随着加工工艺和测控技术的不断改进，MEMS陀螺仪的精度和成品率显著提升，相比于其他形式的陀螺仪，MEMS陀螺仪还具有小体积、低功耗、轻重量、低成本的优势，特别是其优异的抗冲击特性，使其在弹药惯性制导改造升级、高动能弹药制导等方面具备了强大优势。在精确制导武器中，MEMS陀螺仪在经历高过载环境如何保持存活以及正常工作是各国军用高性能微惯性传感器的研究重点。目前，国内外应用在高过载环境中的MEMS陀螺仪主要分为线振动形式和固体波动（如环形等）形式两类。

据麦姆斯咨询报道，中北大学电子测试技术重点实验室的研究人员对抗冲击性能优良的环形固体波动螺旋仪进行设计和测试，在对环形结构动力学分析的基础上，使用振型叠加法分析了其理论过载位移，并结合有限元仿真软件对螺旋仪结构模态和抗冲击能力进行仿真验证，在此基础上对螺旋仪结构进行加工，搭建测控系统形成样机并在脉宽更宽的冲击台上对样机进行试验，验证螺旋仪的抗冲击能力。相关研究以论文形式发表于《仪器仪表学报》期刊。

该环形固体波动螺旋仪主要采用了中央锚点和8个沿圆周均匀分布U型梁的方式。此外，为进一步提升其抗高过载能力，环形外侧幅值较大的位置安放了止挡机构用于防止环结构和外电极碰撞，其结构示意图如图1所示。当螺旋仪结构工作时，其结构运动状态如图2所示：环形螺旋仪谐振子在周期性驱动力的作用下，沿图2（a）中虚线以固定频率做受迫弯曲振动。当在与受迫振动方向垂直的z轴方向上有角速率输入时，在哥氏效应影响下，激发出检测模态，使环形结构沿图2（b）中虚线运动。

图1 抗高过载环形螺旋仪结构示意图

图2 环形螺旋仪结构工作原理

对抗过载环形固体波动螺旋仪结构在有限元仿真软件COMSOL中进行了模态仿真和冲击仿真。通过仿真分析可知整个结构在较高冲击幅值时也能保留较小位移和应力，体现了结构具有较好的抗冲击特性。

图3 螺旋仪结构敏感轴冲击仿真图

为了保证螺旋仪具有更好的特性，抗过载环形固体波动螺旋仪结构被封装在真空陶瓷管壳中。与螺旋仪搭配的测控系统采用驱动闭环—检测开环工作方式，测控系统如图4所示。

图4 螺旋仪测试系统图

此外，研究人员在实验室环境下对自主研发的环形固体波动螺旋仪进行了冲击实验。从图5中可知，冲击传感器输出的最大幅值为16050g，且在冲击过程中存在多个冲击幅值，冲击幅值超过5000g的峰值有6个。螺旋仪输出曲线如图6所示，可以看出螺旋仪输出前后零位变化量较小，螺旋仪的冲击响应时间从1.89-2.89s，整个冲击过程螺旋仪最大输出为-1V，冲击前零位平均值为-0.1507mV，冲击后零位输出值为-0.1494mV，绝对变化量为-0.00135mV，相对变化量为0.9%，显示了螺旋仪具有较好的抗冲击特性。

图5 冲击传感器输出曲线

图6 冲击过程螺旋仪输出曲线