MEMS加速度計是利用傳感質量的慣性力測量的傳（chuán）感器，通常由標準質量塊（傳感元（yuán）件）和檢測電路（lù）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。

慣性傳感器分為兩大類：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：機械式幹式﹑液浮﹑半（bàn）液浮﹑氣浮角速率陀螺；撓性角速率陀螺；MEMS矽﹑石（shí）英角速率（lǜ）陀螺（含半球諧振角速（sù）率陀螺等）；光纖角速率陀（tuó）螺；激光角（jiǎo）速率陀螺等。

線加（jiā）速度計又分為：機械式線加速度計；撓性線加速度（dù）計；MEMS矽﹑石英線加速度（dù）計（含壓阻﹑壓（yā）電線加速度計）；石英撓性線加速度計等（děng）。[1]

低精度MEMS慣性傳感器（qì）作為消費電（diàn）子類產品主要用在手機、GPS導航（háng）、遊戲機、數碼相機、音（yīn）樂播放器、無線鼠標、PD、硬盤保護器、智能玩具、計步器、防盜係統。由於具有（yǒu）加速度測量、傾斜測量、振（zhèn）動測量甚至轉（zhuǎn）動測量（liàng）等基本（běn）測量功能，有（yǒu）待挖掘的消費電子應用會不斷出現。

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

高精度的MEMS慣性傳感器作為軍用級和宇航級產品，主要要求高精度、全溫區、抗衝（chōng）擊等指數。主要用於通訊衛星無線、導（dǎo）彈導引頭、光學瞄準（zhǔn）係統等穩定性應用；飛機/導彈飛行控製、姿態控製、偏航阻尼等（děng）控製應（yīng）用、以及中程導彈製（zhì）導、慣性（xìng）GP戰（zhàn）場機器人等。

固態慣性傳感器有著潛在的成本、尺寸、重量等優勢，其在係統中（zhōng）的應用（yòng）也必然激增。隨著器件成本的降低、小（xiǎo）尺寸傳感器的出現，軍（jun1）事應用也出現了許多新的應用領域。

慣性導航（háng）係統是隨著慣性傳（chuán）感（gǎn）器的發展而（ér）發展起來的一門導航技術（shù）,它完全自主、不受幹擾、輸出（chū）信息量大、輸出信息實時性強等優點使（shǐ）其在（zài）軍用航（háng）行（háng）載體和民用相關領域獲（huò）得了廣泛（fàn）應用。慣導（dǎo）係統的精度、成本（běn）主要取決於（yú）陀螺儀和加速度傳感器的精度和成本,尤其（qí）是陀螺（luó）儀其漂移對慣導係統位置誤差增長的（de）影響是時間的三次方函數,而高（gāo）精度（dù）的陀螺儀製（zhì）造困（kùn）難,成本很高,因此慣性技術界一直在尋求各種有效方法來提高陀螺儀的精度,同時降低係統成（chéng）本。[2]

微型機械式慣導傳感器將（jiāng）統治戰術（shù）性能要求（或以下）的應用領域（yù）。軍用市場（chǎng）將推動（dòng）這些傳感器的發展，如適用靈巧飛（fēi）行器、自（zì）主導航導彈、短程戰術導彈導航、火力控製係統（tǒng）、雷（léi）達天線的運動補償、複（fù）合智能小型推進器和晶片大小的INS/GPS係（xì）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（yú）武器（qì）係統和戰（zhàn）略係統的總體性能要求。導航係統為提高導航精度，將繼續采用穩定平台式機械陀螺儀和加速度計（擺式（shì）陀螺加速度（dù）計）。

從20世紀50年代的液浮陀螺儀到70年代（dài）的動（dòng）力調諧陀螺儀;從80年代的環形激光陀螺儀、光纖陀螺儀到90年代的振動陀螺儀（yí）以及目前研究報道較（jiào）多的微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。因此對慣性傳感器的研究一直是各國慣性（xìng）技術領域的重點,各種新材（cái）料、新技術（shù）在（zài）慣性（xìng）傳感器研究中都有所體現,隨著低成本、高精度的慣性傳感器的出現,慣性導航係統將成（chéng）為通用、低價的導航係統。

