惯性传感器技术的发展趋势

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1、维普资讯http://www.cqvip.com惯性传感器技术的发展趋势华冠雄译捅要本文概括叙述了惯性传感器技术，描述了在目前工业上的应用和它在近期及远期应用的前景。惯性传感器技术发展的趋势也在此得到详细阐述，即干涉型光纤陀螺，微机械陀螺和加速度计，还有微型光学传感器。微机械传感器和改进后的光纤陀螺预计在不远的将来会替代许多现行系统中采用的环形激光陀螺或者机械传感器。新技术成功的引进主要是由成本原因所驱使的，采用这些新技术的系统的成本项目也在此陈述。利用全球定位系统(GPS)辅助的惯性导航系统已使导航应用的

2、领域面更扩大化，例如制导炸弹。这些新的应用场合将促使具有极其低廉价格、可批量生产的传感器的开发。关键词陀螺、传感器1介绍自二十年代早期惯性传感技术发展初以来，机电惯性传感器大体上主宰了制导、导航和控制方面的应用。近年来，新型技术已使其它类型的传感器更具竞争力，并且已成功对传统传感器提出了挑战。比如，环形激光陀螺，是在二十世纪六十年代发明的，到八十年代后期，九十年代初，在很多应用场合下已取代机电仪表。引入这些新技术的源动力就是为了改进性能和增加可靠性。在过去的30年左右时间里，主要的驱动因素是以较低廉的价格获

3、得等效的性能。现在，新的传感器技术继续得以发展，以满足以前认为在制导和导航领域不可行的不断增长的应用场合。这些新出现的技术对系统性能的改善很小，但却朝着低廉的生命周期成本，外型尺寸更小，低生产成本和大规模生产的方向发展。对惯性传感器有很大影响作用的另一个因素是外部的辅助作用。外部辅助作用(元论是多普勒，星体跟踪，寻的器还是全球定位系统)，由于辅助作用可以克服惯性传感器的漂称作用，满足通常要求下的精度。对这一问题的另一种认识就是外部辅助惯性系统可以允许有较低的精度，于是就可以采用更廉价的惯性传感器。近年来，全

4、球定位系统(GPS)成为辅助惯导，首选的因素是由于它相对较低的成本和普遍存在性。实际上，对于能连续获取GPS信号的最小机动载体，导航的功能可以仅靠GPS来完成。实际过程中，不经意的干扰问题(比如说由于建筑物和树木的阻挡)和电离层延迟问题，高带宽／高角速率和角加速度信息，特别是当GPS故意受到干扰，这就意味着惯导系统必不可少的。当惯导和GPS组合在一起时，保持合适的成本水平的要求是开发具有更廉价惯性传感器的驱动因素，而同时当存在GPS时改善它们的精度和低噪声水平以达到它们的工作性能。本文介绍了当前应用环境下惯

5、性传感器技术的状态，在后面还附加了惯性传感器技术发展趋势和成本，最后以近期和远期传感器技术应用预测作结论。2当今传感器技术应用图1和图2描述了当今陀螺和加速度计技术的前景和它们PPM级的标度因数稳定度的一36—维普资讯http://www.cqvip.com应用场合，就是说传感器如何很好地重视所感受的速率或加速度，还有f』g或度／小时级别的内在偏置稳定性，当这些性能指标不是影响传感器选择的唯一因素时，它们相互对比就显得非常有用。统图11，000标度100因数稳10定度(ppm)10．1偏值稳定度(g)维普资

6、讯http://www.cqvip.com60年代的机电陀螺，它通过在一个传感器提供两个轴的速率信息，来阐述现今机械陀螺的成本问题。然而，即使这种陀螺在很多场合下性能还是低于环形激光陀螺。环形激光陀螺(Rl￡)是一种性能相当优良的传感器，它地位的提升规功于在捷联系统上非常理想的应用这样一个事实，在70年代时当高速计算技术成熟后这就成为可行的了。由于捷联导航不需要相对较昂贵的框架，所以成为战术和导航级别的系统选择机理。现今的加速度计(图2)还是由机电传感器占主导地位，不仅是因为它们一般在所要求的性能下成本较合

7、理，而且因为过去没有出现过对它形成挑战性的替代技术，除了石英谐振器，它可在低级别的战术和民有环境下使用。在9O年代，微机电系统(MEMS)硅传感器被认为是一个有限增长领域，但是那时我们不能保证所能达到的性能。直到现在，微机电系统(MEMs)传感器严格说来还是没能突破市场的界限，而目前正处于这种状态的边缘3惯性传感器技术发展趋势新型惯性传感器技术的开发正在很多的军用和民用领域中进行。减少成本的行为正在全球范围内展开，用以研发战术级和导航级的新型惯性传感器。这些新技术是改进型的光纤陀螺和硅基底微机电陀螺和加速度

8、计。4光纤陀螺(FOG)正如环形激光陀螺，光纤陀螺也是在60年代发明的，但其发展速度比环形激光陀螺更慢。它的研发真正跟踪了光通讯产业和光纤技术的发展。它的工作原理，正如环形激光陀螺，是依赖测量萨格纳克效应。萨格纳克效应自旋速率传感器源自在一个光导纤维波导管中光束的反向传播，这在逆时针和顺时针路径中表现了光路的互易性。垂直于波导平面的旋转运动干扰了这种对称性，经过光电检测后作为旋转速率的指示。光纤陀螺(I~OG)是