MEMS技術(shù)最早由Richard Pfeynman(1965年獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)),，在1959年提出設(shè)想,。1962年硅微型壓力傳感器問(wèn)世。
1979年Roylance和Angell開(kāi)始?jí)鹤枋轿⒓铀儆?jì)的研制,。1991年Cole開(kāi)始電容式微加速度計(jì)的研制,。
慣性傳感器包括加速度計(jì)(或加速度傳感計(jì))和角速度傳感器(陀螺)以及它們的單、雙,、三軸組合IMU(慣性測(cè)量單元),，AHRS(包括磁傳感器的姿態(tài)參考系統(tǒng)),。
MEMS加速度計(jì)是利用傳感質(zhì)量的慣性力測(cè)量的傳感器，一般由標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量塊(傳感元件)和檢測(cè)電路組成,。根據(jù)傳感原理不同,，主要有壓阻式、電容式,、壓電式,、隧道電流式、諧振式,、熱電耦合式和電磁式等,。
1998年，美國(guó)CSDL設(shè)計(jì)研制了最早的MEMS陀螺,。同年,，Drapor實(shí)驗(yàn)室研制了另一種形式的MEMS陀螺。
MEMS陀螺是利用震動(dòng)質(zhì)量塊被基座(殼體)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)的哥氏效應(yīng)來(lái)傳感角速度的原理制成,。
主要形式有框架驅(qū)動(dòng)式(內(nèi),、外框架兩種)梳狀驅(qū)動(dòng)式、電磁驅(qū)動(dòng)式等,。
IMU由于是MEMS技術(shù)組合的微型慣性測(cè)量單元,，所以很多地方稱為MIMU。主要由三個(gè)MEMS加速度傳感器及三個(gè)陀螺及解算電路組成,。
AHRS則為包括三個(gè)磁傳感器的IMU,，并且依據(jù)四元素法進(jìn)行了解算，直接可輸出一個(gè)運(yùn)動(dòng)體的俯仰角,、橫滾角和航向角,。
低精度MEMS慣性傳感器作為消費(fèi)電子類產(chǎn)品主要用在手機(jī)、游戲機(jī),、音樂(lè)播放器,、無(wú)線鼠標(biāo)、數(shù)碼相機(jī),、PD,、硬盤保護(hù)器、智能玩具,、計(jì)步器,、防盜系統(tǒng)、GPS導(dǎo)航等便攜式,。由于具有加速度測(cè)量,、傾斜測(cè)量、振動(dòng)測(cè)量甚至轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量等基本測(cè)量功能,，有待挖掘的消費(fèi)電子應(yīng)用會(huì)不斷出現(xiàn),。
中級(jí)MEMS慣性傳感器作為工業(yè)級(jí)及汽車級(jí)產(chǎn)品,，則主要用于汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)(ESP或ESC)GPS輔助導(dǎo)航系統(tǒng)，汽車安全氣囊,、車輛姿態(tài)測(cè)量,、精密農(nóng)業(yè)、工業(yè)自動(dòng)化,、大型醫(yī)療設(shè)備,、機(jī)器人、儀器儀表,、工程機(jī)械等,。
高精度的MEMS慣性傳感器作為軍用級(jí)和宇航級(jí)產(chǎn)品，主要要求高精度,、全溫區(qū),、抗沖擊等指數(shù)。主要用于通訊衛(wèi)星無(wú)線,、導(dǎo)彈導(dǎo)引頭,、光學(xué)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)等穩(wěn)定性應(yīng)用;飛機(jī)/導(dǎo)彈飛行控制、姿態(tài)控制,、偏航阻尼等控制應(yīng)用,、以及中程導(dǎo)彈制導(dǎo)、慣性GPS導(dǎo)航等制導(dǎo)應(yīng)用,、遠(yuǎn)程飛行器船舶儀器,、戰(zhàn)場(chǎng)機(jī)器人等。
用作消費(fèi)電子類的MEMS慣性傳感器,，主要要求是單價(jià)低,、尺寸小、溫度范圍窄,、因而精度要求低,，甚至是功能性產(chǎn)品。加速度傳感器重量輕,、功耗小,、一般測(cè)量范圍1～10g～50g,，分辨率2mg～10mg,，陀螺一般量程在±300°/s，零偏在500°/h～1000°/h,，因此有些公司的產(chǎn)品不給出零偏指標(biāo)或給出0.1°/s～0.5°/s,。
目前可以生產(chǎn)MEMS加速度傳感器的公司比較多，大多數(shù)為半導(dǎo)體,、如美國(guó)的ADI,、Invensense,、ST、Freescale,、 Sensor Dynamics,、MSI(ICSensor)、MEMSIC(生產(chǎn)地在中國(guó)無(wú)錫)歐洲的VTI,、Infine,，生產(chǎn)MEMS陀螺的公司美國(guó)的ADI、 Knoix,、ST,，歐洲的Infine、Methes,，日本的Murata,、National、沖電氣,、富士通,。12月3日中國(guó)上海深迪半導(dǎo)體有限公司發(fā)布了消費(fèi)類的MEMS陀螺，無(wú)錫一家公司也在研發(fā)中,。
