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微机电系统(MEMS)惯性敏感器的性能

         
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采用先进的微加工技术生产了许多小型低成本硅惯性敏感器,这些惯性敏感器的性能高,坚固耐用,且具有其固有的对称性。这些敏感器用专用集成电路(ASIC)集成后,可封装成一个3cm见方的扁平组件,并可用5V直流单电源工作。这些敏感器已经在汽车防滑和牵引控制系统以及制导军械系统中通过了鉴定。利用这些多芯片模块(MCM)型仪器可使制导军械改进其海军5英寸54火炮平台的制导精度。惯性敏感器利用晶片溶解工艺制造,这种工艺利用阳极化方法将单晶硅粘结在玻璃基底上,所形成的敏感瞒模件尺寸约1mm。在-40℃到+85℃的汽车工作温度范围内,名义上经验证的未补偿的性能如下:陀螺仪的偏值和标度因子为0.5°/s和1.0%,加速度计的偏值和标度因子为30mg和0.5%。在6小时的夜间试验期间,陀螺的偏值稳定性在温度变化较小(0.5℃)时优于10°/h(0.003°/s),而相应的加速度计其偏值稳定性名义上的验证性能优于10^(-3)g。陀螺的角度随机游动典型值为0.25°/■,目前观测到的最优性能为0.05°/■,而加速度计的速度随机游动为5cm/s/■。在-40℃到+85℃的整个工作温度范围内对仪表性能进行标定和补偿后,仪表标度因子的稳定性优于200ppm,陀螺和加速度计的偏值不确定性分别小于50°/h和1mg。业已验证了这些设计对外界环境的鲁棒性,在超过60000g的环境下通过了空中火炮射击试验。本文讨论仪表实测性能和设计性能,重点介绍陀螺和加速度计的近期试验结果。文中还介绍了仪器的有关电子线路、控制装置和应用问题。

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