MEMS惯性传感器技术PDF电子书下载

第1章 MEMS惯性传感器术语 1

1.1 综合术语 1

1.2 MEMS角速率陀螺术语 5

1.3 MEMS线加速度计术语 8

第2章 MEMS惯性传感器分类 11

2.1 MEMS角速率陀螺分类 11

2.2 MEMS线加速度计分类 12

第3章 MEMS惯性传感器的功能 14

3.1 MEMS角速率陀螺的功能 14

3.2 MEMS线加速度计的功能 14

第4章 MEMS惯性传感器作用原理 16

4.1 MEMS角速率陀螺作用原理 16

4.1.1 MEMS硅角速率陀螺的科里奥利作用原理 16

4.1.2 MEMS石英角速率陀螺的科里奥利作用原理 16

4.2 MEMS线加速度计作用原理 17

4.2.1 MEMS硅线加速度计的牛顿第二定律作用原理 18

4.2.2 MEMS石英线加速度计的牛顿第二定律作用原理 18

第5章 MEMS惯性传感器的敏感极性 21

5.1 MEMS角速率陀螺的敏感极性 21

5.2 MEMS线加速度计的敏感极性 22

5.3 MEMS惯性测量单元IMU的敏感极性 22

第6章 MEMS惯性传感器的调整 25

6.1 MEMS硅角速率陀螺的调整 25

6.1.1 敏感极性的确定 25

6.1.2 测量范围的扩展 25

6.1.2.1 外接运算放大器缩小测量范围的MEMS硅角速率陀螺的调整方法 25

6.1.2.2 外接电阻扩大较大测量范围的MEMS硅角速率陀螺的调整方法 26

6.1.2.3 外接附加供电扩大更大测量范围的MEMS硅角速率陀螺的调整方法 28

6.1.3 零偏的调整 29

6.1.3.1 零偏调整的计算方法 29

6.1.3.2 零偏调整的操作工艺 30

6.1.4 带宽的调整 30

6.1.4.1 一般MEMS硅角速率陀螺带宽的调整 30

6.1.4.2 有外接电阻扩大较大测量范围的MEMS硅角速率陀螺带宽的调整 31

6.1.4.3 有外接附加供电扩大更大测量范围的MEMS硅角速率陀螺带宽的调整 31

6.1.5 自检测（ST）响应值的计算方法 31

6.1.5.1 一般MEMS硅角速率陀螺自检测（ST）响应值的计算方法 31

6.1.5.2 有外接电阻和附加供电的MEMS硅角速率陀螺自检测（ST）响应值的计算方法 32

6.1.6 输出滤波器参数的选择 32

6.2 MEMS硅线加速度计的调整 33

6.2.1 敏感极性的确定 33

6.2.2 零偏的调整 33

6.2.3 带宽的调整 33

6.2.4 输出噪声的计算 34

6.2.5 地球重力加速度1g的处理 34

第7章 制造MEMS硅角速率陀螺的企业标准 35

7.1 企业标准：Q/ZZYB001—2009《MEMS硅角速率陀螺生产规程》 35

7.1.1 印刷电路板组件焊接规程 35

7.1.2 装配调试规程 37

7.1.2.1 步骤一：初测并调零 37

7.1.2.2 步骤二：清洗并烘干 37

7.1.2.3 步骤三：喷三防漆并做老化试验及组装 37

7.1.2.4 步骤四：高温试验 38

7.1.2.5 步骤五：低温试验及低温试验后的烘干处理 38

7.1.2.6 步骤六：灌封及总装配 39

7.1.2.7 步骤七：贴标签 39

7.1.2.8 步骤八：标定测试 40

7.1.2.9 步骤九：漆封 40

7.1.2.10 步骤十：产品入库 41

7.2 企业标准：Q/ZZYB002—2009《MEMS角速率陀螺测试方法》 41

7.2.1 范围 41

7.2.2 引用文件 41

7.2.3 测试项目 41

7.2.4 测试方法步骤 42

7.2.4.1 速率静特性曲线及标度因数和标度因数非线性度测试 42

7.2.4.2 分辨力的测试 43

7.2.4.3 零偏稳定性、零偏及零偏重复性的测试 44

7.2.5 打印角速率陀螺“标定结果报告” 46

第8章 单轴MEMS硅角速率陀螺制造工艺 48

8.1 产品元部件配套表 48

8.2 生产流程 49

8.3 部组件的设计要求 51

8.3.1 单轴＋3500°／s MEMS硅角速率陀螺的电路及PCB设计要求 51

8.3.2 PCB-陀螺主芯片组件的形成 53

8.3.3 机械壳体组件的设计要求 54

8.3.4 面膜标签的设计要求 55

8.4 部组件检验方法 56

8.4.1 元器件检验 56

