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

IMU主要（yào）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（fèn）為（wéi）兩大（dà）類：一類（lèi）是角（jiǎo）速率陀螺；另一類是線加（jiā）速度計。

角速率陀螺（luó）又分（fèn）為：機械式幹式﹑液浮（fú）﹑半（bàn）液浮﹑氣（qì）浮角速率陀螺；撓性角速率陀螺；MEMS矽﹑石英（yīng）角速率陀螺（含半球諧振角速率陀螺等）；光纖角速率陀螺；激光角速率陀螺（luó）等。

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

低精度MEMS慣（guàn）性傳感器作為消費（fèi）電子類（lèi）產品主要（yào）用在手機、GPS導航（háng）、遊戲機、數碼相機、音樂播放器、無線鼠標、PD、硬盤（pán）保護器、智能玩具、計步器（qì）、防盜（dào）係統。由於具有加速度測量、傾（qīng）斜測量、振動測量甚至轉動（dòng）測（cè）量等基本測量功能，有待挖掘的消費電（diàn）子應用會不斷出現。

中級MEMS慣性傳感器作（zuò）為工業級及汽車（chē）級產品，則主要用（yòng）於汽車電子穩定係統（ESP或ESC）GPS輔助導航係統，汽車安（ān）氣囊、車輛姿（zī）態測量、精密（mì）農（nóng）業、工業自動化、大型醫療設備、機器人、儀器儀表、工程機械等。

高精度的MEMS慣（guàn）性傳感器作為軍用級和宇航級產品（pǐn），主要（yào）要求高精度、溫區、抗衝擊等指數。主要用於通訊衛星無線、導彈導引頭、光學瞄準係統等穩（wěn）定性應用；飛機/導彈飛行控製（zhì）、姿態控製、偏航阻尼等控製應用、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的成本、尺寸、重量等優勢，其在係統中的應用也必然激增。隨著器件成本的降低、小尺寸傳感器的出（chū）現，軍事（shì）應用也出現（xiàn）了許多新的應用域。

慣性導航係統是隨著（zhe）慣性傳（chuán）感器的發展而（ér）發展起（qǐ）來的一門導航技術,它（tā）完自主、不受幹擾、輸出信息量大、輸出信息實時性（xìng）強等優點（diǎn）使其在（zài）軍用航行載體和（hé）民用相關（guān）域獲得了（le）廣泛應用。慣導係統的精度、成本主要取（qǔ）決於陀螺儀和（hé）加（jiā）速度傳感器的精度和成本,尤其是陀螺儀其漂移對慣導係統位置誤差增長的影響是時間的（de）三（sān）次方函數,而高精度的陀螺儀製造困難,成（chéng）本很高,因此慣性技術界一直在尋求各種有效方法來提高（gāo）陀螺儀的精度,同時降低係統成本（běn）。[2]

微（wēi）型機（jī）械式慣導傳感器將統治戰術性能要求（或以下）的應用域。軍用市場將推動這些傳感器的發展，如適用靈巧飛行器、自主導航（háng）導彈、短（duǎn）程戰術導彈（dàn）導（dǎo）航、火力（lì）控製係統、雷達天線的運動（dòng）補償、複合智（zhì）能小型推進器和晶片大小的INS/GPS係統。洲際彈道導彈係統和潛（qián）射（shè）彈道（dào）導彈係統戰略製導（dǎo）係統的發（fā）展，將依賴於武（wǔ）器係統和戰略係統（tǒng）的總（zǒng）體（tǐ）性能要求。導航係統為提高導航精度，將（jiāng）繼續采用穩定平台式（shì）機械陀（tuó）螺儀和加速（sù）度計（擺式陀螺加速度計）。

從（cóng）20世紀50年代的液浮（fú）陀螺儀到70年代（dài）的動力調諧陀螺儀;從80年代（dài）的環形（xíng）激光陀螺儀、光纖陀螺儀（yí）到90年代的振動陀螺儀以及（jí）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前發展。因此對慣（guàn）性傳感器的研究一直是各國慣性技術域的重點,各種（zhǒng）新材料、新技術（shù）在慣（guàn）性傳感器研究中都有所體現,隨（suí）著低成本、高精度的慣性傳感器（qì）的出現,慣性導航係統將成（chéng）為通用（yòng）、低價的導（dǎo）航係統。

*近的傳感器技（jì）術發展使得機器人和其他工業係（xì）統設計實現了革命性的進步。除（chú）了機器人以外，慣性傳感器有可能改善其（qí）係統性能或功（gōng）能的應用還包括：平（píng）台穩定、工業機械運動控製（zhì）、安（ān）/監控（kòng）設備和工業車輛導航等。這種傳感器提供的運動信（xìn）息比較有用，不僅能改善（shàn）性（xìng）能，而且能提高可靠性（xìng）、安性並降低成本。

