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

IMU主要由三個MEMS加速度傳感器（qì）及三個陀螺和解算電路組（zǔ）成。

慣性傳感器分為兩大類：一類是角速率陀螺；另（lìng）一類是線加速度計。

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

線加速度計又分為：機械式線加速度計；撓性（xìng）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（xìng）線加速度計等。[1]

低精度MEMS慣性傳感器（qì）作為消費（fèi）電子類產品主要用在手機（jī）、GPS導航、遊（yóu）戲機、數碼相機、音樂播放（fàng）器（qì）、無線鼠標、PD、硬盤保護器、智能玩（wán）具、計步（bù）器、防盜係統。由於具有加速度測量、傾斜（xié）測量、振（zhèn）動測量甚至轉動（dòng）測量等基本測量功能，有待挖掘的（de）消費電子應用會不斷出現。

中級MEMS慣性傳（chuán）感器作為工業級及汽車級產品，則主要用於汽車電子穩定（dìng）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（dà）型醫療設備（bèi）、機器人、儀（yí）器儀（yí）表、工程機械等。

高精度的MEMS慣性傳（chuán）感器作為軍用級和（hé）宇航級產品（pǐn），主要要求高精度、全溫區（qū）、抗衝擊等指數。主要用於（yú）通訊衛星無線、導彈導引頭、光學瞄準（zhǔn）係統等穩（wěn）定性應用；飛（fēi）機/導（dǎo）彈飛（fēi）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。

固態慣性傳感器有著潛在的成本、尺寸、重量等優勢，其在係（xì）統中的應用也必（bì）然激增。隨著器件成本的降低、小尺寸傳感器的出現，軍事應用也出現了許多新的應（yīng）用領域。

慣性導航係統是隨（suí）著慣性傳感器（qì）的發展而發展起來的一門導航技術,它完全自主、不受幹擾（rǎo）、輸（shū）出信（xìn）息量大、輸出信息實時（shí）性強（qiáng）等優點使其（qí）在軍用航行載體和民用相關領域獲（huò）得（dé）了廣泛應用。慣導係統的精度、成本（běn）主要取決於陀（tuó）螺儀和加（jiā）速度傳感器的精度和成本,尤其（qí）是陀（tuó）螺（luó）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,而高精度的陀螺儀製造困難,成本很高（gāo）,因此慣性技術界一直在尋求（qiú）各（gè）種有效方法來提高陀螺儀的精度,同時降低係統成本。[2]

微型機（jī）械式慣導傳感器將統治戰術性能要（yào）求（qiú）（或以下）的應用領域。軍用市場將推動這些傳（chuán）感器的發展，如（rú）適用靈巧飛行器（qì）、自主導（dǎo）航導彈、短程戰術導彈導航、火力控製係（xì）統、雷達天線的（de）運動補償、複合智能小型推進器和晶片大小的INS/GPS係統。洲（zhōu）際彈道導彈係統和潛射彈道導彈係統戰略（luè）製導係統的發展，將依賴於武器係統和戰略係統的總體性能要求。導航係統為提（tí）高（gāo）導（dǎo）航精度，將繼續采用（yòng）穩定（dìng）平台式機械（xiè）陀螺儀和加速度計（擺式陀螺加速（sù）度計）。

從20世紀50年代（dài）的液浮陀螺（luó）儀到70年代的動力調諧陀（tuó）螺儀;從80年代的環形激光陀螺儀、光纖陀螺儀（yí）到（dào）90年代的（de）振動陀螺儀以及目前研（yán）究報道較多的微機械（xiè）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（cǐ）對慣性傳（chuán）感器的研究一直是各國慣性技術領域的重點,各種（zhǒng）新材料、新技術（shù）在慣性（xìng）傳感器研究中都有所體（tǐ）現,隨著低（dī）成本、高精（jīng）度的（de）慣性傳（chuán）感器的出現（xiàn）,慣性導航係統（tǒng）將成為通用、低價（jià）的導航係統（tǒng）。

*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進步。除了機器人以外，慣性傳感器有可能改（gǎi）善（shàn）其係統性能或功（gōng）能的應用還（hái）包括：平台穩定、工業機械運動控製、安全/監控設（shè）備和工業（yè）車輛導航等。這種傳感器提供的運（yùn）動信息比較有用，不（bú）僅能（néng）改善性能（néng），而且能提高可靠（kào）性、安全性並（bìng）降低成本。

