微惯性技术

目前，微机械陀螺根本都是振动式的，因此本文将着 重对这类陀螺进行介绍。振动式微机械陀螺主要由支撑框 架、谐振质量块，以及鼓励和测量单元几个局部构成。
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1.2 微机械陀螺特点
MEMS陀螺仪是利用 coriolis 定理，将旋转物体的角速度转换成 和角速度成正比的直流电压信号，其核心部件通过掺杂技术、光刻技 术、腐蚀技术、LIGA技术、封装技术等批量生产的，它主要特点是
振动平板结构 振动梁结构 振动音叉结构 加速度计振动结构
振动平板结构 振动梁结构 振动音叉结构
按加工方式
体微机械加工 表征微机械加工 LIGA(光刻、电铸和注塑)
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1.3 微机械陀螺分类
按驱动方式
压电式 静电式 电磁式
微
机
按检测方式
压电检测 电容检测
械 陀
压阻式检测
螺
光学检测
分
隧道效应检测
类 闭环模式
4. 测量范围大，一些MEMS 陀螺仪测量范围可高达数千°/s
缺点： 目前，各种微机械陀螺的角速度测量精度相对较低，
漂移较大。
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1.3 微机械陀螺分类
按振动结构
微
机
械
陀
螺
分
按材料
类
旋转振动结构 线性振动结构
硅材料 非硅材料
振动盘结构陀螺 旋转盘结构陀螺
正交线振动结构 非正交线振动结构
单晶硅 多晶硅 石英 其它
速率陀螺
按工作模式
开环模式
速率积分陀螺
整角模式
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2、微机械陀螺根本原理
振动式微机械陀螺根本原理 柯氏加速度及柯氏力
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2.1 振动式微机械陀螺根本原理

析 了由微 惯 性 器 件 组 成 的 捷 联 惯 导 与 Ｇ Ｓ 组合 导航 的可 行 性 ； Ｐ 综述 了Ｇ ＳＩ Ｓ组 合 导航 的工 作 原 理 和 关键 技 术 。 Ｐ／ Ｎ
【 关键词 】 惯性导航 系统 【 中圈分类号 １ Ｖ ４ ． ２ ９３ ２ ２
【 文献标识码】 Ｂ
性高。
（）Ｎ 的制 导精度 主要 取决 于惯性 器件 （ ２Ｉ Ｓ 陀螺 仪 和 加速 度计 ） 的精 度 。Ｉ Ｓ Ｎ 的精 度 在开 始工作 和较 短的 时间 内是优 良的 ， 但是从 初 始对 准之后 ， 由于 陀螺仪 的
从 ２世 纪８ 年代 开始 ，以Ｉ Ｉ艺 为基 础 的微机 械 ０ ０ Ｃ
导： 战术导 弹 的制导 ； 载鱼雷 、 水炸 弹的制 导 等。 舰 深
加工 技术 开始应 用 于传 感 器 的制造 。随着 ｔ ／ｍ技术 ｒ ｎ ｍ
的发展 ， 微机电系统 （ Ｅ Ｓ 脱颖 而出。 ＭＭ ） 微惯性传感器
（ 要 的ＭＥ 之一 ） 重 ＭＳ 由微 型 陀螺 仪 、 型加 速度 计 、 微 专 用 集 成 电路 （ ＳＣ）嵌 入 式 微 机 及 相 应 的软 件 组 成 ， ＡＩ 、
于Ｇ Ｓ Ｐ 导航 与其互 补性 较好 ， 是其 应 用 的主要 方式 。 １ 微惯 性 器件 的发展 及应 用
过减震 装 置安装 在 导弹上 。２捷 联 式ＩＳ 它是 直接把 ） Ｎ ： 陀螺 仪 和加速度 计 与导 弹弹体 连接 ． 用大容 量 、 高速度 运算 的计 算机来 处 理导 弹姿态 角变 化对加 速度 计输 出 的影响 ； 与平 台式 相 比 ， 联式 的体 积小 、 捷 成本 低 、 靠 可
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第 ２期（ 总第 ８ ９期）

