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（傳感元件）和檢測電路組成。

IMU主要由三個MEMS加速度傳感器及三個陀螺和解算電路組成。

慣性傳感器分為兩大類（lèi）：一類是角速率陀螺（luó）；另一類是線加速度計。

角速率陀螺又分（fèn）為：機（jī）械式（shì）幹式（shì）﹑液浮﹑半液浮﹑氣浮角速率陀螺；撓性角（jiǎo）速率陀螺；MEMS矽﹑石英角速率陀螺（含半球諧振角速（sù）率陀螺等）；光纖角速率（lǜ）陀螺；激光角（jiǎo）速（sù）率陀螺等。

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

低精度MEMS慣性傳感器作為消費電（diàn）子（zǐ）類產品主要用在手機、GPS導航、遊（yóu）戲機（jī）、數碼（mǎ）相機、音樂播放器、無線鼠標、PD、硬盤保護器、智能玩具、計步器、防盜係（xì）統。由於具有加（jiā）速度（dù）測量、傾斜測量、振動測量甚（shèn）至轉動測量等基（jī）本測量功能，有待挖掘的（de）消費電子應（yīng）用會不斷（duàn）出現。

中級MEMS慣（guàn）性傳感器（qì）作為工業級及汽車級產（chǎn）品，則主要用於汽車電子穩定係統（ESP或ESC）GPS輔助導航係（xì）統，汽車安全氣囊、車輛姿態測量、精（jīng）密農業、工（gōng）業自動（dòng）化、大型醫療設備、機（jī）器人、儀器儀表、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、抗衝擊等指數。主要（yào）用於通訊衛星無線、導彈導引頭、光（guāng）學瞄準係統等穩定性應用；飛機/導彈飛行控製、姿態控製、偏航阻尼等控（kòng）製應（yīng）用、以及中程導彈製導、慣性GP戰場機器人等。

固態慣性傳感器有著潛在（zài）的成本、尺寸、重量等優勢（shì），其在係統中的應用也必然激（jī）增。隨著器件成本的降低（dī）、小（xiǎo）尺寸傳感器的（de）出現，軍事應用也出現了許多新的（de）應用領域。

慣性導航係統是隨著慣性傳（chuán）感器的發展而發（fā）展起來的一門導航技術,它完全自主、不受幹擾、輸出信息量大、輸出信息實時（shí）性強等優點使其在軍用航（háng）行載體（tǐ）和民用相關領域獲得（dé）了廣泛應用。慣導係統的精度、成本主要（yào）取決於陀螺儀和加速度傳感器的精度和（hé）成本,尤其（qí）是（shì）陀螺儀其漂移對慣導係統位置誤差（chà）增長的影響（xiǎng）是時（shí）間的三（sān）次方函數,而高精度的陀螺儀製造困難（nán）,成（chéng）本很高,因此慣性技術界一直在尋求各種（zhǒng）有效方法來提高（gāo）陀螺儀的精度,同時降低係統成本。[2]

微型機械式慣（guàn）導傳（chuán）感器將統治戰術性能要求（qiú）（或以下（xià））的應用領域。軍用市場將推（tuī）動這些傳感（gǎn）器的發展，如適用靈巧飛行器、自主導航導彈、短程戰術導彈導航、火力控製係（xì）統、雷達天線的運動補償、複合智能小型推進器和晶片大小的INS/GPS係（xì）統。洲際彈道導彈係統和潛射彈道導彈（dàn）係統戰略製導係統（tǒng）的發展，將依（yī）賴於（yú）武（wǔ）器係統和戰略係統的總體性能要求。導航係統為提高導航精度（dù），將繼續采用穩（wěn）定平（píng）台式機械陀螺儀和加速度計（擺式陀螺加速度計）。

從20世紀50年代的液浮陀螺儀到70年代的動力調諧陀螺儀;從80年代（dài）的環（huán）形激光陀螺（luó）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的微機械電子係統陀螺儀相繼出現,從而推動（dòng）了慣性傳感器不斷向（xiàng）前（qián）發展。因（yīn）此（cǐ）對慣（guàn）性傳感器的（de）研究一直是各國慣性技術領域的重點,各種新材料、新（xīn）技術在慣性傳感器研究中都有所體現,隨著低成（chéng）本、高精（jīng）度（dù）的慣性傳感器的（de）出現,慣性導航係統將成為通用、低價的導航係統。

