MEMS惯性测量单元减振系统仿真分析

MEMS惯性测量单元使用MEMS仪表作为角速度和加速度传感器,该传感器对振动和冲击敏感,会引起惯性测量单元的测量误差.MEMS惯性测量单元多用于飞机、炸弹、导弹等振动环境恶劣的地方,因此减振器的设计尤为重要.减振器设计首先要明确惯性测量单元所处的振动环境,其次要明确MEMS惯性测量单元敏感的频点,最后明确惯性测量单元的质量、安装形式.设计了一种用于MEMS惯性测量单元的减振器,减振效率达75％,对振动和冲击均起到衰减的作用,衰减频带展宽,且在峰值的放大倍数低于3.5.     

基于光敏树脂分析的3D打印加速度传感器设计

MEMS加速度传感器所采用的硅微机械加工技术存在个性化定制、小批量生产成本方面的不足，而3D打印技术的优势就在于无需模具的自由化定制、一机多用实现低成本产品生产，3D打印的发展趋势就是实现微纳尺度结构的制造。在此背景下，采用光固化立体成型技术设计了一种3D打印压阻式加速度传感器结构。传感器基底使用耐高温光敏树脂制作，并采用丝网印刷工艺在基底表面印制导电碳浆形成应变计结构。为此，首先对耐高温光敏树脂的相关热学与机械性能进行分析。通过测试，得到该光敏树脂固化后的起始分解温度等热力学参数。其次，通过控制光敏树脂紫外光固化时间，取得了较好杨氏模量和弯曲强度的树脂，且为该加速度传感器的结构仿真优化与制作工艺提供了必需数据与重要依据。除此之外，还对所设计的碳浆应变计结构进行了测试，得到了有效灵敏系数。通过以上工作，为最终实现3D打印加速度传感器的制作做好铺垫，助力3D打印技术与MEMS传感器技术相融合。     

MEMS偏航角速度传感器在旋转导弹稳定回路中的应用

在旋转导弹稳定回路中，采用MEMS偏航角速度传感器用于弹体偏航角速度的测量，偏航角速度传感器是旋转导弹控制回路的重要组成部分。提出了一种全新的MEMS偏航角速度传感器技术方案，解决了MEMS偏航角速度传感器正交耦合、力学环境适应性、波形畸变等问题，实现了旋转导弹偏航角速度信号的精确测量。     

多个MEMS惯性姿态模块同时标定方法研究

针对MEMS 惯性姿态模块的应用需求, 根据已有的MEMS 三轴加速度计和 三轴陀螺仪的零偏、标度因子和非正交等误差及其随温度的变化模型, 设计了多个 MEMS 惯性姿态模块误差同时标定的方法,该方法可实现多个模块传感器数据的同步采 集,在常温下可对多个MEMS 惯性姿态模块的非正交误差进行批量标定,在全温度范围 内同时标定多个模块的温度漂移误差。试验表明,该方法校正了MEMS 惯性传感器的非 正交误差和温度漂移误差,提高了MEMS 惯性传感器的精度,同时提高了标定的效率, 减少了标定成本,有利于工程实现。     

MEMS陀螺仪的高精度标定方法

为了提高微机电(MEMS)陀螺仪的测量精度，研究了一种同时标定陀螺非正交误差和加速度敏感漂移误差的标定方法。设计了16位置的转台标定方案，分别以地球自转角速率和重力加速度作为角速率和加速度激励源，利用两组角速率数据迭代求解非正交误差和加速度敏感漂移误差，并以陀螺仪对地球自转角速率的敏感误差作为校正效果的评估依据。试验结果表明，该方法能够有效校正MEMS陀螺仪的非正交误差和加速度敏感漂移误差，提高了陀螺仪的测量精度，且易于工程实现。     

MEMS惯性测量组合的整体误差建模与标定

对微机电系统(MEMS)惯性测量组合(MIMU)的主要误差项进行分析,提出一种针对MIMU整体的误差补偿模型,模型囊括MEMS惯性传感器自身的零漂、互耦、标度因数非线性等误差,以及传感器安装误差、系统电路漂移等.根据模型设计整体标定和补偿方法,并用最小二乘法系统求解模型中的69个误差系数,避免单一传感器误差补偿的片面性.针对MEMS传感器明显的温度非线性,利用分段补偿的方法将所研制的MIMU的全温范围分成3段,分别求解各分段误差模型的误差系数进行补偿.经实验论证,该方法能有效地抑制多种误差项对MEMS传感器精度的影响,使MEMS陀螺和加速度计的精度提升1-2个数量级.     

