CN107289934A - 一种低成本高精度的姿态传感器 - Google Patents

一种低成本高精度的姿态传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN107289934A
CN107289934A CN201710656217.1A CN201710656217A CN107289934A CN 107289934 A CN107289934 A CN 107289934A CN 201710656217 A CN201710656217 A CN 201710656217A CN 107289934 A CN107289934 A CN 107289934A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sensor
board
gyroscope
array
circuit board
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710656217.1A
Other languages
English (en)
Inventor
周世纪
刘程
王建文
张占伟
高火霞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CETC 26 Research Institute
Original Assignee
Chongqing Hao Ying Technology Development Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing Hao Ying Technology Development Co Ltd filed Critical Chongqing Hao Ying Technology Development Co Ltd
Priority to CN201710656217.1A priority Critical patent/CN107289934A/zh
Publication of CN107289934A publication Critical patent/CN107289934A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
    • G01C21/16—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation

Abstract

本发明涉及一种低成本高精度的姿态传感器，属于惯性仪器仪表领域。该传感器包含电路板腔体，盖体，还包含主控电路板，传感器板Ⅰ和传感器板Ⅱ，主控电路板水平安装于电路板腔体中，传感器板Ⅰ竖直安装在电路板腔体的传感器插槽Ⅰ上，传感器板Ⅱ竖直安装在电路板腔体的传感器插槽Ⅱ上，传感器插槽Ⅰ的方向与传感器插槽Ⅱ的方向相互垂直，并均平行于电路板腔体的一边，盖体用于与电路板腔体连接，并将主控电路板，传感器板Ⅰ和传感器板Ⅱ封装于电路板腔体中。本发明主要是采用了低成本的MEMS传感器，在保证性能指标的前提下进一步降低了机器人、无人机、导弹制导方面惯性传感器的成本，为产品的广泛应用及推广提供基础保证。

