微机械加速度计

本文论述微机械加速度计,主要介绍它们的工作原理和设计规范,以及各种装置的结构,装配技术以及设备的技术,封装和界面电子电路,还有微机械惯性传感器在商业化过程中的发展行情,惯性传感性能在不断提高,如今的微加速度计的分辨率达ug级,电路和封装技术的发展满足了惯性传感器发展的需求。     

导航控制系统用硅传感器的开发

当前，硅微机械器件引起导航与控制系统传感器开发者们越来越密切的关注，微硅加速度计和角速率传感器最根本的优势在于其体积小，功耗低，相对成本较低，而且与微电睡的组合成本低，可实现。本文介绍了ＲＤＣ在微硅加速度计和多用传感器研制方面的成果，介绍了硅平衡式加速度计和频率输出型开环加速度计的基本特性，同时，探讨了今后导航和控制系统中硅微机械应用的技术路线。     

电容探测系统在宇航加速度计中的应用

本文描述未来太空飞行器中的加速度计，采用的高灵敏度位置传感器的结构和性能，其机电转换机构的原理是一种电容位置传感结构，它在静电加速度计中探测“质量块”的移动。有一种所谓“面积变化电容器”的系统，在质量块上的反作用力很小，位置传感器分辨率在0－1Hz频带宽度范围内达到十分之几的皮米（10^-12米），用δ-△转换器把位置数字化后反馈给加速度计控制器。     

自测试谐振加速度计

本文描述了一种新型谐振式加速度计，该加速度计中的横梁和振动摆耦合为一体，且横梁受内置式压敏电阻激励后，传感摆的振动变化，加速度使振动摆偏移原始位置。造成传感器内部件特征应力变化，使谐振频率发生改变，本文着重研究谐振梁振动特征，在高振幅非线性区域，理论与实际地处理显示结果，该加速度计电-热干扰可以相互消除谐振传感原理保证了该传感器的准数字信号输出，高灵敏度以及完整的力学试验，先进的自动安全系统和电子伺服系统要求传感器结构可靠。传感器自测试性能，在运行中内部元件无需结构调整。自测试理论也可用于非谐振式结构的传感器。     

光纤加速度传感器

光纤传感器发展很快，它作为测量元件被应用到惯性技术中，除光纤陀螺外，光纤加速度计的应用成为必然。光纤加速度计与机电加速度计相比，精度高，灵敏度好，它集光机电技术于一体。文中简述了开环和闭环光纤加速度计的工作原理，技术难点，及应用前景。     

惯性传感器技术的发展趋势

本文概括叙述了惯性传感器技术，描述了在目前工业上的应用和它在近期及远期应用的前景。惯性传感器技术发展的趋势也在此得到详细阐述，即干涉型光纤陀螺，微机械陀螺和加速度计，还有微型光学传感器。微机械传感器和改进后的光纤陀螺预计在不远的将来会替代许多现行系统中采用的环形激光陀螺或者机械传感器。新技术成功的引进主要是由成本原因所驱使的，采用这些新技术的系统的成本项目也在此陈述。利用全球定位系统（GPS）辅助的惯性导航系统已使导航应用的领域面更扩大化，例如制导炸弹。这些新的应用场合将促使具有极其低廉价格、可批量生产的传感器的开发。     

表面微加工惯性传感器的实例—一种电容式加速度计

本文介绍了单一芯片上的三敏感轴表面微加工加速度计的技术原理，传感器的设计以及与之相关各单轴加速度计的测量结果。传感器的机械结构由厚为１０微米的多晶硅层采用高淀积速率淀积工艺加工而成。实现该传感器的全部制造过程是考虑到与化ＢＩＣＭＯＳ制造过程合二为一的要求。     

硅微谐振式加速度计技术现状及展望

硅微谐振式微加速度计是各种MEMS加速度计中被普遍看好并期待为将来的高精度微加速度计发展的一个重要方向，正在全世界范围内被广泛研究。本文对硅微谐振式微加速度计的发展现状进行了评述。根据国内外不同的技术实现，诸如工作原理、微加工工艺实现、应用范围等对其进行了分类阐述。最后，对硅微谐振式加速度计研究中一些关键技术进行了讨论，并提出了展望。     

