CN112912692A - 对热机械应变敏感度降低的惯性测量单元 - Google Patents

Abstract

测量单元，包括至少两个元件，即框架和惯性传感器，第一元件设置有具有表面的垫，在基本上正交于该表面的力的施加下，在该表面上施加第二元件的承载表面，该力由至少一个夹紧元件施加，垫具有如下设计的尺寸和几何形状：‑在测量单元的操作温度范围内产生的热机械应力的作用下，使垫变形，从而防止表面在所述约束的影响下相对于彼此滑动，‑通过提供与传感器的操作兼容的有限的振动传递，将惯性传感器保持就位。

Description

对热机械应变敏感度降低的惯性测量单元

技术领域

本发明涉及测量领域，并且更具体地涉及惯性测量领域。

背景技术

惯性测量单元通常包括一般地被称为惯性传感器块或ISB的块，惯性传感器安装在该块上。惯性传感器通常包括三个线性传感器或加速度计，以及三个角度传感器，比如回转仪(gyroscopes)或航向指示仪(gyromètres)。惯性传感器相对于测量参考框架的三个轴线布置成使得：

-线性传感器沿着这三个轴线的每个检测块所经受的运动的分量，并且

-角度传感器检测块围绕这三个轴线的每个的旋转。

通常，每个惯性传感器包括承载感测元件的板或基材。该板设有基材，用于形成用于承载抵靠块的相应表面的平面承载表面，并且具有垂直于基材延伸的孔，以便带有间隙地接纳接合在块中的螺钉。螺钉的紧固力在它们的每一个中产生张力，使得每个螺钉在板上施加正交于基材的力，从而将基材压靠块的相应表面。因此，板相对于平行于基材的块的固定性取决于：

-每个螺钉的张力，以及

-基材和块之间的摩擦系数。

板和块由不同材料制成并不少见。这些材料可以具有不同的热膨胀系数。当惯性测量单元经受温度变化时，这些变化会产生不同材料的差异膨胀，因此会产生热机械应力，这些应力会通过板到块的紧固而吸收，并且这对惯性传感器的性能产生影响。

已知对温度变化对惯性测量单元性能的影响进行建模，并由该模型推导出校正或补偿参数，从而能够使惯性测量单元的性能保持在可接受的水平，其在惯性测量单元的将来使用期间期望的温度范围内。

但是，如果热机械应力较大，可能会引起板相对于块滑动的风险：这导致机械应力的变化，其很难预测，并且不以恒定和重复的方式发生。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于限制温度对测量单元的性能的影响的装置。

为此，本发明提供了根据权利要求1的测量单元。

因此，热机械应力引起柱(plots)的变形而没有在承载表面之间的滑动。幸好，这种变形是可重复的(即，对于给定的热机械应力，总会具有相同的变形)并且更易于模制。

本发明的其它特征和优点将在阅读以下对本发明的具体、非限制性实施例的说明时显现。

附图说明

参考附图，附图中：

-图1是本发明的惯性测量单元的示意性立体图；

-图2是示出用于在该惯性测量单元中定位传感器的原理的示意图；

-图3是该惯性测量单元的块的第一实施例的立体图；

-图4是在图3的平面IV的截面中的所述单元的局部示意图；

-图5是在图3的平面V的截面中的所述单元的局部示意图；并且

-图6是该惯性测量单元的块的第二实施例的立体图。

具体实施方式

参考附图，本发明的惯性测量单元包括多个元件，即块1和惯性传感器。惯性传感器包括三个线性传感器、通常称为2x、2y、2z，它们是加速度计；以及三个角度传感器、通常称为3x、3y、3z，在该示例中它们是航向指示仪。惯性传感器2x、2y、2z、3x、3y、3z相对于测量参考框架R的三个轴线x、y、z布置成使得：

-线性传感器2x、2y、2z沿着这三个轴线的每个检测块1所经受的运动的分量，并且

-角度传感器3x、3y、3z检测块围绕这三个轴线的每个的旋转。

每个线性传感器2x、2y、2z包括板21(或基材)，其承载用于感测加速度的感测部件22。在该示例中，板21由金属制成，并且更具体地由钢或铁镍合金制成。板21具有承载表面或基板23，其设有垂直于基板23的轴线的孔24。每个孔是通孔，用于接纳用于将板21紧固到块1的螺钉40。

每个角度传感器3x、3y、3z包括板31(或基材)，该板31承载用于感测角旋转的感测部件32。在该示例中，感测部件32包括振动谐振器。在该示例中，板31由陶瓷制成。板31具有承载表面或基板33，其设有垂直于基板33的轴线的孔34。每个孔是通孔，用于接纳用于将板31紧固到块1的螺钉40。

