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

IMU主要由三個MEMS加（jiā）速度傳感器及（jí）三個陀（tuó）螺和解算電路組成。

慣性傳感器分為兩大類（lèi）：一類是角速率（lǜ）陀螺；另一類（lèi）是（shì）線加（jiā）速度計。

角速率陀螺又分為：機械式幹式（shì）﹑液浮﹑半液浮﹑氣（qì）浮角速率（lǜ）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（tuó）螺等）；光纖角速率（lǜ）陀螺；激光角速率陀螺等。

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

低精度（dù）MEMS慣性傳感（gǎn）器作（zuò）為消費電子類產品主要用在手機（jī）、GPS導航、遊戲機、數碼相機、音樂播放器（qì）、無線鼠標（biāo）、PD、硬盤保護器、智能玩具、計步器、防盜係統。由於具有加速度測（cè）量、傾斜測量、振動測量甚至轉動測量等基本測（cè）量（liàng）功能，有待挖掘的消費電子應用（yòng）會不斷出現。

中級MEMS慣性傳（chuán）感器作（zuò）為工業級及汽車級產品，則主（zhǔ）要用於汽車電子穩定係統（ESP或ESC）GPS輔助導航係統，汽車安（ān）全氣囊、車輛姿態測量、精密農業、工業自動化、大型醫療設備、機器人、儀器儀（yí）表、工程機械等。

高精度的MEMS慣性傳感器作（zuò）為軍用級和宇航級產品，主要要求高精度、全溫區（qū）、抗衝擊等指數。主（zhǔ）要用於通訊衛星無線、導彈導引頭、光學瞄準係統等穩定性應用；飛（fēi）機/導（dǎo）彈飛行控製、姿（zī）態控製、偏航阻尼等控製應用、以及中程導彈製導、慣（guàn）性GP戰（zhàn）場機器人等（děng）。

固態慣（guàn）性傳感器有著潛在（zài）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（xiǎo）尺寸傳（chuán）感器的出現，軍事應用也出現了許多新的應用領域。

慣性導航係統是隨著慣性傳感器的發展而發展起（qǐ）來的一門（mén）導航技術,它完全自主、不受幹擾、輸出信息（xī）量大、輸出信息（xī）實時性強等優點使其（qí）在軍用航行載體和民用相關（guān）領域獲得（dé）了廣泛應用。慣（guàn）導係（xì）統的精度、成本主要（yào）取決於陀螺儀和加速度傳感器的精度和成本,尤其是陀螺儀其漂（piāo）移（yí）對慣（guàn）導係統（tǒng）位置誤差增長的影（yǐng）響是時（shí）間的三（sān）次方函數,而高精度的陀螺儀製造困難,成本很高,因此（cǐ）慣性技術界一直在尋求各種有效方法來提高陀螺儀的精度,同時降（jiàng）低係統（tǒng）成本。[2]

微型機械式慣（guàn）導傳感器將統治戰術性能（néng）要求（qiú）（或以下（xià））的應用領域。軍用市場將推動這些傳感器的（de）發展，如（rú）適用靈巧飛行器、自（zì）主導航導彈、短程戰術導彈導航、火力（lì）控製係統、雷（léi）達天線的運動補（bǔ）償、複合智能小型推進器和晶片大（dà）小的INS/GPS係統。洲際彈道導彈係統和潛射彈道導彈係統戰略製導係統的發展，將依賴於武器（qì）係統和戰略係統的總體性能要求。導航係（xì）統為提高導航精度，將繼續采用穩定平台式機械（xiè）陀螺儀和加速度（dù）計（擺式陀螺加速度計）。

從20世紀50年代的液浮陀螺儀到70年代的動（dòng）力調諧陀螺儀;從80年代的環（huán）形激光陀螺儀、光（guāng）纖陀螺儀到90年代（dài）的振動陀螺儀以及目前研究報道較多的微機械電（diàn）子係統陀螺儀相繼出現,從而推動了慣性（xìng）傳感器不斷向前發展。因此對慣（guàn）性傳感器的研究一（yī）直是各國（guó）慣性（xìng）技術領（lǐng）域（yù）的重（chóng）點,各種新材料、新技術在慣性傳感器研究（jiū）中都有所體現,隨著低成本、高精度的慣（guàn）性傳（chuán）感器的出現,慣性導（dǎo）航係統將成為通用、低價的導航係統。

