简述一多流量传感的微型电子机械系统

微型电子机械系统(MEMS)是当代电子技术的又一重大突破,是近年来发展起来的一种新型多学科交叉的技术,其发展正受到社会的普遍关注.MEMS问世以来,已开发、研制了名种产品,其中尤以传感器类的产品为多.该技术将对未来人类生活产生革命性的影响这些产品已广泛应用于汽车工业、生物医学技术、仪器仪表制造业.本文将扼要介绍具有多种流量传感功能的MEMS.     

浅论MEMS技术发展趋势与应用

MEMS技术是一门新兴的技术,是多种学科交叉融合的前沿高技术,近年来越来越受到世界各国的重视。本文简要介绍了MEMS的基本概念、产生发展过程、技术特点、制造工艺、及主要应用。     

基于MEMS的智能集成汽车传感器的研究

随着汽车传感器的迅速发展和MEMS技术的深入研究,基于MEMS技术的汽车传感器具有广阔的应用前景.本文从传感器原理、MEMS技术理论与制造工艺、智能传感器理论与控制算法、软件与硬件实现、以及集成原理与工艺等几个方面,综合运用MEMS技术、人工智能、信息融合、半导体加工等先进技术,研究基于MEMS技术的智能集成汽车传感器问题.最后对MEMS汽车传感器今后的发展研究进行了探讨.     

基于异构多源传感的行人长航时变步长误差修正技术

低成本微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)传感器广泛应用于行人定位导航中,但在长航时下,MEMS传感器零位会随时间产生漂移,导致行人变步长误差成为主要误差.且传统的足绑式导航利用MEMS传感器自身信息判断零速时刻会出现错判漏判等问题.针对这两点,根据行人步态变化规律,在判断零速时刻时,加入压力传感器辅助的异构多源传感,同时针对系统误差设计了用于补偿的误差修正算法.对比传统方法,该设计可以明显提高导航定位精度,定位精度可提高一个数量级.     

射频分布式MEMS移相器Bragg频率的研究

详细讨论了Bragg频率产生的原因及其分析方法，并依据微波网络理论对不同结构参数MEMS移相器的Bragg频率进行了分析比较.计算结果表明Bragg频率随共平面波导信号线宽度增大、随微桥周期间距增大而降低.对特征阻抗50 Ω、周期间距300 μm、中心信号线宽度分别为50 μm和100 μm的MEMS移相器，Bragg频率相应为38.1 GHz和27.6 GHz；对中心信号线宽度为100 μm的移相器，当周期间距增加为567 μm时，Bragg频率进一步下降到19.6 GHz.对Bragg频率的研究为分布式MEMS移相器优化设计提供了重要依据.     

自适应滤波器在微型姿态确定系统中的应用

基于MEMS的IMU由于低成本、体积小和低耗能得到了很广泛的应用.但是,惯性MEMS传感器有很大的噪声、偏差以及刻度误差,由于传统低成本的MEMS传感器使用的捷联算法很难取得令人满意符合性能要求的姿态确定值.利用改进的自适应增益卡尔曼滤波器在随机模式下建立一个小型姿态确定系统.这个改进的滤波器在一个时间变量转移矩阵中有六个状态量,它们分别是:三个姿态倾斜角和三个陀螺偏移误差.滤波器用三个加速度计的测量量和磁罗盘来驱动状态的更新.当系统处于非加速度状态下,加速度计对重力加速度的测量以及磁罗盘对航向的测量很显然可以产生很好的状态估计量;当系统处于高速动态状态并且偏移可以收敛到一个精确估计值时,对姿态的估算就需要很长一段时间.自适应滤波器可以在动态状况下用加速度计自动调整增益产生最佳性能.提供了这种技术的算法,并且对此进行分析,之后给出实验结果.     

基于贝叶斯网络的MEMS安全系统可靠性分析

随着MEMS技术的不断发展,对于引信中MEMS安全系统的可靠性提出了更高要求.为了解决目前MEMS安全可靠性分析中存在着各机构可靠度数据不全面,主要依赖于大量实验或专家经验的现状,对MEMS安全系统的失效状况进行分析,构建了MEMS安全系统的故障树,并计算了各重点机构的可靠度功能函数.以此为基础,提出了一种将故障树与贝叶斯网络进行转化的可靠性分析方法.同时针对各失效机理进行了概率重要度和结构重要度计算,从可靠性重要度角度提出了MEMS安全系统设计中的重点优化机构,并进行了计算实例分析.借助于MEMS加工工艺,实现了MEMS安全系统的加工,通过可靠性测试实验,证明了本方法计算的快速准确性.      

