CN110425250A - 用于mems惯性仪表系统的一体化减振结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于MEMS惯性仪表系统的一体化减振结构，能够解决现有技术中用于MEMS惯性仪表系统的减振结构所存在的技术问题。该MEMS惯性仪表系统包括MEMS惯性仪表和配套的印制电路板，MEMS惯性仪表设置在印制电路板上，该一体化减振结构包括：连接组件和一体化减振器，连接组件套设在MEMS惯性仪表的外侧，用于将一体化减振器与MEMS惯性仪表连接，连接组件沿着MEMS惯性仪表的周向具有环形空腔；一体化减振器用于MEMS惯性仪表系统的减振，其包括多个形状相同的减振元件，多个减振元件沿着环形空腔的周向间隔设置在空腔内，多个减振元件呈中心对称且采用相同弹性材料制成，其中，多个减振元件通过一体成型方式设置在空腔内。

Description

用于MEMS惯性仪表系统的一体化减振结构

技术领域

本发明涉及减振技术领域，尤其涉及一种用于MEMS惯性仪表系统的一体化减振结构。

背景技术

MEMS惯性仪表是以微电子和微机械工艺为基础制造的新型惯性仪表，主要包括MEMS陀螺和MEMS加速度计，具有体积重量功耗小、集成度高、抗恶劣环境、成本低等优点，可广泛应用于短时自主导航和姿态稳定控制等领域。

MEMS惯性仪表一般由表头和测控电路组成，一种常见的表头封装形式为LCC陶瓷管壳封装，实际使用中，通常采用表贴的方式将陶瓷管壳焊接在对应的印制电路板上，并通过螺钉将印制电路板与壳体进行固连。由于采用刚性互连，受机械安装应力以及外界振动冲击等影响，容易导致仪表的性能恶化，如零位输出跳变和噪声增大等。

为对外界振动、冲击输入进行衰减，通常需要对仪表进行力学防护，目前常见的用于MEMS惯性仪表减振的结构如图1所示，包括四个分立式圆柱形减振器13、套筒14和螺钉15等，其中四个分立式圆柱形减振器分别位于印制电路板12的四角，利用橡胶材料的弹性和阻尼特性对外界振动、冲击进行抑制和过滤。然而，此类减振方式存在以下不足。

(1)由于被减振对象(包括MEMS惯性仪表11和印制电路板12)的质心16位于印制电路板的一侧，减振器的支撑中心17位于减振器的中心平面内，二者难以重合，如图2所示，容易引起振动的耦合，引起仪表输出误差。

(2)为确保减振性能，保证对称性，需严格控制四个减振器自身及其安装的一致性和均匀性，这对后道的微组装工艺提出了较高的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种用于MEMS惯性仪表的一体化减振结构，能够解决现有技术中用于MEMS惯性仪表系统的减振结构所存在的技术问题。

本发明技术解决方案如下：

本发明提供了一种用于MEMS惯性仪表系统的一体化减振结构，该MEMS惯性仪表系统包括MEMS惯性仪表和配套的印制电路板，MEMS惯性仪表设置在印制电路板上，该一体化减振结构包括：连接组件和一体化减振器，连接组件套设在MEMS惯性仪表的外侧，用于将一体化减振器与MEMS惯性仪表连接，连接组件沿着MEMS惯性仪表的周向具有环形空腔；一体化减振器用于MEMS惯性仪表系统的减振，其包括多个形状相同的减振元件，多个减振元件沿着环形空腔的周向间隔设置在空腔内，多个减振元件呈中心对称且采用相同弹性材料制成，其中，多个减振元件通过一体成型方式设置在空腔内。

进一步地，减振元件的高度设置为：该高度使得减振器的支撑中心与MEMS惯性仪表系统的质心重合。

进一步地，通过注塑或金属模压方式将弹性材料一体成型在空腔内以得到多个形状相同的减振元件。

进一步地，减振元件采用橡胶制成，橡胶通过注塑或金属模压方式填充在空腔内且经高温硫化成型得到多个形状相同的减振元件。

进一步地，橡胶为硅橡胶。

进一步地，一体化减振器包括四个减振元件。

进一步地，连接组件包括内支架和外法兰，内支架套设在MEMS惯性仪表的外侧，内支架外侧面具有多个呈中心对称的圆弧面，多个圆弧面位于同一圆周上；外法兰套设在内支架外侧，并与外部安装台体固定连接，外法兰和内支架之间形成环形空腔，外法兰内侧为圆柱面，多个减振元件分别一一对应设置在多个圆弧面和圆柱面之间。