*近的傳感器技術（shù）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（bù）。除了機器（qì）人以外，慣性傳感器（qì）有可能改善其係（xì）統（tǒng）性（xìng）能或功能的應用還包括：平台穩定、工業機械（xiè）運動控製（zhì）、安全/監（jiān）控（kòng）設備和（hé）工業車輛導航等。這種傳感器（qì）提供的運動信息比較有用，不僅能改善性能，而且能提高可靠性、安全性並降低成本。

然而，要想獲（huò）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（tā）因素的（de）影響。對工（gōng）程（chéng）師而言，為了從傳感器獲取一致的數（shù）據，將其轉換成有用的信息，然後在係統的時序和功耗預算內做出反（fǎn）應，工程師必須擁有多種技術領域的知識和經驗，並且遵循良（liáng）好的設計規（guī）範。 　了解問題

來自慣性傳感器的信息經過處理和積分後（hòu），可以提供許（xǔ）多不同類型的運動、位置和方向（xiàng）輸出。每種類型的運動都涉及到一係列（liè）應用相（xiàng）關的複雜因素，對此必須加以了解。工業控製應用就是一（yī）個很好的例子，某（mǒu）種（zhǒng）形式的指向或轉向設（shè）備對這（zhè）些應用十分有用。傾斜（xié）或角度檢測常（cháng）常（cháng）是（shì）此類應用的核心任務，在*簡單的（de）範例中，機械氣泡傳感器便可滿足需要。然而，在明確傳感器需求之前，需（xū）要分析*終係統的完整運動動力學特性（xìng）、環境、壽命周期（qī）和可靠性預期。

如果係統的運動相對而言為（wéi）靜態（tài），簡單的角度傳感器可能就（jiù）足夠了，但實（shí）際的技術決策取（qǔ）決於響應時間、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（shè）及到多種（zhǒng）類型的運動（如旋轉和加速度等），而且往往在多個軸上工（gōng）作，這就需要考慮將多種類型的（de）傳感器結合在（zài）一（yī）起。

一旦知道正確的傳（chuán）感器類型和技術後，挑戰便（biàn）轉移到了解和*終（zhōng）補償傳感器對環境（溫度、震（zhèn）動、衝擊、安裝位置、時（shí）間和（hé）其他變量）的反（fǎn）應。環境補償涉及到額外的電路、測試、校準和動態調整，而每種類型的傳感器，甚至（zhì）每個傳感（gǎn）器（qì）都是獨一無二的，因此這又會（huì）帶來（lái）補償不足（zú）或過度的額外風險，除非工程師比較了解傳感器特（tè）性。*後這一點驅使許多設計工程師采用完全集成的（de）傳感器解（jiě）決方案，以便消除運用和實施過程中的障（zhàng）礙。

線性速率抑或角速（sù）率

慣性傳感器有多（duō）種類型。MEMS（微機電係統）傳感器是（shì）*完善的（de）傳感器類型之一，已經使眾多應（yīng）用受益。15年前，MEMS線性加速度（dù）傳感器（加速度計）徹底革新（xīn）了汽車安全氣囊係統。自此以後，從（cóng）筆記本電腦硬盤保護到遊戲控製（zhì）器中更（gèng）為直觀的用戶運動捕捉，各（gè）種獨特的功能和（hé）應用得以實現。

根據（jù）諧振（zhèn）器陀螺儀的原理，MEMS結構也可提供角（jiǎo）速率檢測（cè）。兩個多晶矽檢測結構各含一個“擾動（dòng）框架”，通（tōng）過靜電將擾（rǎo）動框（kuàng）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。在各框架的兩個外部很限處（與擾動運動正交）是可動指，放在固定（dìng）指（zhǐ）之（zhī）間，形成一個容性撿拾結構來檢（jiǎn）測科氏運動。當MEMS陀螺儀旋轉時，可動（dòng）指的位置變化通過電容變（biàn）化進（jìn）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，送入一個專有數字校準電路。

傳感器內核周圍（wéi）的集成（chéng）度和（hé）校準由*終性能要求決定，但在（zài）許多情況下，可能需要進行運動校（xiào）準，以便（biàn）實現*高的性（xìng）能水平和穩定性。

調理和處理

在（zài）工業市場上，諸如震（zhèn）動分析、平台校正、一般運動控製之（zhī）類的應用都需要（yào）高集成度和高可靠度的解決方案，而且在許多情（qíng）況下檢測元件是直（zhí）接嵌入到現有（yǒu）設備中。此外，還必須提供足夠的控製、校準和編程（chéng）功能，使器件真正獨立自足。一些應用範例包括：

● 機器（qì）自動化：通過提高位置檢測（cè）精度，並（bìng）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的精密儀器和機械臂更加準確、有效。