然而，要想獲得這些好（hǎo）處，必須克服一些障礙（ài），尤其是許多工業應用處在（zài）惡劣的物理環境下，必須考慮溫度、震動、空間限製（zhì）和其他因素的影響。對（duì）工程（chéng）師而言，為了從傳（chuán）感器（qì）獲取（qǔ）一致的數據，將（jiāng）其轉換成（chéng）有用的（de）信息，然後在係統的時序和功耗預算內做出反應（yīng），工程師必（bì）須擁有多種技術（shù）域的知識和經驗，並且遵循良好的設計規範。 　了（le）解問題

來自慣性傳感器的信息經過處理（lǐ）和積分（fèn）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（xíng）的運動都涉（shè）及到（dào）一係列應用相關的複雜因素，對此必須加以了解（jiě）。工業控製應用就是一個很好的例子，某種形式的指向（xiàng）或轉向設備對這些應用十分有用。傾斜或角度（dù）檢測常（cháng）常是此類應用的核心任務，在*簡單（dān）的範例中（zhōng），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，需要分析（xī）*終係統的完整運動動力學性、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，簡單的角度傳感器可能就足夠了，但實際（jì）的技術決策取決於（yú）響應時間、衝（chōng）擊和震動、尺寸、整個使用壽命期間的性能漂移。此外，許多係統涉及到多種類型的（de）運動（如旋轉和加速度等（děng）），而且往（wǎng）往在多個軸上工（gōng）作，這就需要考慮將多種類型的（de）傳感（gǎn）器結合在一起。

一旦知道正確的傳感器類型和技術後，挑（tiāo）戰便轉移到了解和*終補（bǔ）償傳感器對環境（溫度、震動、衝（chōng）擊（jī）、安裝位置、時間和其他變量）的反應。環境補償涉及到額外的電路、測試（shì）、校準和動態調整，而每種類型的傳感器，甚至每個傳感器都是一（yī）無二的，因此這又會帶來補（bǔ）償不足（zú）或過度的額外風險，除非工程師（shī）比較了解傳感（gǎn）器性。*後這一點驅使許多設計（jì）工程師采用（yòng）完集成的傳感器解決方案，以便消除運用和實施過（guò）程中的障礙。

線性速率抑或角速率

慣性傳感器有多種類（lèi）型。MEMS（微機電係統）傳感器是*完（wán）善（shàn）的傳感器類型之一，已經使眾多應用受益。15年前，MEMS線性（xìng）加（jiā）速度傳感器（加速度計）徹底革新了汽車安氣囊係（xì）統。自此以後，從筆記本電腦（nǎo）硬（yìng）盤保護（hù）到遊戲控製器中（zhōng）更為直觀的用戶運動捕捉，各種的功能和應用得以實現。

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（jīng）矽檢（jiǎn）測結構各含一個“擾動框架”，通過靜電將擾動框架驅動到諧振狀態，以產生必要的（de）運動（dòng），從而在旋轉期間產生（shēng）科氏力。在（zài）各框（kuàng）架的兩個外部很限（xiàn）處（與擾動運動正交）是可動指，放在固定指之間，形成一個容性（xìng）撿拾結構來檢測科氏運動。當MEMS陀螺儀旋轉時，可動指的位置變化通過電容變化進行檢測，由此得到的（de）信號送入一（yī）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（yǒu）數（shù）字校準電路（lù）。

傳感器內核周圍的集成度和校準由*終性能要求決定，但在許多情況下，可能需（xū）要進（jìn）行運動校（xiào）準，以便實現*高的性能水平和穩定性（xìng）。

調理和處（chù）理

在工業市場上，諸如震動分析、平台校正、一般運動控製之類的（de）應用都需要高集（jí）成度（dù）和高可靠度的（de）解決方案，而且在許多情況下檢測元件是直接嵌入到現有設備中。此外，還必須提供足夠的控（kòng）製、校準和編程功（gōng）能，使（shǐ）器件真正（zhèng）立自足。一些應用範例包括：

● 機器自動化：通過提高位置檢測精度，並（bìng）且更（gèng）加嚴格地將此信息與遠程（chéng）控製或編程（chéng）設置的運動相（xiàng）關（guān）聯，可（kě）以使自治（zhì）或遠程控製的精密儀器（qì）和機械臂更加準確（què）、有效。

