CN109297483A - 一种中空微型惯性测量装置 - Google Patents

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苏中
费程羽
李擎
李超
刘宁
付国栋
范军芳
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Abstract

本发明公开了一种中空微型惯性测量装置，包括壳体，扇形压盖，紧固螺钉，内部印制板，MEMS传感器，定位工装。该装置内部包括平行印制板和垂直印制板，各印制板之间由接插件连接，不存在装配后焊线问题，印制板的三个轴向分别焊接两组陀螺仪和加速度计，每个轴向的两组传感器测量值进行差分运算，进而优化测量值，提高姿态解算精度。本发明所公开的这种惯性测量装置具有结构简单、内部空间紧凑、装配工艺简化、测量精度高、抗冲击能力强的优点，特别适用于小型化和高过载场合。

Description

一种中空微型惯性测量装置
技术领域
本发明涉及一种中空微型惯性测量组合，特别是一种小型化，便于安装且适用于弹载条件下的微型惯性测量装置。
背景技术
随着MEMS技术的发展和进步，当前对小型化和多场合应用的惯性测量装置的需求越来越大，MEMS器件有着不可替代的优势。采用MEMS器件组成的惯性测量装置具有体积小、成本低、装配工艺优良等特点，大大提升了惯性测量性能。由于惯性测量装置多用于飞机、炸弹、导弹、舰船等环境恶劣的场合，MEMS器件内部为机械结构，对外部振动环境敏感，在工作过程中会导致很大的误差，从而影响整个惯性测量装置的精度，因此，有必要在每个轴向上冗余放置多个相同传感器，将多个相同传感器所采集的信号进行差分运算，进而提高每个轴向的测量精度。另外，考虑飞行器内部的射流通道，将惯性测量装置设计成中空结构也是十分必要的。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，克服传统飞行器上惯性测量装置的不足之处，提出一种中空惯性测量装置，内部各轴向传感器均采用冗余安装且进行差分组合运算，提高每个轴向信号的测量精度，为弹体的高精度姿态解算提供硬件基础和结构基础。
本发明的技术解决方案为：一种中空微型惯性测量装置，外部包括壳体，扇形压盖，紧固螺钉；内部包括X轴正向陀螺仪，X轴负向陀螺仪，Y轴正向陀螺仪，Y轴负向陀螺仪，Z轴正向陀螺仪，Z轴负向陀螺仪，三轴加速度传感器1，三轴加速度传感器2，三轴磁强计，接插件，定位工装，底层印制板，X轴向陀螺仪印制板，Y轴向陀螺仪印制板，Z轴向陀螺仪印制板，加速度传感器印制板。其中X轴正向陀螺仪和X轴负向陀螺仪分别焊接在X轴向陀螺仪印制板上，Y轴正向陀螺仪和Y轴负向陀螺仪分别焊接在Y轴向陀螺仪印制板上，X轴向陀螺仪印制板与Y轴向陀螺仪印制板为T型印制板，相互垂直装配，且通过焊接和胶粘的方式分别垂直固定在顶层X轴向扇形印制板和顶层Y轴向扇形印制板上，Z轴正向陀螺仪和Z轴负向陀螺仪分别焊接在Z轴向陀螺仪印制板上(第三层印制板)，且与X轴向陀螺仪和Y轴向陀螺仪轴向俩俩正交，三轴加速度传感器1和三轴加速度传感器2焊接在第二层印制板上，三轴磁强计焊接在底层印制板上，上下层的印制板通过接插件实现导通连接，最终与底层印制板相连接，每层印制板通过自身的定位孔和定位工装固定在底层印制板上。各模块装配完成后，需对该惯性测量装置进行标定和误差补偿实验，最后对装置内部进行密封和灌胶处理。
进一步的，所述壳体为中空圆柱形，每间隔90度开有4毫米厚的舵翼凹槽，舵翼凹槽长度为装置整体高度的三分之二，保证舵翼有充足的折叠空间。