*近的傳感器技術發展使得機器人和其他工業係統設計實現了革命性的（de）進步。除了機器人以外，慣性傳感器有（yǒu）可能改（gǎi）善其係統性能或功（gōng）能的（de）應用還包括：平台穩（wěn）定、工業機械運動控製、安全/監控設備和工業（yè）車輛導航（háng）等。這種傳感器提供的運動信息比較有（yǒu）用，不（bú）僅能改善性能，而且能提高可靠性、安（ān）全性並（bìng）降低成本。

然而，要想獲得這些好（hǎo）處，必須克服一些障礙，尤其是許多（duō）工業應用處在（zài）惡劣的物理環境下（xià），必須考慮溫度、震動、空間限製和其他因素的影響。對工程師而言，為了從傳感器獲取一致的數據，將其轉換成有（yǒu）用（yòng）的信（xìn）息，然（rán）後在係統（tǒng）的時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（tí）

來自慣（guàn）性（xìng）傳感器的信息經過處理和積（jī）分後，可以提供許多不（bú）同類型的運動、位置（zhì）和方向輸（shū）出。每種類型的運動都涉及到一係（xì）列應用相關的複雜因素，對此必須加以了解。工業控製應用就是一個很好的例子，某種形（xíng）式的指向或轉向設備對這些應用十分有用。傾斜或角度檢測（cè）常常是此（cǐ）類應（yīng）用的（de）核心任務，在*簡（jiǎn）單的（de）範例中（zhōng），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（xī）*終係統的完整運動動力學特性、環境（jìng）、壽命周期和可靠性預期。

如果係統的運動相對而言為靜態，簡（jiǎn）單的角度傳感器可（kě）能（néng）就足夠了，但實（shí）際的技術決策取決於響應（yīng）時間、衝擊和震動、尺寸、整個使用壽命期間（jiān）的性能漂移。此外，許多係統涉及（jí）到多種類型的運動（如旋轉和加速度等），而且往往在多個軸上工作，這就需要考慮將（jiāng）多種（zhǒng）類型的傳感器結合在一起。

一旦知道正確的傳感器類型和（hé）技術後，挑戰便轉移到（dào）了解和*終補（bǔ）償傳（chuán）感器對環境（溫（wēn）度、震動、衝擊、安裝位置、時間和其他變量）的反應。環境補償涉及到（dào）額外（wài）的電路、測試（shì）、校（xiào）準和動（dòng）態（tài）調整，而每種類型的傳感器，甚（shèn）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，除非工程師比較了（le）解傳感器特性（xìng）。*後這一（yī）點驅使許多設計工程師采（cǎi）用完全集成的傳感（gǎn）器解決方案，以便消除運用和（hé）實施過程中的障礙。

線性速率抑或角速率

慣性傳感器有多種類型。MEMS（微機電係統）傳感器是*完（wán）善的傳感器類型之一，已經使眾多應用（yòng）受益。15年前，MEMS線（xiàn）性加速度（dù）傳感（gǎn）器（加速度計）徹底（dǐ）革新了汽車安全氣囊係統。自此以後，從（cóng）筆記本（běn）電（diàn）腦硬盤保護到遊戲控製器（qì）中更為直觀的用戶運動（dòng）捕（bǔ）捉，各種獨特的功能和（hé）應用得以實（shí）現。

根據諧振器陀螺儀的（de）原理，MEMS結（jié）構也可提供角速率檢測。兩個多晶矽檢測結構各含一個“擾（rǎo）動框架”，通過靜電將擾動框架驅動到諧振狀（zhuàng）態，以產生必（bì）要的運動，從而在旋轉期間產生（shēng）科氏力。在各框架的兩個外部很限處（與擾動運動正交）是可動指，放在固定（dìng）指之間，形成一個容性撿拾（shí）結構來檢測（cè）科氏運（yùn）動。當MEMS陀螺儀旋轉時，可動指的位置變化通過電容變化進行檢測，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（yī）個專有數字校準電路。

傳感器內核周圍的集成度（dù）和校準由*終性能要求決定，但（dàn）在許多（duō）情況下，可能需要進行運動校準，以便實現（xiàn）*高的性能水平和穩定性。

調理和處理

在工（gōng）業市場上（shàng），諸如震動（dòng）分析、平台校正、一般（bān）運動控製（zhì）之類的應用（yòng）都需要高集成度和高可靠度的解決方案，而且在許多情況下檢測元件是直接嵌入到現有設（shè）備中。此外，還必須提（tí）供足夠的控製、校準和編程功能，使器件真（zhēn）正（zhèng）獨立自足（zú）。一些應用（yòng）範例包括：