基于改进六位置法的一种 MEMS 加速度计标定补偿方案

微机电系统(micro electronic mechanical system,MEMS)加速度计在测量过程中受安装误差、刻度因子及零偏影响,为提高MEMS加速度计的测量精度,在六位置法标定的基础上,提出一种改进的MEMS加速度计标定补偿方案.利用小波滤波对MEMS加速度计的原始测量值进行滤波,运用六位置法对6个位置的原始数据进行标定得到补偿模型.通过实验验证,MEMS加速度计测量精度由标定前的1.2 m/s2提高到0.01 m/s2,由MEMS加速度计解算的横滚角和俯仰角精度由标定前的1°提高到0.166 4°.     

基于小口径弹的硅基MEMS安全系统设计

基于小口径弹药设计了发射环境可识别、小型化智能MEMS安全系统. 结合自平衡发射系统的小口径弹药的弹道环境,建立硅基MEMS安全系统模型,并针对发射环境及勤务处理环境实现MEMS安全系统阈值判定机构模型设计;通过理论计算和动力学仿真完成结构设计及优化;结合MEMS加工工艺完成器件加工;为满足小口径弹药对安全系统批量化、高可靠的需求,通过地面模拟试验完成MEMS安全系统性能测试.      

MEMS技术在微型热泵中的应用

微型热泵是指特征尺寸为"厘米级"的热泵,可用于建筑物、交通工具、衣服或其它装置的供暖或制冷.微电子机械系统(MEMS)的迅速发展,使过程机械装置的微型化和轻量化成为可能,将MEMS技术应用于热泵,其体积和传统装置相比可以缩小到60倍以上.对几种微制造技术进行了比较,并介绍了MEMS技术在微型热泵中的应用.     

MEMS自动驾驶仪中的多传感器误差补偿

微机电系统(MEMS)自动驾驶仪是飞行器自动飞行控制的关键设备,解算出正确的机体信息是实现飞行器自动飞行控制的前提.该文详细分析了MEMS自动驾驶仪解算飞行器信息时存在的主要误差源,通过实验数据说明了对各种误差源进行补偿的必要性;针对不同的误差源,研究了相应的误差补偿方法,包括MEMS传感器本身误差的直接补偿和多MEMS传感器的数据融合补偿,并归纳为计算公式.对比实验结果表明: 该方法是可行的,可提高飞行器机体信息解算的精度.     

Applications of MEMS devices in nanosatellite

micro-electro-mechanical system(MEMS) device has the advantages of both electronic system and mechanical system.With the development of MEMS devices for satellite,it is possible to establish much lighter and smaller nanosatellites with higher performance and longer lifecycle.The power consumption of MEMS devices is usually much lower than that of traditional devices,which will greatly reduce the consumption of power.For its small size and simple architecture,MEMS devices can be easily integrated together and achieve redundancy.Launched on April 18,2004,NS-1 is a nanosatellite for science exploration and MEMS devices test.A mass of science data and images were acquired during its running.NS-1 weights less than 25 kg.It consists of several MEMS devices,including one miniature inertial measurement unit(MIMU),three micro complementary metal oxide semiconductor(CMOS)cameras,one sun sensor,three momentum wheels,and one micro magnetic sensor.By applying micro components based on MEMS technology,NS-1 has made success in the experiments of integrative design,manufacture,and MEMS devices integration.In this paper,some MEMS devices for nanosatellite and picosatellite are introduced,which have been tested on NS-1 nanosatellite or on the ground.     

微机电系统的发展

始于20世纪60年代的微机电系统(MEMS)是在微电子技术基础上产生和发展起来的多学科交叉的前沿科学研究领域，是21世纪的核心技术之一．介绍了MEMS的形成、发展、基本研究内容、流行设计分析软件和主要制造工艺应用及微器件、微系统的种类和应用现状．     

小波变换在MEMS降阶建模中的研究

获得系统的宏模型是MEMS系统级建模与仿真的关键.提出将小波变换的方法应用于MEMS降阶建模.介绍了小波变换的理论基础,提出了运用小波变换的方法对MEMS进行多尺度降阶建模的基本思想和算法的基本原理.针对最常见的静力学问题,建立了有限元求解方程,采用小波变换的方法提取出系统的几个不同阶次的降阶模型.算例表明利用该方法通过适当的降阶次数,提取降阶模型可以大幅度地减少计算时间、降低计算复杂度,特别适合MEMS这种大系统的降阶建模.     

