微机械陀螺仪的新进展及发展趋势

微机械陀螺仪是陀螺技术和微电子机械系统(MEMS)技术结合产生的新一代惯性器件。根据其工作原理和采用材料的不同,微机械陀螺可分为硅基微机械振动陀螺(Si-MVGs)、微机械压电振动陀螺(PVGs)和悬浮转子式微机械陀螺等。该文介绍了微机械陀螺仪的主要参数指标和应用,对硅基微机械振动陀螺(Si-MVGs)、微机械压电振动陀螺(PVGs)和悬浮转子式微机械陀螺的最新研究进展作了综合性报道,讨论了微机械陀螺未来的发展趋势。     

全固态微陀螺的研究进展

全固态微陀螺无整体活动部件,具有测量范围大,抗冲击、抗震动能力强,对真空封装无较高的要求等方面的优点,是微型MEMS陀螺的一个重要发展方向,也是当前世界上相关领域的研究热点之一.本文针对全固态微型陀螺的概念、种类、特点、发展现状及趋势等方面进行了综合论述,最后着重阐述了一种具有崭新工作机理的压电型全固态微陀螺.本文为从事相关领域的技术研究提供背景知识参考.     

MEMS微陀螺仪研究进展

回顾了MEMS微陀螺仪的研究进展,简单介绍了MEMS微陀螺仪的市场应用。微陀螺仪是MEMS器件中非常重要的一类器件。它的运用已经从单纯的航空领域逐渐转向汽车、消费电子行业等低端市场,这意味着微陀螺仪除了传统意义上的高精度高稳定性的要求,也可以向低精度商品化发展。传统的振动式陀螺,由于原理的局限性和加工技术的限制,很难达到战术级和惯性级的要求。导航级集成微陀螺(NGIMG)项目建议使用其他途径,以减少器件的可移动部件和降低工艺难度,从而提高其精度和抗干扰能力。各种设计方法近年来层出不穷,其中悬浮转子式微陀螺是目前精度最高的陀螺仪,微集成光学式陀螺也将在未来一段时间拥有巨大的研究潜力和发展空间。     

硅微机械惯性传感器技术及其应用

本文简述了MEMS技术及微机械传感器的技术含义，着重对硅微机械惯性传感器原理及研制硅微机械惯性传感器的关键技术进行描述，为开展硅微机械惯性传感器研究及应用作技术准备及必要的思考。     

谐振式微光学陀螺仪谐振微腔的最新进展

基于Sagnac效应的谐振式微光学陀螺(Resonant Micro-Optical Gyros, RMOG)在集成化、小型化和灵敏度等方面具有巨大潜力,在微纳卫星姿态控制、机器人控制、医学诊断和检测仪器等领域中具有广阔的应用前景,成为近年来研究的热点。谐振微腔作为谐振式微光学陀螺的核心敏感元件,其光学特性与陀螺系统的性能息息相关,谐振腔的研究进展已经严重制约到谐振式微光学陀螺的发展,目前可以通过集成光学技术、微纳光学加工技术和新型材料的应用来减小谐振腔的重量和尺寸,降低成本和功耗,增加系统的可靠性和性能指标。结合期刊会议和相关研究机构披露的信息,简要介绍了谐振式微光学陀螺的发展现状、基本原理以及谐振微腔的特征参量,列举了近期国内外谐振微腔的各种新型结构设计并分析了不同结构的特点与潜力,此外还综述了近期国内外制作谐振微腔的新型材料并总结了不同材料的光学特性,初步探讨了谐振式微光学陀螺敏感单元谐振微腔的后续发展方向和技术发展途径。     

