为是成熟可靠的技术。汽车导航单元将加速计和用于实现航路推算功能(它可以备份GPS信号以防止信号暂时性消失)的陀螺仪结合在一起。要把MEMS陀螺扩展到高精度军事应用，关键是将多个传感器，如惯性传感器、GPS、磁力计、视觉系统等组合起来使用。图1所示为一个典型系统，把惯性传感器、GPS和磁力计传感器组合起来，并与机车或系统特有的输入如提供额外的运动信息或约束相结合，以此确定实际的运动状况。该系统可利用各个传感器的输出进行交叉修正，如修正磁力计的倾斜角，其中的卡尔曼滤波器通过对多个输入进行加权和处理，产生速度、方向和位置的最佳估计。
图1 典型的惯性导航系统
【7】 陀螺仪的偏置稳定性
陀螺仪的偏置稳定性在任何设计分析中都倍受关注。军事设备设计者期望陀螺仪稳定性在每小时零点几度或几度，对于某些应用，每小时几十度的性能水平几乎是无法接受的。
陀螺仪制造商和导航系统开发商在满足这个要求上都在发挥作用。许多陀螺仪在温度、电压、振动和其它方面具有固有的偏差和灵敏度。对生产批量高达百万的汽车制造商来说，将必要的测试和校准融合到生产流程中可产生成本效益。但对生产批量较小的公司，配备实现运动校准的基础设施，如旋转测试平台等会存在困难。意识到这个需求，一些陀螺仪制造商还提供经过预校准、可直接集成到系统中的元件。预校准可切实改善系统的偏置稳定性，但改善的程度依赖于工厂校准的完备程度和陀螺仪配套半导体的集成度。要在短期内保证偏置稳定，选择高精度校准的陀螺仪极为重要，但要达到所需要的长期稳定性，设计者还需考虑使用其它滤波方法和传感器组合。
设计6自由度惯性传感器尤其具有挑战性，如图2所示。仅仅依靠半导体技术本身是难以达到这种设计要求的。要保证多个传感轴同时具有高精度，还需要模块级集成。
除了材料和工艺，要满足实体市场的要求或促成一个实体市场，更为重要的是在成本、性能和易用性之间实现良好的平衡。一种方法是通过仔细的功能划分，将惯性导航系统的功能分解为不依赖于具体系统的元件和强烈依赖于实际实现的元件。各个传感器输入的权重及结合它们的实际算法强烈依赖于特定应用的动力学，但在三个轴上提供稳定的直线和旋转输出，并带有轴向交叉校正和传感器交叉校正功能的IMU可定义为面向多种应用的可复用模块。
图2 六自由度惯性传感器框图
IMU模块本身非常复杂，模块测试和校准可能是设计者所面临的最大挑战。请注意，对于运动传感器如加速度计和陀螺仪，校准包含在对运动设备的测试中。对于多轴传感器，这意味着要求三个轴同时以准确控制的速率旋转。大多数惯性传感器存在温度和其它灵敏度问题，这些参数也需要在运动测试期间进行调整。一项复杂的机电测试需要能够对多个传感器进行交叉补偿，对所有重大的电气、位置和运动影响进行修正。
【8】 IMU产品选择举例
一款IMU产品如ADIS16360，它的体积不到1立方英寸，可通过标准的4线SPI接口访问6个经过预校准的惯性传感器。对于此类器件，轴向交叉校准(Cross-axis alignment)精度是一个至关重要的参数，对ADIS16360来说，其精度为0.05度。表1给出的是该产品目前达到的性能指标。另外，该产品的稳定性有望进一步得到改善。如果此类器件的
价格能降到300美元以下，优秀的设计者将会利用它迎接挑战，把它整合到自己系统中。为了便于产品开发，IMU包含可编程接口，允许用户配置内部数字滤波、采样速率、环境条件监视、调整动态范围及重新校准传感器原点。经过预校准且可配置的IMU能使系统开发者完全专注于关键的导航算法，以更快的速度设计出具更高成本效益的产品。
CS-IMU型惯性测量单元说明书
CS-IMU型惯性测量单元是基于MEMS技术的六自由度固态惯性传感器组合，可准确地测量空间坐标系中三个轴的角速率和线加速度。具有高可靠性和高封装坚固性；内置高精度温度传感器，可给出IMU内随温度变化的电压值；六个自由度的每一个都具备自检测（Self-Test）功能。
特征：
? MEMS技术、固态传感器； ? 结构紧凑、尺寸小； ? 高可靠性、长寿命； ? 重量轻； ? 低成本； ? 快速启动； ? 宽带宽；
? 内置温度传感器。
应用：
汽车仪器、机器人、姿态参考系统、飞行器测控、导弹制导与控制、工业控制系统、辅助GPS导航系统、稳定平台、船舶动态测量、探采矿仪器仪表、大型农业机械、空间运动体测控、火车和集装箱跟踪等。
技术参数
