加速度计是捷联式惯性导航系统的关键器件之一,可测量一些加速度,以独立的方式为主机运载提供指导和飞行控制参数。为了适应高动态、精确制导系统的要求,2017年,J. Beitia等人报道了用于高动态、精确制导系统的微型加速度计。该微型低成本精密石英摆式加速度计,其质量块是由直径12mm的高纯熔融石英晶片通过两个厚15um铰链连接到一个刚性圆盘结构外框的结构所组成,质量块和两个对称磁结构之间的气隙为20um。为了获得较低的偏置振动校正误差,采用闭环配置的电子伺服回路,通过适当的优化增益设计和优化加速度计设计,以减少由于电极的气隙中气体的不对称行为引起的转动刚度不匹配。测试结果表明,石英摆式加速度计在80g的动态范围下,在50~200Hz和750~2000Hz的频段下的振动校正误差分别小于10和25ug/g²rms,标度因子温度稳定性小于100ppm,其尺寸为直径18mm、高度11mm,质量为25g。

2018年,C. T. Chiang报道了用于物联网设备中的地震检测的CMOS MEMS加速度计设计。采用0.35um 2P4M具有3V电源的CMOS技术实现单片集成,其电容式加速度计的质量块和梳齿结构的电极均由SiO2制备,采用应力补偿框架的设计以减少残留应力。CMOS传感电路包含:电容一电压变换器、解调斩波器、5级开关电容低通滤波器、可编程增益放大器和4级△Σ调制器(DSM)。同时DSM还有两路反馈回路,由整流器、峰值检波器和静电力传感器组成。测试结果表明,该加速度计的连续时间电压模拟传感电路的敏感度为131.99mV/g,在0.25~6.75g内的最大的非线性是1.21%,本底噪声是0.579mg/√Hz,y轴和z轴的非线性分别小于0.05%和1.38%。加速度计经连续三周不停颤抖试验后,峰值信噪比(SNDR)下降为49.1dB,但在0.5s内其会自动清零,使传感器的峰值SNDR达到75.2dB。芯片面积为3030um x 2997um,3V下的功耗为5.2mW。

提高MEMS陀螺仪的设计创新技术有:采用驱动模式和传感模式之间具有非零频率间隔和基于DSP的电子学调谐叉齿MEMS陀螺仪;低功耗、低偏置不稳定度的CT- △Σ MEMS陀螺仪读出系统;采用低功耗、低相位噪声的频率调制工作的IC和具有偏航速率与俯仰速率的双传感器系统相结合;高标度因子精度和高偏置稳定度的速率斩波到数字的频率调制陀螺仪和基于神经网络的MEMS惯性传感器的温度补偿模型。

为实现重量轻、成本低和精度高的寻北系统,2015年,B. Johnson等人报道了用于精确寻北的调谐叉齿MEMS陀螺仪。采用驱动模式和传感模式之间的非零频率间隔设计和基于DSP的电子学,实现了导航级的谐振梳齿MEMS陀螺仪,其偏置稳定度为0.03°/h,随机游走(ARW)为0.002°/√h。为了满足对高性能和稳定的惯性传感器的需求,MEMS陀螺仪要采用闭环控制方案,与开环解决方案相比,其具有更高的复杂性和更大功耗。