大佬带你看MEMS陀螺仪发展史，MEMS陀螺仪军事应用注意事项

MEMS，也就是微机电系统。可以说，MEMS在国民经济以及军事系统方面，都具备很强的应用意义。为了增进大家对MEMS的认识，本文将对MEMS陀螺仪以及MEMS陀螺仪在战术武器应用中需注意的问题予以介绍。如果你对MEMS具有兴趣，不妨继续往下阅读哦。

一、MEMS陀螺仪发展概述

根据近几年国内文献，我国在惯性导航中应用研究中的陀螺仪按结构构成大致可以分为三类：机械陀螺仪，光学陀螺仪，微机械陀螺仪。机械陀螺仪指利用高速转子的转轴稳定性来测量载体正确方位的角传感器。自 1910 年首次用于船载指北陀螺罗经以来，人们探索过很多种机械陀螺仪， 液浮陀螺、动力调谐陀螺和静电陀螺是技术成熟的三种刚体转子陀螺仪，精度在 10E-6 度/小时～10E-4 度/小时范围内，达到了精密仪器领域内的高技术水平。在 1965 年，我国的清华大学首先开始研制静电陀螺，应用背景是“高精度船用 INS”。 1967-1990，清华大学、常州航海仪器厂、上海交通大学等合作研制成功了静电陀螺工程样机，其零偏漂移误差小于0.5°/h，随机漂移误差小于0.001°/h，中国和美国、俄罗斯并列成为世界上掌握静电陀螺技术的国家。 随着光电技术的发展，激光陀螺，光纤陀螺应运而生。与激光陀螺仪相比较，光纤陀螺仪成本较低，比较适合批量生产。我国光纤陀螺的研究起步较晚，但已经 取得了很多可喜的成绩。航天科工集团、航天科技集团、浙大、北方交大、北航等 单位相继开展了光纤陀螺的研究。根据掌握的信息看，国内的光纤陀螺研制精 度已经达到了惯导系统的中低精度要求，有些技术甚至达到了国外同类产品的水平。 从 20 世纪开始，由于电子技术和微机械加工技术的发展，使微机电陀螺成为现实。从 20 世纪 90年代以来，微机电陀螺已经在民用产品上得到了广泛的应用，部分应用在低精度 的惯性导航产品中。我国微机电陀螺的研究开始于 1989 年，已经研制出数百 微米大小的静电电机和3mm的压电电机。清华大学的导航与控制教研组的陀螺技术十分成熟，并已经掌握微机械与光波导陀螺技术，现已经做出了微型陀螺仪样机， 并取得了一些数据。东南大学精密仪器与机械系科学研究中心也不断进行关键部件、 微机械陀螺仪和新型惯性装置与GPS 组合导航系统的开发研究，满足了军民两用市场的需要。 总之，随着科学技术的发展，相比于静电陀螺的高成本，成本较低的光纤陀螺和微机械陀螺的精度越来越高，是未来陀螺技术的发展总趋势。

二、MEMS陀螺仪在战术武器应用中需注意什么问题

随着MEMS陀螺仪在战术武器中的应用，研制过程中暴露出许多问题。为提高战术导弹的研制质量，向部队提供性能先进、质量优良的武器装备，MEMS陀螺仪需要解决微机械加工工艺这一关键性技术问题。

MEMS陀螺仪对微机械加工工艺具有高度的敏感性，加工工艺偏差、加工应力以及可靠性等对MEMS陀螺仪的成品率至关重要。整个微机械加工工艺流程是实现MEMS陀螺仪长期稳定工作的基础，因此必须加强微机械加工工艺过程的控制。

1.加工精度控制

MEMS陀螺仪微敏感结构的加工精度主要体现在梳齿、弹性梁等关键结构的加工误差控制，这直接影响了MEMS陀螺仪敏感结构的对称性、谐振频率、相位以及振动稳定性等结构特性。

2.工艺参数在线控制

根据产品过程质量控制的要求，需要对整个微机械加工工艺流程进行在线控制。在MEMS陀螺仪微机械加工工艺复杂流程中，应识别出产品的关键工艺参数，建立一整套在线测试与质量评估方法，提高微机械加工工艺一致性和成品率，如光刻对准精度的在线监测、键合强度的在线监测、采用扫频技术测量敏感结构振动幅度与频率的关系以及装配过程的应力测试等。

3.环境适应性筛选

环境适应性筛选是为了早期剔除有故障的器件，MEMS陀螺仪敏感结构失效模式包括残余应力、结构断裂和疲劳等。

残余应力的存在会降低微结构的使用寿命，尤其在频繁振动和冲击的情况下会对微结构造成致命的伤害。结构断裂主要发生在梳齿或微悬臂梁处，会使器件输出非线性，同时产生的微粒还可能在器件内部形成短路。疲劳是指在低于材料弯曲或破裂强度的周期应力作用下导致器件失效，通常发生在硅微结构应力集中的部位。机械疲劳应力经过不断累积，导致可动部件的断裂，器件的寿命缩短，最终引发失效。

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