CN206670648U - 一种惯性测量装置及无人飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于无人机技术领域，公开了一种惯性测量装置及无人飞行器，包括外壳，安装在外壳内的传感组件和减震组件，传感组件包括集成电路板以及连接于集成电路板的惯性传感器和气压传感器；减震组件包括依次连接的第一减震垫、第一增重块、第二增重块和第二减震垫，第一增重块和第二增重块之间形成有放置集成电路板的容置腔，第一增重块上设有容纳惯性传感器的容纳腔以及容纳气压传感器且连通于外界的气压仓。通过在第一增重块上设置容纳腔和气压仓，一方面能够提供惯性传感器和气压传感器的放置空间，使整个惯性测量装置集成化程度更高，另一方面能够减少外界因素对惯性传感器和气压传感器的测量干扰，提高了惯性测量装置测量的准确性。

Description

一种惯性测量装置及无人飞行器

技术领域

本实用新型涉及无人机技术领域，具体涉及一种惯性测量装置及无人飞行器。

背景技术

惯性测量装置是无人飞行器控制系统中的核心模块，通过对惯性传感器和气压传感器所测得的数据进行分析，可以获得无人飞行器的姿态信息及位置信息，从而实现完全自我导航。

在无人机飞行器领域，惯性测量装置运行中面临的主要力学环境是无人机剧烈的随机震动，震动不仅会使惯性测量装置测量时输出信号噪声较大，造成数据失真，降低测量准确性，而且容易引起电子元器件损坏。

另外，在无人飞行器飞行过程中，由于机动速度高，高度落差大，飞行环境中的高速杂乱气流对设于惯性测量装置内的气压传感器造成干扰，容易导致气压传感器的测量数据产生波动乃至严重偏差。

虽然现有技术中针对上述问题对惯性测量装置进行了大量改进，但是仍然存在以下问题：(1)现有惯性测量装置的体积、重量依旧较大，而且集成度不高，难以既保证惯性测量装置整体重量小，又保证结构的强度和刚度满足实际需要；(2)仅仅通过对设有惯性传感器的集成电路板进行位移的限定，来减小震动频率对惯性传感器的影响，减震效果不佳，难以保证飞行器稳定可靠运行。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种惯性测量装置及无人飞行器，以解决现有惯性测量装置存在的集成度不高、减震效果不佳以及测量易受影响的问题。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种惯性测量装置，包括外壳、安装在外壳内的传感组件和减震组件，

所述传感组件包括集成电路板以及连接于集成电路板的惯性传感器和气压传感器；

所述减震组件包括由上到下依次连接的第一减震垫、第一增重块、第二增重块和第二减震垫，所述第一增重块和第二增重块之间形成有放置集成电路板的容置腔，所述第一增重块上设有容纳惯性传感器的容纳腔以及容纳所述气压传感器且连通于外界的气压仓。

通过依次设置的第一减震垫、第一增重块、第二增重块和第二减震垫，能够减小震动，将集成电路板放置在第一增重块和第二增重块形成的容置腔内，并将惯性传感器放置在容纳腔内，将气压传感器放置在气压仓内，能够减少震动对惯性传感器的影响以及高速杂乱气流对气压传感器的干扰，提高两者的测量精度。

作为优选，所述第一增重块顶面上设有呈封闭结构且与外界连通的气流通道，所述第一增重块上设有连通所述气流通道和气压仓的静压孔。

通过静压孔和气流通道的设置，能够更加快速的使气压仓内部气压与外部气压保持一致，有效缓冲隔离震动，同时缓冲了高速杂乱气流，提高了气压传感器测量的稳定性。

作为优选，所述气流通道包括T形通道、对称的连通于T形通道的内围通道，每个内围通道均连通有外围通道，所述外围通道设有进气口，两个外围通道之间相互连通，所述静压孔对称连通在T形通道的两侧。

