前途广阔的MEMS-IMU

IMU，Inertial Measurement Unit，即惯性测量单元。如今IMU已不仅限于专业导航中使用，其应用范围涉猎广泛：远至军事防御、航空航天、海事等领域，近至日常的微信定位、智能手机、汽车/火车、无人驾驶、智能家居等方面均会使用。MEMS-IMU发展之路"前途广阔"基于传统惯性器件的特点，将MEMS与之结合可极大地改善传统惯性器件的缺点。MEMS是将微电子技术和机械工程融合到一起的工业技术，伴随着制作集成电路的硅半导体工艺的完善，20世纪80年代出现的微型机械、微型传感器和微型执行器的微机械制造技术，使得MEMS技术成为现实产品，满足不同需求的应用领域。根据对MEMS-IMU精度要求不同，大概可将其分为低精度、中精度和高精度三类。（1）低精度MEMS-IMU应美盛（InvenSense）旗下的 ICM-20602 6轴惯性传感器（3轴加速度计 + 3轴陀螺仪）全面支持谷歌 Daydream 和 Tango 的要求，可批量生产应用于 Daydream 认证和兼容Tango的智能手机，以构建的 VR/AR 生态系统。这便是低精度MEMS-IMU应用的一个成功案例。总结来看低精度MEMS-IMU主要用于消费电子类的产品，其应用范围极为广泛，可用于手机、游戏机、音乐播放器、无线鼠标、数码相机、硬盘保护器、智能玩具、计步器、防盗系统等。与环境传感器等器件结合，可实现助听、运动感测等功能。这类低精度的MEMS-IMU主要要求是：单价低、尺寸小、温度范围窄。

应美盛ICM-20602 6轴惯性传感器低精度MEMS-IMU：加速度计尺寸小、重量轻、功耗低，一般测量范围1~50g，分辨率2mg~10mg，陀螺仪一般量程在±300°/s，零偏在500°/h~1000°/h范围内。（2）中精度MEMS-IMU相比低精度MEMS-IMU，中精度MEMS-IMU主要用于汽车级及工业级产品。在汽车级产品中，中精度MEMS-IMU不仅可用于GPS 辅助导航系统，而其对于车电子稳定系统、汽车安全气囊、车辆姿态测量也有奇效。例如IMU可以用作高精度定位、汽车自身姿态的判断，即使在GPS信号丢失或有阻隔的情形中，IMU也可为汽车提供可靠的信息，这便可确保汽车主动安全，是自动驾驶的关键组件之一。再比如，近些年汽车车身稳定系统的标配ESP中，IMU就是其中的关键组件。汽车级可作为一个工业应用的特殊产品，对其可靠性要求高，同时由于需求数量大，和一般工业要求不同的是要求单价低。在工业级产品中，中精度MEMS-IMU可应用于精密农业、工业自动化、大型医疗设备、机器人、仪器仪表、工程机械等。还记得，Atlas高端类人机器人惊人的平衡感吗？那个摔倒了还可以自己爬起来的神奇机器人，其超强的平衡感要部分归功于其体内的IMU。说起在工业领域使用的惯性传感器，大多以模块形式出现，对于应用于工业级芯片级产品，还必须进行处理，包括软件和硬件电路，以及对不同工业环境的适应性，大多数要求价格适中，精度要求要优于应用于消费电子类的传感器。

Atlas高端类人机器人中精度MEMS-IMU：加速度计的量程选择比较宽1~500g，分辨率1mg~3mg，陀螺仪量程大多250°/s以内，零偏在50°/h~200°/h范围内。（3）高精度MEMS-IMU高精度IMU可解决复杂航空航天系统中惯性传感器的部署难题，如航空电子系统所采用的IMU是ADIS16485/8，满足一切性能和可靠性目标。高精度MEMS-IMU主要用于军用级和宇航级产品，要求高精度、全温区、抗冲击等。主要应用于通讯卫星无线、导弹导引头、光学瞄准系统等稳定性应用、飞机和导弹飞行控制、姿态控制、偏航阻尼等控制应用、以及中程导弹制导、惯性GPS导航等制导应用、远程飞行器、船舶仪器、战场机器人等。军工级或宇航级的MEMS-IMU精度要求高、工作温度范围宽，某些兵器产品要求抗冲击能力强，尺寸要比光纤和机械类产品更小。

ADIS16488惯性测量单元高精度MEMS-IMU：加速度计量程范围比较宽1g~5000g，分辨率要0.1mg~1mg范围内，甚至更高。陀螺仪量程要求范围宽20°/s~1000°/s，频率响应高，要求在50Hz~1000Hz之间，零偏稳定性在1°/h~50°/h范围内。如今MEMS-IMU正在向更高集成度和更高精度的方向发展。其中MEMS陀螺仪的发展极为明显，其性能也在接近或者已经达到战术级应用的水平；而MEMS加速度计是商业市场化最为成功的，其精度已经能够满足战略导弹的应用要求，但目前MEMS加速度计的精度水平还不是很高。MEMS惯性器件在结构设计、制作工艺、集成化、电路设计、封装及试验系统等方面还存在许多的问题，需要进一步解决。MEMS惯性传感器的研究热点和发展方向是精度高、环境适应能力强和多传感器集成化等，其中MEMS惯