MEMS在航空航天领域常见的应用是各种MEMS传感器,它们具有不同的特点,适应在不同的场合。MEMS 技术首先应用在航天技术领域,是由于航天技术对器件功能密度比的要求*高,也可以说MEMS技术的主要需求牵引来自于航天领域。
MEMS技术在航天领域应用优势:
小的质量和体积,低发射质量。
低功耗——大部分器件处于电静态。
小的热常数——可用较低功率来维持温度。
抗震动、抗冲击和抗辐射机械装置——如开关可以抗辐射加固,低惯性质量使MEMS可抗震动/冲击。
高集成度——在一个芯片上集成了多种功能,大大简化了系统的结构。
批量制造低成本——大批量生产。
MEMS技术在航空航天领域中的各种应用其实大部分都是以传感器的形位为其服务。在这里我们从传感器的角度来分析MEMS技术的应用。
MEMS传感器主要有五种用途:
① 供有关航天器的工作信息,起故障诊断的作用;
② 判断各分系统间工作的协调性,验证设计方案;
③ 提供全系统自检所需信息,给指挥员决策提供依据;
④ 提供各分系统、整机内部参数,验证设计的正确性。
⑤ 监测飞行器内外部的环境,为飞行员航天员提供所需的生存条件,保障正常飞行参数。
无人飞行器姿态控制
MEMS微惯性导航系统集微陀螺、微加速度计及其信号处理单元为一体。该系统以硅材料为主,用MEMS加工制造而成,其体积和质量比常规惯性导航系统少下降2一3个数量级。采用MEMS技术制造的微型惯性测量单元(MIMU),没有转动的部件,在寿、可靠性、成本、体积和质量等方面都要大大优于常规的惯性仪表。所生产出来的标准化的、高性能航天器姿态测量仪器性能更好,价格更便宜,而且在航空航天平台均能使用。采用MIMU器件可使装置的重量大大减轻。
直升机飞行状态监控
MEMS加速度传感器 加速度传感器在航空航天应用在姿态航向基准系统、飞行控制系统,包括颤振测试在内的飞行期间结构测试、健康系统测试、稳定性测试、地面振动测试(风洞试验)、模态测试、发动机控制系统和制导系统等。
光电吊舱稳定平台
MEMS微陀螺在无人机光电吊舱、红外稳定平台、位标器中的应用极为广泛。随着MEMS技术的,高精度硅MEMS微陀螺逐渐在替代低精度光纤和石英陀螺仪。
飞行试验和发动机试验
MEMS压力传感器在飞行中、飞行试验、发动机试验、结构强度试验、风洞试验,以及在设备的制造生产过程中应用十分普遍。压力测量的特点是:被测压力种类多、涉及范围广、测压点多,要求测量精度高。
通信天线车和火箭炮支架
MEMS倾角传感器广泛应用于火箭炮固定转动支架角度测量,通讯天线车和飞艇等等。应用范围广,要求测量精度高,误差小,可靠性高。美泰电子自主研发的MTS2000和MTS2001测量精度达到0.001°,内置温度传感器,体积小适用多种场合,并具有良好的振动和冲击特性,已批量应用于雷达天线角对准,火炮炮管初设角度测量,卫星通信车姿态盒天线角度测量。
航天航空集当代先进制造技术、信息技术和材料技术于一身对传感器的要求越来越高。MEMS传感器发展方向是多功能化、小型化、智能化、集成化,随着产品可靠性进一步提高和价格,制作技术发展的不断成熟和完善,MEMS传感器在航空航天领域的应用将会在更广泛范围取代传统传感器。
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