在该示例中，块1基本上呈立方体的形状，该立方体具有六个面(在该示例中仅可见面1.1、1.2、1.3)，每个面具有惯性传感器2x、2y、2z、3x、3y、3z中的相应一个并且紧固到其上。在该示例中，块1是由金属并且更具体地由钢制成的单件。

柱10从块1的每个面突出，每个柱具有终端表面11，惯性传感器2x、2y、2z、3x、3y、3z中的一个的板21、31的基板23、33施加抵靠终端表面11。每个柱10设有螺纹孔12，该螺纹孔12的轴线垂直于其终端表面11，以接纳螺钉40中的一个的带螺纹的端部。

应当理解，每个螺钉40构成夹紧元件，夹紧元件通过紧固它的扭矩而被置于张力下，以便在板21、31上施加正交于基板23、33的力，从而将基板23、33压靠螺钉接合在其中的柱10的终端表面11。

柱10的尺寸和形状适合于：

-在测量单元的操作温度范围内产生的热机械应力的作用下，允许柱10变形，以便避免基板23、33在该应力的作用下相对于终端表面11的任何滑动，

-在确保振动的任何传递被限制并且与惯性传感器2x、2y、2z、3x、3y、3z兼容的同时，将惯性传感器保持就位。

更具体地参考图3，块1的每个面上的柱10呈现长方形和弯曲形状的横截面。在该示例中，柱10的曲率基本上对中在所讨论的面的几何中心上，并且柱10围绕该中心对称地布置。

作为示例，每个柱的尺寸如下：

-高度为3mm；

-宽度为6mm；

-长度为10mm。

更具体地参考图6，柱10具有形状为圆形的横截面。块1的每个面的柱10相对于所讨论的面的中心对称地布置。

作为示例，每个柱的尺寸如下：

-高度为3mm；

-直径为6mm。

当然，本发明不限于所描述的实施例，而是相反地涵盖落入由权利要求限定的本发明范围内的任何变型。

安装在块上的惯性传感器的数量和类型可能与说明书不同。

惯性传感器可以可选地包括至少一个线性传感器和至少一个角度传感器。

角度传感器可以是适合于旨在应用的任何结构。角度传感器可以包括振动谐振器(钟形或梁形的)或它们可以根据另一些原理(例如，激光陀螺仪)操作。

角度传感器可以是回转仪(gyroscopes)或航向指示仪(gyromètres)。

惯性传感器可以以传统的方式制成(或宏观机械的)或它们可以呈微机电系统(或MEMS)的形式。

块1可以是借助任何方式、特别是通过螺栓连接、焊接……紧固在一起的单个或多个部分。

块1可以由与所描述的材料不同的材料制成，并且例如它可以由铝制成。

柱可以是板的部分，而不是块1的部分。

柱可以是圆形、椭圆形或多边形截面的圆柱形。柱沿其整个高度可以可选地具有恒定的横截面。作为示例，如果截面是不恒定的，则每个柱可以具有基部，基部的截面大于柱的自由端的截面。

尽管本发明对于惯性测量单元特别有用和有效，但是可以设想其中传感器不是惯性传感器的测量单元的其它应用。

Claims (9)

1.一种测量单元，包括至少两个元件，即块和传感器，第一元件设置有各自具有表面的柱，在基本上正交于所述表面的力下，抵靠所述表面施加第二元件的承载表面，所述力由至少一个夹紧元件施加，所述柱的尺寸和形状适于：

-在测量单元的操作温度范围中发生的热机械应力的作用下允许柱变形，从而防止所述表面在该应力的影响下相对于彼此的任何滑动，

-在确保振动的任何传递被限制并且与所述传感器的操作兼容的同时，将所述传感器保持就位。

2.根据权利要求1所述的单元，其特征在于，所述传感器是惯性传感器。

3.根据权利要求1所述的单元，其特征在于，包括安装在所述块上的多个惯性传感器。

4.根据权利要求3所述的单元，其特征在于，所述惯性传感器包括至少一个线性传感器和至少一个角度传感器。

5.根据权利要求4所述的单元，其特征在于，所述角度传感器包括振动谐振器。

6.根据权利要求4或权利要求5所述的单元，其特征在于，所述线性传感器和所述角度传感器由不同的材料制成，并且所述块是由单一材料制成的部分。

7.根据任一前述权利要求所述的单元，其特征在于，所述柱是所述块的部分。

8.根据任一前述权利要求所述的单元，其特征在于，所述柱具有长方形和弯曲形状的横截面。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的单元，其特征在于，所述柱具有圆形形状的横截面。

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