Description

一种低成本高精度的姿态传感器
技术领域
本发明属于惯性仪器仪表领域，涉及一种低成本高精度的姿态传感器。
背景技术
姿态传感器用于汽车、舰船、飞机、导弹等载体设备航向及姿态的测量，便于这些载体设备的控制。该类姿态传感器在国内外已经发展多年，其他产品目前主要有如下缺点：
1、国外高精度的MEMS姿态传感器价格高昂，且对国内禁止销售；
2、国内实现类似性能指标的MEMS姿态传感器成本高，体积大。
因此急需一种成本低廉，精度高的姿态传感器。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种低成本高精度的姿态传感器，采用低成本的MEMS传感器，实现高精度、高稳定性的姿态传感器，解决高精度与高成本之间的矛盾；
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种低成本高精度的姿态传感器，包含电路板腔体，盖体，还包含主控电路板，传感器板Ⅰ和传感器板Ⅱ，所述主控电路板水平安装于所述电路板腔体中，所述传感器板Ⅰ竖直安装在所述电路板腔体的传感器插槽Ⅰ上，所述传感器板Ⅱ竖直安装在所述电路板腔体的传感器插槽Ⅱ上，所述传感器插槽Ⅰ的方向与所述传感器插槽Ⅱ的方向相互垂直，并均平行于所述电路板腔体的一边，所述盖体用于与所述电路板腔体连接，并将所述主控电路板，传感器板Ⅰ和传感器板Ⅱ封装于所述电路板腔体中；
所述主控电路板包含处理器，陀螺仪阵列Ⅰ和加速度计阵列Ⅰ，所述传感器板Ⅰ包含陀螺仪阵列Ⅱ和加速度计阵列Ⅱ，所述传感器板Ⅱ包含陀螺仪阵列Ⅲ和加速度计阵列Ⅲ；
所述处理器用于采集所述传感器板Ⅰ、传感器板Ⅱ和所述主控电路板上的传感器数据，并处理输出姿态传感器的数字信息。
进一步，所述陀螺仪阵列Ⅰ的陀螺仪数量为4，其中的两个陀螺仪设置在所述主控电路板的正面，另外两个设置于所述主控电路板的背面并与正面的两个陀螺仪位置对应，所述加速度计阵列Ⅰ的加速度计数量为2，分别设置于所述主控电路板的正面和反面，所述陀螺仪阵列Ⅰ和所述加速度计阵列Ⅰ用于提供所述姿态传感器z轴的陀螺和加速度信息。
进一步，所述传感器板Ⅰ用于提供所述姿态传感器的x轴的陀螺和加速度信息，所述陀螺仪阵列Ⅱ的陀螺仪数量为4，其中的两个陀螺仪设置在所述传感器板Ⅰ的正面，另外两个设置于所述传感器板Ⅰ的背面并与正面的两个陀螺仪位置对应，所述加速度计阵列Ⅱ的加速度计数量为2，分别设置于所述传感器板Ⅰ的正面和反面。
进一步，所述传感器板Ⅱ用于提供所述姿态传感器的y轴的陀螺和加速度信息，所述陀螺仪阵列Ⅲ的陀螺仪数量为4，其中的两个陀螺仪设置在所述传感器板Ⅱ的正面，另外两个设置于所述传感器板Ⅱ的背面并与正面的两个陀螺仪位置对应，所述加速度计阵列Ⅲ的加速度计数量为2，分别设置于所述传感器板Ⅱ的正面和反面。
进一步，所述主控电路板通过3个非同边设置的卡扣固定。
进一步，所述电路板腔体采用有机硅凝胶灌注。
本发明的有益效果在于：本发明主要是采用了低成本的MEMS传感器，实现了低成本、小体积、高精度的组合姿态传感器，在保证性能指标的前提下进一步降低了机器人、无人机、导弹制导方面惯性传感器的成本，为产品的广泛应用及推广提供基础保证。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明的主控电路板电路图；
图2为本发明的传感器板电路图；
图3为本发明的结构示意图；
图4为本发明的主控电路板布置图；
图5为本发明的传感器板布置图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
本发明为一种低成本高精度的姿态传感器，如图3所示，包含电路板腔体，盖体，还包含主控电路板，传感器板Ⅰ和传感器板Ⅱ，主控电路板水平安装于电路板腔体中，传感器板Ⅰ竖直安装在电路板腔体的传感器插槽Ⅰ上，传感器板Ⅱ竖直安装在电路板腔体的传感器插槽Ⅱ上，传感器插槽Ⅰ的方向与传感器插槽Ⅱ的方向相互垂直，并均平行于电路板腔体的一边，盖体用于与电路板腔体连接，并将主控电路板，传感器板Ⅰ和传感器板Ⅱ封装于电路板腔体中；
如图4所示，主控电路板包含处理器，陀螺仪阵列Ⅰ和加速度计阵列Ⅰ，如图5所示，传感器板Ⅰ包含陀螺仪阵列Ⅱ和加速度计阵列Ⅱ，传感器板Ⅱ包含陀螺仪阵列Ⅲ和加速度计阵列Ⅲ；处理器用于采集传感器板Ⅰ、传感器板Ⅱ和主控电路板上的传感器数据，并处理输出姿态传感器的数字信息。
如图1所示，本发明的传感器的主控电路板包含处理器U4，用于采集主控电路板和传感器板上的传感器信息，晶振器U8晶振器U8用于提供频率振荡从而满足处理器U4的工作，主控板电路中还包含4个陀螺仪U1、U2、U3、U5，其布置位置如图4所示，其中U3、U5设置在了主控板的正面，U1、U2设置在了主控板的背面与U3、U5相对应的位置，如图4所示，主控板上还设置有两个加速度计U10和U11，其中U10设置在了主控电路板的正面，U11设置在了主控电路板的背面。主控电路还包含了基准源U7，两个磁传感器U12和U13以及模数转换器U6，其中基准源U7用于产生精密的4.096V电压，磁传感器U12和U13用于测量航向位置，模数转换器U6把加速度计的模拟信号转换为数字信号。主控电路板上还设置有插件J2和J3用于连接两块传感器板上的插件CN1，从而使得传感器板上的信号传输至主控电路板。主控电路板上还设置有J1，J1与插件连接，用于仿真和通信，主板上还设置有电源芯片U9用于提供3.3V的稳定电源。
