MEMS加速度計是利（lì）用（yòng）傳感質（zhì）量的（de）慣性力測量的傳感器，通常由標準質（zhì）量（liàng）塊（傳（chuán）感元件）和檢測電路組成。

IMU主要由三個MEMS加速度傳感器及三個陀螺和解算電路組成。

慣性傳（chuán）感器分為兩大類：一類是角速（sù）率陀螺；另一類是（shì）線（xiàn）加速度計。

角速率陀（tuó）螺又分為：機械式幹式﹑液浮﹑半液浮（fú）﹑氣（qì）浮角速率陀螺；撓性角速率陀（tuó）螺；MEMS矽﹑石英角速率（lǜ）陀螺（含半球諧振角速率陀螺等）；光纖角速率陀螺（luó）；激光角速率陀螺等。

線加速（sù）度計又（yòu）分為：機械式線加速度計；撓性線加速度計；MEMS矽﹑石英線加速度計（含壓阻﹑壓電線加速度計）；石英撓（náo）性線加速度（dù）計（jì）等。[1]

低精度MEMS慣性傳感器作為消費電子類產品主要用在手機、GPS導航、遊戲機（jī）、數碼相機、音樂播放器、無線鼠標、PD、硬盤保護器、智能玩具、計步（bù）器、防盜係統。由於具有加速度測（cè）量、傾（qīng）斜（xié）測量、振動測量甚至轉動測量等（děng）基本測量功能，有待挖掘的消費（fèi）電子應用會不斷出現。

中級MEMS慣性傳感器作為工業級（jí）及汽車級產品，則主要用於（yú）汽車電子穩定係統（ESP或ESC）GPS輔助（zhù）導航係統，汽車安全氣囊、車輛姿態測（cè）量（liàng）、精密農業、工業自動化（huà）、大型醫療（liáo）設備、機器人、儀器儀表、工程機械等。

高精（jīng）度的MEMS慣性傳感器作為軍用級和（hé）宇（yǔ）航級產品，主要要求高精度、全溫區、抗衝擊等指數。主要用於通訊衛星無線、導彈導引頭、光學瞄準係統等（děng）穩定性應用；飛機/導彈（dàn）飛行控製、姿態控（kòng）製、偏航阻尼等控製應用、以及中程導彈（dàn）製導、慣性GP戰場（chǎng）機器人等（děng）。

固態慣性傳感器有著潛在的（de）成本、尺寸（cùn）、重量等優勢，其（qí）在係統中的應用也必（bì）然激增。隨著器件成本的降（jiàng）低（dī）、小尺寸傳（chuán）感器的出（chū）現，軍事應用也出現了（le）許多新的應用領域。

慣性導航係統是隨（suí）著慣性傳感器的發展而發展起來的一門導航技術,它完全自（zì）主、不受（shòu）幹擾、輸出信息（xī）量大、輸（shū）出信息實時性強等優點使其在軍用航行載體和民用相關（guān）領域獲得了廣泛應用。慣導係統的（de）精度、成本主要取決於陀螺儀和加速度傳感器的精度和成本,尤其是陀螺儀其漂（piāo）移對慣（guàn）導係統位置誤（wù）差增長的影響（xiǎng）是（shì）時間的三次（cì）方函數,而高精度的陀螺儀製造困（kùn）難,成本很高,因此慣（guàn）性技（jì）術界一直在尋求各種有效方法來提高陀螺儀（yí）的精度,同（tóng）時降低係統（tǒng）成本。[2]

微型機（jī）械式慣導傳感器將（jiāng）統治戰術性能要求（或以下）的應用領（lǐng）域。軍用市場將推動這些傳感器的發展，如適用靈巧飛行器、自主導航導彈、短程戰（zhàn）術（shù）導彈導航、火力控製係統、雷達天線的運動補（bǔ）償、複合智能小型（xíng）推進器和晶片大小的INS/GPS係統。洲際彈道導彈係統和潛射彈道導彈係統戰略製導係統的發展，將依賴於武器係（xì）統和戰略係統的總體性能要求。導航係統為提高導航精度，將繼續采用穩定（dìng）平台式機械陀螺儀和加（jiā）速度計（擺式陀螺加速度計（jì））。

從20世紀50年代的液浮（fú）陀螺儀到70年代的（de）動力（lì）調諧陀螺儀;從80年代的環形激光陀螺（luó）儀、光纖陀螺儀到90年代的振動陀螺儀以及目前研究報道較多的微機械電子係統陀（tuó）螺儀相繼出現,從而推動了慣性傳感器不斷向前發展。因此對慣性傳感器的研究一直是各國慣性技術領域的（de）重點,各種新材料、新技術在慣性（xìng）傳感器研究中都有所體現,隨著（zhe）低成本、高精度的慣性傳感器的（de）出現,慣性導航係統將成為通用、低價的導航係（xì）統。

