微加速度传感器的研究现状及发展趋势摘要：介绍了为加速度传感器的研究现状、基本原理及其分类和发展趋势。重点论述了为加速度传感器的特点和它在民用领域和军用领域的不同应用，并对微加速度传感器领域内一些新的进展进行了讨论，指出了微加速度传感器的发展趋势。0前言20世纪40年代初，德国人研制了世界上第一只摆式陀螺加速度计。此后的半个多世纪以来，由于航空、航海和航天领域对惯性测量元件的需求，各种新型加速度计应运而生，其性能和精度也有了很大的完善和提高。加速度计面世后一直作为最重要的惯性仪表之一，用在惯性导航和惯性制导系统中，与海陆空天运载体的自动驾驶及高技术武器的高精度制导联系在一起受到重视。这时候的加速度计整个都很昂贵，使其他领域对它很少问津。这种状况直到微机械加速度计(MicroMechanicalAccelerometer，MMA)的问世才发生了改变。随着微机电系统技术的发展，微加速度计制作技术越来越成熟，国内外都将微加速度计开发作为微机电系统产品化的优先项目。微加速度计与通常的加速度计相比，具有很多优点：体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性好等。它可以广泛地运用于航空航天、汽车工业、工业自动化及机器人等领域，具有广阔的应用前景。当前国内在加速度技术上仍沿用传统的压电技术，精度停留在5×10-5g水平上，而且尺寸偏大，重量偏重，影响我国惯导技术的先进性。近年来国内虽然有多个单位MEMS微加速度计进行了研究，但在精度上仍未取得突破，大体上只能达到10-1g的水平。1微加速度传感器概述及发展现状1.1微加速度传感器的工作原理MEMS加速度传感器是以集成电路工艺和微机械加工工艺为基础，在单晶硅片上制造出来的微机电系统，包括微机械加速度计、微机械陀螺仪和微惯性测量组合(MIMU)。微加速度传感器的工作原理是经典力学中的牛顿定律，其功能是测量运动物体(如车辆、飞机、导弹、舰艇、人造卫星等)的质心运动和姿态运动，进而可以对运动物体实现控制和导航。MEMS微加速度传感器与非MEMS为加速度传感器相比，其体积和价格可减少几个数量级，对国防具有重大战略意义。基于MEMS加速度传感器建低成本、高性能的微型惯性导航系统正在成为当前惯性技术领域的一个研究热点。1.2微加速度传感器的特点---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---MEMS加速度传感器是惯性器件的一个大的种类，以其制造采用集成电路的加工工艺而明显地区别于其他惯性传感器，其优点在于寿命更长、制造成本低廉且可靠性更高。此外，还具有体积更小、重量更轻、耗电量更小、易集成、能大批量生产等特点。MEMS加速度传感器与液浮、气浮机械陀螺和激光、光纤等光学陀螺相比，在性能方面还有差距，但其性能提高得很快。据预测，MEMS陀螺的性能极限是0.01°/h。目前MEMS加速度传感器的性能已达到中等精度，其中微机械振动陀螺已被验证的分辨率约为(1°～100°)/h，微机械加速度计的偏置稳定性已达2～3μg，能满足大量战术武器的使用要求。如美国新泽西微系统(NJM)公司的战术级惯性测量装置(IMU)，价格仅相当于典型非MEMS战术级IMU的1～1.5万美元的十分之一。预测的测量精度为小于10°/h，加速度测量能力为125μg。该装置采用单晶硅制造，具备所要求的抗冲击响应能力，可在20000g的加速下完好工作。1.3几种典型的微加速度传感器的比较1.3.1压阻式压阻式加速度传感器通常采用压敏电阻作为敏感元件。压敏电阻的电阻率变化与质量块的位移有关。其工作原理是将被测加速度转换为硅材料的电阻率变化来进行加速度的测量。首次报道的微加速度传感器为压阻式，其示意图如图1所示。最先商业化的微加速度传感器也为压阻式。---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---图1首次报道的压阻式微加速度传感器压阻式加速度传感器的结构通常很简单，加工工艺与IC技术兼容，具有良好的直流响应特性。但是灵敏度很小(在20～50g量程下约为1～2mV/g)，温度效应严重，动态范围有限。比较典型的压阻式微加速度传感器产品生产公司是美国EG＆GIC传感器公司，该公司先后成功开发一系列压阻式加速度传感器，一维的有3022，...