面向Micro-IMU的MEMS三维可折叠系统的设计与研制

提出了一种面向微惯性测量单元(Micro-IMU)应用的微电子机械系统(MEMS)三维可折叠结构,其主要组成部分包括绝缘层上硅(SOI)基底、聚酰亚胺柔性链、金属线以及MEMS多环陀螺仪。文章基于有限元仿真技术,分析了可折叠结构及器件的可行性。基于SOI一体化MEMS技术,将核心传感器的制作工艺与折叠结构工艺相结合,在结构中搭载单轴圆盘多环谐振微陀螺,利用柔性铰链实现结构的三维折叠以及各个传感器之间的电互连,实现单轴惯性传感器的集成,制备出体积为1cm3、质量为250mg的搭载多环谐振微陀螺的三维可折叠系统。     

MIMU中陀螺仪漂移误差滤波与温度补偿技术

微惯性测量单元(MIMU)具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高等特点,在军事及民用领域具有广阔的应用前景。从工程实际出发,给出了一种基于新型CORTEX-M4内核ARM和MEMS惯性传感器的低成本、高性能微型惯性测量单元。介绍了采用三轴MEMS陀螺和三轴MEMS加速度计设计微惯性测量单元的硬件实现方法。针对MEMS陀螺仪的随机漂移误差,对MEMS陀螺仪采样数据应用FIR滤波器和卡尔曼滤波器进行滤波处理;并针对MIMU对温度影响敏感的特点,对陀螺的温度特性进行分析,采用离线辨识的方法确定温度补偿模型参数,进行温度补偿。实验结果表明,滤波后陀螺仪随机漂移误差明显减小,补偿后的陀螺零偏稳定性明显降低。     

无驱动结构硅微机械陀螺的信号处理

微机械陀螺因其微型化、低成本等优点,广泛用于微系统的姿态稳定与控制系统.研究了无驱动结构硅微机械陀螺的信号处理技术.通过硬件电路和软件算法及补偿技术,将旋转载体的滚动、俯仰和偏航的三维姿态角速度信号同时提取并输出.该陀螺可用于旋转载体的姿态测量和控制技术领域.     

MEMS流体陀螺的研究进展

随着微机电技术（MEMS）的快速发展,惯性器件微陀螺得到了广泛的发展和应用,其中微流体陀螺具有体积小、重量轻、成本低和抗高冲击等独特优点。根据陀螺原理的不同介绍了几种微流体陀螺,包括气体对流微陀螺、射流微陀螺、ECF流体微陀螺和超流体陀螺,气体对流陀螺和射流微陀螺属于常用的典型流体陀螺,而ECF流体陀螺和超流体陀螺属于新型的流体陀螺,分别分析了它们的原理和应用情况,并对它们的应用前景进行了展望,微流体陀螺将在惯性导航和自动控制等方面发挥越来越重要的作用。     

静电悬浮转子微陀螺五自由度位置检测研究

给出了一种基于微机电系统(MEMS)技术的静电悬浮转子微陀螺,为了实现对静电悬浮转子微陀螺转子的五自由度(5-DOF)悬浮控制,需要对转子进行五自由度位置检测,首先介绍了微位移检测原理,提出了一种基于频分复用技术和开关解调技术的微位移检测方法,设计了基于直接数字频率合成(DDS)技术的多频率信号发生器、前置放大器及锁相放大器组成的位置测试系统,位移检测电路的各项性能指标能满足静电悬浮转子微陀螺的五自由度控制需要.     

移动互联网络时代MEMS技术的创新发展

微电子机械系统(MEMS)技术是半导体微电子学的创新,利用Si基集成电路的平面工艺从两维加工向三维加工发展,开创了MEMS新的领域。综述并分析了与信息产业以及移动网络相关的MEMS主流产品(加速度计、陀螺仪、微麦克风、数字微镜器件(DMD)、喷墨头和RF MEMS)的技术发展现状和趋势,同时预测了MEMS新兴产品(光滤波器、微小电子鼻、微扬声器、微超声器、微能量采集器和纳机电系统(NEMS))的科研现状和面临的技术挑战。从当前世界MEMS技术发展的特点(系统集成、与CMOS工艺结合走向标准加工、纳米制造与微米、纳米融合和多应用领域扩展)出发,结合国内MEMS技术发展的现状,提出我国MEMS技术发展的建议。     