进一步地，MEMS惯性仪表包括表头和测控电路，表头采用LCC封装体封装，内支架套设贴合在LCC封装体外侧。

进一步地，内支架通过螺接或胶结的方式与LCC封装体连接。

进一步地，内支架材质包括可伐合金材料，和/或外法兰材质包括铝合金或不锈钢材料。

应用上述技术方案，提供了一种用于MEMS惯性仪表系统的一体化减振结构，通过设置一体化减震器，将多个减振元件通过一体成型方式设置在空腔内，相比传统的分立式减振，不仅能够有效隔离和衰减外界振动、冲击等力学输入，降低机械应力、防护芯片，更重要是的保证了多个减振元件自身及其安装的一致性和均匀性，大大简化后组的微组装工艺，且为减振器的支撑中心和被减振对象的质心重合提供保障。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了现有技术中一种MEMS惯性仪表分立式减振示意图；

图2示出了现有技术中一种MEMS惯性仪表分立式减振质心与支撑中心位置示意图；

图3示出了根据本发明实施例提供的一种用于MEMS惯性仪表系统的一体化减振结构的结构示意图；

图4示出了根据本发明实施例提供的一种用于MEMS惯性仪表系统的一体化减振结构的截面图；

图5示出了根据本发明实施例提供的一种用于MEMS惯性仪表系统的一体化减振结构中内支架结构示意图；

图6示出了根据本发明实施例提供的一种用于MEMS惯性仪表系统的一体化减振结构中外法兰的结构示意图；

图7示出了根据本发明实施例提供的MEMS惯性仪表系统一体化减振质心与支撑中心位置示意图；

其中，上述附图包括以下附图标记：

2、减振结构；21、MEMS惯性仪表，22、印制电路板；23、内支架；24、减振元件；25、外法兰；231、螺钉孔；232、胶结面；251、圆柱面；252、安装通孔；26、被减振对象质心；27、减振器的支撑中心。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

正如背景技术所涉及，目前的分立式圆柱形减振器由于需要对多个减震器单独加工，很难保证多个分立式减振器的一致性和均匀性，对加工工艺以及后道的微组装工艺均提出了较高的要求，一般很难满足需求，无法保证减振器的支撑中心和被减振对象质心重合，进而容易引起振动的耦合，引起仪表输出误差。为解决这一问题，本发明实施例提出一种用于MEMS惯性仪表系统的一体化减振结构2，具体如下：

如图1所示，根据本发明实施例提供一种用于MEMS惯性仪表系统的一体化减振结构2，该MEMS惯性仪表系统包括MEMS惯性仪表21和配套的印制电路板22，MEMS惯性仪表21设置在印制电路板22上，该一体化减振结构2包括：连接组件和一体化减振器，连接组件套设在MEMS惯性仪表21的外侧，用于将一体化减振器与MEMS惯性仪表21连接，连接组件沿着MEMS惯性仪表21的周向具有环形空腔；一体化减振器用于MEMS惯性仪表系统的减振，其包括多个形状相同的减振元件24，多个减振元件24沿着环形空腔的周向间隔设置在空腔内，多个减振元件24呈中心对称且采用相同弹性材料制成，其中，多个减振元件24通过一体成型方式设置在空腔内。

本发明实施例中，所述的多个减振元件24采用弹性材料且基于一体成型方式成型在所述空腔内，不需要单独对其进行加工，保证了多个减振元件24自身及其安装的一致性和均匀性。

本发明实施例中，本领域技术人员应当理解，所述的多个减振元件24是完全一致的，无论从材料还是结构尺寸上，本发明采用一体成型技术能够保证同时获得该多个减振元件24。

本发明实施例中，一体化成型过程中，可利用模具严格控制减振器的形貌尺寸和对称性。

本发明实施例中，为了获取期望的频率、阻尼特性，可对减振元件24的材料组成进行适当调节。

应用此种配置方式，提供一种用于MEMS惯性仪表系统的一体化减振结构2，通过设置一体化减震器，将多个减振元件24通过一体成型方式设置在空腔内，相比传统的分立式减振，不仅能够有效隔离和衰减外界振动、冲击等力学输入，降低机械应力、防护芯片，更重要是的保证了多个减振元件24自身及其安装的一致性和均匀性，大大简化后组的微组装工艺，且为减振器的支撑中心27和被减振对象质心26重合提供保障。

进一步地，如图7所示，在本发明中，为了保证减振器的支撑中心27与MEMS惯性仪表系统的质心重合，减振元件24的高度设置为：该高度使得减振器的支撑中心27与MEMS惯性仪表系统的质心重合。