一种高精度MEMS陀螺仪g值敏感系数误差的标定方法

针对高精度MEMS陀螺仪存在g值敏感系数误差的问题,设计了一种基于16位置的g值敏感系数标定方法,并建立了相应的误差模型。实验表明,该方法能够有效地减少MEMS陀螺仪因加速度所引起的g值敏感系数误差,在经过误差补偿之后能够较好地表征出地球自转角速率,提高了MEMS陀螺仪在动态情况下的测量精度和性能,具有较好的参考和研究意义。     

面向地球物理应用的高精度MEMS惯性传感器

微机电系统(Micro Electro Mechanical System,MEMS）惯性传感器具有体积小、质量小、成本低等优势,已经在消费电子、工业、医疗、军事、航空航天等领域得到广泛应用。随着精度的不断提高,近年来MEMS惯性传感器在地球物理领域已经开始崭露头角,但是其在该领域中的具体应用需求还不太明确。因此,系统地分析了地球物理领域对高精度惯性传感器的应用需求,主要包括：自然灾害监测中的地震监测、固体潮和火山活动监测。高精度惯性传感器在自然资源勘探领域中的应用主要涉及地球物理勘探方法(重、磁、电、震）中的重力和地震物探方法,以及在钻井工程监测等领域的重力辅助导航中用于局部重力场的精密测量等。针对上述的应用领域需求,总结了已经应用于和未来可用于地球物理领域的高精度MEMS惯性传感器的国内外研究现状,并得出了如下结论：高精度MEMS惯性传感器在极端环境、低成本、高密度的地球物理应用环境下具有极大的优势,并有逐渐替代现有传统地球物理仪器的趋势。     

BME680压力传感器非线性补偿和温度补偿方法及实现

为了提高微机电系统(MEMS)压力传感器的测量精度,研究了压力传感器非线性补偿和温度补偿算法,提出了一种基于单片机的传感器非线性矫正方法,设计了一款集成数据采集系统、修正系统和传输系统的柔性压力片。采用一款商用MEMS压力传感器BME680进行了试验,利用Matlab软件对采集的数据进行分段多项式拟合,基于压力片MCU实现传感器误差的非线性补偿和实时修正。试验结果表明,温度补偿算法效果明显,压力传感器的静态输出精度提高明显,10℃及10℃以上,提高到0.207%FS;10℃以下,提高到1.39%FS,达到了预期要求。     

压电式加速度传感器故障查找

介绍了压电式加速度传感器的结构以及工作原理,提出了判断压电式加速度传感器故障的流程,并对故障的原因以及解决方案进行了探讨,可为有关从业人员提供参考。     

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。     

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、导航与授时(PNT)能力采取的一系列举措和惯性相关组织机构的发展变化,最后对惯性技术领域的发展动向进行了分析和展望.     

MEMs for Aerospace Navigation

The MEMS aerospace market has its own specificities in terms of market size, standards, and performance characteristics (very long term stability, reliability, and safety levels). Improvements are needed for future applications. THALES Avionics has a twenty-year experience in quartz and silicon MEMS design and manufacturing and is recognized as a leader by the French MOD in this field. MEMS pressure sensors and accelerometers are manufactured in large volume and used for safety-critical applications. THALES technology policy focused on planar architecture, die vacuum packaging, and deep reactive ion etching (DRIE) allowing good characteristics for sensors in development. A Silicon Vibrating Beam Accelerometer single chip is now under development. Its operating principle is described with two resonators in push-pull configuration. A tuning fork planar rate gyro is also developed with exactly the same technology for industrial efficiency. Performance results will be addressed. The development and industrialization road-map of theses inertial products is described for the following five years. Gyro-compassing grade inertial sensors would be available during the next decade allowing low-cost, high-grade navigators using simultaneously GNSS receivers and inertial MEMS navigators.     