如图2所示，本发明的传感器板Ⅰ和传感器板Ⅱ的电路部分是相同的，包含4个陀螺仪U1、U2、U3、U4，其布置位置如图5所示，其中U1、U2设置在了传感器板的正面，U3、U4设置在了传感器板的背面与U1、U2相对应的位置，如图4所示，传感器板上还设置有两个加速度计U5和U6，其中U5设置在了正面，U6设置在传感器板的了背面。
本发明的三种电路板安装在腔体后，采用有机硅凝胶灌注，保证电路的三防功能并提高传感器的抗振动冲击能力。
如图3所示，两块传感器板相互垂直设置，分别用于敏感x轴的陀螺和加速度信息和y轴的陀螺和加速度信息，并将传感器信息通过插件CN1传输到主控电路板上，主控电路板上采集z轴的陀螺和加速度信息，最终通过处理器U4处理算出能够反映出载体在空间中的航向、俯仰、横滚方向所处的位置及角速度、角加速度等信息。
本发明的模块能够安装在汽车、飞机等载体上，通电后，由处理器实时采集主控电路板、传感器板Ⅰ、传感器板Ⅱ上的角速度，加速度信息，通过信号处理、滤波后，由处理器通过卡尔曼滤波算法、四元素算法解算出能够反映出载体在空间中的航向、俯仰、横滚方向所处的位置及角速度、角加速度等信息，并将这些姿态信息传送至载体的运动控制机构，进而为载体保持所需要的平衡提供准确的参考点。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.一种低成本高精度的姿态传感器，包含电路板腔体，盖体，其特征在于：还包含主控电路板，传感器板Ⅰ和传感器板Ⅱ，所述主控电路板水平安装于所述电路板腔体中，所述传感器板Ⅰ竖直安装在所述电路板腔体的传感器插槽Ⅰ上，所述传感器板Ⅱ竖直安装在所述电路板腔体的传感器插槽Ⅱ上，所述传感器插槽Ⅰ的方向与所述传感器插槽Ⅱ的方向相互垂直，并均平行于所述电路板腔体的一边，所述盖体用于与所述电路板腔体连接，并将所述主控电路板，传感器板Ⅰ和传感器板Ⅱ封装于所述电路板腔体中；
所述主控电路板包含处理器，陀螺仪阵列Ⅰ和加速度计阵列Ⅰ，所述传感器板Ⅰ包含陀螺仪阵列Ⅱ和加速度计阵列Ⅱ，所述传感器板Ⅱ包含陀螺仪阵列Ⅲ和加速度计阵列Ⅲ；
所述处理器用于采集所述传感器板Ⅰ、传感器板Ⅱ和所述主控电路板上的传感器数据，并处理输出姿态传感器的数字信息。
2.根据权利要求1所述的一种低成本高精度的姿态传感器，其特征在于：所述陀螺仪阵列Ⅰ的陀螺仪数量为4，其中的两个陀螺仪设置在所述主控电路板的正面，另外两个设置于所述主控电路板的背面并与正面的两个陀螺仪位置对应，所述加速度计阵列Ⅰ的加速度计数量为2，分别设置于所述主控电路板的正面和反面，所述陀螺仪阵列Ⅰ和所述加速度计阵列Ⅰ用于提供所述姿态传感器z轴的陀螺和加速度信息。
3.根据权利要求1所述的一种低成本高精度的姿态传感器，其特征在于：所述传感器板Ⅰ用于提供所述姿态传感器的x轴的陀螺和加速度信息，所述陀螺仪阵列Ⅱ的陀螺仪数量为4，其中的两个陀螺仪设置在所述传感器板Ⅰ的正面，另外两个设置于所述传感器板Ⅰ的背面并与正面的两个陀螺仪位置对应，所述加速度计阵列Ⅱ的加速度计数量为2，分别设置于所述传感器板Ⅰ的正面和反面。
4.根据权利要求1所述的一种低成本高精度的姿态传感器，其特征在于：所述传感器板Ⅱ用于提供所述姿态传感器的y轴的陀螺和加速度信息，所述陀螺仪阵列Ⅲ的陀螺仪数量为4，其中的两个陀螺仪设置在所述传感器板Ⅱ的正面，另外两个设置于所述传感器板Ⅱ的背面并与正面的两个陀螺仪位置对应，所述加速度计阵列Ⅲ的加速度计数量为2，分别设置于所述传感器板Ⅱ的正面和反面。
5.根据权利要求1所述的一种低成本高精度的姿态传感器，其特征在于：所述主控电路板通过3个非同边设置的卡扣固定。
6.根据权利要求1所述的一种低成本高精度的姿态传感器，其特征在于：所述电路板腔体采用有机硅凝胶灌注。
CN201710656217.1A 2017-08-03 2017-08-03 一种低成本高精度的姿态传感器 Pending CN107289934A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710656217.1A CN107289934A (zh) 2017-08-03 2017-08-03 一种低成本高精度的姿态传感器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710656217.1A CN107289934A (zh) 2017-08-03 2017-08-03 一种低成本高精度的姿态传感器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107289934A true CN107289934A (zh) 2017-10-24

