一种小体积高精度MEMS惯性测量单元的制作方法

一种小体积高精度mems惯性测量单元
技术领域
1.本发明属于惯性仪器仪表领域，具体涉及一种小体积高精度mems惯性测量单元。


背景技术：

2.mems惯性测量单元是由陀螺仪、加速度计、数字采集处理单元组成。具有稳定性好、体积小、结构简单、可不需要外部gps/北斗信号信息，可以测量载体的姿态和角速度等信息，目前在航空、航天、航海及各种战略/战术武器的导航、制导与控制系统中得到广泛的应用，也广泛应用在汽车自动驾驶、无人机、摄像稳定平台和机器人运动姿态控制。
3.环境温度对现有的mems惯性测量单元的姿态精度影响大，且mems惯性测量单元生产和调试繁琐，抗振动冲击性也需要进一步改进和完善，因此急需一款生产、调试和测试简单方便，产品抗振动冲击性好，且环境温度对其影响较小的mems惯性测量单元。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提出了一种小体积高精度mems惯性测量单元，该惯性测量单元包括：底座1、软硬结合陀螺传感器电路板2、数字解算电路板3以及盖板4；底座1上设置有数字解算电路板安装区11和陀螺传感器安装体12；软硬结合陀螺传感器电路板2设置在陀螺传感器安装体12上，且与数字解算电路板3通过高温导线焊接，数字解算电路板3设置在底座1的数字解算电路板安装区11中；采用盖板4对底座1进行封装，使得软硬结合陀螺传感器电路板2和数字解算电路板3处于底座内。
5.优选的，软硬结合陀螺传感器电路板2包括三个陀螺传感器，三个陀螺传感器串联。
6.优选的，陀螺传感器安装体12包括一个底面和两个侧面；一个底面、两个侧面分别两两垂直，且两个侧面垂直设置在底座上，形成墙角结构。
7.进一步的，陀螺传感器安装体12的底面和两个侧面均设置有陀螺定位凹槽，陀螺定位凹槽用于安装陀螺传感器。
8.进一步的，陀螺定位凹槽在固定陀螺传感器时，在陀螺传感器与陀螺定位凹槽之间的缝隙处填充有减震导热材料。
9.优选的，数字解算电路板安装区11上设置有支撑台，数字解算电路板3设置在支撑台上，使数字解算电路板3位于底座底面的上方。
10.进一步的，支撑台上设置有定位螺钉孔，定位螺钉孔用于定位和固定数字解算电路板3。
11.优选的，数字解算电路板3上设置有产品接口引脚区31，产品接口引脚区31上设置有通电接口、输入接口和输出接口；其中通电接口用于连接输入电源，为整个装置供电；输入接口用于输入待测器件输出的信后；输出接口用于输出测量的结果。
12.进一步的，产品接口引脚区31中的通电接口、输入接口和输出接口均为双排插针。
13.优选的，盖板4的形状与底座1对应，将盖板4放置在底座1上并采用硅凝胶进行灌
封稳固。
14.本发明的有益效果为：本发明采用软硬结合陀螺传感器电路板，软板可以进行弯折，大幅减少了内部连线，提高了产品可靠性；陀螺传感器与陀螺传感器安装体的底面和两个侧面之间留有间隙，间隙填充有减震导热材料，提高了陀螺传感器的抗振动和冲击性能，设置的间隙提高抗振动冲击能力，陀螺传感器产生的热量也可以通过凸台传到底板，有利于陀螺的散热；整体采用灌硅凝胶，提高产品的抗氧化性和可靠性，也可提高产品的抗振动和冲击性能；本发明生产、调试和测试简单方便，产品抗振动冲击性好，且环境温度对其影响较小的mems惯性测量单元，具有良好的经济效益。
附图说明
15.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：
16.图1为本发明中的产品功能示意图；
17.图2为本发明中软硬结合陀螺传感器电路板示意图；
18.图3为本发明中数字解算板示意图；
19.图4为本发明中底座结构示意图；
20.图5为本发明中盖板示意图；
21.图6为本发明中小体积高精度mems惯性测量单元内部示意图；