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

● 工業機械的狀（zhuàng）態監控：通過將傳感器更深（shēn）地嵌入機械內部，並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跡（jì）象，可（kě）以獲得（dé）更實用的價值。

● 移動通信和監控：無論（lùn）是陸地、航空還（hái）是海上交通工具，慣性傳（chuán）感器都（dōu）有（yǒu）助於其實現穩定（天線和相機（jī））和定向導航（利用GPS和其他傳感（gǎn）器進行航位推（tuī）算）。

工業檢測市場異（yì）常紛繁多樣，必須通過集成嵌入式可調特性（xìng），如數字濾波、采樣速率控製、狀態（tài）監控（kòng）、電源管理選項和專用輔助I/O功能等，來支持各種不同的性能、集成度和接口要求。在其他更複雜的情況下，還需要采用多個傳感（gǎn）器和多種類型的傳感器。即使看起來很簡單的慣性（xìng）運動，例如僅限於一（yī）個或兩個軸（zhóu）的運動，也（yě）可能需要（yào）同（tóng）時采用加速度計和陀螺儀檢測來補償重力、震動及其他不（bú）符常規的（de）行為和影響（xiǎng）。

傳感器（qì）還可能具有交叉靈敏度（dù），很多時候需要對此進行補償，即使無須補償（cháng），至少也需要加以了解。此外，慣性傳（chuán）感（gǎn）器的性能指（zhǐ）標存在許多不同的標準，這使（shǐ）得上述問題的解（jiě）決更加困難（nán）。當指定角速率傳感器要（yào）求時，多數工業係統設計工程師主要關心的是（shì）陀（tuó）螺儀穩定性（隨時間發生的偏置估算），消費級陀螺儀（yí）通常不會規定這（zhè）一特性。如果傳（chuán）感器的線性加速度（dù）性（xìng）能較差，那麽即使0.003°/s的良好（hǎo）陀（tuó）螺儀偏置（zhì）穩定性也可能毫無意（yì）義。例如，假設線性加速度特性為0.1°/s/G，在旋轉±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。加速度計通（tōng）常與陀螺儀一起使（shǐ）用，以便（biàn）檢測重力影響，並且提供（gòng）必要的信息來驅動補償過程。

為了優化傳感器性能並盡可能縮短開（kāi）發時間，需要深入了解傳感器靈敏度（dù）和應用環境。校（xiào）準計（jì）劃可以針對影響*大的因（yīn）素進行定製，從（cóng）而減少測試時間和補償（cháng）算法開銷。麵向具（jù）體（tǐ）應用的解決方案將適當（dāng）的傳感器與（yǔ）必要的信號（hào）處（chù）理結合在一起，如果具備高性價比（bǐ）並且提供現成可用的標準係統接口，這些解決方案將能（néng）消除許多工業客戶過去所麵臨的（de）實施和生（shēng）產障礙。

加速度、震動分析

在一些應用案例中，相對簡單的傳（chuán）感器輸出（chū）可能就足夠了，但在另一些應用中（例如，通過震動分析進行狀態監控），則需要（yào）增加相當多的處（chù）理過程才（cái）能實現所需的輸出。

圍繞慣性傳感器而構建的一個高集成度器件示例是ADIS16227，它是一款完全自（zì）治的頻域震動監控器。此類器件可能不（bú）提供相對簡單的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FFT和片上存（cún）儲器能夠識別各震動源並進行歸類，監控其隨時間的變化情況（kuàng），並根據可編程的閾值做出反（fǎn）應。

能夠檢測（cè）和了解運動可能對幾（jǐ）乎所有設想到的領域都具有應用價值。大多數情況下，人們希望掌控一個係統發生的運動，並利用該信息提高性（xìng）能（響應時間、精度、工作速度等（děng）），增強安全性或可靠（kào）性（係統在危險情況下關機），或者（zhě）獲得其他增值特性。但在（zài）某些情況下，不運動才是至關重要的，因此傳感器可用來檢測（cè）不需要的運動。

這些特性或性能升級往往在現有係統上實施，考慮到（dào）*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（tè）性無疑很具吸引力。某些情況下，這些係統的（de）設計人員不是運動動（dòng）力學方麵的專家，因此，在決（jué）定是否（fǒu）進（jìn）行係統（tǒng）升級時，完全集成和校準的傳（chuán）感器存在（zài）與否可能是（shì）*關鍵的因素。