六、动量矩、动量矩定理及欧拉动力学方程
1、绕定点转动刚体的动量矩 对于绕定点转动的刚体，刚体内所有质点的动量对某点之 矩的总和，称为刚体对该点的动量矩。计算公式：
H rimivi
r iH为为点刚到体该对点点的的矢动径量；矩；为v i 该m为i点刚的体速内度任。意质点的质量；
vi ri
H rim i(ri)
1、地心惯性坐标系(i系)— 地球坐标系(e系)
地球坐标系(e)相对于地心惯性坐标系（i)的旋转角速度 向量为地球自转角速度。
2、地球坐标系(e系)— 地理坐标系（L系）
由地理坐标系(L)相对于地固坐标系(e)的旋转角速度向量， 可以分别推导出其在e系及L系中的分量表示式为：
sin
e eL
坐标原点设在地球质量中心，Z轴沿地轴方向，x、y 轴在地球赤道平面内，指向某个恒星，构成右手坐标 系。地心惯性坐标系不参与地球的旋转运动。
2、确定载体相对地球表面位置的坐标系
（1） 地球坐标系（e系）
地球坐标系的z轴沿地轴方向，x轴在赤道平面与格林威 治子午面的交线上，y轴也在赤道平面内，x与y、z轴构 成右手坐标系。坐标系与地球固联，随地球转动。
cr o cs o y s sr is niys nipn siyc no pc so yss r i n siys nip c nr o
C b L cr o ss iy n sr ic no yss ipnco ycso psiys nr i n co yss ip c nr o
co p ss r in
三、地球的自转及角速度
在惯性空间，地球绕自身的地轴自转，绕太阳公转动。 地球公转一周为一年（365天)。 太阳在惯性空间不是恒定不动的，但它的旋转影响可以忽

重力以及微惯性传感器在导航中的应用研究导航技术的发展已经成为了现代社会中不可或缺的一部分，它在各个领域中都扮演着重要的角色。

传统的导航方法中，我们通常会使用全球定位系统（GPS）来获取位置信息。

然而，GPS系统在某些情况下可能会出现信号中断或者定位误差的问题。

因此，研究者们一直在致力于探索新的导航技术，其中包括重力和微惯性传感器的应用。

重力传感器是一种能够测量物体所受重力作用的传感器。

它利用压电效应或其他原理来检测物体所受的重力大小和方向。

通过重力传感器来检测物体的重力信息，我们可以获得物体的倾斜角度和方向。

微惯性传感器（MEMS）是一种利用微尺度的机电系统技术制造的惯性传感器，它可以用于测量物体的加速度和角速度。

微惯性传感器一般由三个加速度计和三个陀螺仪组成，分别用来测量物体在三个轴上的加速度和角速度。

重力传感器和微惯性传感器在导航中的应用主要有以下几个方面：1. 姿态和方向的测量：通过使用重力传感器和微惯性传感器，我们可以准确地测量物体的倾斜角度、旋转角度和方向。

这对于无人机、航空航天器和机器人等设备来说是至关重要的。

通过获取准确的姿态和方向信息，这些设备可以在空中、水中或地面上自主导航，并执行特定的任务。

2. 定位和导航辅助：GPS信号在城市、山区或建筑物密集的区域中可能会受到影响，导致定位误差。

在这种情况下，重力传感器和微惯性传感器可以提供关键的辅助定位和导航信息。

通过监测物体的加速度和角速度，我们可以推测出物体的运动轨迹和位置变化。

这种辅助定位和导航技术可以在航海、航空和汽车导航中发挥重要作用。

3. 动作检测和行为识别：重力传感器和微惯性传感器可以用于检测人体的动作和识别人体的行为。

例如，在健身设备中，通过使用这些传感器，我们可以实时监测用户的运动、姿势和步数，来跟踪他们的健身活动。

此外，在虚拟现实和增强现实中，这些传感器也被广泛应用于姿势跟踪和手势识别。

4. 指南针和方向传感器的改进：重力传感器和微惯性传感器也可以用于改进指南针和方向传感器的性能。