軍工級(jí)或宇航級(jí)的MEMS慣性傳感器精度要求高,、工作溫度范圍寬(-45°～125°)，某些兵器產(chǎn)品要求抗沖擊能力強(qiáng)(10000g～20000g)尺寸要比光纖和機(jī)械類產(chǎn)品要小,。加速度傳感器量程范圍寬1g～5000g,，分辨率要0.1～1mg，甚至更高,。陀螺量程要求范圍寬20°/s～1000° /s,頻響高,，50Hz～1000Hz，零偏穩(wěn)定性為1 °/h～50°/h,。目前制造商有美國(guó)BEI,、Crossbow、Silicon design,、Honeywell,、Drapor,，歐洲公司有Xsens,、Sorsonor,、Colibry、BAE,，日本有SSS公司,，中國(guó)有西安中星測(cè)控、電子26所、航天704所,。
最近六,、七年以來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)MEMS慣性傳感器的研發(fā)熱度很高,，尤其是2005年～2008年,，而且大多集中在國(guó)內(nèi)的頂尖研究機(jī)構(gòu)。據(jù)初步了解,，研發(fā)加速度傳感器的機(jī)構(gòu)有：哈爾濱工業(yè)大學(xué),、浙江大學(xué)、東南大學(xué),、西安交通大學(xué),、中北大學(xué)、哈爾濱電子49所,、石家莊電子13所,、航天704所、重慶電子26所,、重慶電子24所,、西安航空618所、西安航天771所,、中科院上海微系統(tǒng)所,、綿陽(yáng)中國(guó)工物院。研發(fā)陀螺及組合的機(jī)構(gòu)有清華大學(xué),、北京大學(xué),、西北工業(yè)大學(xué)、東南大學(xué),、南京理工大學(xué),、北京信息工程大學(xué)、長(zhǎng)沙國(guó)防科技大學(xué),、上海交通大學(xué),、重慶電子26所、航天704所,。
MEMS慣性傳感器研發(fā),、制造商一覽表
| 加速度傳感器 | 陀螺、IMU,、AHRS,、VG | |
| 消費(fèi)級(jí) | ADI、Invensense,、ST,、Freescale,、Sensor Dynamics,、MSI(ICSensor),、MEMSIC、VTI,、Infline,。 | ADI、Knoix,、ST,、Infine、Methes,、Murata,、National上海深迪。 |
| 工業(yè)級(jí) 汽車級(jí) | ADI,、Silicon design,、Honeywell、MSI,、VTI,、Colibry、北陸電氣,、中星測(cè)控,。 | BEI、Microstrain,、Crossbow,、Sensonor、SSS,、Bosch,、Delphi、 Honeywell,、ADI,。 |
| 軍工級(jí) 宇航級(jí) | Honeywell、Silicon design,、Drapor,、Colibry、電子26所,、航天704所,、九院。 | BEI,、Drapor,、Honeywell,、Xsens、Sorsonor,、SSS,、中星測(cè)控、電子26所,、航天704所,。 |
| 國(guó)內(nèi)研發(fā)機(jī)構(gòu) | 哈爾濱工業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué),、東南大學(xué),、西安交通大學(xué)、中北大學(xué),、哈爾濱電子49所,、石家莊電子13所、航天704所,、重慶電子26所,、重慶電子24所、西安航空618所,、西安航天771所,、中科院上海微系統(tǒng)所、綿陽(yáng)中國(guó)工物院,。 | 清華大學(xué),、北京大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué),、東南大學(xué),、南京理工大學(xué)、北京信息工程大學(xué),、長(zhǎng)沙國(guó)防科技大學(xué),、上海交通大學(xué)、重慶電子26所,、航天704所,。 |
MEMS慣性傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀是消費(fèi)類產(chǎn)品向大規(guī)模生產(chǎn)發(fā)展、單價(jià)越來(lái)越低,，量產(chǎn)后,，僅售不足一美元，而軍用與宇航級(jí)產(chǎn)品向高精度發(fā)展,，一個(gè)單軸陀螺售價(jià)可在3～4千美元,。而工業(yè)級(jí)、汽車級(jí)產(chǎn)品更追求高品質(zhì)和高可靠性,，同時(shí)兼顧售價(jià),。