8.4.2 PCB板检验 56

8.4.3 表贴焊检验 56

8.4.4 MEMS陀螺主芯片BGA载流焊检验 57

8.4.5 机械壳体检验 57

8.4.6 标识极性检验 58

8.5 焊接与装配要求及必要的测试方法 58

8.5.1 元器件的领取 58

8.5.2 元器件的清洗和保养 58

8.5.3 焊接与装配要求 58

8.5.4 产品正温度系数测试方法 59

8.5.5 零偏置调整方法 59

8.5.6 电气绝缘电阻的测试方法 60

8.5.7 烘干、喷三防漆、老化试验 60

8.5.8 灌封要求——二次灌封法 60

8.5.9 机械壳体装配要求 61

8.5.10 产品编号的确定方法 61

8.5.11 调整灵敏度的计算方法 62

8.5.12 自检测ST的测试方法和计算方法 62

8.5.13 启动时间的测试方法 63

8.5.14 消耗电流的测试方法 63

8.5.15 输出噪声的测试方法 64

8.5.16 带宽的测试方法及测试数据认定 64

8.6 总装配图 64

8.7 合格产品检验标准 65

8.7.1 电气性能基本合格产品例行测试要求 65

8.7.2 高低温试验例行测试要求 65

8.7.3 产品标定测试要求 66

8.8 合格产品主要性能指标 67

第9章 MEMS惯性传感器的测试 69

9.1 MEMS角速率陀螺的测试 69

9.1.1 测试设备 69

9.1.2 测试项目 69

9.1.3 测试方法步骤 69

9.1.3.1 速率静特性测试（第一步） 69

9.1.3.2 分辨力的测试（第二步） 70

9.1.3.3 零偏稳定性、零偏及零偏重复性的测试（第三步） 72

9.1.3.4 随机游走系数的测试（第四步） 74

9.1.3.5 带宽的测试（第五步） 74

9.1.3.6 启动时间的测试（第六步） 76

9.1.4 关于MTBF检验测试方法 80

9.2 MEMS线加速度计的测试 81

9.2.1 测试设备 81

9.2.2 测试项目 81

9.2.3 测试方法步骤 81

9.2.3.1 零偏、刻度因数、零偏稳定性、零偏重复性的测试 81

9.2.3.2 线加速度静特性的测试 84

9.2.3.3 带宽的测试 84

9.2.3.4 输出噪声的计算和测试 85

9.2.4 在惯性导航系统中使用的线加速度计 85

第10章 MEMS惯性传感器产品的环境试验 87

10.1 环境试验概念 87

10.2 我国标准类别 87

10.3 MEMS惯性传感器产品研制阶段的划分 88

10.4 MEMS惯性传感器产品设计依据的标准 88

10.5 MEMS惯性传感器产品环境试验项目的选取 89

10.6 MEMS惯性传感器产品环境试验方法步骤 91

10.7 环境试验报告 91

第11章 MEMS惯性传感器产品的选择 93

11.1 MEMS惯性传感器产品的选择原则 93

11.1.1 MEMS角速率陀螺产品的选择原则 93

11.1.2 MEMS线加速度计产品的选择原则 94

11.2 国内MEMS惯性传感器产品的选择 96

11.2.1 国内MEMS硅惯性传感器产品的选择 96

11.2.1.1 MEMS硅角速率陀螺选型 96

11.2.1.2 MEMS硅线加速度计选型 96

11.2.1.3 MEMS硅惯性测量单元（IMU）选型 96

11.2.1.4 MEMS硅倾角传感器选型 96

11.2.2 国内MEMS石英惯性传感器产品的选择 105

11.2.2.1 MEMS石英角速率陀螺产品的选择 105

11.2.2.2 MEMS石英线加速度计产品的选择 106

11.3 国内外其他惯性传感器产品的选择 110

11.3.1 国内其他惯性传感器产品的选择 110

11.3.1.1 国内机械式惯性传感器产品的选择 110

11.3.1.2 国内典型光纤角速率陀螺技术条件 111

11.3.1.3 国内典型激光角速率陀螺技术条件 112

11.3.2 国外其他惯性传感器产品的选择 113

11.3.2.1 光纤角速率陀螺系列产品 113

11.3.2.2 半球谐振角速率陀螺系列产品 113

11.3.2.3 线加速度计系列产品 113

11.3.2.4 惯性测量单元（IMU）系列产品 113

11.3.2.5 垂直陀螺系列产品 113

11.3.2.6 倾角传感器系列产品 113