基于改进灰色模型的MEMS陀螺仪零偏温度补偿

微机电系统(micro-electro mechanical system,MEMS)陀螺仪的零点漂移是影响陀螺仪测量精度的主要因素.针对MEMS陀螺仪零点漂移随温度变化的非线性问题,以MEMS惯性传感器为试验对象,采用小波变换对MEMS陀螺静态实验零偏数据进行滤波,结合改进灰色预测模型估计零偏随温度变化趋势,获得基于小波变换和改进灰色预测的温度补偿模型.与常规补偿模型算法比较表明,基于小波变换和改进灰色预测的温度补偿模型均方根误差和平均绝对误差更小,MEMS陀螺仪零点漂移的均方根误差和平均绝对误差分别减少到0.025 0和0.018 0,验证了该补偿模型的可行性,对提高陀螺测量精度具有较好的理论意义和工程应用价值.     

消费级MEMS惯性传感器的工程快速筛选方法

低成本MEMS惯性测量单元(IMU)在商业上得到广泛应用,但由于MEMS工艺、检测电路等条件的限制,MEMS惯性测量单元在精度和可靠性方面存在劣势,其中有一部分完全不能使用.针对这一问题,提出一种切实可行的MEMS惯性传感器的工程快速筛选方法,设计了24传感器的批量数据采集平台;根据Allan方差原理,对15枚MPU6050进行了原始数据曲线和Allan标准差的双对数曲线的计算和绘制.通过分析,剔除了其中的6枚不能够使用的器件,确定了9枚平均性能器件,剔除率达40%.避免了因劣质器件问题导致实验数据不可靠性以及影响用户的体验,大幅度节约MEMS惯性传感器的筛选时间,确保了后续系统集成的顺利进行.该方法也适用于高成本MEMS惯性传感器筛选出优质器件.     

MEMS器件捷联惯导系统旋转调制技术

使用微机电(MEMS)惯性器件利于捷联惯导系统的低成本和小型化,但MEMS器件误差较大.为提高系统精度,引入了一种全自主误差补偿方法——旋转调制.说明了旋转调制对常值误差的抑制作用和对导航精度的改善效果,并在旋转轴数目、旋转方向、旋转连续性和旋转速度等方面比较了不同旋转调制方案.根据MEMS器件的误差特性,选择了一种适合MEMS器件捷联惯导系统的旋转调制方案并自主研发了原理样机.静态和车载实验表明:旋转调制可以明显抑制MEMS器件常值误差对导航精度的影响,200s内俯仰和横滚姿态精度提高了5倍,速度和位置精度提高了近10倍.     

基于HDR的陀螺仪随机漂移分析与处理

通过对MEMS陀螺仪工作时产生的噪声误差特点进行分析,采用启发式漂移消减法(HDR)设计闭环网络,对该误差进行实时估计和补偿.针对载体在运行过程中产生的摇摆问题,通过添加双低通滤波器来消除影响;由于低通滤波器的引入而产生的时间延迟,通过设计信号滞后消除环节解决,提高MEMS陀螺仪对姿态角的估计精度;对于载体在运行过程中出现的弯曲和转向问题,则通过设计阈值函数进行解决.最后,采用Allan方差对陀螺仪补偿后的误差进行综合评定,并以MC-ROV水下机器人为平台进行试验.结果表明:经过HDR补偿之后,陀螺仪的各项误差指标均有比较明显的降低,显著提高陀螺仪的输出精度.     

基于微元件键合图库的微机电系统动态建模与仿真

为了更好地支持微机电系统(MEMS)TopDown设计流程,针对MEMS仿真中的多能量域与非线性特点,采用键合图场元件与结型结构设计并实现了一个集中参数表达的MEMS键合图仿真元件库,同时基于该元件库提出了一种MEMS动态系统建模与仿真方法.采用参数化仿真模型与结构化体系构建的元件库,为MEMS设计流程中的概念设计阶段与系统级设计阶段的快速建模与仿真提供了方便,同时元件库内的所有元件均与MEMS器件级设计中的结构特征具有映射关系,这为用户需求空间功能原理空间结构空间之间的设计空间映射提供了方便.通过一个静电间隙执行器的系统建模过程与仿真结果,验证了利用该元件库进行建模与仿真的有效性.     

基于MEMS惯性技术的延转姿态角测量误差补偿研究

本文介绍了基于MEMS惯性技术,载体在水平面上廻转时产生的姿态角测量原理,运用在线误差补偿技术,针对因MEMS惯性器件加速度效应误差不均衡,导致的翅转姿态角测量误差进行实时补偿。提高了姿态测量装置题转姿态角的测量精度。