MEMS传感器技术在航空航天领域中的应用解析

MEMS在航空航天领域最常见的应用是各种MEMS传感器，它们具有不同的特点，适应在不同的场合。MEMS 技术首先应用在航天技术领域，是由于航天技术对器件功能密度比的要求非常高，也可以说MEMS技术的主要需求牵引来自于航天领域。

MEMS技术在航天领域应用优势：

小的质量和体积，低发射质量。

低功耗——大部分器件处于电静态。

小的热常数——可用较低功率来维持温度。

抗震动、抗冲击和抗辐射机械装置——如开关可以抗辐射加固，低惯性质量使MEMS可抗震动/冲击。

高集成度——在一个芯片上集成了多种功能，大大简化了系统的结构。

批量制造低成本——大批量生产。

MEMS技术在航空航天领域中的各种应用其实大部分都是以传感器的形位为其服务。在这里我们从传感器的角度来分析MEMS技术的应用。

MEMS传感器主要有五种用途：

① 供有关航天器的工作信息，起故障诊断的作用;

② 判断各分系统间工作的协调性，验证设计方案;

③ 提供全系统自检所需信息，给指挥员决策提供依据;

④ 提供各分系统、整机内部检测参数，验证设计的正确性。

⑤ 监测飞行器内外部的环境，为飞行员航天员提供所需的生存条件，保障正常飞行参数。

无人飞行器姿态控制

MEMS微惯性导航系统集微陀螺、微加速度计及其信号处理单元为一体。该系统以硅材料为主，用MEMS加工工艺制造而成，其体积和质量比常规惯性导航系统至少下降2一3个数量级。采用MEMS技术制造的微型惯性测量单元（MIMU），没有转动的部件，在寿命、可靠性、成本、体积和质量等方面都要大大优于常规的惯性仪表。所生产出来的标准化的、高性能航天器姿态测量仪器性能更好，价格更便宜，而且在航空航天平台均能使用。采用MIMU器件可使装置的重量大大减轻。

直升机飞行状态监控

MEMS加速度传感器加速度传感器在航空航天应用在姿态航向基准系统、飞行控制系统，包括颤振测试在内的飞行期间结构测试、健康系统测试、稳定性测试、地面振动测试（风洞试验）、模态测试、发动机控制系统和制导系统等。

光电吊舱稳定平台

MEMS微陀螺在无人机光电吊舱、红外稳定平台、位标器中的应用极为广泛。随着MEMS工艺技术的提升，高精度硅MEMS微陀螺逐渐在替代低精度光纤和石英陀螺仪。

飞行试验和发动机检测试验

MEMS压力传感器在飞行中、飞行试验、发动机检测试验、结构强度试验、风洞试验，以及在设备的制造生产过程中应用十分普遍。压力测量的特点是：被测压力种类多、涉及范围广、测压点多，要求测量精度高。

通信天线车和火箭炮支架

MEMS倾角传感器广泛应用于火箭炮固定转动支架角度测量，通讯天线车和飞艇等等。应用范围广，要求测量精度高，误差小，可靠性高。美泰电子自主研发的MTS2000和MTS2001测量精度达到0.001°，内置温度传感器，体积小适用多种场合，并具有良好的振动和冲击特性，已批量应用于雷达天线角对准，火炮炮管初设角度测量，卫星通信车姿态检测盒天线角度测量。

航天航空集当代先进制造技术、信息技术和材料技术于一身对传感器的要求越来越高。MEMS传感器发展方向是多功能化、小型化、智能化、集成化，随着产品可靠性进一步提高和价格降低，制作技术发展的不断成熟和完善，MEMS传感器在航空航天领域的应用将会在更广泛范围取代传统传感器。
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