作为优选，所述T形通道包括横向通道以及连通于横向通道中间位置处的竖向通道，所述静压孔对称的连通在横向通道的两端，所述内围通道对称的连通于竖向通道。

上述气流通道的结构，外界气体经上述气流通道进入气压仓，并在气压仓内形成空气对流，便于平衡内外压差，有效缓冲隔离杂乱气流，进一步降低高速杂乱气流对测量数据的影响。

作为优选，所述第一减震垫下方通过粘贴板固定在第一增重块顶面，且所述粘贴板与第一增重块之间形成呈封闭结构的气流通道；

和/或所述第二减震垫上下方分别通过粘贴板固定于所述第二增重块底面以及外壳。

通过粘贴板实现第一减震垫与第一增重块，以及第二减震垫与第二增重块和外壳的固定，进一步提高了惯性测量装置的集成化效果，而且能够进一步减少震动。

作为优选，所述外壳包括环形壳体，以及位于环形壳体上下两侧的上金属片以及下金属片，所述传感组件和减震组件置于环形壳体内并由上金属片和下金属片压紧。

作为优选，所述上金属片相对的两侧向环形壳体的方向延伸有至少一个第一插片，所述下金属片相对的两侧向环形壳体的方向延伸有至少一个第二插片，所述第一插片和第二插片均插入环形壳体内且抵持在环形壳体的内壁上。

作为优选，所述气压仓正对第二增重块的一侧连接有密封仓盖，所述密封仓盖将所述气压仓与所述容置腔隔离。

作为优选，所述容置腔内填充有导热硅脂。

通过在容置腔内填充导热硅脂，能够缓和震动，使得集成电路板上各元器件温度保持在一定范围内且受热均匀。

本实用新型还提供一种无人飞行器，包括上述的惯性测量装置。

作为优选，所述气压仓上设有密封仓盖，用于密封所述气压仓。

本实用新型的有益效果：通过上述结构设置，使得整个惯性测量装置集成化程度更高，而且能够减少外界因素对惯性传感器和气压传感器的测量干扰，提高了惯性测量装置测量的准确性。

附图说明

图1为本实用新型的惯性测量装置的爆炸结构示意图；

图2为本实用新型的惯性测量装置的整体结构示意图；

图3为本实用新型中第一集成电路板的结构示意图；

图4为本实用新型中第一增重块与第二增重块以及传感组件的配合结构示意图；

图5为本实用新型中第一增重块的结构示意图；

图6为本实用新型中第一增重块另一视角的结构示意图；

图7为本实用新型中第一增重块的爆炸结构示意图；

图8为本实用新型中气压仓上密封仓盖的结构示意图。

图中：

1、上金属片；1.1、第一卡环；1.2、第一插片；

2、第一减震垫；

3、第一增重块；3.1、容纳腔；3.2、气压仓；3.3、静压孔；3.4、外围通道；3.5、内围通道；3.6、T形通道；3.7、进气口；3.8、密封仓盖；3.9、第一连接孔；3.61、横向通道；3.62、竖向通道；3.81、盲孔；

4、第二增重块；4.1、第二连接孔；4.2、弧形面；

5、环形壳体；5.1、卡扣；5.2、缺口；

6、第二减震垫；

7、第二软排线；

8、粘贴板；

9、第二集成电路板；

10、第一集成电路板；10.1、斜边；

11、下金属片；11.1、第二卡环；11.2、第二插片；11.3、通孔。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

本实用新型提供一种惯性测量装置，如图1-8所示，该惯性测量装置包括外壳，安装在外壳内的传感组件和减震组件，其中：

如图1和图2所示，外壳包括环形壳体5，以及位于环形壳体5上下两侧的上金属片1以及下金属片11，上述传感组件和减震组件置于环形壳体5内并由下金属片11支撑。

具体的，本实施例在上金属片1和下金属片11的两侧分别延伸有卡环，在环形壳体5上相对应的位置设置卡扣5.1，通过卡扣5.1与卡环的相互扣合，将环形壳体5与上金属片1和下金属片11扣接。本实施例中，上金属片1和下金属片11的两侧中，每一侧均设置有两个卡环，相对应的，环形壳体5两侧上均设置有两个卡扣5.1。本实施例中，将上金属片1上的卡环称之为第一卡环1.1，将下金属片11上的卡环称之为第二卡环11.1。