进一步的，所述内部印制板每个轴向有两个陀螺仪，每个轴向的两个陀螺仪轴向相反，所测量得到的角速度信息需进行差分运算，然后再进行姿态解算。
进一步的，所述X轴向陀螺仪印制板与Y轴向陀螺仪印制板为T型印制板，相互垂直装配，且通过焊接和胶粘的方式垂直固定在顶层扇形印制板上。
进一步的，所述内部印制板有四层平行印制板，且四层印制板均通过接插件实现导通连接，不存在装配后焊线问题，且最终与底层印制板实现导通与固定。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的外部结构设计与弹体的舵翼结构相结合，使得舵翼能很好的嵌入到该装置，对整个弹体的加工和气动布局都起到了积极的效果。
(2)本发明装置内部陀螺仪和加速度传感器均采用差分组合模式，大大提高了每个轴向的测量精度，同时为弹体的高精度姿态解算提供了硬件基础。
(3)本发明内部各个传感器摆放合理有序，不用过多考虑敏感轴的位置关系，内部结构排列紧凑，空间利用率最大化，层叠结构突出，抗冲击能力强。
(4)本发明装配工艺简化，可操作性强，装配之前各个印制板之间的走线都已完成，不存在装配后焊线和拆卸等问题。
(5)本发明装置装配完成后进行标定和误差补偿，然后对装置内部进行密封和灌胶处理，保证该装置内部结构的稳定性和抗冲击能力，最后对装置再次进行复测标定和误差补偿，进一步提高惯性测量装置的测量精度，保证弹体在飞行过程中的高精度姿态解算。
附图说明
图1惯性测量装置外部结构示意图
图2惯性测量装置内部结构示意图
图3部分定位工装与印制板装配示意图
图4 X轴和Y轴陀螺仪印制板示意图
图5顶层印制板示意图
其中：1、壳体，2、扇形压盖，3、紧固螺钉，4、X轴正向陀螺仪，5、X轴负向陀螺仪，6、Y轴正向陀螺仪，7、Y轴负向陀螺仪，8、Z轴正向陀螺仪，9、Z轴负向陀螺仪，10、三轴加速度传感器1，11、三轴加速度传感器2，12、三轴磁强计，13、接插件，14、定位工装，15、底层印制板，16、X轴向陀螺仪印制板，17、Y轴向陀螺仪印制板，18、Z轴向陀螺仪印制板，19、第二层印制板，20、顶层X轴向扇形印制板，21、顶层Y轴向扇形印制板。
具体实施方式
如图1所示为本发明的一种中空微型惯性测量装置，下面结合附图具体说明：如图2、图3、图4、图5所示，一种中空微型惯性测量装置外部结构包括中空圆柱形壳体，扇形压盖和紧固螺钉。壳体每间隔90度开有4毫米厚的舵翼凹槽，舵翼凹槽长度为装置整体高度的三分之二，保证舵翼有充足的折叠空间。壳体顶部由四个扇形压盖密封，通过紧固螺钉固定。
如图2所示，装置内部包括X轴正向陀螺仪，X轴负向陀螺仪，Y轴正向陀螺仪，Y轴负向陀螺仪，Z轴正向陀螺仪，Z轴负向陀螺仪，三轴加速度传感器1，三轴加速度传感器2，三轴磁强计，接插件，定位工装，底层印制板，X轴向陀螺仪印制板，Y轴向陀螺仪印制板，Z轴向陀螺仪印制板，加速度传感器印制板。其中X轴正向陀螺仪和X轴负向陀螺仪分别焊接在X轴向陀螺仪印制板上，Y轴正向陀螺仪和Y轴负向陀螺仪分别焊接在Y轴向陀螺仪印制板上，X轴向陀螺仪印制板与Y轴向陀螺仪印制板为T型印制板，相互垂直装配，且通过焊接和胶粘的方式分别垂直固定在顶层X轴向扇形印制板和顶层Y轴向扇形印制板上，Z轴正向陀螺仪和Z轴负向陀螺仪分别焊接在Z轴向陀螺仪印制板上(第三层印制板)，且与X轴向陀螺仪和Y轴向陀螺仪轴向俩俩正交，三轴加速度传感器1和三轴加速度传感器2焊接在第二层印制板上，三轴磁强计焊接在底层印制板上，上下层的印制板通过接插件实现导通连接，最终与底层印制板相连接，每层印制板通过自身的定位孔和定位工装固定在底层印制板上。
