MEMS加速度計是利用傳感質量的慣性力測量的傳感器，通常（cháng）由標準質量塊（傳感元件）和檢測電路組成。

IMU主要由三個（gè）MEMS加速度傳（chuán）感（gǎn）器及三個陀螺和解算電路組成。

慣性（xìng）傳感器（qì）分為兩（liǎng）大類（lèi）：一類是角速率陀螺；另一類是線加速度計。

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

線加速度計又分為：機械（xiè）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）；石英撓性線加速度計等。[1]

低（dī）精度MEMS慣（guàn）性傳感器作為消費電（diàn）子類產品主要用在手機、GPS導航、遊（yóu）戲機、數碼相機、音樂播放器、無線鼠標、PD、硬盤保（bǎo）護（hù）器、智能玩具（jù）、計步器、防盜係統。由於具有加（jiā）速度測量、傾斜測量、振動測量甚（shèn）至轉動測量等基本測量功能，有（yǒu）待挖掘的消費電子應（yīng）用會不斷出現。

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

高精度（dù）的（de）MEMS慣性傳感器作為軍用級和宇航級產品，主要要求（qiú）高精度、全溫區、抗衝擊等指數。主要用於通（tōng）訊衛（wèi）星無線、導（dǎo）彈導引頭、光學瞄準係統等穩定性應用（yòng）；飛機/導彈飛行控製、姿態控製、偏航阻尼等控製應用、以及中程導彈製導、慣性GP戰場機器人等。

固態（tài）慣性傳感器（qì）有著潛在（zài）的成本、尺寸、重量（liàng）等優勢，其在係統中的應用也（yě）必然激增。隨著器件成本的降低、小尺寸傳感器（qì）的出現，軍事（shì）應用也出（chū）現了許多新（xīn）的應用領域。

慣性導（dǎo）航係（xì）統是隨著慣性傳感器的發展而發展起（qǐ）來的一門導航技（jì）術,它完全自主、不受幹擾、輸出信息量大、輸出信息實時性強等優點使其在軍用航行載體和（hé）民用相關領域獲得了廣泛應用。慣（guàn）導係統的精度、成本主要取（qǔ）決於陀螺儀和加速度傳感器的（de）精度和（hé）成本,尤其是陀螺儀其漂移對慣導係統位置誤差增長的影響是時間的三次方函數,而（ér）高精度的陀螺儀製造困難,成本很高,因此慣性技（jì）術界一直（zhí）在尋求各種有效方法來（lái）提高陀螺儀的精度,同時降低係統成（chéng）本。[2]

微型機械式慣導傳感器將統治（zhì）戰術性能要求（qiú）（或以下（xià））的（de）應用領域。軍用（yòng）市（shì）場將推動這些傳感器的發展，如（rú）適用靈巧飛行（háng）器、自主導航導彈、短程戰術導彈導航、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（dǎo）係統的發展，將依賴於武（wǔ）器係統和戰略係統的總體性能要求（qiú）。導航係（xì）統（tǒng）為提高導航精度（dù），將繼續采用穩定平台式機械陀螺（luó）儀和（hé）加速度計（擺式陀螺加速度計）。

從20世紀50年代的液浮陀螺儀到70年代的動力調諧陀螺儀（yí）;從80年代的環形激光陀螺儀、光（guāng）纖陀螺（luó）儀到90年代的振動陀螺儀以及目前研究報道較多的微（wēi）機械電子係統陀螺儀相繼出現,從而推動了慣性傳感器不斷向前發展（zhǎn）。因此對慣性傳感器的研究一直是（shì）各國慣性（xìng）技術領域的重點,各種新材料、新技術在慣性（xìng）傳感器（qì）研究中都有（yǒu）所（suǒ）體（tǐ）現,隨著低成本、高精度的慣性（xìng）傳感（gǎn）器的出現,慣性（xìng）導航（háng）係統將成為通用、低價的導航係統。

*近的傳（chuán）感器技術發展使得（dé）機器人和其他工業係（xì）統設計（jì）實現了革命性的進步。除了機（jī）器人以外，慣性（xìng）傳感器有可能改善其係統性能（néng）或功能的應用還包括（kuò）：平台穩定、工業機械運動控製、安全（quán）/監控設備和工業車輛導航（háng）等。這種傳感器（qì）提供（gòng）的運動信（xìn）息比較有用，不僅能改善性能，而且能提高可靠性、安全性並降低成本。