应用此种配置方式，通过采用一体化成型技术设置减振元件24，根据被减振对象质心26分布，通过在一体成型过程中同时控制减振元件24的高度(多个减振元件24高度一致)，即可保证减振器的支撑中心27与MEMS惯性仪表系统的质心重合。

本发明实施例中，可通过仿真手段判断减振器的支撑中心27与MEMS惯性仪表系统的质心是否重合，进而对上述高度值作出调整。

进一步地，在本发明中，为了获取如上所述的多个减振元件24，通过注塑或金属模压方式将弹性材料一体成型在空腔内以得到多个形状相同的减振元件24。

应用此种配置方式，可利用模具严格控制减振元件24的形貌尺寸和对称性，并基于注塑或金属模压方式将弹性材料一体成型在空腔内即可得到多个形状相同的减振元件24。

本发明实施例中，上述的一体化成型技术本身为本领域公知技术，在此不再详细赘述。

进一步地，在本发明中，为了保证减振效果，上述减振元件24采用橡胶制成，橡胶通过注塑或金属模压方式填充在空腔内且经高温硫化成型得到多个形状相同的减振元件24。

应用此种配置方式，通过将减振元件24设置为橡胶材料，保证了更宽的温度适用范围(如-45℃～+85℃)，且保持良好的韧性，进而保证减振效果。

优选的，减振元件24采用硅橡胶材料成型。

进一步地，在本发明中，为了更好地保证减振元件24的均匀性和一致性，以及便于一体化成型，一体化减振器设置包括四个减振元件24。

进一步地，在本发明中，如图1-6所示，为了实现减振元件24与被减振对象的连接，连接组件包括内支架23和外法兰25，内支架23套设在MEMS惯性仪表21的外侧，内支架23外侧面具有多个呈中心对称的圆弧面，多个圆弧面位于同一圆周上；外法兰25套设在内支架23外侧，并与外部安装台体固定连接，外法兰25和内支架23之间形成环形空腔，外法兰25内侧为圆柱面251，多个减振元件24分别一一对应设置在多个圆弧面和圆柱面251之间。

本发明实施例中，通过将连接组件配置包括内支架23和外法兰25，实现了减振元件24与被减振对象的连接，其中为了加工处理且便于整个减振系统的固定，配置连接组件包括外法兰25，由于外法兰25内侧为圆柱面251，为了实现系统稳定，将内支架23外侧面设置具有多个呈中心对称的圆弧面，以便与圆柱面251配合，圆弧面与圆柱面251之间构成环形空腔，圆弧面和圆柱面251之间通过注塑等方式填充弹性材料，即完成减振元件24的成型。

本发明实施例中，如图6所示，外法兰25的外侧通过四周均匀分布的安装通孔252与外部安装台体固连。

本发明实施例中，MEMS惯性仪表21还包括表头和测控电路，表头采用LCC封装体封装，所述内支架23套设贴合在LCC封装体外侧。

本发明实施例中，内支架23整体呈框架型，且为了获取更好地耐温性能，内支架23材质包括可伐合金材料，和/或外法兰25材质包括铝合金或不锈钢材料。

在本发明中，如图5所示，为了实现内支架23与MEMS惯性仪表21的连接，内支架23通过螺接或胶结的方式与LCC封装体连接。

具体的，上述内支架23整体呈框架型，其内侧通过螺钉孔231231或者胶结面232232与陶瓷LCC封装体相连，其外侧通过均匀分布的四个圆周面233与一体化减振器相连。

综上所述，本发明实施例提供的用于MEMS惯性仪表系统的一体化减振结构2相比现有技术至少具有以下优势。

1)通过一体化设计和制造严格控制减振器形状参数，确保减振器的支撑中心和被减振对象的质心重合，能够有效降低振动的耦合，提升仪表的力学环境适应性。

2)相比传统的分立式减振，能够确保多个减振器自身及其安装的一致性和均匀性，大大简化后道的微组装工艺。

为了对本发明实施例提供的用于MEMS惯性仪表系统的一体化减振结构有更进一步了解，下面以一具体实施例进行说明：

如图3-7所示，一种用于MEMS惯性仪表的一体化减振结构2由被减振对象、内支架23、一体化减振器、外法兰25组成，其中，被减振对象主要包括MEMS惯性仪表21及配套的印制电路板22，MEMS惯性仪表21为陶瓷LCC封装，封装管壳呈正方形或长方形，通过表贴的方式固定在配套的印制电路板上22，所述陶瓷LCC封装通过固连或胶黏剂的方式与内支架23相连；其中：