本实施例中，在环形壳体5上设有缺口5.2，该缺口5.2与上金属片1和/或下金属片11共同形成进气通道，外界空气可通过该进气通道进入外壳内。

在上金属片1、下金属片11上与卡环相邻的两侧向环形壳体5的方向延伸有两个插片，该插片可插入环形壳体5内且抵持于环形壳体5内壁上，以避免环形壳体5发生变形，增强了其刚性，起到了加强筋的作用，同时也使得上金属片1、下金属片11与环形壳体5的连接更加紧固，进一步对环形壳体5内的减震组件和传感组件固定。本实施例中，将上金属片1上的插片称之为第一插片1.2，将下金属片11上的插片称之为第二插片11.2。

本实施例在将传感组件和减震组件放置在环形壳体5内后，通过上金属片1和下金属片11，能够将传感组件和减震组件压紧在环形壳体5内，使得整个惯性测量装置的结构更加稳定，而且将传感组件和减震组件设置在环形壳体5内，能够减少外界环境对传感组件测量的影响，同时能够对减震组件进行保护，避免减震组件外露，延长其使用寿命，使得减震组件安装更加牢固，不易脱落，提高其减震效果。

优选的，本实施例在下金属片11表面开设有四个通孔11.3(图1所示)，四个通孔11.3顺次连接为四边形。在将整个惯性测量装置安装于控制装置(图中未示出)的外壳内(图中未示出)时，控制装置的外壳内底面设有两个凸台(图中未示出)，两个凸台的位置对应于四个通孔11.3中其中两个呈对角的通孔11.3，通过将凸台置于两个通孔11.3内，能够使得惯性测量装置被定位，避免安装于外壳内的惯性测量装置发生晃动现象。

本实施例通过将减震组件以及传感组件整体固定于环形壳体5内，且通过上金属片1和下金属片11固定，能够降低上述减震组件以及传感组件的部件的相互移动，增强整个惯性测量装置的刚性，减少震动。

可参照图3和图4，上述传感组件包括集成电路板以及连接于集成电路板的惯性传感器(图中未示出)和气压传感器(图中未示出)，具体的，上述集成电路板包括第一集成电路板10和第二集成电路板9，第一集成电路板10和第二集成电路板9之间通过第一软排线(图中未示出)连接，上述第一集成电路板10上设置有惯性传感器以及第二软排线7，该惯性传感器包括陀螺仪和加速计。该惯性传感器的信号通过软排线传送至其他设备系统中，能够提高测量数据可靠性、有效性、稳定性和准确性。第二软排线7用于与无人飞行器的飞控主电路板连接。在第二集成电路板9上设置有气压传感器。

如图1所示，上述减震组件包括由上到下依次连接且均放置在环形壳体5内的第一减震垫2、第一增重块3、第二增重块4和第二减震垫6，上述外壳的上金属片1压紧在第一减震垫2上，下金属片11压紧在第二减震垫6下方，通过上金属片1和下金属片11的作用，能够使得第一减震垫2、第一增重块3、第二增重块4和第二减震垫6被紧压在环形壳体5内，使得第一减震垫2、第一增重块3、第二增重块4和第二减震垫6的位置更加稳固。

上述第一减震垫2中部开设有底部不通的开槽，第一减震垫2通过底部的粘贴板8固定在第一增重块3顶面上，第一减震垫2上侧通过粘贴板8粘贴在上金属片1的底面上。上述第一减震垫2底部的粘贴板8不开槽，第一减震垫2上侧粘贴板8可根据需要在中部开槽，也可以不开槽，上述第二软排线7可置于第一减震垫2的开槽内，进一步节省空间。