● 工業機械（xiè）的狀態監控：通（tōng）過（guò）將傳感器更深地嵌入機械內部，並且借由傳感（gǎn）器性能和嵌入式處理而更（gèng）早、更（gèng）準確地（dì）掌握狀態（tài）變化的跡象，可以（yǐ）獲得更實用的價值。

● 移動通信和監控：無論是陸地、航空（kōng）還（hái）是（shì）海上交通工具，慣（guàn）性傳感器都有助於其實現穩定（dìng）（天線（xiàn）和相機）和定（dìng）向導航（利用（yòng）GPS和其他傳感器進行航位推算）。

工業檢測市場異常紛（fēn）繁多樣，必須通過集成嵌入式可（kě）調（diào）性，如數字濾波、采樣速率控製、狀態監控、電源管（guǎn）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。在其他（tā）更（gèng）複雜的情況下（xià），還需（xū）要采用多個傳感器和多（duō）種類型的傳感器。即使看起來很簡單的慣性運動，例如僅限於一個（gè）或兩個軸的（de）運動，也（yě）可能需要（yào）同時采用加（jiā）速度計和陀螺儀檢測來補償重力（lì）、震動及其他不符常規的行為和影響。

傳感器還可（kě）能具有交叉靈敏度，很多時候需要（yào）對此（cǐ）進行補償，即使無須補償，至（zhì）少也需要加以了解。此外，慣性傳（chuán）感器的性（xìng）能指標存在許（xǔ）多（duō）不同的標準（zhǔn），這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程師主要關心的是陀螺儀（yí）穩定性（隨（suí）時間發生的偏置估算），消費級陀螺儀通常（cháng）不會規定這一性。如果傳感器的線性加速度性能較差，那麽即使0.003°/s的良好陀螺儀偏置穩定性也可能（néng）毫無意義。例如，假（jiǎ）設線性加速度性為0.1°/s/G，在旋轉±90° (1 G)的簡單（dān）情況下（xià），這將給0.003°/s的偏置穩定性增加（jiā）0.1°的誤差。加速度計通（tōng）常與陀螺（luó）儀一（yī）起使用，以便檢測重（chóng）力影響，並且提供必要的信息來驅動補償過程。

為了（le）優化傳感器性能（néng）並盡可能縮短開發時間，需要深入了解（jiě）傳感器靈敏度和應用環境。校準計劃可以針對影（yǐng）響*大的因素（sù）進行定製，從而減少（shǎo）測試時間和補償算法開銷。麵向具體應用的解決方（fāng）案將適當的傳感器與（yǔ）必要的信號處（chù）理結合在一起，如果具（jù）備高性價比並且提供現成可用的標準係統接（jiē）口，這些解決方案（àn）將能消除許多（duō）工業客戶過去（qù）所麵臨的（de）實施和生產障礙。

加（jiā）速度、震動分析

在一些應（yīng）用案例中，相對簡單的傳感器輸出可（kě）能就足（zú）夠了，但在另一些應用中（例如，通過震動分析進行（háng）狀（zhuàng）態監控），則需要增加相當多（duō）的（de）處理（lǐ）過程才能實現所需的輸（shū）出。

圍繞慣性傳感器而構（gòu）建（jiàn）的一個高集成度器件示例是ADIS16227，它是一（yī）款完自（zì）治的頻域震動監控器。此類器件可能不（bú）提供相對簡單的g/mV輸出，而是提供定應用分析。在本例中，其嵌（qiàn）入式頻域處理、512點實值FFT和（hé）片上存儲器能夠識別各震動源並進行歸類，監控其隨時（shí）間的變化情（qíng）況，並根據可編程的閾值做出反應。

能夠檢（jiǎn）測和（hé）了解（jiě）運動可能對幾乎所有設想到的域都（dōu）具有應（yīng）用價（jià）值。大多數情況（kuàng）下，人（rén）們希望掌控一個係統發生（shēng）的運動，並利用該信息提高性（xìng）能（響應時間、精度、工作速度等），增強安性或可靠性（xìng）（係統在危險情況下關機），或者獲得其他增值性。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（dòng）。

這些性或性能升級往（wǎng）往在現有係統上實施，考慮到（dào）*終係統的功耗和尺（chǐ）寸已確定，或者必須（xū）*小化，MEMS慣性傳感器的（de）小尺寸和低功耗性無疑很具吸（xī）引（yǐn）力。某些情況下，這些係統的設計人（rén）員不是運動動力（lì）學方麵的專家，因此，在決定是否進行係統升級時，完集成和校準的傳感器存在與否可能是*關鍵的因素。