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

IMU主要由三個MEMS加速度傳感（gǎn）器（qì）及三個陀螺和解算電路組成。

慣性傳感器分為兩大類：一（yī）類是角速率陀螺；另一類是（shì）線加（jiā）速度計（jì）。

角速率陀螺又分為：機械式（shì）幹式（shì）﹑液浮﹑半液浮﹑氣浮角速率陀螺；撓性角速率陀螺；MEMS矽﹑石英角速率陀螺（含（hán）半球諧振角速率陀螺等）；光纖角速率陀螺；激光角速率陀螺等。

線加速度計又（yòu）分為：機械式線加速度計（jì）；撓性（xìng）線加速度計；MEMS矽﹑石英線加速度計（含壓阻﹑壓電線加速度計）；石英撓性線（xiàn）加速（sù）度計等。[1]

低精度MEMS慣性傳感器作為消費電子類產（chǎn）品主要用在手機、GPS導航、遊戲（xì）機、數碼相機、音樂播放器、無線（xiàn）鼠標、PD、硬盤保護器、智（zhì）能玩具、計步器、防盜係統。由於具有加速度測（cè）量、傾斜測（cè）量、振（zhèn）動測量甚（shèn）至轉動測量等基本（běn）測量功能，有待挖掘的消費電子應用會不斷出現。

中級MEMS慣性傳感（gǎn）器作為工業級及汽車級（jí）產品，則主要用於汽車電子穩定係統（ESP或ESC）GPS輔助導航係統，汽車安全氣（qì）囊、車輛姿態測量、精（jīng）密農業、工業（yè）自動化、大（dà）型醫療設（shè）備、機器人、儀器儀表、工程（chéng）機械等（děng）。

高精度的MEMS慣性傳感器作為軍用級和宇航級（jí）產品，主要（yào）要（yào）求高精（jīng）度、全溫區、抗衝擊等指數。主要（yào）用於通訊衛星無線（xiàn）、導（dǎo）彈導引頭、光學（xué）瞄準係統等穩定性應（yīng）用；飛機/導彈飛行控製、姿態（tài）控製、偏航阻尼等控製應用、以及中程導彈製導、慣性GP戰場（chǎng）機器人等。

固態慣性傳感器有著潛在的成本、尺寸、重量等優勢，其在係統中的應用也必（bì）然激增。隨著器件成本的降低、小尺寸傳感器的（de）出現，軍事（shì）應用也出現了許多新的應用（yòng）領域。

慣性導（dǎo）航係統是隨（suí）著慣性傳感器的發展而發展起來的（de）一（yī）門導航技術,它完全自主、不受幹擾、輸出信息量大、輸（shū）出信息實時性強等優（yōu）點使其在軍用航行載體和民用相關領域（yù）獲得了廣泛應用（yòng）。慣導係統的精度、成本主要取決於陀螺儀和加速度傳感器（qì）的精度和成本,尤其是陀螺（luó）儀其漂移對慣導係統位置誤差增長的影響是時間的三次方（fāng）函數,而高（gāo）精度的陀螺儀製造困難,成本很（hěn）高（gāo）,因此（cǐ）慣性技術界一直在尋求各種有（yǒu）效方法來提高陀螺儀的精度,同時降低係統成本。[2]

微型（xíng）機械式慣導傳感器將統治戰術性能要求（或以下）的（de）應（yīng）用領域。軍用市場將推動這些傳感器的發展，如適用靈巧飛行（háng）器、自主導航導彈、短（duǎn）程戰術導彈導航（háng）、火力控製係（xì）統、雷達天線的運動補（bǔ）償、複合（hé）智能小（xiǎo）型推進器和晶片大小的（de）INS/GPS係統。洲際彈道導（dǎo）彈係統和潛射彈道導彈係統戰略製導係統的發展，將依賴於武器係統和戰略係統的總（zǒng）體性能要（yào）求。導航係統為提高導航（háng）精度，將（jiāng）繼續（xù）采用穩定平台式機械陀螺儀和加速度（dù）計（擺式（shì）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年代的環形激光陀螺儀、光纖陀螺儀到90年代的振動陀螺儀以及目前研究報道較多（duō）的微（wēi）機械電子係統陀（tuó）螺儀相繼出現,從而（ér）推動（dòng）了慣性傳感器不斷向前（qián）發展。因此對慣性傳（chuán）感器的（de）研究一直（zhí）是各國慣性技術（shù）領域的重點（diǎn）,各種新材料（liào）、新技（jì）術在慣性傳感器研（yán）究中都有所體現,隨著低成本、高精度的（de）慣性傳感器的出現,慣性導航係統將成為（wéi）通用、低價（jià）的導航係統。