*近的傳感（gǎn）器技（jì）術發展使得機器人和其他工業係統設計實現（xiàn）了革命性的進步。除了機器人（rén）以外，慣性傳感器有可能改善其係統性能或功能的應用還（hái）包括：平（píng）台穩定、工業機械運動控製、安全/監控設備和工業車輛導航等（děng）。這種傳（chuán）感器提供的運（yùn）動信息比較有用，不（bú）僅能（néng）改善（shàn）性能，而且能提高可靠性、安全性並降低成本。

然而，要想獲得這些好處，必須克服一些障礙，尤其是許（xǔ）多工業（yè）應用處在惡劣的物理環境下，必須考慮溫度（dù）、震動、空間限製和其他因素的影響。對工程（chéng）師而言，為了從傳感器獲取一（yī）致的數（shù）據，將其轉換成有用的信息，然後在（zài）係統的時（shí）序和功耗預算內做出反應，工程師必須擁有多種技術領域的知識和經驗，並且遵循良好的設計規範。 　了解問題

來自慣性傳感器的信息經過處理（lǐ）和積分後，可以提供許多不同類型的運動、位置（zhì）和方向輸出。每種類型的運動都（dōu）涉及到一係列應用相關的（de）複雜因素，對此必須（xū）加以了解。工業控（kòng）製應用就是一個很好的例子，某種形（xíng）式的指（zhǐ）向或轉向設備對這（zhè）些應（yīng）用十分有用。傾斜或角度檢測常常是此類（lèi）應用的（de）核心（xīn）任務，在*簡單的範例中，機械氣泡傳感器便可滿足需要。然而，在明確傳感器需（xū）求之前，需要分析*終係統的完整運動動力學特性、環境、壽命周期和可靠性預期。

如果係統（tǒng）的運動相對而（ér）言為靜態，簡單的角度傳感器可能就足夠了，但實際的技術決（jué）策取決於響應時間、衝擊和震動、尺寸、整個使用壽命期（qī）間的性能漂移。此外，許多係統（tǒng）涉及到多種類型的運（yùn）動（如旋轉和加速度（dù）等），而且往往在多個軸上工作，這就需要（yào）考慮將多種類型的傳感器結合在一起。

一旦（dàn）知道正（zhèng）確的傳感器類（lèi）型和技術後，挑戰便（biàn）轉移到了解和*終補償傳感器對（duì）環境（溫度、震動、衝擊、安裝位（wèi）置、時間和其他變量）的反應。環境補償涉及到額外的電路、測試、校準（zhǔn）和動態調（diào）整，而每種類（lèi）型的傳感器，甚至每個傳感器都是獨一無二的，因此這又會帶來補償不足或過度的額外風險，除非（fēi）工程師比較了（le）解傳感器特性。*後這一點驅使許多設計工程師采用完全集成的傳感器解決方案，以（yǐ）便消除運用和實施過（guò）程（chéng）中的障礙。

線（xiàn）性速率抑（yì）或角速率

慣性傳（chuán）感器有多種類型。MEMS（微（wēi）機電係統）傳感器是*完善的傳感器類型之（zhī）一，已經使眾多應用（yòng）受益。15年前（qián），MEMS線性加速度傳感器（加速度計）徹底革新了汽車（chē）安全氣囊係統。自此（cǐ）以（yǐ）後，從（cóng）筆記本電腦硬盤保護到遊戲控（kòng）製（zhì）器中更為直觀的用（yòng）戶運動捕捉，各種獨特的功能（néng）和應用得以實（shí）現。

根據諧振器陀螺儀（yí）的原理，MEMS結構也可提供角速率（lǜ）檢測。兩個多晶矽檢（jiǎn）測結構各含一個“擾動框架”，通過靜電將擾動框（kuàng）架（jià）驅動（dòng）到諧振狀態，以產生必要的運動（dòng），從而在旋轉期間產生（shēng）科氏力。在各框（kuàng）架（jià）的兩個外部很限處（與擾動運動正交（jiāo））是可（kě）動指，放在固定指之間（jiān），形成一個容性撿拾結構來檢測科氏運動。當MEMS陀螺儀旋轉（zhuǎn）時，可動（dòng）指的位置變化通過（guò）電容變化進行檢測，由此得到的信號送入一係列增益和解調級，產生電速率信號輸出。某些情況下，該信號還會經轉換，送入一個專有數字校準電路。

傳感器內核周圍的集成（chéng）度和校準由*終性能要求決定，但在許多情況下，可能需要進行運動校準，以便實現*高的（de）性能（néng）水平和穩定性。

調理和處理（lǐ）

在工業市場上，諸如震動（dòng）分析、平（píng）台校正、一般運動（dòng）控製之類的應用都需要高集成度和（hé）高可靠度（dù）的解決（jué）方案，而且在許多（duō）情況下檢測元件是直（zhí）接嵌入（rù）到現有設備中。此外，還必須（xū）提供足夠（gòu）的控製（zhì）、校準和編程功能，使器件真正獨立自足。一些應用（yòng）範例包括：

