MIMU及载体空间姿态演示软件设计+文献综述(4)
成本很低，采用冗余配置方案，多路信号采集保证陀螺仪的可靠性；第三方面是
将微机械陀螺与电子线路集成在一个同一个芯片上，降低了线路信号的干扰，保
证了器件正常工作的可靠性。
(3)能耗低、易于数字化和智能化 本科毕业设计说明书（论文） 第4 页 共37 页
硅微机械陀螺仪通常体积非常小，谐振子重量很轻，振幅只在微米级别，并
且经常采用真空封装，因此其工作电流在 10-8A 级就足以正常工作，能耗在
μw-mw级,非常低。通过引入模拟/数字转换电路，硅微机械陀螺仪的各种电路信
号就可以运用数字控制器实现信号的实时处理，非常容易数字化，从而便于智能
化。
(4)动态性能好
硅微型机械振动陀螺仪由于其本身体积非常小，所以振子惯性小，因此响应
速度通常比较快；另外由于设计出来的梁刚度相对较高，因此系统固有频率通常
比较高，动态性能比一般的机械振子性能好。
由于硅微机械陀螺仪的良好性能，使它在国民经济领域具有非常广阔的运用
空间。在交通运输领域，微机械陀螺可用于轿车安防系统，比如汽车的防滑系统、
防撞系统、安全气囊等；在生物医药领域，如活体监测、轮椅等；在军用领域，
如短时工作的战术导弹、智能弹药的制导系统、轻小型飞机的自动控制系统、飞
机机舱座和雷达稳定控制系统。
世界上第一款微机械陀螺是由美国德雷伯实验室(Charels Stark Draper Lab 简
称 CSDL)在 1988 年研制出的双框架式微机械陀螺仪[7]
。它的结构组成包括驱动
外框架、用于测量的内框架和一个检测质量块，并且都通过平板电容进行驱动和
检测，结构示意图如 1.1所示。该陀螺仪零偏稳定性约为 50º/h，它的角速度测量
范围为50-500º /s。
图 1.1由CSDL开发的双框架式微机械陀螺仪
CSDL 于 1993 年又研制出了一种音叉线振微机械陀螺，该音叉式陀螺仪在 本科毕业设计说明书（论文） 第5 页 共37 页
1Hz 带宽下的分辨率为 0.02º /h，零偏稳定性为 55º/h，在 60Hz 带宽下零偏在
10º/h-100º /h 范围内波动。当前，美国在微机械陀螺仪方面的研究水平仍处于世
界领先地位，目前商用市场上已经出现美国公司生产的零漂为 0.1º /h- 10º /h的战
术级微机械陀螺仪，其零漂可以达0.5º /h，分辨率到达了 0.05º /h。
我国微机械陀螺仪的研制和开发技术相对于国外科研单位较晚，但我国一直
十分重视国外微机械陀螺仪研究机构的最新进展并持续不断的跟进。我国的科研
单位从上世纪未期开始着手微机械陀螺的研制进程，到目前也取得了阶段性成
果。国防科工委于 1995年末开始投入数千万研制费用于微机械陀螺仪惯性器件
的基础性研究中，同时硅微机械陀螺的研制开发被归纳入国家 863计划中。在这
十几年过程中，国家自然科学基金委员会、国家科技部、总装备部、中国科学院
以及国家教育部等成立了很多项与 MEMS 相关的重点和重大课题。现已研制出
数百微米大小的静电电机和直径为 3 mm 的压电电机。图1.2和1.3 分别为栅结
构振动式微机械陀螺以及东南大学研制的角振动和线振动微机械陀螺仪样机。 据
报导，国内现己做出了微型加速度计的样机，并已取得了一些数据。技术十分成
熟，已发展了高精度静电陀螺的成熟技术，姿态漂移仅为每小时万分之五，并已
掌握微机与光波导陀螺技术。东南大学精密仪器及机械系科学研究中心也不断进