MEMS傳感器在航空航天領域中的應用
MEMS在航空航天領域最常見的應用是各種MEMS傳感器,它們具有不同的特點,適應在不同的場合。MEMS 技術首先應用在航天技術領域,是由于航天技術對器件功能密度比的要求非常高,也可以說MEMS技術的主要需求牽引來自于航天領域。
MEMS技術在航天領域應用優勢:
小的質量和體積,低發射質量。
低功耗——大部分器件處于電靜態。
小的熱常數——可用較低功率來維持溫度。
抗震動、抗沖擊和抗輻射機械裝置——如開關可以抗輻射加固,低慣性質量使MEMS可抗震動/沖擊。
高集成度——在一個芯片上集成了多種功能,大大簡化了系統的結構。
批量制造低成本——大批量生產。
MEMS技術在航空航天領域中的各種應用其實大部分都是以傳感器的形位為其服務。在這里我們從傳感器的角度來分析MEMS技術的應用。
MEMS傳感器主要有五種用途:
① 供有關航天器的工作信息,起故障診斷的作用;
② 判斷各分系統間工作的協調性,驗證設計方案;
③ 提供全系統自檢所需信息,給指揮員決策提供依據;
④ 提供各分系統、整機內部檢測參數,驗證設計的正確性。
⑤ 監測飛行器內外部的環境,為飛行員航天員提供所需的生存條件,保障正常飛行參數。
無人飛行器姿態控制
MEMS微慣性導航系統集微陀螺、微加速度計及其信號處理單元為一體。該系統以硅材料為主,用MEMS加工工藝制造而成,其體積和質量比常規慣性導航系統至少下降2一3個數量級。采用MEMS技術制造的微型慣性測量單元(MIMU),沒有轉動的部件,在壽命、可靠性、成本、體積和質量等方面都要大大優于常規的慣性儀表。所生產出來的標準化的、高性能航天器姿態測量儀器性能更好,價格更便宜,而且在航空航天平臺均能使用。采用MIMU器件可使裝置的重量大大減輕。
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直升機飛行狀態監控
MEMS加速度傳感器 加速度傳感器在航空航天應用在姿態航向基準系統、飛行控制系統,包括顫振測試在內的飛行期間結構測試、健康系統測試、穩定性測試、地面振動測試(風洞試驗)、模態測試、發動機控制系統和制導系統等。
光電吊艙穩定平臺
MEMS微陀螺在無人機光電吊艙、紅外穩定平臺、位標器中的應用極為廣泛。隨著MEMS工藝技術的提升,高精度硅MEMS微陀螺逐漸在替代低精度光纖和石英陀螺儀。
飛行試驗和發動機檢測試驗
MEMS壓力傳感器在飛行中、飛行試驗、發動機檢測試驗、結構強度試驗、風洞試驗,以及在設備的制造生產過程中應用十分普遍。壓力測量的特點是:被測壓力種類多、涉及范圍廣、測壓點多,要求測量精度高。
通信天線車和火箭炮支架
MEMS傾角傳感器廣泛應用于火箭炮固定轉動支架角度測量,通訊天線車和飛艇等等。應用范圍廣,要求測量精度高,誤差小,可靠性高。美泰電子自主研發的MTS2000和MTS2001測量精度達到0.001°,內置溫度傳感器,體積小適用多種場合,并具有良好的振動和沖擊特性,已批量應用于雷達天線角對準,火炮炮管初設角度測量,衛星通信車姿態檢測盒天線角度測量。
航天航空集當代先進制造技術、信息技術和材料技術于一身對傳感器的要求越來越高。MEMS傳感器發展方向是多功能化、小型化、智能化、集成化,隨著產品可靠性進一步提高和價格降低,制作技術發展的不斷成熟和完善,MEMS傳感器在航空航天領域的應用將會在更廣泛范圍取代傳統傳感器。

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