*近的傳感器技術發展使得機器人（rén）和其他（tā）工業係統設計實現了革命性的進（jìn）步。除了機器（qì）人（rén）以外，慣性傳感器有可能改善其係統性能或功能的應用還包（bāo）括：平台穩定、工業機械運動控製、安全/監（jiān）控設備和工業車輛導航等。這種傳感器提供的運動信息比較有用，不僅能改善（shàn）性能，而且能（néng）提高（gāo）可靠性、安全性並降低成本。

然而，要想獲得這些好處，必須克服（fú）一些障礙，尤（yóu）其是許多工（gōng）業應用處在（zài）惡（è）劣的物理環境下（xià），必須考慮溫度、震動、空間限製和其（qí）他因素的影響。對工程師而言，為了從傳感器獲取一致的數據，將其轉換成有（yǒu）用的信息，然後在係統的時（shí）序和功耗預算內做出反應，工程師必須擁有多種技術（shù）領域的知識和經驗（yàn），並且遵循良好的設計規範。 　了解問題

來自慣（guàn）性傳感器的信（xìn）息經過處理和積分後，可以提供許多不同類型的運動、位置和（hé）方向輸出。每種類型的運動都涉及到（dào）一係列應用相關的複雜因素，對此必須加以了解。工（gōng）業控製應（yīng）用就是一個很好的例子，某種形式的指向或轉向設備對這些應用十分有用。傾斜或角度檢測常常是此類應用的（de）核心任務，在*簡單的範例中，機械氣（qì）泡傳感器便可滿（mǎn）足需要。然而，在明確傳感器（qì）需求之前（qián），需要分析*終係統的完整運動動力（lì）學特（tè）性、環境、壽（shòu）命周期和可靠性預期。

如果係統的運動相對而言（yán）為靜態，簡單的角度傳感器可能就足夠了，但實際的技術決策取決於響應時間、衝擊和震動、尺寸、整個使用壽命期間的性能漂（piāo）移（yí）。此外，許多係統涉及（jí）到多種類型的運（yùn）動（如旋轉和加速度等），而且往往在多個軸上工作，這就需要考慮將多種類型的傳感器結合在一起。

一旦知道正確的傳感器類型和技術後，挑戰（zhàn）便轉移到了解和*終補償傳（chuán）感器對環境（溫度、震動、衝擊、安裝位置、時間和其他變（biàn）量）的反應。環境補償涉及到額外的電路、測（cè）試、校準（zhǔn）和動態（tài）調整（zhěng），而每種類型的傳感器，甚至每個傳感器（qì）都是獨一無二的，因此這又會帶來補償（cháng）不足或過度的額外風險（xiǎn），除非工程師比較了解傳感器特性。*後（hòu）這一點驅使許多設計（jì）工程師采用完全集（jí）成的傳感器解決方案，以（yǐ）便消（xiāo）除運（yùn）用和實（shí）施過程中的（de）障（zhàng）礙。

線性（xìng）速率（lǜ）抑或角速率

慣性傳感器（qì）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（shǐ）眾多（duō）應用受益。15年前，MEMS線性加速度（dù）傳感器（加速度計）徹底革（gé）新了汽（qì）車安全氣囊係統。自（zì）此以後，從筆記本電腦硬盤保護到遊戲控製器中更為直觀的用戶（hù）運動捕捉（zhuō），各種獨特的功能和應用得以實（shí）現。

根據諧振器陀螺儀的原理（lǐ），MEMS結構也可（kě）提供角速率（lǜ）檢測（cè）。兩個多晶矽檢測結（jié）構各含一個“擾動框架”，通過靜電將擾動框架（jià）驅動到諧振狀態，以產生必要的運動，從而在旋轉期（qī）間產生科氏力。在（zài）各框架的兩個外部很（hěn）限處（與擾動運動正交）是可（kě）動指，放（fàng）在固（gù）定指（zhǐ）之間，形成一個容性撿拾結構來檢測科氏運（yùn）動。當MEMS陀（tuó）螺儀旋轉時，可（kě）動指的位置變化通過電（diàn）容變化進（jìn）行檢測（cè），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（lù）。

傳感器內（nèi）核周圍的集成度和校準（zhǔn）由（yóu）*終性能（néng）要求決定，但在許多情況下，可能需要進行（háng）運動校準，以便實現*高的性（xìng）能水平和穩定性。