高过载姿态测量中MEMS陀螺失效模式与研究进展

高过载条件下姿态测量是一个公认的难题,其原因主要是角速度传感器难以经受高过载的冲击。基于微机电系统（MEMS）技术的陀螺作为解决高过载姿态测量问题的核心器件,其抗高过载能力直接制约着惯性导航系统在高过载环境中的应用。首先,介绍了弹药发射和侵彻两种典型高过载环境的特性,概括了在高过载环境中MEMS陀螺的响应类型;其次,总结了高过载条件下MEMS陀螺的失效模式,包括完全失效和功能性失效;然后,介绍了国内外在抗高过载MEMS陀螺方面的研究进展;最后,分别从器件设计和工程应用角度出发,提出了MEMS陀螺抗高过载的设计方法和应用思路。     

振动惯性技术及其应用

介绍以陀螺为主的惯性技术的发展概况和所处的重要地位.然后围绕振动惯性技术的发展.介绍各种压电振动陀螺和半球谐振陀螺的结构、特性、主要特征和几种典型的应用例.     

微型气流陀螺敏感机理的有限元分析

根据计算敏感元件内的流场分布解释微型气流陀螺的敏感机理。利用ANSYS-FLOTRANCFD软件,根据陀螺实际尺寸进行建模求解,计算出在不同输入角速度时二维腔体中气体的流场及分布。计算结果表明,陀螺静止时两热电阻丝处气流速度相等,电流相等,输出电压为零;有角速度输入时,电阻丝气流速度不同,输出一个与角速度成比例的电压。     

数字信号处理技术在新型惯导系统中应用的研究

数字信号处理是一种具有特殊结构的微处理器,可以用来快速实现各种数据信号处理算法,在新型惯导系统———光纤陀螺的应用中取得了很好的效果,使得陀螺系统质量轻,耗电少,成本低,寿命长,体积小,在军民品中都有广泛的应用前景。飞机、飞船和轮船一直都使用陀螺定位仪来导航,最新技术的定位仪是光纤陀螺,采用光纤技术的光纤陀螺很好地解决了汽车、建筑、工业机器人,天线系统和大型农场的农业机械定位问题,方便且灵敏的光纤陀螺在陀螺定位领域具有广泛的应用前景。基于萨格奈克效应（ＳａｇｎａｃＥｆｅｃｔ）的第一代干涉型光纤陀螺经过了２０年的研究历程,期间几乎所有内在与外在的噪声因素都得到了分析与消除,检测的方法也得到了很大的改进,使得光纤陀螺在军民两方面都有着重要的应用背景。     

微机械陀螺仪设计与研究

介绍了微机械陀螺仪的关键技术、种类、性能比较和不同应用领域对其性能参数的要求。总结了近几年国内外微机械陀螺仪结构的研究最新成果。对框架式、音叉式、振动轮式、振动环式、转子悬浮式、质量块式和双线振动式等微机械陀螺仪的结构、加工和性能等进行了分析比较。主要阐述了微机械陀螺仪的漂移误差、精度和封装技术3大研究难点和高精度、微加工维度、结构和电路优化、单片多自由度和单片集成化等研究发展趋势。     

光纤陀螺的发展现状

介绍了光纤陀螺的原理特点和发展过程,着重描述和总结了光纤陀螺在国内外发展的技术趋势和产业化情况。可以看到,随着现代微电子技术、光电子技术和信号处理技术的发展,光纤陀螺在未来惯性测量领域中占据越来越重要的位置。     

MEMS传感器现状及应用

MEMS传感器种类繁多,发展迅猛,应用广泛。首先,简单介绍了MEMS传感器的分类和典型应用。其次,对MEMS压力传感器、加速度计和陀螺仪三种最典型的MEMS传感器进行了详细阐述,包括类别、技术现状和性能指标、最新研究进展、产品,及应用情况。介绍MEMS压力传感器时,给出了国内外采用新型材料制作用于极端环境下压力传感器的研究情况。最后,从新材料、加工和组装技术方面对MEMS传感器的发展趋势进行了展望。