文献综述
1、课题的背景
陀螺仪器最早是用于航海导航,但随着科学技术的发展,它在航空和航天事业中也得到广泛的应用。自1910年首次用于船载指北陀螺罗经以来,陀螺已有近100年的发展史,发展过程大致分为4个阶段:第一阶段是滚珠轴承支承陀螺马达和框架的陀螺;第二阶段是20世纪40年代末到50年代初发展起来的液浮和气浮陀螺;第三阶段是20世纪60年代以后发展起来的干式动力挠性支承的转子陀螺;目前陀螺的发展已进入第四个阶段,即静电陀螺、激光陀螺、光纤陀螺和振动陀螺。
MEMS陀螺仪体积小,功耗低,成本低,可嵌入电子,信息,智能控制系统中,使得系统体积和成本大幅度下降,而且总体性能大幅度提升。由于这些优点使其在高精度领域拥有广阔的发展前景。
2、课题研究的现状及发展趋势
我国的MEMS技术研究工作起步较晚,但正积极开展研究,国家已经投入巨资用于MEMS陀螺的研究。目前主要的科研单位有,清华,北大,中科院上海微系统所,东南大学,哈工大得多家研究所。经过10多年的努力,在基础理论,加工技术和工程应用等方面的研究已经取得初步的进展。但不可否认,与国外差距仍然较大,高性能微机械陀螺少有商业化产品。
3、课题研究的意义和价值
陀螺仪是一类用来测量角速度的惯性传感器,在姿态测量和导航定位等领域有着广泛的应用。但是随着高新技术的发展和市场需求的多样化,传统陀螺仪的缺点越来越突出:传统机械陀螺体积较大,结构复杂,加工条件苛刻,制成后需要严格的动平衡试验,不易批量生产,而且在使用过程中,转子容易发生磨损和漂移,影响测量精度;后来居上的光学陀螺体积相对变小,但仍然不符合集成化、微型化和低功耗的传感器发展潮流,加之复杂昂贵的光路设计和温度漂移明显等缺点,严重限制了其在民用消费领域的应用。近年来,微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)加工技术[1]大量应用于惯性传感器制造领域。作为一种综合性多学科交叉技术,它利用集成电路(IC)制造技术和微加工技术把微机械结构、微传感器、微执行器、微控制器甚至硬软件接口、通讯和电源等模块电路集中生产在一块或多块芯片上的集成微系统,以实现惯性传感器的微型化、批量化、和低成本生产,大幅度提高惯性传感器的性价比[2]。基于此技术加工生产的角速度传感器称之为MEMS陀螺仪。
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