*近的傳感器（qì）技術發展使得機（jī）器人和其他工業係統設計（jì）實現了（le）革命性的進步。除了機器人以外，慣性傳感器有可能（néng）改善其係統性能或功能的應用還（hái）包括：平台穩定、工業機（jī）械（xiè）運動控製、安全/監控（kòng）設備和工業車輛導航等。這種傳感器提供的運動（dòng）信息比（bǐ）較有用，不僅能改（gǎi）善性能，而且能提（tí）高可（kě）靠性、安全性（xìng）並（bìng）降低成本。

然而，要想獲得這些好處，必須克服一（yī）些障礙，尤其（qí）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（hé）其他因素（sù）的影響。對工程師而言（yán），為了從（cóng）傳感器獲取一致的（de）數據，將其（qí）轉換成有（yǒu）用的信息，然後在係統的時序（xù）和功耗（hào）預算內做出反應，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）好的設計規範（fàn）。 　了解問題

來自慣性傳（chuán）感器的信息經過處理（lǐ）和積分後，可以提供許多不同類（lèi）型的運動、位置和方向輸出。每種類型的（de）運動都涉及（jí）到一係（xì）列應用相關的複雜（zá）因素，對此必須加以（yǐ）了解。工業控製應用就是一個很（hěn）好的例子，某（mǒu）種（zhǒng）形式的指向或轉向（xiàng）設備對這些應用十分有用。傾斜或角度（dù）檢測常常是（shì）此類應用的核心任務，在*簡單的範例中，機械氣泡傳（chuán）感器（qì）便（biàn）可（kě）滿足需要。然而，在（zài）明確傳感器需（xū）求之前，需要分析*終係統的完（wán）整運動動力學特性、環境、壽命周期和可靠性預期。

如果係統的運動相對而言為靜態，簡單的（de）角度傳（chuán）感（gǎn）器可能就（jiù）足夠（gòu）了（le），但實際（jì）的技術決策取決於（yú）響應時間、衝擊和震動、尺寸、整個使用壽命期間的性能漂（piāo）移。此外，許多（duō）係統涉（shè）及到多種類型的運動（如旋轉和加速度等），而且往（wǎng）往在多個軸上工作，這就需要考慮將多種類型的傳感器結合在一起。

一旦知道正確的傳（chuán）感器類型和（hé）技術後，挑戰便轉移到了解和*終補償傳感器對（duì）環境（溫（wēn）度、震動、衝擊、安裝位（wèi）置、時（shí）間和其他變量）的反應。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（chuán）感器，甚至（zhì）每個傳感（gǎn）器都是獨一無二的，因此（cǐ）這又會帶來補（bǔ）償不足或過度的額外風險，除非工程師比（bǐ）較了解傳感器特性。*後這一點驅使許多設計工程師采用（yòng）完全集成的傳感器（qì）解決方案，以便消除運用和實施過程中的障礙。

線（xiàn）性（xìng）速率抑或角速率

慣性傳感器有多種類型。MEMS（微機電係統）傳感器是*完善的傳感器類型之一，已經使眾多應用（yòng）受益。15年前，MEMS線性加速度傳感器（加速度計）徹（chè）底革（gé）新了汽車安（ān）全氣囊係統。自此（cǐ）以後，從筆記本電腦硬盤（pán）保護到遊戲控製器中更為直觀（guān）的用戶運動捕捉，各種獨（dú）特的功能和應（yīng）用得以實現。

根據諧振器陀螺儀的原理，MEMS結構也可提供角速率檢測。兩個多晶矽檢（jiǎn）測結構各（gè）含一個“擾動框架”，通過靜電將擾動框架驅（qū）動到諧振狀態，以產生必要的運（yùn）動，從而在旋轉期間（jiān）產生科氏力。在（zài）各框架的（de）兩個外部很限處（與擾動運動正交）是可（kě）動指（zhǐ），放在固（gù）定指之間，形成一個容性撿拾結構來檢測科氏運動。當MEMS陀螺儀旋轉時，可（kě）動指的位置變化通過電（diàn）容變化進行檢測，由此得到的信號送（sòng）入一係列增益和解調級，產生電速率信號輸（shū）出。某些情況下，該信號還會經轉換，送入一個專（zhuān）有數字校準電（diàn）路。

傳感器內（nèi）核（hé）周圍的集成度和校準由*終性能要求決定（dìng），但在許多情況下，可能需要進行運動校準，以便實現*高的性能水平和穩定性。

調理和處理

在工（gōng）業市場上，諸如震動分析、平台校正、一般運動控製（zhì）之類的應用都需要高集成度和高可靠度的解決方案，而且在許多情況下（xià）檢測元件是直接嵌入到現（xiàn）有設備中。此外，還必須提（tí）供足夠的控製、校準和編程功（gōng）能，使器件真正獨立自足。一些應用範例包括：

● 機器自動化（huà）：通過提（tí）高位置檢測精度（dù），並且更加嚴格地將此信息與遠程控製（zhì）或編程設置（zhì）的運動相關聯，可以使自治或（huò）遠程控製的精密儀器和機械臂更加準確（què）、有效（xiào）。

