MEMS惯性器件

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1、微机电技术在导航中的应用惯性技术实验室21世纪的商业导航•所有车辆具有导航能力•都能够自动稳定和自动控制•我们能够了解每样东西、每个人所在的位置以及要去哪儿•很多车辆是自治/无人驾驶的•卫星导航的精度<1m，且在任何地方都可以工作•惯导系统仍然继续漂移greatpity！！！惯性技术实验室121世纪军用导航SystemConceptGPSSATCOMSatelliteWeaponReleaseSAR•精确定位对取得未来AuthorityIlluminator战场的控制权至关重要•对数据和信息的控制OpticalTarge

2、ting是关键UAVsWeaponPlatformMulti-Static•低成本惯导系统是SARTargetingUAVs"integratedbattlefield"AirborneGridReferenceStation的基础技术条件：–高抗干扰的GPS–精确制导弹药GridReference–自主战车StationStationaryGridorMovingCoordinatingTargetStationUndergroundFacilitySARUAVOpticalTrackingGroundControlU

3、AVGroundStationControlStation惯性技术实验室2基本原理•哥氏加速度和哥氏力h设载体上的质点相对载体的运动速度为v，当rh载体以角速度ω作定轴转动时，质点产生哥氏加速度：hhhav=×2ωcr梳式音叉陀螺质点因此受到的哥氏力为：hhhFm=−2(ω×v)cr微机械陀螺的基本原理就是：利用单晶硅或多晶硅制成振动质量，在被基座微机械100g加速度计带动旋转时产生的哥式效应测量旋转角速度。惯性技术实验室3发展简史1990年,Systron-Donner开始最初的石英速率陀螺的生产，用于USAFMave

4、rick导弹。90年代中期，MEMS技术开始被用于制造低成本、能批量生产的方位速率陀螺。这些陀螺1997年最先用在卡迪拉克汽车上。到2000年以前，每天有超过10000个MEMS速率陀螺被生产出来，主要用于稳定平台。一些高精度的仪表开始用于制导弹药。MEMS(MicroelectromechanicalSystems)系统的优势•基于MEMS技术、低成本的系统将给导航技术在商业、消费及军事上的应用带来巨大变化•MEMS的优势:–由于可以大批量生产而带来的低成本–体积小、功耗低–全固态，可靠性好典型的MEMS传感器MEMS

5、将带给我们:–在一些过去被认为导航技术难以企及的领域实现导航与制导–数十亿计的巨大需求惯性技术实验室4现在MEMS技术是否达到了上述要求？•答案是：还没有！……但是技术上的突破迫在眉睫–商业领域:已经有数百万计的订货需求–政府和军队:正在积极推动MEMS技术的发展，MEMS系统的性能不断提高–消费者:正迫切地等着体积和价格下降•现在MEMS传感器的性能如何?–陀螺仪:1°/s-10°/hr(温度补偿后)–加速度计:100mg-50µg(温度补偿后)–MEMSINS:10°/hr,1mg(温度补偿后)•现在的MEMSINS

6、能干什么?–很多应用-但是大多数需要外部辅助惯性技术实验室5基于MEMS的INS/GPS•MEMS惯导系统和GPS是天生的一对……恰好弥补了对方的不足•低成本的MEMS惯导与GPS深组合将大大提高GPS的抗干扰性能，同时保持低廉的价格310nmi/h0.2nmi/h2.51nmi/h2ters)1.5ErrorFreeGravityCEP(me1DeflectionsOnly0.5(AllinView)(VehicleSpeed207mps)0020406080100120140160TimeAfterJamming(s

7、econds)惯性技术实验室6MEMS的竞争者Systron-Donner•Quartz•8000gyrosperday•40%ofauto-mobilemarketRef.Bennett•DQI,C-MIGITSHoneywellHG1700•RLGsystem•market-thousandsKVHRA400•IFOGFibersense•market-thousandsERGMIFOG(IOEM)LN2000•IFOG/MEMSaccelerometer•market-thousands惯性技术实验室7MEMS的主

8、要研究机构和供应商国际上MEMS技术在激烈竞争中快速发展–Draper–Endevco–Honeywell–Crossbow–BASystems(UK)/Sumitomo(Japan)–Sandia–GM/U.Michigan–LITEF(Germany)–CSEM–SiliconDesigns–AnalogDevi