mems惯性技术的研究与应用综述

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1、万方数据第8卷第2期2009年5月导航与控制NAVIGATIONANDCONTROLVoL8No．2Mav．2009文章编号：1674-5558(2009)07-00502MEMS惯性技术的研究与应用综述李丹东严小军张承亮(北京航天控制仪器研究所，北京100039)摘要：MEMS技术是惯性技术未来主要的发展方向之一，本文介绍了国内外MEMS惯性仪表与系统的研究与应用概况，研究内容与关键技术，以及发展趋势。关键词：微机电系统；惯性仪表；惯性系统中图分类号：V241．6文献标识码：AResearchandApplicationonMEMSInertialTechnologyL

2、iDandong，YanXiaojun，ZhangChengliang(BeijingAerospaceControlDeviceInstitute，Beijing100039)Abstract：MEMSisoneofthemaindevelopmentdirectionsofinertialtechnologyinthefuture．Thispaperintroducesdomesticandinternationalresearchandapplicationstatus，researchcontentsandkeytechnique，anddevelopmenttr

3、endofMEMSinertialsensorandsystem．Keywords：MEMS；inertialsensor；inertialsystem1概述1．1定义在微粑纳米技术这一引人注目的前沿技术背景下，惯性技术领域正经历一场深刻的变化。微机电系统(Micro-Electro．MechamcMSystems，MEMS)可概括为：“微机电系统是电子和机械元件相结合的微装置或系统，采用与集成电路(IC)兼容的批加工技术制造，尺寸可从毫米到微米量级范围内变化。这些系统结合了传感和执行功能并进行运算处理，改变了传统的感知和控制物理世界的方式。”日本称为微机械(MicroM

4、achine)，在欧洲则称为微系统(Micro—System)，但其内涵是一致的。¨J1．2MEMS技术的历史回顾MEMS技术的发展史最早可追朔到1962年第一个硅微压力传感器问世，其后开发出尺寸为50—5001山m的齿轮、气动涡轮、联接件等微机构。20世纪70年代后，美国学者提出了基于硅半导体材料的微机械的设想。1988年美国加州大学伯克利分校Muller研究小组发明了转子直径为60一lOOp,m的硅静电电机，如图1，在当时引起很大轰动，它表明了应用硅微加工技术制造微小可动结构的可行性，并与集成电路兼容制造微小系统的优势。同期，MIT、Berkely、Standford

5、等大学和AT&T及NSF的15名科学家向美国政府提出了MEMS研究建议。图1世界上第1个MEMS的器件——微静电电机1989年，美国NSF(NationalScienceFounda-收稿日期：2009一Ol修订日期：2009一02作者简介：李丹东，男，高级工程师，主要从事惯性技术的开发与研究工作。通信地址：北京142信箱403分箱(100854)万方数据第2期李丹东等：MEMS惯性技术的研究与应用综述·61·tion——国家科学基金会)开始资助MEMS的研究并启动了第1组MEMS计划，2年以后日本也开始实施了一个为期10年的“微机械加工技术”大型研究开发计划。这两个计划

6、对世界MEMS技术发展有着重大的影响。从此，MEMS技术使人们眼前豁然开朗，大量的资源投入到MEMS技术研究和产品开发领域，MEMS技术被寄予极大的期望。我国的MEMS研究始于1989年，在国家“八五”、“九五”计划期间，得到了国家自然科学基金委员会、科技部、教育部、中国科学院和解放军总装备部的积极支持，经费总投入约为1．5亿元人民币。“十五”期间，MEMS正式列入863计划中的重大专项，加上教育部的教育振兴计划、中国科学院的知识创新体系、基金委和科技部新的立项以及地方和企业的投入，总经费在3亿元人民币以上。迄今为止，我国用于MEMS技术的相关投入已经超过了10亿元人民币

7、。经过十余年的发展，我国在多种微型传感器、微型执行器和若干微系统研究等方面已有一定的基础和技术储备。悼11．3MEMS技术在惯性技术研究中的地位基于MEMS技术的惯性传感器是MEMS技术研究和发展的最重要的方向之一。MEMS惯性传感器一基√捌删驻氟困越蜷的突出特点使其在众多的民用和军用领域具有广阔的应用前景。当前MEMS惯性传感器的性能已达到中等精度，能满足大量战术武器的使用要求。它可构成低成本的INS／GPS组合导航系统，是一类非常适合构建微型捷联惯性导航系统的惯性传感器。另外，MEMS惯性技术也是未来惯性技术的主要发展方向