然而，要想獲得這（zhè）些好處，必須克（kè）服一（yī）些障礙，尤其是許（xǔ）多工業應用處在惡劣的物理環境下，必須考慮溫度、震動、空（kōng）間限製和其他因素的（de）影響。對工程師而（ér）言，為了從傳感器（qì）獲取一致的數據，將其轉換成有用的信息，然後在係統的（de）時序和功耗預算內做出反應，工程師必須擁有多種技術（shù）領域的知識和經驗，並且遵循良好的設（shè）計規範。 　了解（jiě）問（wèn）題

來自慣性傳感器的信息經過處（chù）理和積分後，可以提供許多不同類型的運動、位置和（hé）方（fāng）向輸出。每種類（lèi）型的運動都涉及到（dào）一（yī）係列應用相（xiàng）關的複雜因素，對此必須加以了解（jiě）。工業控製應用就是一個很好的例子，某種形式的指向或轉向設備對這些應用（yòng）十分有用。傾斜或角（jiǎo）度（dù）檢測常常是此類應用的核心任（rèn）務，在（zài）*簡單的範例中，機械氣泡傳感（gǎn）器便可滿足（zú）需要。然而，在明確傳感器需求之前，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（qī）。

如（rú）果係統的運動相對而言為靜態，簡單的角（jiǎo）度傳感器可能就足夠了，但實際的技術決策取決於響應（yīng）時間（jiān）、衝擊和震動、尺（chǐ）寸、整個使用壽命期間（jiān）的性能漂移。此外，許多係統涉及到多種類型的（de）運動（如旋轉和加速度等），而且（qiě）往往在多個軸（zhóu）上工作，這就需要考慮將多種類型的傳感器結合在一起。

一（yī）旦知（zhī）道正確的傳感器類型和技術後，挑戰便轉移到了解（jiě）和*終補償傳感（gǎn）器對環境（溫度、震動、衝擊、安裝位置、時間和其他變量）的反應（yīng）。環境補償（cháng）涉及到額外的電路、測試（shì）、校準和動態（tài）調整，而每種類型的傳感器，甚至每個（gè）傳感器（qì）都（dōu）是獨一無二的（de），因此這又會帶來補償不（bú）足或（huò）過度的額外風險，除非工程師比較了解傳感器特性。*後這一點驅（qū）使許多設計（jì）工程師采用完（wán）全（quán）集成的傳感（gǎn）器（qì）解決方案，以便消除運用和實施過程中的障礙。

線性速率抑或角速率

慣（guàn）性傳感器有多種類型。MEMS（微機電係統）傳感器是*完善（shàn）的傳感器類型之一，已經使眾多應用受益。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。自此以後，從筆記本電（diàn）腦硬盤保護到遊戲控製（zhì）器中更為直觀的用戶運動捕捉，各種獨特的功能和應用得以實現。

根據諧振（zhèn）器陀螺儀的原理，MEMS結構也可提供角速率檢測。兩個多晶（jīng）矽檢測結構各含一（yī）個“擾動框架（jià）”，通過靜電將擾動框架驅動到諧振狀態，以產生必要的（de）運動，從而在旋轉期間產生科氏力。在各框架的兩個外部很限處（與擾動運動正交（jiāo））是可動指（zhǐ），放在固定指之間，形成一（yī）個容性撿（jiǎn）拾結構來檢測科氏運動（dòng）。當MEMS陀螺儀旋轉時，可動指的位置變化通（tōng）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（sòng）入一個（gè）專有數字校準電路。

傳感器內核（hé）周圍的集成度和校準由*終性能要（yào）求決定，但在許多情況下，可能需（xū）要進行運動校準，以便實現*高（gāo）的（de）性能水平和穩定性。

調理和處理

在工業市（shì）場上，諸如震動分析、平台校正、一般運動控製之類的應用都（dōu）需要高集成度（dù）和高（gāo）可靠度的解決方案，而且在許多情況下檢測元（yuán）件是直接嵌入到現有設備中。此外，還必須提供足夠的控製、校準和編程功能，使器件真正獨立自足。一（yī）些應用範例包（bāo）括：

● 機（jī）器自動化：通過提高位置檢（jiǎn）測精度，並且（qiě）更加嚴格地將（jiāng）此（cǐ）信息與遠程控製或編程設置的運動（dòng）相關聯，可以使自治或遠（yuǎn）程控製的精密儀（yí）器和機械臂（bì）更加準確、有（yǒu）效。

● 工（gōng）業機械的（de）狀態監控：通過將傳感器（qì）更深地嵌入機械（xiè）內部，並（bìng）且借由傳感器性能和嵌入式處理而更早、更準確地掌握狀態變化的（de）跡象，可以獲得更實用的價值。

