纳米级变形、长期储存下材料时效自发变形等问题提供了有效的材料设计方案。设计制备的仪表级SiC/Al复合材料在核心关键指标上优于铍材,在“高新工程”、“北斗工程”等重大工程中显示出优异的技术效果。     

惯性微系统封装集成技术研究进展

随着微机电系统(Micro Electro Mechanical System,MEMS)的器件圆片级封装技术、垂直互连转接板技术、新键合工艺技术等技术研究的出现,惯性微系统正在朝着三维封装集成架构发展,以满足微电子技术更高集成度、更小体积、更低功耗、更低成本的发展需求。介绍了MEMS惯性器件和MEMS惯性微系统三维集成技术,硅通孔(Through Silicon Via,TSV)三维互连技术和倒装芯片技术为惯性MEMS微系统三维集成一体化提供了设计空间,有效地降低了惯性MEMS三维集成模块的体积、质量,提高了集成度,符合未来惯性MEMS三维集成多功能融合趋势的需求。     

原子干涉技术在惯性领域中的应用

惯性技术因其强自主性、不依赖外界信号、适应全天候等特性在导航领域备受关注,为了提升惯性导航的精度,数十年来人们在如何提高惯性传感器性能方面进行了大量的攻关工作并研制出了多种基于不同原理的惯性传感器。得益于量子效应,原子传感器能在诸如时间、加速度、转动、磁场等领域提供比现有技术更高的测量灵敏度、精度和速度。通过研制基于原子干涉技术的高精度原子惯性器件,实现重力/重力梯度数据实时补偿匹配的量子导航将是新一代高精准军用惯性导航的首选。本文简要介绍了以物质波干涉为基础的原子干涉惯性器件的原理,回顾了以原子重力仪、原子干涉陀螺为主的技术发展历程及现状,并结合我国目前在该领域的发展态势,表达了对我国原子惯性设备实装应用的迫切性。     

微机电系统引领航空技术新变革

微机电系统(MEMS)被认为是21世纪的一项“使能”技术,对航空工业的技术革新将产生重大影响.本文介绍了MEMS在航空领域的典型应用,包括微惯性测量系统、微型飞行器、微流控和灵巧蒙皮、集成光电器件、发动机智能控制等,并探讨了未来MEMS的发展趋势     

面向无人机的单芯片惯性测量组合

针对无人机对惯性测量组合的小尺寸、轻重量的需求,设计实现了芯体为1cm3的微小型单芯片的硅微惯性测量组合。论文提出了一种基于体硅深刻蚀—玻璃键合工艺的单芯片惯性测量组合结构,该结构集成了六个异构的单轴惯性器件,可实现运动载体的六自由度运动信息测量。单芯片惯性测量组合中的陀螺器件两个模态的的振动频率实现了较好的匹配,加速度计器件分辨率达到了0.93mg。测试结果表明该单芯片惯性测量组合有望实现高精度的惯性量测量,在无人机上有很好的应用前景。