CN212030559U - 一种mems惯性测量单元 - Google Patents

Abstract

一种MEMS惯性测量单元，属于传感器技术领域，其特征在于：包括一壳体；所述壳体顶部设置有可拆卸的上盖；所述上盖下设置有电源模块；所述壳体内的底壁上固定设置有采集处理模块；所述采集处理模块上固定设置有Z向陀螺仪和三轴加速度计；所述壳体的相邻的两侧壁上分别设置有X向陀螺仪和Y向陀螺仪；所述X向陀螺仪、Y向陀螺仪和采集处理模块均与电源模块相电连接。将陀螺仪设置于侧壁上，充分利用壳体的内部空间，达到使MIMU体积尽可能小的目的，也减小了产品结构件的加工难度；陀螺仪、加速度计、温度信号输出及陀螺仪零位实时更新通过串口进行命令交互与数据传输，实现任意时刻对MEMS陀螺仪零位进行实时修正，使其零位时变漂移得到抑制。

Description

一种MEMS惯性测量单元

技术领域

本实用新型属于传感器技术领域，尤其涉及一种MEMS惯性测量单元。

背景技术

MEMS惯性测量单元属于捷联式惯导系统，该系统由三轴MEMS加速度计与三轴MEMS陀螺仪组成，加速度计用来感受载体相对于地垂线的加速度分量，角速度传感器用来感受载体的角速度信息。MEMS惯性测量单元主要用于载体的姿态稳定，其中MEMS陀螺仪对MEMS惯性测量单元测量精度影响最大，因此陀螺仪的误差补偿是提高MEMS惯性测量单元精度的重要环节。

MEMS陀螺仪的误差包括确定性误差和随机性误差。 确定性误差包括零偏、标度因数、交叉耦合、安装误差、加速度相关误差等，可通过对陀螺进行离线温度和速率测试进行标定补偿。随机性误差包括常值漂移、规律性漂移、随机漂移等，陀螺仪的随机性误差是非系统且时变的，因此不能通过简单的方法进行补偿。如何精确实时补偿陀螺仪的随机漂移误差，是使用陀螺仪时必须要解决的难题。

发明内容

本实用新型旨在解决上述问题，提供一种可实现陀螺仪零位实时修正的MEMS惯性测量单元。

本实用新型所述MEMS惯性测量单元，包括一壳体；所述壳体顶部设置有可拆卸的上盖；所述上盖下设置有电源模块；所述壳体内的底壁上固定设置有采集处理模块；所述采集处理模块上固定设置有Z向陀螺仪和三轴加速度计；所述壳体的相邻的两侧壁上分别设置有X向陀螺仪和Y向陀螺仪；所述壳体上设置一通孔；所述通孔内设置一接插件；所述X向陀螺仪、Y向陀螺仪、Z向陀螺仪、三轴加速度计和接插件均与采集处理模块相电连接；所述X向陀螺仪、Y向陀螺仪和采集处理模块均与电源模块相电连接。

本实用新型所述MEMS惯性测量单元，所述采集处理模块上设置有信号调理模块、A/D转换模块、微处理器模块、通信接口模块和存储模块；所述信号调理模块、A/D转换模块和微处理器模块依次相电连接；前述X向陀螺仪、Y向陀螺仪和Z向陀螺仪均与信号调理模块相电连接；所述三轴加速度计与微处理器模块相电连接；所述通信接口模块和存储模块均与微处理器模块相电连接。所述通信接口模块与前述接插件相电连接。通信接口模块的输入端与微处理器模块相连，输出端与接插件相连。陀螺仪和三轴加速度计，按照正交的方位安装，用于测量三个轴向的角速率和加速度。陀螺仪模拟输出角速度及温度信号经过信号调理模块、A/D 转换模块转换为数字信号，三轴加速度计信号为数字信号，以上陀螺仪、加速度计、温度信号进入微处理模块，微处理器模块对陀螺仪和加速度计信号进行滤波、补偿，温度信号用于陀螺仪和加速度计的零位补偿。陀螺仪、加速度计、温度信号输出及陀螺仪零位实时更新通过串口进行命令交互与数据传输，微处理器将获得的零位更新值存储至存储模块，且在每一次系统启动时读取该值，对陀螺零位进行补偿修正。

本实用新型所述MEMS惯性测量单元，所述壳体的相邻的两侧壁上均设置定位卡槽；前述X向陀螺仪和Y向陀螺仪分别垂直设置于前述定位卡槽内；所述采集处理模块水平设置于壳体内的底壁上。Z向陀螺仪和三轴加速度计安装于采集处理板，位于壳体底部，与侧壁两个陀螺仪相互正交。本实用新型摒弃了传统的壳体基座加螺钉固定的安装和固定方式，将陀螺仪设置于侧壁上的定位卡槽内，充分利用壳体的内部空间，达到使MIMU体积尽可能小的目的。

本实用新型所述MEMS惯性测量单元，所述X向陀螺仪和Y向陀螺仪与侧壁之间设置有胶粘剂。通过胶粘剂固定陀螺仪既节省空间，也减小了产品结构件的加工难度。

本实用新型所述MEMS惯性测量单元，所述存储模块为EEPROM模块；通过采用EEPROM模块实现对于陀螺仪零位修正量的随时擦写更新。

本实用新型所述MEMS惯性测量单元，所述通信接口模块为串口通信模块。

本实用新型所述MEMS惯性测量单元的有益效果包括：摒弃了传统的壳体基座加螺钉固定的安装和固定方式，将陀螺仪设置于侧壁上，充分利用壳体的内部空间，达到使MIMU体积尽可能小的目的，也减小了产品结构件的加工难度；陀螺仪、加速度计、温度信号输出及陀螺仪零位实时更新通过串口进行命令交互与数据传输，微处理器将获得的零位更新值存储至存储模块，且在每一次系统启动时读取该值，对陀螺零位进行补偿修正，实现任意时刻对MEMS陀螺仪零位进行实时修正，使其零位时变漂移得到抑制。