技术参数 输入电压（Vdc） 输入电流（mA） 测量范围注① 角速率 ＋5±5％V 30mA ±75°/s～±5500°加速度 ±2g～±100g /s 0～5V 2.5±0.1V ≤1.0°/s —— 0.2%FR 满量程输出电压（V） 零偏电压（V） 长期（100h）零偏稳定性（°/s） 非线性度（％FR） ≤0.5％FR 分辨率注② ≤0.04°/s～10°/s 0.002g～0.01g 启动时间（ms） 带宽注③ 可靠性 工作温度 储存温度 不供电，0.5ms 冲击 供电，0.5ms 重量 外形尺寸 ＜35ms 40Hz MTBF10万小时 －40℃～＋85℃ －55℃～＋100℃ 1000g 500g 90g 38×38×36mm3（详见附图） 电气接口
插头端子号 信号名称
注④ 2 ＋5V 4 ωYSTZ 5 ωZOUT 6 ωZST2 7 ωZST1 8 ωXST2 9 ωXOUT 10 ωXST112 地 13 αXOUT 14 αXYST 15 ωYST1 16 ωYOUT 17 αZST 18 αZOUT 19 壳体地
注：①角速率的测量范围目前可选：±75°/s、±100、±150、±200、±250、±300、±350、±400、±450、±500、±550、±600和±900、±1400、±2600、±5500°/s；往后还可选正在研制的：±5°/s、±10、±20、±30、±40、±50、±60及5500°/s以上的测量范围。线加速度的测量范围：XY轴可选±2g、±10g、±50g，Z轴可选±5g、±50g、±100g。
②不同测量范围的角速率陀螺，其分辨率不同，详见选定的IMU测试报告。 ③用户可选≤500Hz的任一带宽。
④信号名称中：ω—表示角速率；α—表示加速度；X、Y、Z—表示坐标系
中的三个轴；OUT—表示输出；ST1、ST2—分别表示角速率陀螺自检加电口1和2；ST—表示加速度计自检测加电口。
外形尺寸图
MEMS(Micro Electromechanical System，即微电子机械系统)是指集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。概括起来，MEMS具有以下几个基本特点，微型化、智能化、多功能、高集成度和适于大批量生产。
MEMS技术的目标是通过系统的微型化、集成化来探索具有新原理、新功能的元件和系统。MEMS技术是一种典型的多学科交叉的前沿性研究领域，几乎涉及到自然及工程科学的所有领域，如电子技术、机械技术、物理学、化学、生物医学、材料科学、能源科学等。其研究内容一般可以归纳为以下三个基本方面： 1．理论基础：
在当前MEMS所能达到的尺度下，宏观世界基本的物理规律仍然起作用，但由于尺寸缩小带来的影响（Scaling Effects），许多物理现象与宏观世界有很大区别，因此许多原来的理论基础都会发生变化，如力的尺寸效应、微结构的表面效应、微观摩擦机理等，因此有必要对微动力学、微流体力学、微热力学、微摩擦学、微光学和微结构学进行深入的研究。这一方面的研究虽然受到重视，但难度较大，往往需要多学科的学者进行基础研究。 2．技术基础：
MEMS的技术基础可以分为以下几个方面：（1）设计与仿真技术；（2）材料与加工技术（3）封装与装配技术；（4）测量与测试技术；（5）集成与系统技术等。 3．应用研究：
人们不仅要开发各种制造MEMS的技术，更重要的是如何将MEMS技术与航空航天、信息通信、生物化学、医疗、自动控制、消费电子以及兵器等应用领域相结合，制作出符合各领域要求的微传感器、微执行器、微结构等MEMS器件与系统。
mems技术与生物医学:
mems技术已经在生物医学领域里得到应用，某些公司已经有商品化的产品。 从远古时代巫师们的巫术到现代生物领域的量子技术，人类无时无刻不在想方设法寻求延长生命，提高生活的质量。
尽管大部分长寿科学研究属于生命科学的范畴，但其它做出的贡献技术领域也取得了可喜的发展，如微机电系统(MEMS)，就算是最富想象力的医生、科学家或技术人员，几年前做梦也不曾想到会有这样一种技术。
MEMS是一种制造方法，基本上是采用微电子材料与工艺制作出将传感器、驱动器与微电子集成于一体的机械部件。
即使仍处于初级研究阶段，生物医学MEMS技术也还是得到了巨大发展。 例如肥胖症和世界人口老龄化上升导致心血管疾病和糖尿病增加，而利用
MEMS技术可制作出新型外科移植器件，能够从人体内部监控一个人的健康状况。CardioMEMS公司采用MEMS技术制成心血管微传感器可测量动脉的压力，该传感器就像汽车里的EZPass设备(一种在高速公路入口无需停车即可完成付费的自动感应装置)一样工作，本身不带电源，读取信息时在外面用一个感应棒启动传感器即可得到此人动脉的所有相关数据。
利用MEMS还能制作出智能型外科器械，减少手术风险和时间，缩短病人康复时间，降低治疗的费用。Verimetra公司正在利用MEMS把现有手术器械转变成