上述第二减震垫6的形状大致为中空的矩形板状，中部开设有通孔，该通孔能够进一步增加第二减震垫6的减震效果，在第二减震垫6的上下两侧分别通过粘贴板8粘接在第二增重块4底面以及下金属片11顶面，其中粘贴板8的中部开设有与通孔大小一致的对应通孔。通孔的形状可以为方形、圆形、椭圆形或其它规则形状。

通过上述粘贴板8进行固定的方式，能够减少固定各个部件连接所需的时间和成本，而且进一步提高了惯性测量装置的集成化程度，减小了震动。

本实施例中，上述第一减震垫2与第二减震垫6均采用疏松多孔透气缓冲材料制成，能够避免风速过大形成局部湍流，能够缓冲隔离震动、降低共震频率、缓冲高速杂乱气流。本实施例中，上述第一减震垫2与第二减震垫均采用减震棉制成，其具有非常好的弹性性能，能够达到以下有益效果：通过设置第一减震垫2与第二减震垫6，无人飞行器对传感组件造成的震动能够迅速衰减，当无人飞行器产生50HZ以上的频率时，使用第一减震垫2与第二减震垫6后传感组件受到的震动衰减至未使用第一减震垫2与第二减震垫6时的震动的30％以下，极大减小无人飞行器的工作震动频率对传感组件的影响，提高传感之间测量的稳定性。

可参照图5，在第一增重块3和第二增重块4之间内部形成有放置集成电路板的容置腔(图中未示出)，集成电路板的第一集成电路板10置于第二增重块4内，在第一增重块3上设有容纳腔3.1以及气压仓3.2，上述容纳腔3.1设置有两个，分别用于容纳惯性传感器的陀螺仪和加速计，上述气压仓3.2连通于外界，用于容纳第二集成电路板9以及其上的气压传感器。通过上述容置腔、容纳腔3.1以及气压仓3.2，一方面通过第一增重块3和第二增重块4两者自身的空间放置传感组件，节省了原有所需的放置传感组件的额外空间，提高了整个惯性测量装置的集成化程度，另一方面能够减少震动对惯性传感器的影响以及高速杂乱气流对气压传感器的干扰，提高两者的测量精度。

本实施例中，上述第一增重块3和第二增重块4皆为矩形块，能够减少第一增重块3和第二增重块4的安装空间。上述第一增重块3和第二增重块4的材质为密度较大的金属材料，其具有足够大的重量，进而能够使得其内的传感组件的震动减小。在第二增重块4上开设有矩形槽，该矩形槽用于放置第一集成电路板10，通过该矩形槽的开设，一方面能够节省空间，另一方面能够有利于第一集成电路板10快速均匀地散热，有效避免出现局面热量过大而导致的短路等现象，延长了第一集成电路板10上元器件的使用寿命。

本实施例中，由于第一增重块3上仅开设容纳腔3.1以及气压仓3.2，因此第一增重块3的重量大于第二增重块4的重量，进而在使用时，能够减小震动频率，使得其内的传感组件处于稳定的环境内。

可参照图7，在气压仓3.2上安装有密封仓盖3.8，该密封仓盖3.8与气压仓3.2通过连接件固定，用于将气压仓3.2密封。具体的是在密封仓盖3.8上设置四个通孔，在第一增重块3的气压仓3.2内相对应的位置设置螺纹孔，随后通过连接件将密封仓盖3.8连接到气压仓3.2上，本实施例中，上述连接件为螺丝。

进一步地，参照图8，所述密封仓盖3.8上设有两个带有内螺纹的盲孔3.81。在拆卸密封仓盖3.8时，将带有外螺纹的螺丝拧紧带有内螺纹的盲孔3.81内，之后通过螺丝将密封仓盖3.8向外拉，即可将密封仓盖3.8拆卸下来，操作简单方便。

