LN-200 1MU采用SiACTM微機械加速度計，自1994年來一直高產。LN-200已廣泛用于空間姿態(tài)穩(wěn)定、導彈制導、雷達穩(wěn)定裝置等。已成功地應用于AGM-142空地導彈、BQM-74E亞聲速靶機、蘭天機載吊倉式光電系統(tǒng)、全球鷹無人機及先進中距空空導彈等武器平合上。

德國Litef公司B-290硅加速度計如圖2所示，擺片采用4次雙面掩膜，面積為6mm x 6mm，在KOH溶液中控制硅片刻蝕時間，電路采用脈沖調寬、數(shù)字輸出、閉環(huán)控制方案。量程為10g，標度因數(shù)穩(wěn)定性達到3x10的-4次方，偏置穩(wěn)定性為250ug，B-290硅加速度計已經于1995年與光纖陀螺組合成1MU。

2.3 MEMS陀螺儀發(fā)展現(xiàn)狀

硅微陀螺儀是以微機械工藝為基礎制作的慣性儀表，與傳統(tǒng)慣性元件相比，具有體積小、質量輕、功耗小、成本低、易集成、抗過載能力強和可批量生產等特點。

微機械陀螺的研究始于20世紀80年代.1985年，Drape實驗室首先開始研制微機械陀螺，先后采用框架式角振動方案、音叉式線振動方案及振動輪式方案。

2002年，ADI公司研制成功世界上第1個單片集成的商用陀螺儀產品ADXRS，它將敏感質量塊限制在多品硅框架內，使其只能沿個方向振動。檢測電極用來檢測由哥氏力引起的振動位移.該芯片同時將檢側電路與敏感結構集成在一起，一方面大大減少了嗓聲信號的影響，同時減小了芯片的體積和功耗，此類陀螺儀主耍針對工業(yè)傳感領域。加州大學伯克利分校于20世紀90年代中期率先開始研究雙輸入軸微機械陀螺儀.初期研制的陀螺儀檢測質量塊為直徑300um，厚2um的多晶硅圓盤。支撐件為4根由圓盤外側向外延伸的彈性梁。圓盤周圍有12對梳齒，分別作靜電驅動和驅動檢測之用。該陀螺儀采用表面微加工工藝加工。與超大規(guī)模集成電路工藝兼容。在7.89Pa的真空環(huán)境下，該陀螺儀驅動模態(tài)品質因數(shù)為960。開環(huán)試臉表明，當驅動模態(tài)與檢測模態(tài)的自然頻率相差1.4%時，隨機游走為10 P/h。經改進的陀螺儀由Sandia國家實驗室加工。目前已與Z軸陀螺儀和三軸加速度計一起構成單片IMU。

采用和IC工藝兼容的MEMS工藝，實現(xiàn)的六自由度慣性傳感器系統(tǒng)如圖3所示，最大尺寸方向小于10mm。加速度計分辨率小于1mg,陀螺儀分辨率小于1P/s。由于實現(xiàn)了單片集成，有效減小體積、功耗，同時降低成本。

針對導航和制導領域應用要求，Litton公司于1996年開始微機械陀螺儀SiCyTM的研制，2003年SiCyTM實現(xiàn)1P/h-10P/h，用于LN-3001MU。噴氣推進實驗室研制的四葉式硅陀螺，采用體加工技術和超精密機械加工,最后經微組裝工藝裝配。體積為73.8 立方cm，功耗1w，2002年中期時零偏穩(wěn)定性已達到1P/h,目標是應用于微小衛(wèi)星的導航控制。

同時日本、澳大利亞、加拿大等國家部開展了基于MEMS慣性儀表技術的研究工作。

3 MEMS應用優(yōu)勢

MEMS技術發(fā)展迅速，特點突出，應用前景良好.主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1)體積越來越小，精度越來越高，設計方案呈多樣化。

例如MEMS陀螺先后經歷振動框架式、諧振音叉式、振動輪式、振環(huán)陀螺、四葉式等形式，陀螺漂移10 P/h.硅微加速度計先后經歷叉指式、三明治式、諧振梁式等技術方案，零偏和標度因素由10 mg達到2005年的20ug. ADI公司成功研制的微小型雙軸加速度計體積僅為5 mm x 5 mm x l .45 mm,質量小于Ig。硅微陀螺ADXRS系列產品尺寸為7mm x 7mm x 3mm,質量小于1g。技術方案的不斷創(chuàng)新，從工作機理上減少了誤差源，提高了精度。

2) 工藝和封裝技術日趨成熟

MEMS藝主要包括:面加工技術，體加工技術，基于絕緣基體硅工藝等等。面加工技術主要是基片上淀積或生長多晶硅層來制造微機械結鉤。體加工技術的基礎是單晶硅刻蝕技術，中間層的硅微機械結構經過多次掩膜、雙面光刻以及各向異性刻蝕而成，然后與上下層精密鍵合成一個整體。S01工藝結合前兩者的優(yōu)勢，它可以得到高質量的單品硅獨立結構，同時保留面加工。具有尺寸小、與IC工藝兼容、價格低的批量生產優(yōu)點。目前，上述3類工藝工序操作和控制都得到了發(fā)展和提高，完善了微敏感結構工藝工序的膜厚、線寬以及內應力的檢測，微結構高深寬比的三維尺寸加工精度能夠得到較好的保證，全硅敏感結構工藝正在開發(fā)和完善。

3) 工程應用領域不斷拓展，成功案例越來越多。

MEMS技術正在不斷融合，向提高精度、數(shù)字化、高可靠性方向發(fā)展，成功的應用案例非常多。例如，ADM公司研制的表面工藝的MEMS慣性器件大量應用于民用和工業(yè)傳感領域，產品銷量己經達到幾億只，每只售價僅幾十美元?？蓮V泛用于姿態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)以及短距離的戰(zhàn)術武器制導，還可以和全球定位系統(tǒng)(GPS)組合構成導航系統(tǒng)，如Litton公司研制的體硅工藝的MEMS慣性器件LN300已經裝備15000套。

4)為冗余控制、精確控制設計與實現(xiàn)奠定基礎。

傳統(tǒng)飛行器上的控制系統(tǒng)姿態(tài)敏感和調控設備因為體積大，能耗大，多設備冗余設計只能通過增大飛行器體積，犧牲飛行器速度或有效航程為代價:慣導、陀操儀、加速度計等姿態(tài)測量器件也不可能在飛行器上大范圍內布放。MEMS為基礎的器件則不同，因為體積、質量、能耗、精度各方面的綜合性能優(yōu)越，為其在飛行載體上的大量使用奠定了基礎，飛行器上控制系統(tǒng)實現(xiàn)二級冗余、三級冗余乃至N級獨立的冗余控制方案的設計和實現(xiàn)提供了現(xiàn)實基礎;還可以通過多點布放，將飛行器姿態(tài)的測量由傳統(tǒng)的局限式的點式測量，可以拓展到網(wǎng)絡式的面基測量或三維體式測量，為探索和應用新的測量方法，提高測量精度提供了有力的支撐。