22.图中：1、底座；11、数字解算电路板安装区；12、陀螺传感器安装体；2、软硬结合陀螺传感器电路板；3、数字解算电路板；31、产品接口引脚区；4、盖板。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.本发明提出了一种小体积高精度mems惯性测量单元，如图5、图6所示，该惯性测量单元包括：底座1、软硬结合陀螺传感器电路板2、数字解算电路板3以及盖板4；底座1上设置有数字解算电路板安装区11和陀螺传感器安装体12；软硬结合陀螺传感器电路板2设置在陀螺传感器安装体12上，且与数字解算电路板3通过高温导线焊接，数字解算电路板3设置在底座1的数字解算电路板安装区11中；采用盖板4对底座1进行封装，使得软硬结合陀螺传感器电路板2和数字解算电路板3处于底座内。数字解算电路板与软硬结合陀螺传感器电路板电性连接；软硬结合陀螺传感器电路板输出信号到数字解算电路板；通过高温导线焊接方式使得软硬结合陀螺传感器电路板和数字解算电路板拆装方便，调试方便，便于维修和制造。
25.如图1、图3所示，优选的，数字解算电路板3为包含三轴mems加速度计数字解算电路板，其水平安装在底座1内，其上集成有加速度计芯片、稳压电源芯片，磁力计和高度计，数据处理芯片、运算放大器、参考电源芯片、温度传感器芯片以及数据输出端口，数据处理芯片、运算放大器、温度传感器以及数据输出端口之间相互电性连接；数字解算电路板3用
于测量x、y和z轴方向的加速度；数字解算电路板读取x、y和z轴的陀螺仪和三轴加速度计的数据；通过温度补偿、线性度补偿、交叉耦合补偿和比例系数补偿后，输出载体x、y和z轴的角速度信息和加速度计信息。
26.优选的，如图2所示，软硬结合陀螺传感器电路板2包括三个陀螺传感器，三个陀螺传感器串联；软硬结合陀螺传感器电路板上集成有陀螺芯片、稳压电源芯片以及电阻电容器件；软硬结合陀螺传感器电路板中的pcb软板可以弯折，采用软硬结合陀螺传感器电路板可以减少接线、减少电磁干扰、便于制造、方便调试、提高产品可靠性，而且有利于产品的小型化。
27.优选的，如图4所示，陀螺传感器安装体12包括一个底面和两个侧面；一个底面、两个侧面分别两两垂直，且两个侧面垂直设置在底座上，形成墙角结构。
28.进一步的，陀螺传感器安装体12的底面和两个侧面均设置有陀螺定位凹槽，陀螺定位凹槽用于安装陀螺传感器；优选的，软硬结合陀螺传感器电路板分别通过704胶粘贴在相应的陀螺定位凹槽内，结构稳定性好；安装后的三个陀螺传感器相互垂直，分别用于测量x、y和z轴方向的旋转角速度；通过设置此结构能够进行稳定的定位，结构稳定，一致性好，便于制造，有利于批量产品。
29.进一步的，陀螺定位凹槽在固定陀螺传感器时，在陀螺传感器与陀螺定位凹槽之间的缝隙处填充有减震导热材料；优选的，减震导热材料的厚度为0.5-1mm；通过填充减震导热材料提高陀螺的抗振动和冲击性能，中间形成间隙，提高抗振动冲击能力。同时，陀螺产生的热量可以通过凸台传到底板，有利于陀螺的散热。
30.优选的，数字解算电路板安装区11上设置有支撑台，数字解算电路板3设置在支撑台上，使数字解算电路板3位于底座底面的上方；支撑台将数字解算电路板与产品底座底板分离，中间形成间隙，提高抗振动冲击能力。
31.进一步的，支撑台上设置有定位螺钉孔，定位螺钉孔用于定位和固定数字解算电路板3；优选的，采用m2*6螺钉固定和定位数字解算电路板；通过设置定位螺钉孔保证安装数字解算板的定位，便于装配。
32.优选的，数字解算电路板3上设置有产品接口引脚区31，产品接口引脚区31上设置有通电接口、输入接口和输出接口；其中通电接口用于连接输入电源，为整个装置供电；输入接口用于输入待测器件输出的信后；输出接口用于输出测量的结果。
33.进一步的，产品接口引脚区31中的通电接口、输入接口和输出接口均为双排插针；电源、数据输入输出以及程序更新均通过双排插针输出，接口简洁，便于快速安装和使用、减少体积、降低成本、有利于产品互换性。
34.惯性测量单元的工作步骤为：
35.s1：对惯性测量单元的通电接口通电，惯性测量单元开始工作；
36.s2：处理器通过输入接口采集陀螺传感器数据，对采集的数据进行融合；
37.s3：处理器对采集的数据进行处理，解算出航向、姿态、角速率以及加速度信息；
38.s4：解算出的信息通过输出接口输出。
39.采用高速数字处理器arm7，采集陀螺和加速度计信息并进行处理与解算，输出角速率和加速度；采用分段线性插值技术补偿非线性误差来实现全测量范围内线性化，保证精度指标。
40.优选的，盖板4的形状与底座1对应，将盖板4放置在底座1上并采用硅凝胶进行灌封稳固；通过采用硅凝胶灌封避免了造成局部受力集中，提高产品抗振动性能。