● 移動通信（xìn）和（hé）監控：無（wú）論是陸地、航空還是海上交通工具，慣性（xìng）傳感器都有助於其實現（xiàn）穩定（天線和相機）和（hé）定向導航（利用GPS和其他傳感器進行航位推算）。

工業檢測市場異常（cháng）紛繁多樣，必須通過集成嵌入式可調（diào）特（tè）性，如數字濾波、采樣速率控製、狀態監控、電源管理（lǐ）選項和專用輔（fǔ）助I/O功能等（děng），來支持各種不同的性能、集成度和接口要求。在其他更（gèng）複雜的情況下，還需要采用多（duō）個傳感器和多種類型的傳感器。即（jí）使看起來很簡單的慣（guàn）性運動，例如僅限於一個（gè）或兩個軸的運動，也可能需要同時采用加速（sù）度計和（hé）陀螺儀檢測來補償重力、震動及其他不符常規的行為和影響。

傳感器還可能具有交（jiāo）叉靈敏度，很多時候需要對此進行補償，即使無須補償（cháng），至少也需要（yào）加以了解。此外，慣性傳感器的（de）性能指標存在許多不同的標準，這使得上述問題的解決更加困難。當指定角速率傳感器要求時，多數工業係統設計工程師主要關心的是陀螺儀穩定性（隨時間發生的偏置估算（suàn）），消（xiāo）費級陀螺（luó）儀通（tōng）常不會規定這一特性。如果傳感器的線性（xìng）加（jiā）速度性（xìng）能較差，那麽即（jí）使0.003°/s的良好陀螺儀偏置（zhì）穩定性也可能（néng）毫無意義。例如，假設線性加速度特（tè）性為0.1°/s/G，在旋轉±90° (1 G)的簡單情況下（xià），這將給0.003°/s的偏置穩定性增（zēng）加0.1°的誤差。加速（sù）度計通常與陀螺儀一起使用，以便檢測重力影響，並且（qiě）提供必要的信息來驅動補償過程。

為了優化（huà）傳感器性能並盡可能縮短開發時間，需（xū）要深入了解（jiě）傳（chuán）感器靈敏度和應用環（huán）境。校準計劃可（kě）以針對影（yǐng）響*大（dà）的因素進行定製，從而減少測試時間（jiān）和補償算法開銷。麵向具體應用的解決方案將適當的傳感器與必要的信號（hào）處理（lǐ）結合在一起，如果具備高性價比並且提供（gòng）現成可用的標準係統接（jiē）口，這些解（jiě）決（jué）方案將能消除許多工業客戶過去所麵臨的實施（shī）和生產障礙。

加速度、震動分析

在一些應（yīng）用案例（lì）中，相對簡單的傳感器輸出可（kě）能（néng）就足夠了，但在另一些應用中（例如（rú），通過震動分析進行狀態監（jiān）控），則需（xū）要增加相（xiàng）當多的處（chù）理過（guò）程（chéng）才能實現所需的輸出。

圍繞慣性傳（chuán）感器而構（gòu）建的一個高集成度器件示例是ADIS16227，它是一款完全自治的頻域震動監控器（qì）。此類器件可能不提供（gòng）相對簡單的（de）g/mV輸出，而是提供特定應用分析。在本例中，其嵌入式頻域處理、512點實值（zhí）FFT和片（piàn）上存儲器能（néng）夠識別各震動源並進行（háng）歸類，監控其隨時間的變化（huà）情況（kuàng），並根據可編程的閾值做出反應。

能夠檢測和了解（jiě）運動可能對幾乎所有設想到的領域都具有應用（yòng）價值。大多數情況下，人們希（xī）望掌（zhǎng）控一（yī）個係統發生的運動，並利用該信息提高性能（響應時間、精度（dù）、工作速度等），增強安全性或（huò）可靠性（係統在危險情（qíng）況下關機（jī）），或（huò）者獲得其他增值特性。但在（zài）某些情況（kuàng）下，不運動才是至關重要的，因此傳感器可用來（lái）檢測不需要（yào）的運動。

這些（xiē）特性或性能升（shēng）級往往在現有係統（tǒng）上實施，考慮到*終係統的功耗和尺寸已確定，或者必須*小化，MEMS慣性傳感器的小尺寸和低功耗特性無疑很具吸引力。某些情況下，這些係統的設計人員不（bú）是運動動力學方麵的專（zhuān）家，因此，在（zài）決定（dìng）是否進（jìn）行係統升級時，完全集（jí）成和校（xiào）準的傳感（gǎn）器存在與否可能是*關（guān）鍵的因素。