MEMS陀螺在航天器控制系统中的应用评述.pdf

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1、2015年第34卷第7期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)DOI：10．13873／J．1000-9787(2015)07-0001-04霄综述与评论MEMS陀螺在航天器控制系统中的应用评述施常勇，张肖1,2(1．上海市空间智能控制技术重点实验室。上海200233；2．上海航天控制技术研究所，上海200233)摘要：在分析MEMS陀螺在空间应用优势基础上，对MEMS陀螺的空间适应性进行了分析，提出了其在空间系统中的应用途径，通过国内外应用情况表明：MEMS陀螺能够广泛应用于航天

2、器控制系统，并随着工艺水平的提高，将成为航天器控制系统的最佳选择。关键词：MEMS陀螺；航天器；控制系统；应用中图分类号：V448．2文献标识码：A文章编号：1000-9787(2015)07--0001-04ReviewforapplicationofMEMSgyroincontrolsystemofspacecraftSHIChang—yong．ZHANGXiao'(1．ShanghaiKeyLaboratoryofAerospaceIntelligentControlTechnology，Shanghai200233，Chin

3、a；2．ShanghaiInstituteofSpaceflightControlTechnology，Shanghai200233，China)Abstract：OnthebasisofanalysisonadvantageofMEMSgyroinspaceapplications，spaceadaptabilityofMEMSgyroareanalyzed，applicationwaysincontrolsystemareproposed，applicationsituationathomeandabroadshowthatME

4、MSgyrocanbewidelyappliedinControlsystemofspacecraft，andwiththedevelopmentoftechnology，MEMSgyrowillbecomethebestchoiceforcontrolsystemofspacecraft．Keywords：MEMSgyro；spacecraft；controlsystem；application0引言变失效、热循环、振动、冲击、辐照效应等引起的失效和周期微机电系统(micro—electro—mechanicalsystem，ME

5、MS)陀性机械疲劳等。螺是2O世纪80年代出现的新技术，它是陀螺技术的发展本文研究了MEMS陀螺空间应用的优势和空间环境趋向，经过最近十几年的发展，MEMS陀螺逐步从实验室研适应性，包括真空、冲击、温度、辐射等影响，并分析MEMS究走向市场，已在生物、医疗、交通运输、工业自动化、智能在控制系统中应用途径，如，组合定姿和故障诊断等，为机器人、环境、监控，以及军事系统等领域得到日益广泛的MEMS陀螺研究方向提供了参考。应用。1MEMS陀螺空间应用技术优势MEMS技术的发展趋势是伴随着航天器控制系统技术根据微陀螺仪的原理不同，可以将其分为

6、哥氏加速度的发展趋势变化的，除了质量轻和功耗低外，还能够适应控效应微振动陀螺、流体陀螺、固体微陀螺、悬浮转子式微陀制系统所要求的模块化、自适应和可重构的特点J，可以螺、微集成光学式陀螺以及原子陀螺。微振动陀螺仪是用于飞行时间较短的微小卫星，对大型卫星已有功能的监最早使用的MEMS陀螺，也是目前市场上使用最多且相对测，以及更高的风险性的通信卫星中等。文献[4]重点较成熟的陀螺仪，其原理是：利用哥氏力的作用原理，把输分析了MEMS技术在微型航天器中的应用，指出了其在航入角速度量转换为一种位移，然后通过电容或压电等方式天器推进、控制、数据

7、存储、热控和能源等分系统中的发展将其检测出来，与传统高精度的机械陀螺或光学陀螺相比，前景，并介绍了目前我国在航天MEMS技术方面的研究情MEMS陀螺具有如下独特的优势：况。文献[5]描述了商业级MEMS器件在空间的应用，指1)微型化和集成化出MEMS技术在高可靠性的应用可以显著地节约成本，文MEMS陀螺一般是由硅基材料和利用半导体集成电路章重点介绍了商业级MEMS器件的失效模式，如黏附和蠕制造工艺制造而成的集微机械、微电子功能高度综合的传收稿日期：2014-10-232传感器与微系统第34卷感器系统，其结构不仅非常小，且重量轻，美国

8、Draper实验2．2热环境室研制的微惯性器件边长小于1mm，芯片质量仅为1．2nag。热环境是影响MEMS陀螺可靠性的主要影响因素，热此外，其与集成电路的兼容性好，具有良好的EMC／EMI性冲击可导致芯片焊接失效、芯片开裂、器件内的