Family

ID=60104289

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710656217.1A Pending CN107289934A (zh) 2017-08-03 2017-08-03 一种低成本高精度的姿态传感器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107289934A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111674261A (zh) * 2020-06-28 2020-09-18 宁波科达仪表有限公司 一种基于微机电加速度计的车用仪表盘
CN111854739A (zh) * 2020-02-18 2020-10-30 重庆市皓颖科技发展有限公司 一种小体积高精度惯性测量单元

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1821717A (zh) * 2006-03-27 2006-08-23 北京航空航天大学 一种轻小型惯性测量单元
CN1912545A (zh) * 2006-08-25 2007-02-14 北京航空航天大学 一种基于mems的低成本、小体积板式微惯性测量系统
CN201116875Y (zh) * 2007-11-26 2008-09-17 山西科泰微技术有限公司 微机械惯性导航装置
CN202002653U (zh) * 2010-12-10 2011-10-05 北京中兵泰克科技有限公司 微型姿态参考系统
CN202471082U (zh) * 2011-11-16 2012-10-03 重庆华渝电气仪表总厂 小型光纤惯性导航仪
CN102706347A (zh) * 2012-05-17 2012-10-03 南京航空航天大学 一种惯性传感器网络节点装置及其信息融合方法
CN104316053A (zh) * 2014-11-12 2015-01-28 中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心 一种微小型惯性测量单元的实现方法
CN106289253A (zh) * 2016-09-12 2017-01-04 上海航天控制技术研究所 一种船用轻小型惯性姿态敏感器
CN106441225A (zh) * 2016-09-06 2017-02-22 重庆市皓颖科技发展有限公司 一种宽量程水平仪
CN106767805A (zh) * 2017-01-08 2017-05-31 上海拓攻机器人有限公司 基于mems传感器阵列的高精度惯性量测量方法及测量系统