調理和處理

在工業市場上（shàng），諸如震動分析、平台校正、一般運動控製之類的應用都需要高集成度和高可靠度（dù）的解決方案（àn），而且在（zài）許多情況下檢測元件是直（zhí）接嵌入到現有設備（bèi）中。此（cǐ）外，還必須提供足夠的控製、校準和編程功能，使器件真（zhēn）正獨立自足。一些應用範例包括：

● 機器自動化：通過提高位（wèi）置檢測精度，並且更加嚴格地將（jiāng）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（zhǔn）確、有效。

● 工（gōng）業機械的狀態監控：通過將（jiāng）傳感器更深地嵌（qiàn）入機械內部，並且借由傳感器性能和嵌入式處理而更早（zǎo）、更準（zhǔn）確地掌握狀態變化的跡象，可以獲得更實用的價值。

● 移動通信和監控：無論（lùn）是陸地、航（háng）空還是（shì）海上（shàng）交通工具，慣性傳感（gǎn）器都有（yǒu）助於其實現穩定（天線和相機（jī））和定向導航（利用GPS和其他傳感器進（jìn）行航位推算）。

工業（yè）檢測市場異常紛繁多樣，必須通過集成嵌入式可調特性，如數字濾波、采樣速率控製、狀態監控、電源管理選項和專用輔助I/O功能等，來支持各種不同的性能、集成度和接口要求。在（zài）其他更複雜的情況下，還需要采用多個傳感器（qì）和多種類型的傳感器。即使看起來（lái）很（hěn）簡單（dān）的慣性運動，例（lì）如（rú）僅限於一個（gè）或兩個軸的運動（dòng），也可能需要同（tóng）時采用加速度計和陀螺儀檢測來（lái）補償重力、震動及其他（tā）不符常規的行為和影響。

傳感器還可能具有交叉靈敏度，很多（duō）時（shí）候需（xū）要對此進行（háng）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（cún）在許多不同的標準，這使得上述問（wèn）題的解決更加困難。當指（zhǐ）定角速率傳（chuán）感器（qì）要求時，多數工業係統設計工程師主要關心的是陀（tuó）螺儀（yí）穩定性（隨時間發生（shēng）的偏置估算），消費級陀（tuó）螺儀（yí）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（chà），那麽（me）即使0.003°/s的良好陀螺儀偏（piān）置穩定性也可能毫無意義。例如，假設線性加速度特性為0.1°/s/G，在旋轉±90° (1 G)的簡單情況下，這將給0.003°/s的偏置穩定（dìng）性增加0.1°的誤差。加速度計通常與陀螺儀一（yī）起使用，以便檢測重力（lì）影響，並且提供必要的信息來（lái）驅動補償過程。

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

加速度、震動分析

在一些應用案例中（zhōng），相對簡單的傳感器輸出可能就足夠了，但在另一些應用中（例如，通過震動分（fèn）析進行狀態（tài）監控），則需要（yào）增加相當多的處理（lǐ）過程才能實現所需的輸出。

圍繞慣性傳感器而構（gòu）建（jiàn）的一個高集（jí）成（chéng）度器件示例是ADIS16227，它是一款完全自治的頻域震（zhèn）動（dòng）監控（kòng）器。此類器件可能不提供相對簡單的g/mV輸出，而是提供特定應用分析（xī）。在本例（lì）中，其嵌入式頻域（yù）處理、512點實（shí）值FFT和片上存儲器能夠識別（bié）各震動源並進行歸類，監控其隨時間的變化情況，並根據可編程的閾值做出反應。

能夠檢（jiǎn）測和（hé）了解運動可能對幾乎所有設想到（dào）的領域都具有（yǒu）應用價值。大多數情況下，人們（men）希望掌控一個係統發生的運動，並利用該信息提高性能（響應時間（jiān）、精度、工作（zuò）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（qí）他增值特性。但在某些情況下，不運動才是至（zhì）關重要的，因此傳（chuán）感器可用來（lái）檢（jiǎn）測（cè）不需（xū）要（yào）的運動。

這些特性或性能升級往往在現有係統上實施（shī），考慮到*終係（xì）統的功耗和尺寸已確定，或者必須*小化，MEMS慣性傳（chuán）感器的小尺寸和低功耗特（tè）性無疑很具吸（xī）引力。某些情況下，這些係統的設計人（rén）員不是運動動力學（xué）方麵的專家（jiā），因此，在決定是否（fǒu）進行係統升級時，完全集成和校準的傳感器存在與否可（kě）能是*關鍵的因素。