本实施例中，在第一增重块3与第二增重块4所形成的容置腔内填充有导热硅脂。该导热硅脂的填充，能够缓和震动，使得第一集成电路板10上各元器件温度保持在一定范围内且受热均匀。而且能避免元器件自身发生震动。同时填充导热硅脂，能够使集成电路板上各元器件成为一体并在同一个频率上震动，进一步降低缓和震动。

而且在本实施例中，由于导热硅脂存在影响气压仓3.2内气压的可能性，因此将气压仓3.2设置在第一增重块3上，且通过密封仓盖3.8密封，使得气压仓3.2与第一增重块3和第二增重块4之间形成的容置腔相隔离，其能够避免导热硅脂影响气压仓3.2内的气压，进而提高了位于气压仓3.2内的气压传感器测量结果的准确性。

本实施例中，可参照图6，在第一增重块3顶面上设有呈封闭结构且与外界连通的气流通道，具体的是在第一增重块3顶面开设凹槽，并通过上述粘贴板8粘贴在顶面上，与凹槽形成封闭结构的气流通道，在第一增重块3上设有连通气流通道和气压仓3.2的静压孔3.3，通过该静压孔3.3与气流通道的设置，使气压仓3.2内部气压与外部气压保持一致，有效缓冲隔离震动，同时缓冲了高速杂乱气流。可以理解的是，上述气流通道并非仅限于通过粘贴板8和凹槽的方式构成，也可以在第一增重块3内直接开设，或者其他设置在方式，只要能够满足与气压仓3.2以及外界连通即可。

本实施例中，上述气流通道包括T形通道3.6，该T形通道3.6包括横向通道3.61以及连通于横向通道3.61中间位置处的竖向通道3.62，静压孔3.3对称的连通在横向通道3.61的两端。在竖向通道3.62两侧对称连通有内围通道3.5，每个内围通道3.5连通有外围通道3.4，两个外围通道3.4相互连通，且每个外围通道3.4均连通有进气口3.7，外界空气可通过进气口3.7进入气流通道，并通过静压孔3.3进入气压仓3.2。本实施例中，上述对称设置的内围通道3.5和外围通道3.4均构成了门形结构。

外界高速杂乱气流分别经进气口3.7进入并分成两股气流进入到外围通道3.4内，其中一股分流与另一进气口3.7进入的分流通过两个外围通道3.4的连通处相抵，另一股分流通过外围通道3.4进入到内围通道3.5内，进入内围通道3.5内的分流在经过T形通道3.6时再次形成分流，部分直接通过横向通道3.61上的静压孔3.3进入到气压仓3.2内，另一部分流向竖向通道3.62，到达竖向通道3.62底部后返回并通过静压孔3.3流入气压仓3.2。

本实施例的上述外围通道3.4、内围通道3.5、T形通道3.6以及两个进气口3.7可以看作是共同形成两个对称的进流通道，两个对称的进流通道能够使气压仓3.2内形成空气对流，进而便于平衡内外压差，有效缓冲隔离杂乱气流，避免现有的单个进流通道产生的局部高速低压环境，每个进流通道由外围通道3.4、内围通道3.5以及T形通道3.6形成弯折形，进一步缓冲高速杂乱气流，避免高速杂乱气流对测量数据的影响。

进一步地，可参照图4和图5，上述第一增重块3以及第二增重块4的四角处分别设有凸台，各凸台上分别设有连接孔，第一增重块3和第二增重块4之间通过设于连接孔内的连接件固定。具体的，将第一增重块3上的连接孔称之为第一连接孔3.9，该第一连接孔3.9可以为通孔，将第二增重块4上的连接孔称之为第二连接孔4.1，该第二连接孔4.1可以为螺纹孔，连接件可以对应为螺丝。