然而，要想獲得這些好處，必須克服（fú）一些障礙，尤（yóu）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（zhèn）動、空間（jiān）限製（zhì）和其他因素的（de）影響。對工程師而言，為了從（cóng）傳感器獲取一致的數（shù）據，將其轉換成（chéng）有用的信息，然後（hòu）在係統的時序（xù）和功耗預算內做出反應，工（gōng）程師（shī）必須擁有多種技術領域的知識和經（jīng）驗（yàn），並且遵循（xún）良（liáng）好的設計規範。 　了解問題

來自慣性傳感器的信（xìn）息經過處理和積分後，可以提供許多不同類型的運（yùn）動、位置和方向輸出。每種類型的運動都涉（shè）及到一係列應（yīng）用相關的複雜因素，對此必須加以了解。工業（yè）控製（zhì）應用就是一個很好的例子，某種形式的（de）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類應用的核心任務，在*簡單的範例中，機械氣泡傳感器（qì）便可滿足需要。然而（ér），在明（míng）確傳感器需求之前，需要分析（xī）*終係統的完整運動動力學特性、環境、壽命周期和可靠性預（yù）期。

如（rú）果係統的運動相（xiàng）對而言為靜態，簡單的角度傳感器（qì）可能就足夠了，但實際的技術決策取決於響應時（shí）間、衝擊和震動、尺寸、整個使用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），而且往往在多個（gè）軸上工（gōng）作，這（zhè）就需要考慮將多種類型（xíng）的傳感器結合在（zài）一起。

一旦知道正（zhèng）確的傳感器類型和技術後，挑戰便轉移到了解和*終補償傳感器對環境（溫度、震動、衝擊、安裝位置、時間和其他變（biàn）量）的反應（yīng）。環（huán）境補償涉及到（dào）額外（wài）的電路、測試、校準和動態調整，而每種類型的傳感器，甚至每（měi）個傳感器都是獨一無二的，因此這又會（huì）帶來補償不足或過度（dù）的額外風（fēng）險，除非工程師比較了解傳感器（qì）特性。*後這一點驅使許多（duō）設計工程師采用完全集成的傳感器解決方案，以便消除運用和實施過程中的障礙。

線性速率抑或角速率

慣性傳感（gǎn）器有多種（zhǒng）類型（xíng）。MEMS（微機電係統）傳感器是（shì）*完善的傳（chuán）感器類型之一，已經（jīng）使眾多應用受益。15年前，MEMS線性加速度傳感器（加速度計）徹底革新了汽車安全氣囊係統。自此（cǐ）以後，從筆記本電腦硬盤保護到遊戲控製器中（zhōng）更為直觀的用戶運動捕捉（zhuō），各種獨特的功能和應用得以實現。

根據諧振器陀螺儀的原理（lǐ），MEMS結構也可提供角速率檢測。兩個多晶矽檢測（cè）結構各含一個“擾動框架”，通過靜電將擾動（dòng）框（kuàng）架驅動到諧振狀態，以產生必要的運動，從而在旋轉期間產生科氏力。在（zài）各框架的兩個外部很限處（與（yǔ）擾動運動正交）是可動（dòng）指，放在固定指之間，形成一個容性撿拾結構來檢測科氏運動。當MEMS陀螺儀旋轉時，可動指的位置變化通過電（diàn）容變化進行（háng）檢測（cè），由此得到的信號送入一係列增益（yì）和解調級（jí），產（chǎn）生電速率信號輸出。某些情況下，該信號還會經（jīng）轉（zhuǎn）換，送入一個專（zhuān）有數字校準電路。

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

調理（lǐ）和處理

在工業市場上，諸如（rú）震動（dòng）分析、平台校正、一般運動控（kòng）製之類的應用都需（xū）要高集成度和高可靠度的（de）解決方案，而且在許多情況下（xià）檢（jiǎn）測元件是直接嵌入到現（xiàn）有設備中。此外，還（hái）必須提供足夠的控（kòng）製、校準（zhǔn）和編程功（gōng）能，使器件真正獨立自足。一些應用範例包括：

