17-2-13 摘自MEMS

      MEMS在航空航天領(lǐng)域最常見的應(yīng)用則是各種傳感器，它們具有不同的特點(diǎn)，適應(yīng)在不同的場合。MEMS 技術(shù)首先應(yīng)用在航天技術(shù)領(lǐng)域，是由于航天技術(shù)對器件功能密度比的要求非常高，也可以說MEMS 技術(shù)的主要需求牽引來自于航天領(lǐng)域。

      MEMS 技術(shù)在航天領(lǐng)域應(yīng)用優(yōu)勢：

      ? 小的質(zhì)量和體積，低發(fā)射質(zhì)量。

      ? 低功耗——大部分器件處于電靜態(tài)。

      ? 小的熱常數(shù)——可用較低功率來維持溫度。

      ? 抗震動(dòng)、抗沖擊和抗輻射機(jī)械裝置——如開關(guān)可以抗輻射加固，低慣性質(zhì)量使MEMS可抗震動(dòng)/沖擊。

      ? 高集成度——在一個(gè)芯片上集成了多種功能，大大簡化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

      ? 批量制造低成本——大批量生產(chǎn)。

      MEMS技術(shù)在航空航天領(lǐng)域中的各種應(yīng)用其實(shí)大部分都是以傳感器的形位為其服務(wù)。在這里我們從傳感器的角度來分析MEMS技術(shù)的應(yīng)用。

      MEMS傳感器主要有五種用途：

      ① 供有關(guān)航天器的工作信息，起故障診斷的作用;

      ② 判斷各分系統(tǒng)間工作的協(xié)調(diào)性，驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案;

      ③ 提供全系統(tǒng)自檢所需信息，給指揮員決策提供依據(jù);

      ④ 提供各分系統(tǒng)、整機(jī)內(nèi)部檢測參數(shù)，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。

      ⑤ 監(jiān)測飛行器內(nèi)外部的環(huán)境，為飛行員航天員提供所需的生存條件，保障正常飛行參數(shù)。

無人飛行器姿態(tài)控制

      MEMS微慣性導(dǎo)航系統(tǒng)集微陀螺、微加速度計(jì)及其信號處理單元為一體。該系統(tǒng)以硅材料為主，用MEMS加工工藝制造而成，其體積和質(zhì)量比常規(guī)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)至少下降2一3個(gè)數(shù)量級。采用MEMS技術(shù)制造的微型慣性測量單元(MIMU)，沒有轉(zhuǎn)動(dòng)的部件，在壽命、可靠性、成本、體積和質(zhì)量等方面都要大大優(yōu)于常規(guī)的慣性儀表。所生產(chǎn)出來的標(biāo)準(zhǔn)化的、高性能航天器姿態(tài)測量儀器性能更好，價(jià)格更便宜，而且在航空航天平臺均能使用。采用MIMU器件可使裝置的重量大大減輕。

      美泰微系統(tǒng)自主研發(fā)的MNS610是可靠、高抗震的固態(tài)慣性測量單元，內(nèi)置精確相互垂直安裝的三軸喚醒硅振子陀螺儀、三軸油阻尼（或空氣阻尼）加速度計(jì)以及指南針，并經(jīng)過三軸轉(zhuǎn)臺精密校準(zhǔn)以滿足不同條件下的性能需求。數(shù)據(jù)融合通過內(nèi)置DSP進(jìn)行擴(kuò)展卡爾曼濾波器得以實(shí)現(xiàn)，給出實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的載體姿態(tài)和傳感器數(shù)據(jù)。

MNS610含有內(nèi)部減震結(jié)構(gòu)，可在強(qiáng)震和沖擊環(huán)境下保持性能。支持外部擴(kuò)展衛(wèi)星導(dǎo)航（GNSS）實(shí)現(xiàn)組合導(dǎo)航（可選）。

直升機(jī)飛行狀態(tài)監(jiān)控

       MEMS加速度傳感器 加速度傳感器在航空航天應(yīng)用在姿態(tài)航向基準(zhǔn)系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)，包括顫振測試在內(nèi)的飛行期間結(jié)構(gòu)測試、健康系統(tǒng)測試、穩(wěn)定性測試、地面振動(dòng)測試(風(fēng)洞試驗(yàn))、模態(tài)測試、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)和制導(dǎo)系統(tǒng)等。

      美泰電子自主研發(fā)的MSA3001A系列三軸振動(dòng)傳感器，廣泛應(yīng)用于飛機(jī)的模態(tài)和發(fā)動(dòng)機(jī)顫振，靜載荷分析，直升飛機(jī)狀態(tài)與使用監(jiān)控系統(tǒng)（HUMS），監(jiān)測飛行過程中關(guān)鍵軸承、齒輪箱和發(fā)動(dòng)機(jī)部件的運(yùn)行狀態(tài)。

光電吊艙穩(wěn)定平臺

      MEMS微陀螺在無人機(jī)光電吊艙、紅外穩(wěn)定平臺、位標(biāo)器中的應(yīng)用極為廣泛。隨著MEMS工藝技術(shù)的提升，高精度硅MEMS微陀螺逐漸在替代低精度光纖和石英陀螺儀。

      美泰電子自助研發(fā)的單軸MSG1100D硅微陀螺儀最高量程可高達(dá)5000°/s，雙軸微陀螺MSG2000開創(chuàng)了國內(nèi)硅MEMS微陀螺應(yīng)用先河，廣泛應(yīng)用在陸用測姿設(shè)備上。

飛行試驗(yàn)和發(fā)動(dòng)機(jī)檢測試驗(yàn)

      MEMS壓力傳感器在飛行中、飛行試驗(yàn)、發(fā)動(dòng)機(jī)檢測試驗(yàn)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)、風(fēng)洞試驗(yàn)，以及在設(shè)備的制造生產(chǎn)過程中應(yīng)用十分普遍。壓力測量的特點(diǎn)是：被測壓力種類多、涉及范圍廣、測壓點(diǎn)多，要求測量精度高。

通信天線車和火箭炮支架

      MEMS傾角傳感器廣泛應(yīng)用于火箭炮固定轉(zhuǎn)動(dòng)支架角度測量，通訊天線車和飛艇等等。應(yīng)用范圍廣，要求測量精度高，誤差小，可靠性高。美泰電子自主研發(fā)的MTS2000和MTS2001測量精度達(dá)到0.001°，內(nèi)置溫度傳感器，體積小適用多種場合，并具有良好的振動(dòng)和沖擊特性，已批量應(yīng)用于雷達(dá)天線角對準(zhǔn)，火炮炮管初設(shè)角度測量，衛(wèi)星通信車姿態(tài)檢測盒天線角度測量。

      航天航空集當(dāng)代先進(jìn)制造技術(shù)、信息技術(shù)和材料技術(shù)于一身對傳感器的要求越來越高。MEMS傳感器發(fā)展方向是多功能化、小型化、智能化、集成化，隨著產(chǎn)品可靠性進(jìn)一步提高和價(jià)格降低，制作技術(shù)發(fā)展的不斷成熟和完善，MEMS傳感器在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用將會在更廣泛范圍取代傳統(tǒng)傳感器。

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