大佬帶你看MEMS陀螺儀發(fā)展史，MEMS陀螺儀軍事應用注意事項

MEMS，也就是微機電系統(tǒng)?？梢哉f，MEMS在國民經濟以及軍事系統(tǒng)方面，都具備很強的應用意義。為了增進大家對MEMS的認識，本文將對MEMS陀螺儀以及MEMS陀螺儀在戰(zhàn)術武器應用中需注意的問題予以介紹。如果你對MEMS具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、MEMS陀螺儀發(fā)展概述

根據(jù)近幾年國內文獻，我國在慣性導航中應用研究中的陀螺儀按結構構成大致可以分為三類：機械陀螺儀，光學陀螺儀，微機械陀螺儀。機械陀螺儀指利用高速轉子的轉軸穩(wěn)定性來測量載體正確方位的角傳感器。自 1910 年首次用于船載指北陀螺羅經以來，人們探索過很多種機械陀螺儀， 液浮陀螺、動力調諧陀螺和靜電陀螺是技術成熟的三種剛體轉子陀螺儀，精度在 10E-6 度/小時～10E-4 度/小時范圍內，達到了精密儀器領域內的高技術水平。在 1965 年，我國的清華大學首先開始研制靜電陀螺，應用背景是“高精度船用 INS”。 1967-1990，清華大學、常州航海儀器廠、上海交通大學等合作研制成功了靜電陀螺工程樣機，其零偏漂移誤差小于0.5°/h，隨機漂移誤差小于0.001°/h，中國和美國、俄羅斯并列成為世界上掌握靜電陀螺技術的國家。 隨著光電技術的發(fā)展，激光陀螺，光纖陀螺應運而生。與激光陀螺儀相比較，光纖陀螺儀成本較低，比較適合批量生產。我國光纖陀螺的研究起步較晚，但已經 取得了很多可喜的成績。航天科工集團、航天科技集團、浙大、北方交大、北航等 單位相繼開展了光纖陀螺的研究。根據(jù)掌握的信息看，國內的光纖陀螺研制精 度已經達到了慣導系統(tǒng)的中低精度要求，有些技術甚至達到了國外同類產品的水平。 從 20 世紀開始，由于電子技術和微機械加工技術的發(fā)展，使微機電陀螺成為現(xiàn)實。從 20 世紀 90年代以來，微機電陀螺已經在民用產品上得到了廣泛的應用，部分應用在低精度 的慣性導航產品中。我國微機電陀螺的研究開始于 1989 年，已經研制出數(shù)百 微米大小的靜電電機和3mm的壓電電機。清華大學的導航與控制教研組的陀螺技術十分成熟，并已經掌握微機械與光波導陀螺技術，現(xiàn)已經做出了微型陀螺儀樣機， 并取得了一些數(shù)據(jù)。東南大學精密儀器與機械系科學研究中心也不斷進行關鍵部件、 微機械陀螺儀和新型慣性裝置與GPS 組合導航系統(tǒng)的開發(fā)研究，滿足了軍民兩用市場的需要。 總之，隨著科學技術的發(fā)展，相比于靜電陀螺的高成本，成本較低的光纖陀螺和微機械陀螺的精度越來越高，是未來陀螺技術的發(fā)展總趨勢。

二、MEMS陀螺儀在戰(zhàn)術武器應用中需注意什么問題

隨著MEMS陀螺儀在戰(zhàn)術武器中的應用，研制過程中暴露出許多問題。為提高戰(zhàn)術導彈的研制質量，向部隊提供性能先進、質量優(yōu)良的武器裝備，MEMS陀螺儀需要解決微機械加工工藝這一關鍵性技術問題。

MEMS陀螺儀對微機械加工工藝具有高度的敏感性，加工工藝偏差、加工應力以及可靠性等對MEMS陀螺儀的成品率至關重要。整個微機械加工工藝流程是實現(xiàn)MEMS陀螺儀長期穩(wěn)定工作的基礎，因此必須加強微機械加工工藝過程的控制。

1.加工精度控制

MEMS陀螺儀微敏感結構的加工精度主要體現(xiàn)在梳齒、彈性梁等關鍵結構的加工誤差控制，這直接影響了MEMS陀螺儀敏感結構的對稱性、諧振頻率、相位以及振動穩(wěn)定性等結構特性。

2.工藝參數(shù)在線控制

根據(jù)產品過程質量控制的要求，需要對整個微機械加工工藝流程進行在線控制。在MEMS陀螺儀微機械加工工藝復雜流程中，應識別出產品的關鍵工藝參數(shù)，建立一整套在線測試與質量評估方法，提高微機械加工工藝一致性和成品率，如光刻對準精度的在線監(jiān)測、鍵合強度的在線監(jiān)測、采用掃頻技術測量敏感結構振動幅度與頻率的關系以及裝配過程的應力測試等。

3.環(huán)境適應性篩選

環(huán)境適應性篩選是為了早期剔除有故障的器件，MEMS陀螺儀敏感結構失效模式包括殘余應力、結構斷裂和疲勞等。

殘余應力的存在會降低微結構的使用壽命，尤其在頻繁振動和沖擊的情況下會對微結構造成致命的傷害。結構斷裂主要發(fā)生在梳齒或微懸臂梁處，會使器件輸出非線性，同時產生的微粒還可能在器件內部形成短路。疲勞是指在低于材料彎曲或破裂強度的周期應力作用下導致器件失效，通常發(fā)生在硅微結構應力集中的部位。機械疲勞應力經過不斷累積，導致可動部件的斷裂，器件的壽命縮短，最終引發(fā)失效。

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