微机械加速度计发展现状浅析

自微机电系统（MEMS）技术以IC工艺为基础发展以来,微机械加速度计便作为其中一个耀眼的应用实例大放异彩。在国外,上世纪九十年代就有低精度微加速度计产品,同时国内也开始了相关研究。时至今日,微加速度计已经按高精度、中精度、低精度三个精度等级分别发展。以麻省理工大学（MIT）Draper实验室为代表的一些国外机构已经研制出10-7g级别的高精度微加速度计样机并尝试在潜射导弹、洲际导弹再入等方面取得应用,乃至将来替代高精度摆式积分陀螺加速度计（PIGA）;以COLIBRYS、Honeywell等公司为代表的商业机构,依托自身科研能力,致力于将中精度微机械加速度计推出量产化的单表和组合成品并推向低端军用和高端民用市场;以AD、ST等公司为代表的跨国公司,依托自身工艺线,推出大量的微机械加速度计,占领了消费电子市场。国内的研制分工也越来越细化,技术路线、行业分工、研究内容、需求牵引都越来越明确,其中压阻式、热对流式微机械加速度计已经产业化,微机械加速度计已有小批量的产品,硅微谐振式加速度计也显示了很好的发展前景。本文试对发展现状进行了简单评析。     

2022年国外惯性技术发展与回顾

惯性技术广泛应用于海、陆、空、天各种载体的导航、定位与控制。通过对2022年的IEEE惯性传感器与系统会议、DGON惯性传感器系统会议、MEMS国际会议和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的详细梳理,总结了光学陀螺、微机电(MEMS)陀螺、半球谐振陀螺(HRG)、加速度计以及新兴的量子惯性传感器等惯性仪表及惯性导航系统(INS)的发展现状,并对惯性技术领域的发展趋势进行了分析与展望。当前,惯性技术领域相关研究主要侧重于小型化、提高精度和降低成本等方面。其中,光学陀螺较为成熟,更为侧重于小型化相关研究;微机电陀螺正在致力于向导航级性能突破和发展;半球谐振陀螺主要着力于探索降低高端产品的制造成本。     

Current Capabilities of MEMS Capacitive Accelerometers in a Harsh Environment

One of the general trends of the MEMS sensors business is the utilization of the technology to satisfy harsh environment requirements (temperature, shock, vibration, environment security). The conjunction of material (standard silicon, SiC or SOI), with complex micromachining techniques and advanced assembly techniques are the key to provide robust sensors with a minimum concession on specification. The goal of this paper is to present progress on gun hard (>20,000 g) and wide temperature range MEMS accelerometers (-120degC to +180degC). Concrete solutions and results (out of more than 500 tested products) will be presented and discussed in detail     

芯片原子钟的工作原理及其研究进展

作为导航设备的重要部件,芯片原子钟可作为战术导弹、卫星接收机、小型无人机等所用导航设备的时钟源,也可与陀螺仪和加速度计组合实现微型定位、导航与授时。介绍了相干布局囚禁(Coherent Population Trapping, CPT)现象,以及芯片原子钟的发展历程,阐述了CPT实现方案的缺点(产生极化暗态、降低原子利用率),并给出了优化方案。此外,分析了微机电系统(Micro Electro Mechanical System, MEMS)加工工艺等用于芯片原子钟制造的关键技术,并对芯片原子钟的发展趋势进行了展望。     

Using natural features for vision based navigation of an indoor-VTOL MAV

The use of natural features for vision based navigation of an indoor Vertical-Take-Off-and-Landing (VTOL) Micro Aerial Vehicle (MAV) named Air-Quad is presented. Air-Quad is a small four-rotor helicopter developed at the ITE.Such a helicopter needs reliable attitude information. The measurements of the used MEMS gyroscopes and accelerometers are corrupted by strong noise. To be useful, the MEMS sensors have to be part of an integrated navigation system with aiding through complementary sensors like GPS or the computer vision module presented here.In the computer vision module, feature points are detected and tracked through the image sequence. The relative rotation and translation of the camera are estimated using the two-dimensional motion of the feature points.The three-dimensional points in the scene are modeled with the image coordinates of their first sighting and their inverse depths. Only these inverse depths are estimated for the feature points. An efficient sparse bundle adjustment algorithm is used to improve the estimation of the scene structure and the navigation solution.It is shown that the use of the computer vision module greatly improves the navigation solution compared to a solution based only on MEMS sensors.     

线加速度计的现状与发展趋势综述

讨论了线加速度计的基本原理、特点和主要技术性能指标,介绍了国内外的研制情况,并讨论了线加速度计未来的发展趋势.