进一步地，本实施例的上述第一集成电路板10呈四边形，四个角切为斜边10.1，对应地，第二增重块4四角处的凸台向内凸出形成具有弧度的弧形面4.2，该弧形面4.2与第一集成电路板10四角处的斜边10.1相切(图3所示)。该结构使得第一集成电路板10固定更加牢固，有效地起到限位固定作用，避免在使用过程中发生松动现象，方便装配，提高了惯性传感器的测量精度。

本实施例通过上述结构设置，使得整个惯性测量装置集成化程度更高，而且能够减少外界因素对惯性传感器和气压传感器的测量干扰，提高了惯性测量装置测量的准确性。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种惯性测量装置，包括外壳、安装在外壳内的传感组件和减震组件，其特征在于，

所述传感组件包括集成电路板以及连接于集成电路板的惯性传感器和气压传感器；

所述减震组件包括由上到下依次连接的第一减震垫(2)、第一增重块(3)、第二增重块(4)和第二减震垫(6)，所述第一增重块(3)和第二增重块(4)之间形成有放置集成电路板的容置腔，所述第一增重块(3)上设有容纳惯性传感器的容纳腔(3.1)以及容纳所述气压传感器且连通于外界的气压仓(3.2)。

2.根据权利要求1所述的惯性测量装置，其特征在于，所述第一增重块(3)顶面上设有呈封闭结构且与外界连通的气流通道，所述第一增重块(3)上设有连通所述气流通道和气压仓(3.2)的静压孔(3.3)。

3.根据权利要求2所述的惯性测量装置，其特征在于，所述气流通道包括T形通道(3.6)、对称的连通于T形通道(3.6)的内围通道(3.5)，每个内围通道(3.5)均连通有外围通道(3.4)，所述外围通道(3.4)设有进气口(3.7)，两个外围通道(3.4)之间相互连通，所述静压孔(3.3)为两个，对称连通在T形通道(3.6)的两侧。

4.根据权利要求3所述的惯性测量装置，其特征在于，所述T形通道(3.6)包括横向通道(3.61)以及连通于横向通道(3.61)中间位置处的竖向通道(3.62)，两个所述静压孔(3.3)对称的连通在横向通道(3.61)的两端，所述内围通道(3.5)对称的连通于竖向通道(3.62)。

5.根据权利要求2-4任一所述的惯性测量装置，其特征在于，所述第一减震垫(2)下方通过粘贴板(8)固定在第一增重块(3)顶面，且所述粘贴板(8)与第一增重块(3)之间形成呈封闭结构的气流通道；

和/或所述第二减震垫(6)上下方分别通过粘贴板(8)固定于所述第二增重块(4)底面以及外壳。

6.根据权利要求1所述的惯性测量装置，其特征在于，所述外壳包括环形壳体(5)，以及位于环形壳体(5)上下两侧的上金属片(1)以及下金属片(11)，所述传感组件和减震组件置于环形壳体(5)内并由上金属片(1)和下金属片(11)压紧。

7.根据权利要求6所述的惯性测量装置，其特征在于，所述上金属片(1)相对的两侧向环形壳体(5)的方向延伸有至少一个第一插片(1.2)，所述下金属片(11)相对的两侧向环形壳体(5)的方向延伸有至少一个第二插片(11.2)，所述第一插片(1.2)和第二插片(11.2)均插入环形壳体(5)内且抵持在环形壳体(5)的内壁上。

8.根据权利要求1所述的惯性测量装置，其特征在于，所述气压仓(3.2)正对第二增重块(4)的一侧连接有密封仓盖(3.8)，所述密封仓盖(3.8)将所述气压仓(3.2)与所述容置腔隔离。

9.根据权利要求8所述的惯性测量装置，其特征在于，所述容置腔内填充有导热硅脂。

10.一种无人飞行器，其特征在于，包括权利要求1-9任一所述的惯性测量装置。