附图说明

图1为本实用新型所述MEMS惯性测量单元结构示意图；

图2为本实用新型所述定位卡槽结构示意图；

图3为本实用新型所述MEMS惯性测量单元结构原理示意图；

其中1-壳体、2-上盖、3-电源模块、4-X向陀螺仪、5-采集处理模块、6-接插件、7-定位卡槽、8-Y向陀螺仪。

具体实施方式

下面通过附图及实施例对本实用新型所述MEMS惯性测量单元进行详细说明。

本实用新型所述MEMS惯性测量单元，如图1所示包括一壳体1；所述壳体1顶部设置有可拆卸的上盖2；所述上盖2下设置有电源模块3；所述壳体1内的底壁上固定设置有采集处理模块5；所述采集处理模块5上固定设置有Z向陀螺仪和三轴加速度计；所述壳体1的相邻的两侧壁上分别设置有X向陀螺仪4和Y向陀螺仪8；如图2所示所述壳体1的相邻的两侧壁上均设置定位卡槽7；前述X向陀螺仪4和Y向陀螺仪8分别垂直设置于前述定位卡槽7内，并使用胶粘剂进行固定；所述采集处理模块5水平设置于壳体1内的底壁上。所述壳体1上设置一通孔；所述通孔内设置一接插件6；所述X向陀螺仪4、Y向陀螺仪8、Z向陀螺仪、三轴加速度计和接插件6均与采集处理模块5相电连接；所述X向陀螺仪4、Y向陀螺仪8和采集处理模块5均与电源模块3相电连接。

如图3所示，采集处理模块5上设置有信号调理模块、A/D转换模块、MCU微处理器模块、通信接口模块和存储模块；所述信号调理模块、A/D转换模块和微处理器模块依次相电连接；在本实施例中所述存储模块为EEPROM模块，所述通信接口模块为串口通信模块。在本实施例中微处理器模块采用处理器STM32F405；加速度计采用HT355B；陀螺仪采用HT300-3；串口通信模块采用MAX3490；存储模块采用MB89RC。前述X向陀螺仪4、Y向陀螺仪8和Z向陀螺仪均与信号调理模块相电连接；所述三轴加速度计与MCU微处理器模块相电连接；所述通信接口模块和存储模块均与MCU微处理器模块相电连接。陀螺仪和三轴加速度计，按照正交的方位安装，用于测量三个轴向的角速率和加速度。

进行测量时，X向陀螺仪4、Y向陀螺仪8和Z向陀螺仪的模拟角速度信号及温度信号经过信号调理模块、A/D 转换模块转换为数字信号；三轴加速度计信号为数字信号；以上陀螺仪、加速度计、温度信号经由SPI接口进入MCU微处理模块，MCU微处理器模块对陀螺仪和加速度计信号进行滤波、补偿；温度信号用于陀螺仪和加速度计的零位补偿。陀螺仪、加速度计、温度信号输出及陀螺仪零位实时更新通过串口进行命令交互与数据传输，MCU微处理器将获得的零位更新值存储至EEPROM，且在每一次系统启动时读取该值，对陀螺零位进行实时补偿修正。

Claims (6)

1.一种MEMS惯性测量单元，其特征在于：包括一壳体（1）；所述壳体（1）顶部设置有可拆卸的上盖（2）；所述上盖（2）下设置有电源模块（3）；所述壳体（1）内的底壁上固定设置有采集处理模块（5）；所述采集处理模块（5）上固定设置有Z向陀螺仪和三轴加速度计；所述壳体（1）的相邻的两侧壁上分别设置有X向陀螺仪（4）和Y向陀螺仪（8）；所述壳体（1）上设置一通孔；所述通孔内设置一接插件（6）；所述X向陀螺仪（4）、Y向陀螺仪（8）、Z向陀螺仪、三轴加速度计和接插件（6）均与采集处理模块（5）相电连接；所述X向陀螺仪（4）、Y向陀螺仪（8）和采集处理模块（5）均与电源模块（3）相电连接。

2.根据权利要求1所述MEMS惯性测量单元，其特征在于：所述采集处理模块（5）上设置有信号调理模块、A/D转换模块、微处理器模块、通信接口模块和存储模块；所述信号调理模块、A/D转换模块和微处理器模块依次相电连接；前述X向陀螺仪（4）、Y向陀螺仪（8）和Z向陀螺仪均与信号调理模块相电连接；所述三轴加速度计与微处理器模块相电连接；所述通信接口模块和存储模块均与微处理器模块相电连接；所述通信接口模块与前述接插件（6）相电连接。

3.根据权利要求2所述MEMS惯性测量单元，其特征在于：所述壳体（1）的相邻的两侧壁上均设置定位卡槽（7）；前述X向陀螺仪（4）和Y向陀螺仪（8）分别垂直设置于前述定位卡槽（7）内；所述采集处理模块（5）水平设置于壳体（1）内的底壁上。

4.根据权利要求3所述MEMS惯性测量单元，其特征在于：所述X向陀螺仪（4）和Y向陀螺仪（8）与侧壁之间设置有胶粘剂。

5.根据权利要求4所述MEMS惯性测量单元，其特征在于：所述存储模块为EEPROM模块。

6.根据权利要求5所述MEMS惯性测量单元，其特征在于：所述通信接口模块为串口通信模块。

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