国外光力学加速度计研究现状及发展趋势

加速度计在消费电子、工业监测、惯性导航和资源勘探等领域有着广泛的应用,与传统的加速度计相比,近年来出现的光力学加速度计具有精度高和可微型化等优势,其涉及光力耦合效应、微腔光子学和微纳加工技术等多个领域,是下一代高精度加速度计发展方向之一.详细介绍了光阱悬浮式和光学微腔式两种原理的多种类型光力学加速度计,分析了各种光力学加速度计的工作原理、传感方式及其优缺点,总结了国外光力学加速度计的研究现状及未来发展趋势,为我国发展光力学加速度计相关研究提供参考.     

光纤传感器及其应用技术

主要介绍了部分光纤传感器的传感原理,分析了应用技术,并对其发展中的问题和趋势提出看法。     

ICP加速度传感器恒定电流对其灵敏度的影响

在振动与冲击测试中,ICP加速度传感器应用较为广泛,而传感器灵敏度是其最基本的指标之一。实际使用时,ICP加速度传感器通常都会配有信号调节仪,该调节仪为ICP加速度传感器提供恒定电流,不同的信号调节仪所提供的恒定电流也会有所不同。在不同恒定电流情况下,传感器灵敏度是否随之变化,如何变化？针对这一问题我们展开讨论。     

The Juno Magnetic Field Investigation

The Juno Magnetic Field investigation (MAG) characterizes Jupiter’s planetary magnetic field and magnetosphere, providing the first globally distributed and proximate measurements of the magnetic field of Jupiter. The magnetic field instrumentation consists of two independent magnetometer sensor suites, each consisting of a tri-axial Fluxgate Magnetometer (FGM) sensor and a pair of co-located imaging sensors mounted on an ultra-stable optical bench. The imaging system sensors are part of a subsystem that provides accurate attitude information (to ～20 arcsec on a spinning spacecraft) near the point of measurement of the magnetic field. The two sensor suites are accommodated at 10 and 12 m from the body of the spacecraft on a 4 m long magnetometer boom affixed to the outer end of one of ’s three solar array assemblies. The magnetometer sensors are controlled by independent and functionally identical electronics boards within the magnetometer electronics package mounted inside Juno’s massive radiation shielded vault. The imaging sensors are controlled by a fully hardware redundant electronics package also mounted within the radiation vault. Each magnetometer sensor measures the vector magnetic field with 100 ppm absolute vector accuracy over a wide dynamic range (to 16 Gauss = \(1.6 \times 10^{6}\mbox{ nT}\) per axis) with a resolution of ～0.05 nT in the most sensitive dynamic range (±1600 nT per axis). Both magnetometers sample the magnetic field simultaneously at an intrinsic sample rate of 64 vector samples per second. The magnetic field instrumentation may be reconfigured in flight to meet unanticipated needs and is fully hardware redundant. The attitude determination system compares images with an on-board star catalog to provide attitude solutions (quaternions) at a rate of up to 4 solutions per second, and may be configured to acquire images of selected targets for science and engineering analysis. The system tracks and catalogs objects that pass through the imager field of view and also provides a continuous record of radiation exposure. A spacecraft magnetic control program was implemented to provide a magnetically clean environment for the magnetic sensors, and residual spacecraft fields and/or sensor offsets are monitored in flight taking advantage of Juno’s spin (nominally 2 rpm) to separate environmental fields from those that rotate with the spacecraft.     

谐振式微机械惯性传感器

对几种典型的谐振式加速度微传感器和微陀螺的结构、工作原理等方面进行了概述，分析了各自的应用特点。从中反映出谐振式微惯性传感器具有优良的特性，必有广阔的应用和发展前景。     

MAV Attitude Determination by Vector Matching

An attitude determination algorithm suitable for micro aerial vehicle (MAV) applications is developed. The algorithm uses Earth's magnetic and gravity field vectors as observations. The magnetic field vector measurements are obtained from a magnetometer triad. The gravity field vector is measured by fusing information from an accelerometer triad with GPS/WAAS (wide area augmentation system) velocity measurements. Two linearization and estimator designs for implementing the algorithm are discussed. Simulation and experimental flight test results validating the algorithm are presented.     