第12章 MEMS硅角速率陀螺使用说明书及其注释 126

12.1 ARG-50A型±50°／s MEMS硅角速率陀螺使用说明书 126

12.1.1 简介 126

12.1.2 原理 126

12.1.3 技术条件 127

12.1.4 电气接口 128

12.1.5 外形尺寸 128

12.2 ARG-60A型±60°／s MEMS硅角速率陀螺使用说明书 129

12.2.1 简介 129

12.2.2 原理 129

12.2.3 技术条件 129

12.2.4 电气接口 131

12.2.5 外形尺寸 131

12.3 ARG-80A型±80°／s MEMS硅角速率陀螺使用说明书及其注释 131

12.3.1 ARG-80A型±80°／s MEMS硅角速率陀螺使用说明书 131

12.3.1.1 简介 131

12.3.1.2 原理 131

12.3.1.3 技术条件 132

12.3.1.4 电气接口 133

12.3.1.5 外形尺寸 133

12.3.2 ARG-80A型±80°／s MEMS硅角速率陀螺使用说明书注释 133

12.3.2.1 简介 133

12.3.2.2 原理 134

12.3.2.3 技术条件 134

12.3.2.4 电气接口 139

12.3.2.5 外形尺寸 139

12.4 ARG-90D型±90°／s MEMS硅角速率陀螺使用说明书 139

12.4.1 简介 139

12.4.2 原理 140

12.4.3 技术条件 140

12.4.4 电气接口 141

12.4.5 外形尺寸 141

12.5 ARG-100型±100°／s MEMS硅角速率陀螺使用说明书 141

12.5.1 简介 141

12.5.2 原理 142

12.5.3 技术条件 142

12.5.4 电气接口 143

12.5.5 外形尺寸 143

12.6 ARG-150型±150°／s MEMS硅角速率陀螺使用说明书 144

12.6.1 简介 144

12.6.2 原理 144

12.6.3 技术条件 144

12.6.4 电气接口 145

12.6.5 外形尺寸 146

12.7 ARG-200型±200°／s MEMS硅角速率陀螺使用说明书 146

12.7.1 简介 146

12.7.2 原理 146

12.7.3 技术条件 147

12.7.4 电气接口 148

12.7.5 外形尺寸 148

12.8 ARG-250型士250°／s MEMS硅角速率陀螺使用说明书 148

12.8.1 简介 148

12.8.2 原理 149

12.8.3 技术条件 149

12.8.4 电气接口 150

12.8.5 外形尺寸 150

12.9 ARG-300型±300°／s MEMS硅角速率陀螺使用说明书 150

12.9.1 简介 150

12.9.2 原理 151

12.9.3 技术条件 151

12.9.4 电气接口 152

12.9.5 外形尺寸 152

12.10 ARG-350型±350°／s MEMS硅角速率陀螺使用说明书 153

12.10.1 简介 153

12.10.2 原理 154

12.10.3 技术条件 154

12.10.4 电气接口 155

12.10.5 外形尺寸 155

12.11 ARG-400型±400°／s MEMS硅角速率陀螺使用说明书 155

12.11.1 简介 155

12.11.2 原理 156

12.11.3 技术条件 156

12.11.4 电气接口 157

12.11.5 外形尺寸 157

12.12 ARG-450型±450°／s MEMS硅角速率陀螺使用说明书 157

12.12.1 简介 157

12.12.2 原理 158

12.12.3 技术条件 158

12.12.4 电气接口 159

12.12.5 外形尺寸 159

12.13 ARG-500型±500°／s MEMS硅角速率陀螺使用说明书 160

12.13.1 简介 160

12.13.2 原理 160

12.13.3 技术条件 160

12.13.4 电气接口 161

12.13.5 外形尺寸 162

12.14 ARG-550型±550°／s MEMS硅角速率陀螺使用说明书 162

12.14.1 简介 162

12.14.2 原理 162

