MEMS加速度計（jì）是利用傳感質量的慣性（xìng）力（lì）測量的（de）傳感器，通常由標準（zhǔn）質量塊（傳感元件）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（suàn）電路組成（chéng）。

慣性傳感器分（fèn）為（wéi）兩大類：一類是角速率陀螺；另一類是線加速度計。

角（jiǎo）速（sù）率陀螺又分為：機械式幹式﹑液浮﹑半液浮﹑氣浮角速率陀螺；撓性角速率陀螺；MEMS矽﹑石英角速率陀螺（含半球諧振角速率陀螺等）；光纖角速率陀螺；激光角（jiǎo）速率陀螺等（děng）。

線（xiàn）加速度計又分為：機械式線加速度計（jì）；撓（náo）性線加（jiā）速度計；MEMS矽﹑石英線加速度計（jì）（含壓阻﹑壓電線加速度計）；石英撓性線加速度計等。[1]

低精度MEMS慣性傳感器作為消費電子類產品主要（yào）用在手機、GPS導航、遊戲機、數碼（mǎ）相機、音樂播放（fàng）器、無線（xiàn）鼠標、PD、硬盤保護器、智能玩具、計步器、防盜係統（tǒng）。由於具有加（jiā）速度測量、傾斜測量、振動測量甚至轉動測量等基本測量功能（néng），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（jí）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（zī）態測量（liàng）、精密農業、工業自動（dòng）化、大型醫療設備、機器人（rén）、儀器儀表、工程機械等。

高精度的MEMS慣性傳感器作（zuò）為軍用（yòng）級和宇（yǔ）航級產品，主要要求高精度、全（quán）溫區、抗衝（chōng）擊等指數。主要用於通（tōng）訊衛星無線、導（dǎo）彈導引頭、光學瞄準（zhǔn）係統等穩定性（xìng）應用；飛機/導彈飛行控製、姿（zī）態控（kòng）製、偏航阻尼等控製應用、以及中程導彈製導、慣性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（shì），其在係統中的應用也必（bì）然激（jī）增。隨著器（qì）件成本的降低、小尺寸傳感器的出現，軍事應用也出現了許多（duō）新的應用領域。

慣性導航係統是隨著慣性傳感器的發展（zhǎn）而發展起來（lái）的一門（mén）導航技術,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其在軍用航行載體和民用相關領域獲得了（le）廣（guǎng）泛應用（yòng）。慣導係統的精度、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（yí）其漂移對慣導係統位（wèi）置誤差增長的影響是時間的三次方函數（shù）,而高精（jīng）度的陀螺儀製造困難,成本很高,因此慣性技術界一直在尋求各（gè）種有效方法來提高陀（tuó）螺儀的精（jīng）度,同時降低係統（tǒng）成本。[2]

微型機械式慣導傳（chuán）感器將統治戰術性能要求（或以下）的應用領域。軍用（yòng）市場將推動這（zhè）些傳感（gǎn）器的發展（zhǎn），如（rú）適用靈巧飛行器、自主導航導彈、短程戰（zhàn）術導彈導航、火力控製係統、雷（léi）達（dá）天線的運動（dòng）補償、複合智能小（xiǎo）型推進器和晶片大小的INS/GPS係統（tǒng）。洲際彈道導彈係統（tǒng）和潛射彈道導彈（dàn）係統戰略製導係統的發展，將依賴於武（wǔ）器係統和戰略係統的總體性能要求。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（jiā）速度計）。

從20世紀50年代的液浮陀螺（luó）儀到（dào）70年代的動力調諧（xié）陀螺儀;從80年代的環形激光（guāng）陀螺儀、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（jī）械（xiè）電子係統陀螺儀相繼出現（xiàn）,從而推動了慣性傳感器不斷向前發展。因（yīn）此對慣性傳（chuán）感器的研究一直是各國慣性技術領域的重（chóng）點,各（gè）種新（xīn）材料、新技術在慣性傳感（gǎn）器（qì）研究中都（dōu）有所體現,隨著低成本、高精度的慣性傳感器的出現,慣性導航係統將成為通用、低價的（de）導航係統。