● 機器自動（dòng）化：通過提高位置檢測（cè）精度（dù），並且更（gèng）加嚴格地將此（cǐ）信息與遠程控製或編（biān）程（chéng）設置的運動相關聯，可以（yǐ）使自（zì）治或遠程控製的精密儀器和機械臂更加準確、有效。

● 工業機械的狀（zhuàng）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早、更準確地掌握狀態變化的跡象，可以獲得更實用的價（jià）值。

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

工業檢測市場異常紛繁多樣，必（bì）須通過集成嵌入式可調特性，如數字濾波、采樣速率控製、狀態監控、電源（yuán）管（guǎn）理選項和專用輔助I/O功（gōng）能（néng）等，來支持（chí）各種不（bú）同的性能（néng）、集成度和接口要求。在其他更複雜的情（qíng）況下，還需要采用多個傳感器和多（duō）種類型的傳感（gǎn）器。即使看起來很簡單的慣（guàn）性運動，例如僅限於一個或兩（liǎng）個軸的運動，也可能需要（yào）同時（shí）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（chuán）感器還可能具有交叉靈敏（mǐn）度（dù），很多時候需要對此（cǐ）進行補償，即使無須補償，至少也需要加以了解。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（de）解決更（gèng）加（jiā）困難。當指定角（jiǎo）速率傳感器要（yào）求時（shí），多數工業係統設計工（gōng）程師主要關心的是（shì）陀螺儀穩定性（隨時間發（fā）生的偏置估算），消費（fèi）級陀螺儀通常不會規定這一特性。如果傳感器的線性（xìng）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毫無意義。例如，假設線性（xìng）加（jiā）速度特性為0.1°/s/G，在旋轉±90° (1 G)的簡單情（qíng）況下，這（zhè）將給0.003°/s的（de）偏置穩定性增加0.1°的誤差。加速度計通常與陀螺儀一起（qǐ）使用，以便檢測重力影響，並且提供必（bì）要的信息來驅動補償過程。

為了優化傳感器性能並（bìng）盡可能縮短開發時間，需要深入了解傳感器靈敏度（dù）和應用環境。校準計劃可以針對影響*大的因素進（jìn）行定製，從而減少測（cè）試時間和補償（cháng）算法開銷。麵向具體（tǐ）應用的解決方案將適當的傳感器與必要的信號處理（lǐ）結合在一起，如果具備（bèi）高性價比並且提供現成可用的標準係統接口（kǒu），這些解決方案將能消除許（xǔ）多工業客戶過（guò）去所麵臨的實施（shī）和生產障礙。

加速度、震動（dòng）分析

在一些應用（yòng）案例中，相對簡單的傳感器（qì）輸出可能就足夠了，但在另一些應用中（例如，通過震動分析（xī）進行狀態監控），則需要增加相當多的處理過程才能實現所需的輸出（chū）。

圍繞慣性（xìng）傳感器而構（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。此類器件可能不提供相對簡單的g/mV輸出，而是提供（gòng）特定應用分析。在本例中，其嵌入（rù）式頻域處理、512點實值FFT和（hé）片上存儲器能（néng）夠識別各震動源並進行歸類，監控（kòng）其隨時（shí）間的（de）變化情況，並根據可編程的閾（yù）值做出反應。

能夠檢測和了解運（yùn）動可能對幾乎所有設（shè）想到的領域都具有（yǒu）應用價值。大多數情況下，人們希望掌控一個係統發生的（de）運動，並利用該信息（xī）提高性能（響應時（shí）間、精度、工作速度（dù）等），增強安全性或可靠性（係統在危險情況下關機（jī）），或者獲得其他增值特性。但在某些情況下，不（bú）運動才是至關（guān）重要的，因此傳感器可用來檢測不需要的運動。

這些特性或性能升級往往在現有係統上實施，考慮到（dào）*終（zhōng）係統的功耗和尺寸已確定，或者必須（xū）*小化，MEMS慣性傳感器的小尺寸和低功耗（hào）特性無疑很具吸引力。某些情況下，這些係統的設計人員（yuán）不是運動動力學方麵（miàn）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。