12.14.3 技术条件 162

12.14.4 电气接口 163

12.14.5 外形尺寸 164

12.15 ARG-600型±600°／s MEMS硅角速率陀螺使用说明书 164

12.15.1 简介 164

12.15.2 原理 164

12.15.3 技术条件 164

12.15.4 电气接口 165

12.15.5 外形尺寸 166

12.16 ARG-720型±720°／s MEMS硅角速率陀螺使用说明书 166

12.16.1 简介 166

12.16.2 原理 166

12.16.3 技术条件 166

12.16.4 电气接口 168

12.16.5 外形尺寸 168

12.17 ARG-800型±800°／s MEMS硅角速率陀螺使用说明书 168

12.17.1 简介 168

12.17.2 原理 168

12.17.3 技术条件 169

12.17.4 电气接口 170

12.17.5 外形尺寸 170

12.18 ARG-900型±900°／s MEMS硅角速率陀螺使用说明书 170

12.18.1 简介 170

12.18.2 原理 170

12.18.3 技术条件 171

12.18.4 电气接口 172

12.18.5 外形尺寸 172

12.19 ARG-1000型±1000°／s MEMS硅角速率陀螺使用说明书 172

12.19.1 简介 172

12.19.2 原理 172

12.19.3 技术条件 173

12.19.4 电气接口 174

12.19.5 外形尺寸 174

12.20 ARG-1100型±1100°／s MEMS硅角速率陀螺使用说明书 174

12.20.1 简介 174

12.20.2 原理 174

12.20.3 技术条件 175

12.20.4 电气接口 176

12.20.5 外形尺寸 176

12.21 ARG-1200型±1200°／s MEMS硅角速率陀螺使用说明书 176

12.21.1 简介 176

12.21.2 原理 177

12.21.3 技术条件 177

12.21.4 电气接口 178

12.21.5 外形尺寸 178

12.22 ARG-1500型±1500°／s MEMS硅角速率陀螺使用说明书 178

12.22.1 简介 178

12.22.2 原理 179

12.22.3 技术条件 179

12.22.4 电气接口 180

12.22.5 外形尺寸 180

12.23 ARG-2000型±2000°／s MEMS硅角速率陀螺使用说明书 180

12.23.1 简介 180

12.23.2 原理 181

12.23.3 技术条件 181

12.23.4 电气接口 182

12.23.5 外形尺寸 182

12.24 ARG-2200型±2200°／s MEMS硅角速率陀螺使用说明书 182

12.24.1 简介 182

12.24.2 原理 183

12.24.3 技术条件 183

12.24.4 电气接口 184

12.24.5 外形尺寸 185

12.25 ARG-2500型±2500°／s MEMS硅角速率陀螺使用说明书 185

12.25.1 简介 185

12.25.2 原理 186

12.25.3 技术条件 186

12.25.4 电气接口 187

12.25.5 外形尺寸 187

12.26 ARG-3000型±3000°／s MEMS硅角速率陀螺使用说明书 187

12.26.1 简介 187

12.26.2 原理 188

12.26.3 技术条件 188

12.26.4 电气接口 189

12.26.5 外形尺寸 189

12.27 ARG-4000型±4000°／s MEMS硅角速率陀螺使用说明书 189

12.27.1 简介 189

12.27.2 原理 190

12.27.3 技术条件 190

12.27.4 电气接口 191

12.27.5 外形尺寸 191

12.28 ARG-5000型±5000°／s MEMS硅角速率陀螺使用说明书 191

12.28.1 简介 191

12.28.2 原理 192

12.28.3 技术条件 192

12.28.4 电气接口 193

12.28.5 外形尺寸 193

12.29 ARG-6000型±6000°／s MEMS硅角速率陀螺使用说明书 194