*近的傳感器技術發展使得機器人和其他工業（yè）係統設計實現了革命性的（de）進步。除了機器人（rén）以外（wài），慣性傳感器有可能改善其係（xì）統性能或功能的應用還（hái）包括：平台穩定、工業（yè）機械運動控製、安全/監控設（shè）備和工業車輛導航等。這種傳感器提供的運動信息比較有用，不僅能改善性能（néng），而且能提高可（kě）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（xiē）障礙，尤其是許多工業應用處在惡劣的物理環境下，必須考慮溫度、震動、空間限製和其他因（yīn）素的影響（xiǎng）。對工程師而言，為了從傳感器獲取（qǔ）一致的數據，將其（qí）轉換成有用的信息，然後在係統的時序（xù）和功耗預算內做出反（fǎn）應（yīng），工程師必須擁有多種（zhǒng）技術領域的知識和（hé）經（jīng）驗，並且（qiě）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和積分後，可以提供許多（duō）不同類型的運動、位置和方向（xiàng）輸出。每種類型（xíng）的運動（dòng）都涉及到一係列應用相關的（de）複雜因素，對此必須加以了解（jiě）。工業控製應（yīng）用就是（shì）一個很（hěn）好的例子，某種形式的指向或轉向設備對這些應用十分有用。傾斜或角度檢測常常是此（cǐ）類應用（yòng）的核心（xīn）任務，在*簡單的範例中，機械氣泡傳感（gǎn）器便（biàn）可滿足需要。然而，在明確傳感器需求之前，需要分（fèn）析（xī）*終係統的完整運動動力學特性、環境、壽命周期和（hé）可靠性預期。

如果（guǒ）係統的運動相（xiàng）對而言為靜態，簡單的角度傳感（gǎn）器可能就足夠了，但實（shí）際的技術決策（cè）取決於響應時間、衝擊和震動（dòng）、尺寸、整個使用（yòng）壽命期間的性能漂移。此外，許多係統涉及到多種類型的運動（如旋轉和加速度等），而且（qiě）往往在多個軸上工作，這就需要考慮將多種類型的傳感器（qì）結合在一起。

一旦知道（dào）正確的傳感器（qì）類型和技術後（hòu），挑（tiāo）戰便轉移到了解和*終補償傳感器對（duì）環境（溫度、震動（dòng）、衝擊、安裝位置、時間和其他變量）的（de）反應。環境補償涉及到額外的電路、測（cè）試、校準和動態（tài）調整，而每種類型的（de）傳感器，甚至每個傳感（gǎn）器都是獨一無二（èr）的，因此這（zhè）又會帶來補償不足或過度的額外風險（xiǎn），除非工程師比較了解傳感器特性。*後這一點驅（qū）使許多設計工程師采用完全集成的（de）傳感器解決方案，以便消除運用和實施過程中的障（zhàng）礙（ài）。

線性速率抑或角速率

慣性傳感器有（yǒu）多種類型。MEMS（微機電（diàn）係統）傳感器是*完善的（de）傳感器類型之一，已經使（shǐ）眾多應用（yòng）受益。15年（nián）前，MEMS線性（xìng）加速（sù）度傳感器（加（jiā）速度計）徹底革新了汽車安全氣囊係統（tǒng）。自此以後，從筆記本電腦硬盤保護到遊戲控製器（qì）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（xié）振器（qì）陀螺儀的原理，MEMS結構也可提供角速率（lǜ）檢測（cè）。兩個多晶矽檢測結構各（gè）含一個“擾動框架（jià）”，通過靜電將擾動（dòng）框架驅動到諧振狀態，以產生（shēng）必要的運動，從而在旋轉期間產生科氏力。在（zài）各框（kuàng）架的兩個（gè）外部很限處（chù）（與擾動運動正（zhèng）交）是（shì）可動指，放在固定（dìng）指之間，形成一個容性撿拾結構來檢測科氏運動（dòng）。當MEMS陀螺儀旋轉時，可動（dòng）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（huàn），送入一個專有數字校準電路。

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

調（diào）理和處理

在工業市場上，諸如震動分析、平台校正、一般運動控製之（zhī）類的（de）應用都需要高集成度和高可靠度的解決方案，而且在許多情況（kuàng）下檢測元（yuán）件是直接（jiē）嵌（qiàn）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（qì）件真正獨立自足。一些應用範例包括：

