MEMS，也就是微機(jī)電系統(tǒng)?？梢哉f，MEMS在國民經(jīng)濟(jì)以及軍事系統(tǒng)方面，都具備很強(qiáng)的應(yīng)用意義。為了增進(jìn)大家對(duì)MEMS的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)MEMS陀螺儀以及MEMS陀螺儀在戰(zhàn)術(shù)武器應(yīng)用中需注意的問題予以介紹。如果你對(duì)MEMS具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、MEMS陀螺儀發(fā)展概述

根據(jù)近幾年國內(nèi)文獻(xiàn)，我國在慣性導(dǎo)航中應(yīng)用研究中的陀螺儀按結(jié)構(gòu)構(gòu)成大致可以分為三類：機(jī)械陀螺儀，光學(xué)陀螺儀，微機(jī)械陀螺儀。機(jī)械陀螺儀指利用高速轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸穩(wěn)定性來測(cè)量載體正確方位的角傳感器。自 1910 年首次用于船載指北陀螺羅經(jīng)以來，人們探索過很多種機(jī)械陀螺儀， 液浮陀螺、動(dòng)力調(diào)諧陀螺和靜電陀螺是技術(shù)成熟的三種剛體轉(zhuǎn)子陀螺儀，精度在 10E-6 度/小時(shí)～10E-4 度/小時(shí)范圍內(nèi)，達(dá)到了精密儀器領(lǐng)域內(nèi)的高技術(shù)水平。在 1965 年，我國的清華大學(xué)首先開始研制靜電陀螺，應(yīng)用背景是“高精度船用 INS”。 1967-1990，清華大學(xué)、常州航海儀器廠、上海交通大學(xué)等合作研制成功了靜電陀螺工程樣機(jī)，其零偏漂移誤差小于0.5°/h，隨機(jī)漂移誤差小于0.001°/h，中國和美國、俄羅斯并列成為世界上掌握靜電陀螺技術(shù)的國家。 隨著光電技術(shù)的發(fā)展，激光陀螺，光纖陀螺應(yīng)運(yùn)而生。與激光陀螺儀相比較，光纖陀螺儀成本較低，比較適合批量生產(chǎn)。我國光纖陀螺的研究起步較晚，但已經(jīng) 取得了很多可喜的成績。航天科工集團(tuán)、航天科技集團(tuán)、浙大、北方交大、北航等 單位相繼開展了光纖陀螺的研究。根據(jù)掌握的信息看，國內(nèi)的光纖陀螺研制精 度已經(jīng)達(dá)到了慣導(dǎo)系統(tǒng)的中低精度要求，有些技術(shù)甚至達(dá)到了國外同類產(chǎn)品的水平。 從 20 世紀(jì)開始，由于電子技術(shù)和微機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展，使微機(jī)電陀螺成為現(xiàn)實(shí)。從 20 世紀(jì) 90年代以來，微機(jī)電陀螺已經(jīng)在民用產(chǎn)品上得到了廣泛的應(yīng)用，部分應(yīng)用在低精度 的慣性導(dǎo)航產(chǎn)品中。我國微機(jī)電陀螺的研究開始于 1989 年，已經(jīng)研制出數(shù)百 微米大小的靜電電機(jī)和3mm的壓電電機(jī)。清華大學(xué)的導(dǎo)航與控制教研組的陀螺技術(shù)十分成熟，并已經(jīng)掌握微機(jī)械與光波導(dǎo)陀螺技術(shù)，現(xiàn)已經(jīng)做出了微型陀螺儀樣機(jī)， 并取得了一些數(shù)據(jù)。東南大學(xué)精密儀器與機(jī)械系科學(xué)研究中心也不斷進(jìn)行關(guān)鍵部件、 微機(jī)械陀螺儀和新型慣性裝置與GPS 組合導(dǎo)航系統(tǒng)的開發(fā)研究，滿足了軍民兩用市場(chǎng)的需要。 總之，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，相比于靜電陀螺的高成本，成本較低的光纖陀螺和微機(jī)械陀螺的精度越來越高，是未來陀螺技術(shù)的發(fā)展總趨勢(shì)。

二、MEMS陀螺儀在戰(zhàn)術(shù)武器應(yīng)用中需注意什么問題

隨著MEMS陀螺儀在戰(zhàn)術(shù)武器中的應(yīng)用，研制過程中暴露出許多問題。為提高戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈的研制質(zhì)量，向部隊(duì)提供性能先進(jìn)、質(zhì)量優(yōu)良的武器裝備，MEMS陀螺儀需要解決微機(jī)械加工工藝這一關(guān)鍵性技術(shù)問題。

MEMS陀螺儀對(duì)微機(jī)械加工工藝具有高度的敏感性，加工工藝偏差、加工應(yīng)力以及可靠性等對(duì)MEMS陀螺儀的成品率至關(guān)重要。整個(gè)微機(jī)械加工工藝流程是實(shí)現(xiàn)MEMS陀螺儀長期穩(wěn)定工作的基礎(chǔ)，因此必須加強(qiáng)微機(jī)械加工工藝過程的控制。

1.加工精度控制

MEMS陀螺儀微敏感結(jié)構(gòu)的加工精度主要體現(xiàn)在梳齒、彈性梁等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的加工誤差控制，這直接影響了MEMS陀螺儀敏感結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性、諧振頻率、相位以及振動(dòng)穩(wěn)定性等結(jié)構(gòu)特性。

2.工藝參數(shù)在線控制

根據(jù)產(chǎn)品過程質(zhì)量控制的要求，需要對(duì)整個(gè)微機(jī)械加工工藝流程進(jìn)行在線控制。在MEMS陀螺儀微機(jī)械加工工藝復(fù)雜流程中，應(yīng)識(shí)別出產(chǎn)品的關(guān)鍵工藝參數(shù)，建立一整套在線測(cè)試與質(zhì)量評(píng)估方法，提高微機(jī)械加工工藝一致性和成品率，如光刻對(duì)準(zhǔn)精度的在線監(jiān)測(cè)、鍵合強(qiáng)度的在線監(jiān)測(cè)、采用掃頻技術(shù)測(cè)量敏感結(jié)構(gòu)振動(dòng)幅度與頻率的關(guān)系以及裝配過程的應(yīng)力測(cè)試等。

3.環(huán)境適應(yīng)性篩選

環(huán)境適應(yīng)性篩選是為了早期剔除有故障的器件，MEMS陀螺儀敏感結(jié)構(gòu)失效模式包括殘余應(yīng)力、結(jié)構(gòu)斷裂和疲勞等。

殘余應(yīng)力的存在會(huì)降低微結(jié)構(gòu)的使用壽命，尤其在頻繁振動(dòng)和沖擊的情況下會(huì)對(duì)微結(jié)構(gòu)造成致命的傷害。結(jié)構(gòu)斷裂主要發(fā)生在梳齒或微懸臂梁處，會(huì)使器件輸出非線性，同時(shí)產(chǎn)生的微粒還可能在器件內(nèi)部形成短路。疲勞是指在低于材料彎曲或破裂強(qiáng)度的周期應(yīng)力作用下導(dǎo)致器件失效，通常發(fā)生在硅微結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中的部位。機(jī)械疲勞應(yīng)力經(jīng)過不斷累積，導(dǎo)致可動(dòng)部件的斷裂，器件的壽命縮短，最終引發(fā)失效。

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