12.29.1 简介 194

12.29.2 原理 194

12.29.3 技术条件 194

12.29.4 电气接口 195

12.29.5 外形尺寸 196

12.30 ARG-8000型±8000°／s MEMS硅角速率陀螺使用说明书 196

12.30.1 简介 196

12.30.2 原理 197

12.30.3 技术条件 197

12.30.4 电气接口 198

12.30.5 外形尺寸 198

12.31 ARG-10000型±10000°／s MEMS硅角速率陀螺使用说明书 198

12.31.1 简介 198

12.31.2 原理 199

12.31.3 技术条件 199

12.31.4 电气接口 200

12.31.5 外形尺寸 200

12.32 ARG-12000型±12000°／s MEMS硅角速率陀螺使用说明书 200

12.32.1 简介 200

12.32.2 原理 201

12.32.3 技术条件 201

12.32.4 电气接口 202

12.32.5 外形尺寸 203

12.33 ARG-50000型±50000°／s MEMS硅角速率陀螺使用说明书 203

12.33.1 简介 203

12.33.2 原理 203

12.33.3 技术条件 203

12.33.4 电气接口 204

12.33.5 外形尺寸 205

第13章 MEMS石英角速率陀螺技术条件及其注释 206

13.1 国内MEMS石英角速率陀螺技术条件及其注释 206

13.1.1 LDT-20F2型±50°／s MEMS石英角速率陀螺技术条件 206

13.1.2 LDT-20F2型±100°／s MEMS石英角速率陀螺技术条件及其注释 207

13.1.2.1 LDT-20F2型±100°／s MEMS石英角速率陀螺技术条件 207

13.1.2.2 LDT-20F2型±100°／s MEMS石英角速率陀螺技术条件注释 208

13.1.3 LDT-20F2型±200°／s MEMS石英角速率陀螺技术条件 213

13.1.4 LDT-30F1型±50°／s MEMS石英角速率陀螺技术条件 214

13.1.5 LDT-30F1型±100°／s MEMS石英角速率陀螺技术条件 215

13.1.6 LDT-30F1型±200°／s MEMS石英角速率陀螺技术条件 216

13.2 国外MEMS石英角速率陀螺技术条件 217

13.2.1 HZ1-90-100A型±90°／s MEMS石英角速率陀螺技术条件 217

13.2.2 HZ1-100-100型±100°／s MEMS石英角速率陀螺技术条件 218

13.2.3 LCG50-00100-100型±100°／s MEMS石英角速率陀螺技术条件 219

13.2.4 LCG50-00250-100型±250°／s MEMS石英角速率陀螺技术条件 219

13.2.5 QRS14-00100-102型±100°／s MEMS石英角速率陀螺技术条件 220

13.2.6 QRS14-00100-103型±100°／s MEMS石英角速率陀螺技术条件 221

13.2.7 QRS11-00100-100型±100°／s MEMS石英角速率陀螺技术条件 222

13.2.8 QRS11-00100-101型±100°／s MEMS石英角速率陀螺技术条件 223

13.2.9 G50Z-020-100型±20°／s MEMS石英角速率陀螺技术条件 224

13.2.10 G50Z-100-100型±100°／s MEMS石英角速率陀螺技术条件 225

13.2.11 G50Z-175-100型±175°／s MEMS石英角速率陀螺技术条件 226

13.2.12 G50Z-350-100型±350°／s MEMS石英角速率陀螺技术条件 227

13.2.13 G50Z-020-200型±20°／s MEMS石英角速率陀螺技术条件 228

13.2.14 G50Z-100-200型±100°／s MEMS石英角速率陀螺技术条件 229

13.2.15 G50Z-175-200型±175°／s MEMS石英角速率陀螺技术条件 230

13.2.16 G50Z-350-200型±350°／s MEMS石英角速率陀螺技术条件 231

第14章 MEMS惯性传感器的应用及安装要求 233