41.本发明采用软硬结合陀螺传感器电路板，软板可以进行弯折，大幅减少了内部连线，提高了产品可靠性；陀螺传感器与陀螺传感器安装体的底面和两个侧面之间留有间隙，间隙填充有减震导热材料，提高了陀螺传感器的抗振动和冲击性能，设置的间隙提高抗振动冲击能力，陀螺传感器产生的热量也可以通过凸台传到底板，有利于陀螺的散热；整体采用灌硅凝胶，提高产品的抗氧化性和可靠性，也可提高产品的抗振动和冲击性能；本发明生产、调试和测试简单方便，产品抗振动冲击性能好，且环境温度对其影响较小的mems惯性测量单元，具有良好的经济效益。
42.以上所举实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所举实施例仅为本发明的优选实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种小体积高精度mems惯性测量单元，其特征在于，包括：底座(1)、软硬结合陀螺传感器电路板(2)、数字解算电路板(3)以及盖板(4)；底座(1)上设置有数字解算电路板安装区(11)和陀螺传感器安装体(12)；软硬结合陀螺传感器电路板(2)设置在陀螺传感器安装体(12)上，且与数字解算电路板(3)通过高温导线焊接，数字解算电路板(3)设置在底座(1)的数字解算电路板安装区(11)中；采用盖板(4)对底座(1)进行封装，使得软硬结合陀螺传感器电路板(2)和数字解算电路板(3)处于底座内。2.根据权利要求1所述的一种小体积高精度mems惯性测量单元，其特征在于，软硬结合陀螺传感器电路板(2)包括三个陀螺传感器，三个陀螺传感器串联。3.根据权利要求1所述的一种小体积高精度mems惯性测量单元，其特征在于，陀螺传感器安装体(12)包括一个底面和两个侧面；一个底面、两个侧面分别两两垂直，且两个侧面垂直设置在底座上，形成墙角结构。4.根据权利要求3所述的一种小体积高精度mems惯性测量单元，其特征在于，陀螺传感器安装体(12)的底面和两个侧面均设置有陀螺定位凹槽，陀螺定位凹槽用于安装陀螺传感器。5.根据权利要求4所述的一种小体积高精度mems惯性测量单元，其特征在于，陀螺定位凹槽在固定陀螺传感器时，在陀螺传感器与陀螺定位凹槽之间的缝隙处填充有减震导热材料。6.根据权利要求1所述的一种小体积高精度mems惯性测量单元，其特征在于，数字解算电路板安装区(11)上设置有支撑台，数字解算电路板(3)设置在支撑台上，使数字解算电路板(3)位于底座底面的上方。7.根据权利要求6所述的一种小体积高精度mems惯性测量单元，其特征在于，支撑台上设置有定位螺钉孔，定位螺钉孔用于定位和固定数字解算电路板(3)。8.根据权利要求1所述的一种小体积高精度mems惯性测量单元，其特征在于，数字解算电路板(3)上设置有产品接口引脚区(31)，产品接口引脚区(31)上设置有通电接口、输入接口和输出接口；其中通电接口用于连接输入电源，为整个装置供电；输入接口用于输入待测器件输出的信后；输出接口用于输出测量的结果。9.根据权利要求8所述的一种小体积高精度mems惯性测量单元，其特征在于，产品接口引脚区(31)中的通电接口、输入接口和输出接口均为双排插针。10.根据权利要求1所述的一种小体积高精度mems惯性测量单元，其特征在于，盖板(4)的形状与底座(1)对应，将盖板(4)放置在底座(1)上并采用硅凝胶进行灌封稳固。

技术总结
本发明属于惯性仪器仪表领域，具体涉及一种小体积高精度MEMS惯性测量单元；该惯性测量单元包括：底座、软硬结合陀螺传感器电路板、数字解算电路板以及盖板；底座上设置有数字解算电路板安装区和陀螺传感器安装体；软硬结合陀螺传感器电路板设置在陀螺传感器安装体上，且与数字解算电路板通过高温导线焊接，数字解算电路板设置在底座的数字解算电路板安装区中；采用盖板对底座进行封装，使得软硬结合陀螺传感器电路板和数字解算电路板处于底座内；本发明生产、调试和测试简单方便，产品抗振动冲击性能好，且环境温度对其影响较小的MEMS惯性测量单元，具有良好的经济效益。具有良好的经济效益。具有良好的经济效益。


技术研发人员：王建文 黄勇 宋军 阳洪 许常燕 龚辰江
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第二十六研究所
技术研发日：2021.12.29
技术公布日：2022/3/8