如图3所示，部分定位工装与印制板装配示意图，每层的印制板都通过定位工装固定，每层印制板通过接插件实现彼此之间的导通。从整体上看，其内部结构装配工艺简化，层叠结构突出。
如图4所示，X轴向陀螺仪印制板与Y轴向陀螺仪印制板为T型印制板，相互垂直装配，该印制板底部有一排焊接铜孔可焊接在顶层扇形印制板上。另外，板子之间还采用胶粘的方式来进一步保证其牢固性。
如图5所示，顶层印制板近似扇形结构，印制板外侧留有陀螺仪印制板固定槽，两端配有定位孔，该结构的设计保证了其X轴向陀螺仪印制板与Y轴向陀螺仪印制板的固定强度，其装配结构对称，保证了与外部结构相匹配。
本发明装置装配完成后进行标定和误差补偿，然后对装置内部进行密封和灌胶处理，保证该装置内部结构的稳定性和抗冲击能力，最后对装置再次进行复测标定和误差补偿，进一步提高惯性测量装置的测量精度，保证弹体在飞行过程中的高精度姿态解算。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种中空微型惯性测量装置，其特征在于：外部包括壳体(1)，扇形压盖(2)，紧固螺钉(3)；内部包括X轴正向陀螺仪(4)，X轴负向陀螺仪(5)，Y轴正向陀螺仪(6)，Y轴负向陀螺仪(7)，Z轴正向陀螺仪(8)，Z轴负向陀螺仪(9)，三轴加速度传感器1(10)，三轴加速度传感器2(11)，三轴磁强计(12)，接插件(13)，定位工装(14)，底层印制板(15)，X轴向陀螺仪印制板(16)，Y轴向陀螺仪印制板(17)，Z轴向陀螺仪印制板(18)，加速度传感器印制板(19)；其中X轴正向陀螺仪(4)和X轴负向陀螺仪(5)分别焊接在X轴向陀螺仪印制板(16)上，Y轴正向陀螺仪(6)和Y轴负向陀螺仪(7)分别焊接在Y轴向陀螺仪印制板(17)上，X轴向陀螺仪印制板(16)与Y轴向陀螺仪印制板(17)为T型印制板，相互垂直装配，且通过焊接和胶粘的方式分别垂直固定在顶层X轴向扇形印制板(20)和顶层Y轴向扇形印制板(21)上，Z轴正向陀螺仪(8)和Z轴负向陀螺仪(9)分别焊接在Z轴向陀螺仪印制板(18)上，且与X轴向陀螺仪和Y轴向陀螺仪俩俩正交，三轴加速度传感器1(10)和三轴加速度传感器2(11)焊接在第二层印制板(19)上，三轴磁强计(12)焊接在底层印制板(15)上，上下层的印制板通过接插件(13)实现导通连接，最终与底层印制板(15)相连接，每层印制板通过自身的定位孔和定位工装(14)固定在底层印制板(15)上。各模块装配完成后，需对该惯性测量装置进行标定和误差补偿实验，最后对装置内部进行密封和灌胶处理。
2.根据权利要求1所述的一种中空微型惯性测量装置，其特征在于：所述的壳体(1)为中空圆柱形，每间隔90度开有4毫米厚的舵翼凹槽，舵翼凹槽长度为装置整体高度的三分之二，保证舵翼有充足的折叠空间。
3.根据权利要求1所述的一种中空微型惯性测量装置，其特征在于：内部印制板每个轴向有两个陀螺仪，每个轴向的两个陀螺仪轴向相反，所测量得到的角速度信息需进行差分运算，然后再进行姿态解算。
4.根据权利要求1所述的一种中空微型惯性测量装置，其特征在于：X轴向陀螺仪印制板(16)与Y轴向陀螺仪印制板(17)为T型印制板，相互垂直装配，且通过焊接和胶粘的方式垂直固定在顶层扇形印制板(20)和顶层扇形印制板(21)上。
5.根据权利要求1所述的一种中空微型惯性测量装置，其特征在于：内部印制板有四层平行印制板，且四层印制板均通过接插件(13)实现导通连接，不存在装配后焊线问题，且最终与底层印制板(15)实现导通与固定。
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