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

● 工（gōng）業（yè）機（jī）械的（de）狀態（tài）監控：通過將傳感器更深地嵌入機械內部，並且借由傳感器性能和（hé）嵌入式處理而更早、更準確地掌握狀態變化的（de）跡（jì）象，可以獲得更實用的價值。

● 移動（dòng）通信（xìn）和監控（kòng）：無論是陸地、航空（kōng）還是海上交通工具，慣性傳感器都有助於其（qí）實現穩定（天（tiān）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）。

工業檢測市場異常紛繁多樣，必須（xū）通過集成嵌入式可調特性，如（rú）數字濾波、采樣速率控製、狀態監控、電源管理選項和專（zhuān）用輔助I/O功能等，來支持各種不（bú）同的（de）性能、集成度和接口要求。在其他更複雜的情況下，還需要（yào）采用多個傳感器和多種類（lèi）型的傳感器。即使（shǐ）看起來很簡單的慣性（xìng）運動，例如僅限於一個或兩個軸的運動，也可（kě）能需要同時采用加速（sù）度計和陀螺儀（yí）檢（jiǎn）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（hái）可能具有交叉靈敏度，很多時候需要（yào）對此進行補償，即使無須補償，至少也需要（yào）加以了解。此（cǐ）外，慣性傳感器的性能指標存在許多不同的標準，這（zhè）使得上述問（wèn）題的解決更加困（kùn）難。當指（zhǐ）定（dìng）角速率傳感（gǎn）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），消費級陀螺儀（yí）通常（cháng）不會規定這一特（tè）性。如果傳感器的（de）線性加（jiā）速度性能較差，那麽即使0.003°/s的良好陀螺儀偏置（zhì）穩定性也可（kě）能毫無意義。例如，假設線性（xìng）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（zhì）穩定性增加0.1°的誤差。加速度計通常與陀（tuó）螺儀一起使用，以便檢測重力影響，並且提供（gòng）必要的信息來驅動（dòng）補償過程。

為了優化傳感器性（xìng）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。校準計劃可以（yǐ）針對影響*大的因素進行定製，從而減少測試時間（jiān）和補償算法開銷。麵向具體應（yīng）用的解決方案將適當的傳感器與必要的信號處理結合在一起，如果具備高性價比並且（qiě）提供現成可用的標準（zhǔn）係統接（jiē）口，這些解決方案（àn）將能消除許多工業客戶過去所麵臨（lín）的實施和生產障礙。

加速度（dù）、震動分析

在一些應用案（àn）例中（zhōng），相對簡單的傳感器輸（shū）出可能就足夠了，但在另一些應用中（例如，通過震動分析進行狀態監（jiān）控），則需要增加相當多的（de）處理過程（chéng）才能實（shí）現所需的輸出。

圍繞慣性傳感器而構建的（de）一（yī）個高集成度器件示例是ADIS16227，它是一款完全自治的頻（pín）域震動監控器。此類器件可能不提供相對簡單（dān）的g/mV輸（shū）出，而是提供特定應用分析。在本例中（zhōng），其嵌（qiàn）入式頻域處理（lǐ）、512點實值FFT和片上存儲器能夠識別各震動源並進行歸類（lèi），監（jiān）控其隨時間（jiān）的變化情況，並根據可（kě）編程的（de）閾值（zhí）做出反應。

能夠檢測和了解運動可能對幾乎所有設想到的領域都具有應用價值。大多（duō）數（shù）情（qíng）況（kuàng）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能（響應時間、精度、工作速度等），增強安全性或（huò）可靠性（係（xì）統在危險（xiǎn）情況下關機），或者（zhě）獲得其他增值特性。但（dàn）在某些情況下，不運動才是至關重要（yào）的，因（yīn）此傳感器可用來檢測不需要的運動。

這些特性或性（xìng）能（néng）升級往往在現有係統上實施，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（qì）的小尺（chǐ）寸和低功耗（hào）特性無疑很具吸引力。某些情況下，這些係（xì）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，完全集成和校準的傳感器存在與否可能是*關鍵的因素。