CN214224146U - 一种三轴陀螺仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种三轴陀螺仪，所述陀螺仪包括：三个传感器电路板，用于采集X轴向上的第一旋转参数、Y轴向上的第二旋转参数和Z轴向上的第三旋转参数，其中每个传感器电路板包括主传感器芯片、备用传感器芯片和切换模块，所述切换模块用于选择所述主传感器芯片或所述备用传感器芯片采集相应轴向上的旋转参数；所述温度传感器用于采集当前温度参数；所述主控制器用于根据所述校准参数、所述第一旋转参数、所述第二旋转参数和所述第三旋转参数，输出目标角速度信息；所述电源模块用于分别为所述三个传感器电路板、所述温度传感器和所述主控制器提供相匹配电能；解决了现有技术中的三轴陀螺仪存在测量精度低和产品可靠性差的问题。

Description

一种三轴陀螺仪

技术领域

本实用新型涉及惯性系统技术领域，尤其涉及一种三轴陀螺仪。

背景技术

三轴陀螺仪是惯性导航系统的核心敏感器件，主要用于稳定平台、汽车、舰船、飞机、导弹等载体设备航向、俯仰及横滚旋转角速度的测量，其测量精度直接影响惯导系统的姿态结算的准确性；三轴陀螺仪的性能参数往往会受其所处的环境温度的影响，但是在现有技术的三轴陀螺仪不能对采集到的旋转参数进行实时校准，导致出现测量精度低的问题，并且当陀螺仪中的任意一个传感器芯片出现异常时，导致整个陀螺仪都出现故障，降低了产品的可靠性。

可见，现有技术中的三轴陀螺仪存在测量精度低和产品可靠性差的问题。

实用新型内容

针对现有技术中所存在的不足，本实用新型的提供的一种三轴陀螺仪，解决了现有技术中的三轴陀螺仪存在测量精度低和产品可靠性差的问题。

本实用新型提供一种三轴陀螺仪，所述陀螺仪包括：三个传感器电路板、温度传感器、主控制器和电源模块；所述三个传感器电路板分别用于采集X轴向上的第一旋转参数、Y轴向上的第二旋转参数和Z轴向上的第三旋转参数，其中每个传感器电路板包括主传感器芯片、备用传感器芯片和切换模块，所述切换模块与所述主传感器芯片和所述备用传感器芯片相连，用于选择所述主传感器芯片或所述备用传感器芯片采集相应轴向上的旋转参数；所述温度传感器用于采集当前温度参数；所述主控制器分别与所述三个传感器电路板的切换模块，还与所述温度传感器相连，用于根据所述当前温度参数对所述三个传感器电路板上的主传感器芯片或备用传感器芯片进行校准，得到校准参数，还用于根据所述校准参数、所述第一旋转参数、所述第二旋转参数和所述第三旋转参数，输出目标角速度信息；所述电源模块用于分别为所述三个传感器电路板、所述温度传感器和所述主控制器提供相匹配电能。

可选地，所述切换模块包括：微控制器、第一MOS管、第二MOS管和接口电路；所述第一MOS管的栅极与所述微控制器的第一控制端相连，所述第一MOS管的漏极与所述主传感器芯片的输出端相连，所述第一MOS管的源极与所述接口电路的第一输入端相连，所述第二MOS管的栅极与所述微控制器的第二控制端相连，所述第二MOS管的漏极与所述备用传感器芯片的输出端相连，所述第二MOS管的源极与所述接口电路的第二输入端相连，所述接口电路的输出端与所述主控制器相连；所述微控制器分别与所述主传感器芯片、所述备用传感器芯片、所述第一MOS管和所述第二MOS管相连，用于检测当前主传感器芯片是否存在故障，当所述主传感器芯片出现故障时，控制所述第一MOS管断开和控制所述第二MOS管闭合，使所述备用传感器芯片输出的旋转参数通过所述接口电路输入到所述主控制器中。

可选地，所述主控制器包括：主控芯片、串行调试接口、信号收发器和发送接口；所述主控芯片分别与所述三个传感器电路板的切换模块和所述温度传感器相连，用于对所述切换模块输出的旋转参数和所述温度传感器输出的稳定参数进行滤波、放大和校准处理，得到目标角度速度信息；所述信号收发器与所述主控芯片相连，还与所述发送接口相连，用于实现所述主控芯片输出的TTL信号与RS422串口信号的转换。

可选地，所述电源模块包括：稳压芯片，所述稳压芯片的输入端与输入电压端相连，用于将输入电压转换成目标电压；第一电容，所述第一电容的第一端与所述输入电压端相连，所述第一电容的第二端接地；第二电容，所述第二电容的第一端与所述稳压芯片的输出端相连，所述第二电容的第二端接地。

可选地，所述电源模块还包括：第一电解电容，所述第一电解电容的正极端与所述输入电压端相连，所述第一电解电容的负极端接地；第二电解电容，所述第二电解电容的正极端与所述稳压芯片的输出端相连，所述第二电解电容的负极端接地。

可选地，所述陀螺仪还包括：壳体，在所述壳体内形成容置腔体，所述三个传感器电路板包括：X轴传感器电路板、Y轴传感器电路板和Z轴传感器电路板，所述X轴传感器电路板和所述Y轴传感器电路板竖直安装在所述容置腔体内，并且所述X轴传感器电路板和所述Y轴传感器电路板相互垂直设置，所述Z轴传感器电路板水平设置在所述容置腔体内。