14.1 MEMS惯性传感器应用的技术领域 233

14.1.1 应用于旋转体类战术武器的制导技术领域 233

14.1.2 应用于航空航天飞行器稳定控制技术领域 233

14.1.3 应用于特高速旋转体转速测控技术领域 233

14.1.4 应用于舰船测控技术领域 234

14.1.5 应用于汽车自动驾驶技术领域 234

14.1.6 应用于工业测控技术领域 234

14.1.7 应用于桥路建设技术领域 234

14.1.8 应用于地质勘探技术领域 234

14.2 MEMS角速率陀螺的应用特点 234

14.2.1 MEMS角速率陀螺有功耗小、输出阻抗小的特点 234

14.2.2 MEMS角速率陀螺体积小 235

14.2.3 MEMS角速率陀螺重量轻 235

14.2.4 MEMS角速率陀螺测量范围很宽 235

14.2.5 MEMS角速率陀螺启动快 235

14.2.6 MEMS角速率陀螺的非线性小（线性度好） 235

14.2.7 MEMS角速率陀螺的带宽均可调整 236

14.2.8 MEMS角速率陀螺的输出几乎没有迟滞 236

14.2.9 MEMS角速率陀螺耐冲击加速度能力很强 236

14.2.10 MEMS角速率陀螺有自检测（ST）功能 236

14.2.11 MEMS角速率陀螺输出信号有噪声 237

14.2.12 MEMS角速率陀螺的温漂不可忽视 237

14.3 MEMS惯性传感器的安装要求 238

14.3.1 安装位置 238

14.3.2 安装连接及安装面 238

14.3.3 安装极性 239

14.3.4 产品壳体的接地处理 239

第15章 MEMS惯性传感器产品应用实例 240

15.1 实例1——单轴低速低带宽MEMS硅角速率陀螺的应用 240

15.2 实例2——单轴高速MEMS硅角速率陀螺的应用 240

15.3 实例3——单轴特殊高速MEMS硅角速率陀螺的应用 241

15.4 实例4——双轴低速MEMS石英角速率陀螺组的应用 242

15.5 实例5——三轴高低速MEMS硅角速率陀螺组的应用 242

15.6 实例6——三轴高低速MEMS硅角速率陀螺组和三轴中低加速度MEMS硅线加速度计组的应用 243

15.7 实例7——三轴低加速度MEMS硅线加速度计组的应用 244

15.8 实例8——IMU低速MEMS硅角速率陀螺和低加速度MEMS硅线加速度计的应用 244

15.9 实例9——IMU高速MEMS硅角速率陀螺和中加速度MEMS硅线加速度计的应用 245

15.10 实例10——IMU中速光纤角速率陀螺和低加速度MEMS硅线加速度计的应用 246

15.11实例11——单轴小倾角MEMS硅倾角传感器的应用 247

15.12 实例12——单轴双列直插高速MEMS硅角速率陀螺的应用 247

15.13实例13——三轴高中速MEMS硅角速率陀螺组的应用 248

15.14 实例14——三轴低速MEMS石英角速率陀螺组的应用 249

15.15 实例15——单轴低速低带宽MEMS硅角速率陀螺的应用 250

15.16 实例16——双轴无偏低速MEMS石英角速率陀螺组的应用 251

15.17 实例17——单轴低速防水MEMS硅角速率陀螺的应用 252

15.18 实例18——单轴高速耐高冲击加速度MEMS硅角速率陀螺的应用 252

15.19 实例19——三轴中加速度限值输出MEMS硅线加速度计组的应用 253

15.20 实例20——单轴低速快速响应MEMS硅角速率陀螺的应用 254

15.21 实例21——单轴低速长距离输出MEMS硅角速率陀螺的应用 255

第16章 MEMS惯性传感器测试仪器及设备 257

16.1 通用测试仪器 257

16.1.1 数显式多用表 257

16.1.2 六位半数字式多用表 257

16.1.3 数采式数字电压电流表 257

16.1.4 示波器 257

16.1.5 双通道直流稳压电源 257

16.2 专用测试设备 258

16.2.1 高低温试验箱 258

16.2.2 角速率转台 258

16.2.3 光学分度头或多齿分度台 261

16.2.4 带温控箱的角速率转台 261

16.2.5 离心机 261

16.2.6 水平（角）振动台 262

16.2.7 垂直（上下）振动台 262

16.2.8 冲击试验台 263