内支架23整体呈框架型，其内侧通过螺钉孔231或者胶结面232与陶瓷LCC封装体相连，其外侧通过均匀分布的四个圆周面233与四个减振元件24相连，为获取更好的温度性能，内支架的材料选取热膨胀系数与陶瓷接近的材料，具体为可伐合金；

外法兰25内侧通过圆柱面251与四个减振元件24相连，其外侧通过四周均匀分布的安装通孔251与外部安装台体固连，外法兰选用铝合金或者不锈钢材料；

一体化减振器位于内支架23和外法兰25之间，沿圆周方向均匀分布，共包括四个材料相同、形状一致的减振元件24，其截面一般为四边形，为确保更宽的温度适用范围(如-45℃～+85℃)，且保持良好的韧性，减振元件24的材料选用硅橡胶材料，设计时应根据被减振对象的质心分布，严格控制一体化减振器的形状参数H，确保减振器的支撑中心27与被减振对象的质心26重合，如图7所示，同时为获取期望的频率、阻尼特性，可对减振材料组成进行适当调节；制造时，利用模具严格控制减振器的形貌尺寸和对称性，并通过注塑或金属模压等方式将弹性材料硅橡胶填充在内支架23和外法兰25之间，最后进行高温硫化成型。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，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。

Claims (10)

1.一种用于MEMS惯性仪表系统的一体化减振结构，所述MEMS惯性仪表系统包括MEMS惯性仪表和配套的印制电路板，MEMS惯性仪表设置在印制电路板上，其特征在于，所述一体化减振结构包括：连接组件和一体化减振器，所述连接组件套设在所述MEMS惯性仪表的外侧，用于将一体化减振器与所述MEMS惯性仪表连接，所述连接组件沿着所述MEMS惯性仪表的周向具有环形空腔；所述一体化减振器用于MEMS惯性仪表系统的减振，其包括多个形状相同的减振元件，多个所述减振元件沿着所述环形空腔的周向间隔设置在所述空腔内，多个所述减振元件呈中心对称且采用相同弹性材料制成，其中，多个所述减振元件通过一体成型方式设置在所述空腔内。

2.根据权利要求1所述的一种用于MEMS惯性仪表系统的一体化减振结构，其特征在于，所述减振元件的高度设置为：所述高度使得减振器的支撑中心与MEMS惯性仪表系统的质心重合。

3.根据权利要求1所述的一种用于MEMS惯性仪表系统的一体化减振结构，其特征在于，通过注塑或金属模压方式将所述弹性材料一体成型在所述空腔内以得到多个所述形状相同的减振元件。

4.根据权利要求3所述的一种用于MEMS惯性仪表系统的一体化减振结构，其特征在于，所述减振元件采用橡胶制成，所述橡胶通过注塑或金属模压方式填充在所述空腔内且经高温硫化成型得到多个所述形状相同的减振元件。

5.根据权利要求4所述的一种用于MEMS惯性仪表系统的一体化减振结构，其特征在于，所述橡胶为硅橡胶。

6.根据权利要求1-4所述的一种用于MEMS惯性仪表系统的一体化减振结构，其特征在于，所述一体化减振器包括四个减振元件。

7.根据权利要求1所述的一种用于MEMS惯性仪表系统的一体化减振结构，其特征在于，所述连接组件包括内支架和外法兰，所述内支架套设在所述MEMS惯性仪表的外侧，所述内支架外侧面具有多个呈中心对称的圆弧面，多个所述圆弧面位于同一圆周上；所述外法兰套设在所述内支架外侧，并与外部安装台体固定连接，所述外法兰和内支架之间形成所述环形空腔，所述外法兰内侧为圆柱面，多个所述减振元件分别一一对应设置在多个所述圆弧面和圆柱面之间。

8.根据权利要求7所述的一种用于MEMS惯性仪表系统的一体化减振结构，其特征在于，所述MEMS惯性仪表包括表头和测控电路，所述表头采用LCC封装体封装，所述内支架套设贴合在所述LCC封装体外侧。

9.根据权利要8所述的一种用于MEMS惯性仪表系统的一体化减振结构，其特征在于，所述内支架通过螺接或胶结的方式与LCC封装体连接。

10.根据权利要求7-9所述的一种用于MEMS惯性仪表系统的一体化减振结构，其特征在于，所述内支架材质包括可伐合金材料，和/或所述外法兰材质包括铝合金或不锈钢材料。