● 機器自動化：通過提高位置檢測精度，並且更加嚴格地將此信息與遠程控製或（huò）編程（chéng）設置的運動相關聯，可以使自治或遠（yuǎn）程控製的（de）精密儀器和機械臂更加準確、有效。

● 工業機械（xiè）的狀態監控：通過將傳感器更（gèng）深地嵌入機械內部，並且借由傳感器性能和嵌入式處理而更（gèng）早、更準（zhǔn）確地掌握狀態變（biàn）化的跡象，可以獲得（dé）更實用的價值。

● 移動通信和監控：無論是陸地、航空還是海上交通工具，慣性傳感器都有助於其實現穩定（天線和相機）和定（dìng）向導航（háng）（利用GPS和其他傳感器進行航位推算）。

工業檢測市場異（yì）常紛繁多樣，必（bì）須通過（guò）集（jí）成嵌（qiàn）入式可調特性（xìng），如數字（zì）濾波、采樣速率控製（zhì）、狀態監控、電源管理選項和專用輔助I/O功能等，來支持各（gè）種不同的性能、集成度和接口要求。在（zài）其他更複雜的情況下，還需要采（cǎi）用多個傳感器和多種類型的傳感器。即使看起來很簡單的慣性運動，例如僅限於一個或兩個軸的運動，也可能需要同時采用（yòng）加速度計和陀螺儀檢測來補償重力、震動及其他（tā）不符常規的行為和影響。

傳感器還（hái）可能具有交叉靈（líng）敏度，很多時候需要對此進行補償，即使（shǐ）無須補償，至（zhì）少也需要加以（yǐ）了（le）解。此外，慣性傳感器的性能指標存在許多不同的標準，這使得上述問題的解決（jué）更加困難。當指定角速率傳感器要求時，多數工業係統設計工程（chéng）師主要（yào）關心的是陀螺儀穩定性（隨時間發生的偏置估算），消費級陀螺儀通常不會規定這一特性。如果傳感器的線性加速度性能較差，那麽即使0.003°/s的良好陀螺儀偏置穩定性也可能（néng）毫無意義。例如，假設線性加速度特性為（wéi）0.1°/s/G，在旋（xuán）轉（zhuǎn）±90° (1 G)的簡單情況下，這將給0.003°/s的偏置穩定性（xìng）增加0.1°的誤差（chà）。加（jiā）速度計通常與陀螺儀一起（qǐ）使用（yòng），以便檢測（cè）重力影響，並且提供必要的信息來（lái）驅動補償過程。

為了（le）優化傳感器性能並盡可能縮短開發時間，需要深入了解傳感器（qì）靈敏度和應用環境。校準計劃（huá）可以針對（duì）影響*大的因（yīn）素進行定製，從而減少測試時間和補償算法開銷（xiāo）。麵向具體應用的解決（jué）方案將適當的傳感器與必要的信（xìn）號處理結合在一起，如果具備高性（xìng）價比並且提供現（xiàn）成可（kě）用的標準係統接口，這些解決方案將能消除許多工業客（kè）戶過去所麵臨的實施和生產障礙。

加速度、震動分析

在一些應用案例中，相對簡單的傳感器輸出（chū）可能（néng）就足夠了，但在另一些應用（yòng）中（例如，通過震動分析進行狀態監控），則需（xū）要增加相當多的處理過（guò）程（chéng）才能實現所需的輸（shū）出。

圍繞慣性傳感器而構建的一（yī）個高集成度器件示例是ADIS16227，它是一款完全（quán）自治的頻域（yù）震動監控器。此類器件可能不提供（gòng）相對簡單的g/mV輸出，而是提供特定應用分析（xī）。在本例中，其嵌入式（shì）頻域處理、512點實值FFT和片（piàn）上存儲器能夠識別各震動源並（bìng）進行歸（guī）類，監控其隨（suí）時（shí）間的變（biàn）化情況，並根（gēn）據可編程的閾值做出反應。

能夠檢測和了解運動可（kě）能對幾乎所有設想到的領域都（dōu）具有應用（yòng）價值。大多數情況下，人們希望掌控一個係（xì）統發（fā）生的運動，並利用該信息提高（gāo）性能（響應（yīng）時（shí）間、精度、工作速度等），增強（qiáng）安全性或（huò）可靠性（xìng）（係統在危險情況下（xià）關機），或者獲得其他增值特性。但在某（mǒu）些情況下，不運動才是至關重要的，因此傳（chuán）感器可（kě）用來檢（jiǎn）測不需要的運動。

這些（xiē）特性或性能升級往往在現有係統上（shàng）實施，考慮到*終（zhōng）係（xì）統的功耗和尺寸已確（què）定，或者必須*小化（huà），MEMS慣性傳（chuán）感器的小尺寸和低功耗特性（xìng）無疑很具吸引力。某些情況下，這些係統的設計人員不是運動動力學方麵的專家，因此，在決定是否進行係統（tǒng）升級時，完全集成（chéng）和（hé）校準的傳感器存在與否可能是*關（guān）鍵的因素。