● 工（gōng）業機械的狀態監控：通過將傳感器更深地（dì）嵌入機械內部，並且借由傳感器性能和嵌入式處理而（ér）更早、更準確地掌（zhǎng）握狀態變化的跡象，可以獲得（dé）更實（shí）用的價值。

● 移動通信和監控：無論是陸地、航空還是海上（shàng）交通工具，慣（guàn）性傳感器都有（yǒu）助於其實現穩定（天（tiān）線和相機）和定向導航（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（tè）性，如數字濾波、采樣速（sù）率（lǜ）控製、狀態監控、電源管理選項和專用輔助I/O功能等，來支持各種不（bú）同的性能（néng）、集成度和（hé）接口（kǒu）要求。在其他更複雜的情況下，還需要采用多個傳感器和多種類型（xíng）的傳感器。即使（shǐ）看起來很簡單的慣性運動，例如僅限於一（yī）個（gè）或兩個軸的運動，也可（kě）能需要同時采用加速度（dù）計和陀螺儀檢測來補（bǔ）償重力、震動及其他不符常規的行（háng）為和影響。

傳感（gǎn）器還可（kě）能具有交叉靈敏（mǐn）度，很多時候需要（yào）對此進行補償，即使無須補償，至少也需要加以了解。此外，慣性傳感器的性（xìng）能指標存在（zài）許多不同的標準，這（zhè）使得上述問題的解決更加困難。當指定角速率傳感器要求時，多數工業係統設計工（gōng）程師主要關心的是陀（tuó）螺儀穩定性（隨時間（jiān）發生的偏置估算），消費級陀（tuó）螺儀通常不會規定這一特性。如果傳感器的線性加速度性能較差，那麽即使（shǐ）0.003°/s的良好陀螺儀偏置穩定性（xìng）也可能毫無意義。例如，假（jiǎ）設線性加速度（dù）特性為0.1°/s/G，在旋轉±90° (1 G)的簡單情況下，這將（jiāng）給0.003°/s的偏置穩定性增加0.1°的誤差。加速（sù）度計通常與陀（tuó）螺儀一起使用，以便（biàn）檢測重力影（yǐng）響，並且提供必要（yào）的信息來（lái）驅動補償過程。

為了優化傳感器性能並盡可能縮短開發時間，需要深入了解傳感（gǎn）器（qì）靈敏（mǐn）度和應（yīng）用環境。校準計劃可以針對影響*大的因素進行定製，從而減（jiǎn）少測試時間和補償算法開銷。麵向具體應用的解決方案將（jiāng）適當的傳感器與必要的信號處理結合（hé）在一起，如果具備高性價比並且提供現成可用的標準係統接口，這些解決（jué）方案將能消除許多工業客戶過去所麵臨（lín）的實施和生（shēng）產障礙。

加速度、震動分析

在一些應用案例中，相（xiàng）對（duì）簡單的傳（chuán）感器輸出可能就足夠了，但在另一些應用中（zhōng）（例（lì）如，通過震動（dòng）分析進行狀態（tài）監控），則（zé）需要增（zēng）加相當多的處理（lǐ）過程才能實現所需的輸出。

圍繞慣性傳感器而構建的一（yī）個（gè）高集成度器件示例是ADIS16227，它是一款完全自治的（de）頻域震動監控器。此類器件可能不提供相（xiàng）對簡單的g/mV輸出（chū），而是提（tí）供特定應用分析（xī）。在本例中，其（qí）嵌入式頻域處理、512點實（shí）值FFT和片（piàn）上存儲器能夠識別各震動源並（bìng）進行歸類，監控其隨時間的變化情況，並（bìng）根據可編程的閾值做（zuò）出反應。

能夠檢測和了解運（yùn）動可能對幾乎所有設想到的領域都具有應用價值。大多數情況下，人們希（xī）望（wàng）掌控一個係統發生的運動，並利用該信息（xī）提（tí）高性（xìng）能（néng）（響應時間、精度、工作速度等），增強安全性或可靠性（係統在危險情況下關機），或者獲得其他（tā）增值特性。但在某些情況下，不運動才是（shì）至關重要的，因此傳感器可用來檢測（cè）不需要的運動。

這些特性或性能升級往往在（zài）現有係統上實施，考（kǎo）慮到（dào）*終係統的功耗和尺寸已（yǐ）確（què）定，或者（zhě）必須*小化，MEMS慣性傳感器的小尺寸和（hé）低功耗特性無疑很具吸引力。某些情況下，這些係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（fǒu）進行係統升級時，完全集成和校準的（de）傳感器存在與否可能是*關鍵的因素。