微机电系统（MEMS）惯性传感器的性能

摘要

采用先进的微结构加工工艺已经可以生产出体积小巧、价格低廉的硅惯性传感器，其性能优异，结构坚固，并具备内在的对称性。与专用集成电路（ASIC）一体化封装的传感器为3×3cm的平面封装，5V直流电源驱动，并且已经在汽车防抱死打滑、牵引控制系统和制导弹药等应用领域作了评测。制导弹药采用这种多芯征模块（Multi-ChipModule，MCM）传感器后，提高了海军5”／54火炮平台精度。传感器采用晶片溶蚀工艺制造，将单晶硅健合到玻璃基片上，获得传感器极限尺寸约为1mm。在汽车环境温度范围－40℃－＋85℃内展示的传感器性能，未经补偿，陀螺偏置漂移率为0．5°／S，标度因数误差为1．0％，加速度计偏置为300mg标度因数误差为0．5％。进行6小时测试，温度变化范围控制为0．5℃，陀螺偏置对微小温度的稳定性已经超过10°／hr（0．003／S），相应的加速度计也已经达到亚m-g的水平。陀螺典型的随机游走的0．25°／√h，最好的达到0．05°／√h，相应加速度计的速度随机游走达到5cm/s/√h。经过补偿，在－40℃－＋85℃温度范围内，传感器的标度因数稳定性超过200ppm，偏置随机性误差陀螺小于50°／hr，加速度小于1mg。这类传感器能经受60000g的气枪试验，证明设计对环境的鲁棒性良好。本文讨论了这类传感器的测试和规划性能，着重点是近期陀螺和加速度计的测试结果。相关的电路设计、控制和实际应用问题也将作一讨论。