MEMS（MicroElectro Mechanical Systems，微机电系统）是一门以半导体制造为基础的多学科交叉的前沿技术。自1962年第一个硅微压力传感器问世以来，已有50多年的历史。同传统传感器相比，其小体积、易集成、低功耗的特点更符合航空航天领域对新型传感器的性能要求。同时MEMS传感器的出现极大地推动了航空航天技术的发展。
MEMS传感器在航空航天领域的应用
目前，在航空航天领域应用的MEMS传感器主要有加速度计、陀螺仪、压力传感器、剪应力传感器以及其他一些专用的传感器。这里主要对典型的加速度计、陀螺仪、惯性导航系统及压力传感器做系统介绍。
MEMS加速度计
MEMS加速度计是目前MEMS传感器中技术最成熟、商业化最成功的传感器。基于胡克定律，通过测量质量块偏移的距离，再根据已知的弹性系数及质量块质量就可得到系统的加速度。根据测量原理主要包括电容式、压电式和压阻式加速度计。电容式加速度计通过电容值的变化量得到加速度的大小，具有灵敏度高、噪声低、温漂小的特点，是目前主流的MEMS加速度计。
目前MEMS加速度计厂商主要有ST、Bosch、ADI、Freescale、MEMSIC等。美国ADI公司生产的MEMS加速度计在各项性能指标上都处于业界领先地位。
美国ADI公司的ADXL362系列MEMS加速度计
在航空航天领域，MEMS加速度计主要应用在姿态航向基准系统、飞机导航系统、飞行控制系统、制导系统等，装备在空空导弹、战斗机、直升机等各类武器平台上。
MEMS加速度计的应用
MEMS陀螺仪
1988年，美国CSDL设计研制了世界上最早的双框架式MEMS陀螺仪。目前公开的MEMS陀螺仪主要采用振动物体来传感角速度，通过科里奥利（Coriolis）力原理的微机械单元，以物体本身作为参照物，振动质量块悬挂在基座上，运动时连带基座旋转产生正比于角速度的科里奥利力，从而检测出物体运动的角速度。
MEMS陀螺仪工作原理
MEMS陀螺仪示意图
目前，已研制成功的MEMS陀螺仪主要有音叉式、谐振梁式和双框架式等。同传统陀螺仪相比，其没有旋转部件、不需要轴承、可批量化生产。
MEMS陀螺仪主要用于角速度的测量，可应用在飞机姿态航向参照系统、航天与空间定位系统以及导弹导航系统中。
JPL研制的四叶式硅陀螺用于微小卫星导航
英国BAE公司生产的硅振环式陀螺应用在南非A-Darter空空导弹制导中
MEMS惯性测量系统
MEMS惯性测量系统（MEMSInertial Measurement Unit，MEMS-IMU）是MEMS技术组合的微型惯性测量单元。主要由MEMS加速度计、陀螺仪以及解算电路组成。将这两种传感器搭配使用，可以更加精确地测量出物体的运动方向和轨迹。
美国LN-200 IMU光纤惯导组合在直升机上应用
英国BAE公司的SDI500惯性测量系统
目前，在航空航天领域应用最广泛的是三轴MEMS-IMU。为保持领先的市场地位，各研究机构都在开展新型多轴MEMS器件的研制，这使得MEMS传感器在航空时代更具创新性和挑战性。多轴MEMS-IMU的强大功能使其在未来的飞行导航、无人机、移动平台定位系统中十分必要。
ST推出基于LSM330D的九轴MEMS-IMU
美国克尔斯博公司研制的NAV400组合导航用于无人机控制
ADI公司推出的十轴ADIS16480MEMS IMU
MEMS压力传感器
MEMS压力传感器是一种薄膜元件，受到外界压力时发生形变，可以通过压阻型感测来测量形变或者电容感测两个面之间的距离来测量。因此，MEMS压力传感器主要分为压阻式和电容式两种。
压阻式硅MEMS压力传感器示意图
电容式MEMS压力传感器实物
MEMS压力传感器的测量会随着工作环境和静压的变化而发生偏移，在不同的工作条件下得到相对准确的测量，是其稳定性的体现。在航空航天领域，对MEMS压力传感器的要求主要在可靠性、稳定性和高精度三方面。
MEMS压力传感器集成模块
圣地亚哥国家实验室圆片级硅基MEMS压力传感器
迈利芯MEMS相对压力传感器MLX90809
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。MEMS压力传感器在飞行中、飞行试验、发动机测试验、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。
基于MEMS压力传感器的无人机灵巧蒙皮
MEMS压力传感器探头及在飞机上的应用
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。随着产品可靠性进一步提高和价格降低，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并推动航空航天事业朝前快速发展。
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