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。     

Sensor/actuator placement for flexible space structures

A new approach for the placement of sensors and actuators in the active control of flexible space structures is developed. The approach converts the discrete nature of sensor and actuator positioning problems to a nonlinear programming optimization through approximation of the control forces and output measurements by spatially continuous functions. The locations of the sensors and actuators are optimized in order to move the transmission zeros of the system further to the left of the imaginary axis. This criterion for sensor/actuator placement can be useful for optimal regulation and tracking problems, as well as for low authority controller designs. Two performance metrics are considered for the optimization and are applied to the sensor/actuator positioning of a large-order flexible space structure     

基于改进的卷积神经网络的步态识别

为了提高惯性传感器采集到的序列数据中步态识别的准确率,建立了一个激励层改进的卷积神经网络(CNN)模型。针对三轴加速度传感器对运动太过敏感导致步态周期划分不准确的问题,采用加速度传感器与弯曲度传感器组合获取人体运动信息。将CNN模型中激励层的线性整流函数(ReLU)改进为带泄露线性整流函数(Leaky ReLU),以解决遇到卷积输出数据小于0时神经元被抑制的问题,进而达到提高步态识别准确率的目的。实验结果表明激励层优化的CNN模型在行走、上下楼和上下坡五种步态模式下识别率达到了95.79%,与未采用弯曲度传感器的改进CNN模型和未进行激励层改进的CNN模型相比,步态识别率有所提高。     

基于改进的卷积神经网络的步态识别

为了提高惯性传感器采集到的序列数据中步态识别的准确率，建立了一个激励层改进的卷积神经网络(CNN)模型。针对三轴加速度传感器对运动太过敏感导致步态周期划分不准确的问题，采用加速度传感器与弯曲度传感器组合获取人体运动信息。将CNN模型中激励层的线性整流函数（ReLU）改进为带泄露线性整流函数(Leaky ReLU)，以解决遇到卷积输出数据小于0时神经元被抑制的问题，进而达到提高步态识别准确率的目的。实验结果表明：激励层优化的CNN模型在行走、上下楼和上下坡五种步态模式下识别率达到了95.79%，与未采用弯曲度传感器的改进CNN模型和未进行激励层改进的CNN模型相比，步态识别率有所提高。     

On-board correction of systematic error of Earth sensors

Infrared Earth sensors are used in spacecraft for attitude sensing. Their accuracy is limited by systematic and random errors. Dominant sources of systematic errors are analyzed for a typical scanning infrared Earth sensor used in a remote-sensing satellite in a 900-km Sun-synchronous orbit. The errors considered arise from seasonable variation of infrared radiation; oblate shape of the Earth; ambient temperature of sensors; changes in spin/scan period; and misalignment of the axis of the sensors. Simple relations are derived using least-squares curve fitting for onboard correction of these errors. With these, it is possible to improve the accuracy of attitude determination by eight fold and achieve performance comparable to ground-based post-facto attitude computation     

微小型无人机用微磁数字罗盘集成系统的设计

 针对现有微磁数字罗盘成本高、输出频率低、动态定姿时易发散等问题，结合微小型无人机(MUAV)导航与控制系统的组成特点，设计了一种利用MUAV机载微惯性测量单元(MIMU)中的天向陀螺输出判断无人机的运动状态，采用MIMU中的3轴加速度计组件测量的地球重力矢量，配合3轴磁阻传感器测量的地球磁场矢量，共同进行姿态确定的微磁数字罗盘集成系统。对传统的环境干扰磁场校正方法进行了完善与验证，使之适合于空间三维定姿。试验结果表明：系统总体性能良好，航向精度可达0.5°，成本为同类产品的1/5，输出响应可达50 Hz，满足应用于MUAV导航控制系统的微磁数字罗盘的高精度、低成本和实时性的要求。