● 工業機械的狀態監控：通過將（jiāng）傳感器更深（shēn）地嵌入機械內部，並（bìng）且借由傳感器性能和嵌入式處理而更早、更準確地（dì）掌握狀態（tài）變化的（de）跡象，可以獲得更實用的價值。

● 移動通信和監控（kòng）：無論是陸地、航空還（hái）是（shì）海（hǎi）上交通工具，慣性傳感器都有助（zhù）於其實現穩定（天線和（hé）相機）和定向導航（háng）（利（lì）用GPS和其他傳感器進行（háng）航位推算）。

工業（yè）檢測市（shì）場（chǎng）異常紛繁多樣，必（bì）須（xū）通過集成嵌入式（shì）可調特性，如數字濾波、采樣速率控製、狀態監（jiān）控（kòng）、電源管理選項和專用輔助I/O功（gōng）能等（děng），來支持各種不同的性能、集成（chéng）度和接口要求。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的傳感器。即使看起來很簡單（dān）的（de）慣性運動，例（lì）如僅限於一個或兩個軸的運動，也可能需要同時采用加速度計和陀螺儀檢（jiǎn）測來補償重力、震動及其他不符常（cháng）規的行（háng）為和影響（xiǎng）。

傳感器還可能具有交叉靈敏度（dù），很多時候需要對此（cǐ）進行補償，即使無須補償，至少也需要加以了解。此外，慣性傳感器的性能指標存在許多不同的標準，這使得上述問（wèn）題的解決（jué）更加困難。當指定角速率傳感器（qì）要求時，多（duō）數工（gōng）業係（xì）統設計（jì）工程師主要關心的是（shì）陀螺儀（yí）穩定性（隨時間發生的偏置估算），消（xiāo）費級陀螺儀通常（cháng）不會規定（dìng）這一（yī）特性（xìng）。如果傳感器的線性加速度性能較差，那（nà）麽即使0.003°/s的良好陀螺（luó）儀偏置穩定性（xìng）也可能毫（háo）無意義。例如（rú），假設線性加速度特（tè）性為0.1°/s/G，在旋轉±90° (1 G)的簡單（dān）情況下，這將給0.003°/s的偏置穩定性增加0.1°的誤差。加（jiā）速度計通常與陀螺儀一起使用，以便檢測重力影響，並且提供必要的信息來驅動補（bǔ）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（shēn）入了解傳感器靈敏度和（hé）應用環境。校準計劃可以針對影響*大的因素進行定（dìng）製，從而減（jiǎn）少測試時間和補償算（suàn）法開銷（xiāo）。麵向（xiàng）具體應用的解決方案（àn）將適當的傳感器與必要的信號處理（lǐ）結合在一起（qǐ），如果具備（bèi）高性價比並且提供現成可用的標準係統接口，這些解決方案將能消除許多工業客（kè）戶過去所麵臨的實施和生產障礙。

加速度、震動分（fèn）析

在（zài）一些應用案（àn）例中，相對簡單（dān）的傳感器輸出可能（néng）就足夠了，但在另一些應用中（例如，通過震動（dòng）分析進行（háng）狀態監控），則需要（yào）增加相當多的處理過程才能實現所需的輸出。

圍繞慣性傳感（gǎn）器而構建的一個高集成度器件（jiàn）示例是ADIS16227，它是一款完全自治的頻域震動監控器。此類器件可能不提供（gòng）相對簡單的g/mV輸出，而是提供（gòng）特（tè）定應用（yòng）分析。在本例中（zhōng），其嵌入式頻域處理、512點實值FFT和片上存儲器（qì）能夠識別各震動源並進行歸類，監控其隨時間的變化情況，並根據可編（biān）程的閾值做出反應。

能（néng）夠檢測和了解運動可能對（duì）幾乎所有設想到的領域都具有應用價值。大多數情（qíng）況下，人們希望掌控一個係統發生的運動，並利（lì）用該信息提高性能（響應時間、精（jīng）度、工作（zuò）速度等（děng）），增強安全性或可靠性（xìng）（係統在危（wēi）險情（qíng）況下關機），或者獲得其他增值特性。但在某些情況下，不運動才是至關重要的，因此傳感器可用來（lái）檢測不需要的運動。

這些特性（xìng）或性能（néng）升級往往在現有係（xì）統上實施，考慮到*終係統的功耗（hào）和尺寸已確定，或者必須*小化，MEMS慣性傳感（gǎn）器的小尺寸和低功耗特性無疑很具吸引力。某些（xiē）情況下，這些係統的設計人員（yuán）不是運動動力學方麵的專家，因此，在決定是否進行係（xì）統升級時，完全集成和校準的傳感器存在與否可（kě）能是*關鍵（jiàn）的因素。