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1821717A (zh) * 2006-03-27 2006-08-23 北京航空航天大学 一种轻小型惯性测量单元
CN1912545A (zh) * 2006-08-25 2007-02-14 北京航空航天大学 一种基于mems的低成本、小体积板式微惯性测量系统
CN201116875Y (zh) * 2007-11-26 2008-09-17 山西科泰微技术有限公司 微机械惯性导航装置
CN202002653U (zh) * 2010-12-10 2011-10-05 北京中兵泰克科技有限公司 微型姿态参考系统
CN202471082U (zh) * 2011-11-16 2012-10-03 重庆华渝电气仪表总厂 小型光纤惯性导航仪
CN102706347A (zh) * 2012-05-17 2012-10-03 南京航空航天大学 一种惯性传感器网络节点装置及其信息融合方法
CN104316053A (zh) * 2014-11-12 2015-01-28 中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心 一种微小型惯性测量单元的实现方法
CN106441225A (zh) * 2016-09-06 2017-02-22 重庆市皓颖科技发展有限公司 一种宽量程水平仪
CN106289253A (zh) * 2016-09-12 2017-01-04 上海航天控制技术研究所 一种船用轻小型惯性姿态敏感器
CN106767805A (zh) * 2017-01-08 2017-05-31 上海拓攻机器人有限公司 基于mems传感器阵列的高精度惯性量测量方法及测量系统

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111854739A (zh) * 2020-02-18 2020-10-30 重庆市皓颖科技发展有限公司 一种小体积高精度惯性测量单元
CN111674261A (zh) * 2020-06-28 2020-09-18 宁波科达仪表有限公司 一种基于微机电加速度计的车用仪表盘

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN201402140Y (zh) 航姿组合测量装置
CN102506871B (zh) 一种机载双光纤imu/dgps组合相对形变姿态测量装置
CN101424534B (zh) 惯性/重力组合导航半实物模拟装置
CN201561759U (zh) 惯性姿态方位测量装置
CN103353310B (zh) 一种激光捷联惯性导航系统
CN102289306A (zh) 姿态感知设备及其定位、鼠标指针的控制方法和装置
CN104296746B (zh) 一种新型微型惯性测量单元组合
CN103900559A (zh) 一种基于干扰估计的高精度姿态解算系统
CN104931046A (zh) 一种微型惯性测量系统
CN103868648A (zh) 三轴气浮仿真实验平台的质心测量方法
CN202420505U (zh) 一种自修正船用稳定平台的组合姿态测量装置
CN107289934A (zh) 一种低成本高精度的姿态传感器
CN102997935A (zh) 一种基于光学和惯性组合测量的自主gnc仿真试验系统
CN107270902B (zh) 一种带有交叉轴耦合误差补偿的mems惯性测量单元
CN104931047A (zh) 一种基于稳压电路的微型惯性测量系统
CN102455183A (zh) 三轴姿态传感器
CN103644914A (zh) 高精度微机电组合惯导装置
CN104897153A (zh) 一种基于mems和mr传感器的载体姿态测量系统
CN104677355A (zh) 基于多传感器融合的虚拟陀螺及方法
CN106979779A (zh) 一种无人车实时姿态测量方法
CN109373990A (zh) 一种分体式光纤陀螺寻北仪
CN207180689U (zh) 一种低成本高精度的姿态传感器
CN106840241A (zh) 一种内置mems六轴传感器产品的校准方法及校准系统
CN106707906A (zh) 四旋翼飞行器姿态监控系统
CN207881711U (zh) 基于gnss的惯性导航系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Zhou Shiji

Inventor before: Zhou Shiji

Inventor before: Liu Cheng

Inventor before: Wang Jianwen

Inventor before: Zhang Zhanwei

Inventor before: Gao Huoxia

CB03 Change of inventor or designer information
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20230911

Address after: No.23 Xiyong Avenue, Shapingba District, Chongqing 401332

Applicant after: CHINA ELECTRONICS TECHNOLOGY GROUP CORPORATION NO.26 Research Institute

Address before: No. 20-2, Building 1, No. 19 Nanhu Branch Road, Economic Development Zone, Nan'an District, Chongqing 400060

Applicant before: CHONGQING HAOYING TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co.,Ltd.

TA01 Transfer of patent application right