可选地，所述陀螺仪还包括：第一固定板和第二固定板，所述第一固定板和所述第二固定板可移动设置在所述壳体的底面上，使所述X轴传感器电路板固定安装在所述第一固定板与壳体的第一面之间，使所述Y轴传感器电路板固定安装在所述第二固定板与壳体的第二面之间。

可选地，所述主控制器设置在所述Z轴传感器电路板上，所述主控制器通过L型排针分别与所述X轴传感器电路板和所述Y轴传感器电路板电连接。

可选地，所述三个传感器电路板通过螺钉固定在所述壳体的内表面。

可选地，所述三个传感器电路板通过灌注硅凝胶进行密封。

相比于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型通过主控制器根据当前温度参数对传感器芯片采集到的旋转参数进行实时校准后，再输出目标角速度信息，提高了陀螺仪的测量精度；本实用新型还在每个传感器电路板上设置两个传感器芯片和切换模块，通过切换模块实现对传感器芯片进行故障检测和自动切换的功能，防止一个传感器芯片的异常导致整个陀螺仪出现故障，提高了产品的可靠性。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本实用新型实施例提供的一种三轴陀螺仪的结构框图；

图2所示为本实用新型实施例提供的一种切换模块的结构示意图；

图3所示为本实用新型实施例提供的一种主控制器的电路示意图；

图4所示为本实用新型实施例提供的一种电源模块的电路示意图；

图5所示为本实用新型实施例提供的一种三轴陀螺仪的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本实用新型实例中相同标号的功能单元具有相同和相似的结构和功能。

实施例一

图1所示为本实用新型实施例提供的一种三轴陀螺仪的结构框图，如图1所示，本实施例提供的三轴陀螺仪具体包括：

三个传感器电路板、温度传感器、主控制器和电源模块；

所述三个传感器电路板分别用于采集X轴向上的第一旋转参数、Y轴向上的第二旋转参数和Z轴向上的第三旋转参数，其中每个传感器电路板包括主传感器芯片、备用传感器芯片和切换模块，所述切换模块与所述主传感器芯片和所述备用传感器芯片相连，用于选择所述主传感器芯片或所述备用传感器芯片采集相应轴向上的旋转参数；

所述温度传感器用于采集当前温度参数；

所述主控制器分别与所述三个传感器电路板的切换模块，还与所述温度传感器相连，用于根据所述当前温度参数对所述三个传感器电路板上的主传感器芯片或备用传感器芯片进行校准，得到校准参数，还用于根据所述校准参数、所述第一旋转参数、所述第二旋转参数和所述第三旋转参数，输出目标角速度信息；

所述电源模块用于分别为所述三个传感器电路板、所述温度传感器和所述主控制器提供相匹配电能。

需要说明的是，在本实施例中的所述三个传感器电路板包括：X轴传感器电路板、Y轴传感器电路板和Z轴传感器电路板，X轴传感器电路板用于采集X轴向上的第一旋转参数，Y轴传感器电路板用于采集Y轴向上的第二旋转参数，Z轴传感器电路板用于采集Z轴向上的第三旋转参数，其中每个传感器电路板都包括主传感器芯片、备用传感器芯片和切换模块，所述切换模块与所述主传感器芯片和所述备用传感器芯片相连，用于选择所述主传感器芯片或所述备用传感器芯片采集相应轴向上的旋转参数；当切换模块监测到所述主传感器芯片在一定时长内没有旋转参数输出或者输出的旋转参数属于异常数据时，所述切换模块停止使用主传感器芯片的输出，切换至备用传感器芯片进行相应轴向上的旋转参数采集，防止一个传感器芯片的异常导致整个陀螺仪出现故障，提高了产品的可靠性。

进一步说明，本实施例中的主控制器根据温度传感器采集到的当前温度参数和传感器芯片与温度值的线性关系，得到每个传感器芯片的校准参数，再根据校准参数将所述第一旋转参数、所述第二旋转参数和所述第三旋转参数转换成目标角速度信息，到达对旋转参数进行实时校准的目的，提高了测量精度。

在本实施例中，主控制器可通过现有技术的方法根据温度参数对传感器芯片进行校准，从而得到校准参数，所述主控制器还可通过现有技术的方法根据所述校准参数、所述第一旋转参数、所述第二旋转参数和所述第三旋转参数，计算出目标角速度信息。

相比于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型通过主控制器根据当前温度参数对传感器芯片采集到的旋转参数进行实时校准后，再输出目标角速度信息，提高了陀螺仪的测量精度；本实用新型还在每个传感器电路板上设置两个传感器芯片和切换模块，通过切换模块实现对传感器芯片进行故障检测和自动切换的功能，防止一个传感器芯片的异常导致整个陀螺仪出现故障，提高了产品的可靠性。

实施例二

图2所示为本实用新型实施例提供的一种切换模块的结构示意图；如图2所示，本实施例提供的所述切换模块包括：

微控制器、第一MOS管、第二MOS管和接口电路；

所述第一MOS管的栅极与所述微控制器的第一控制端相连，所述第一MOS管的漏极与所述主传感器芯片的输出端相连，所述第一MOS管的源极与所述接口电路的第一输入端相连，所述第二MOS管的栅极与所述微控制器的第二控制端相连，所述第二MOS管的漏极与所述备用传感器芯片的输出端相连，所述第二MOS管的源极与所述接口电路的第二输入端相连，所述接口电路的输出端与所述主控制器相连；所述微控制器分别与所述主传感器芯片、所述备用传感器芯片、所述第一MOS管和所述第二MOS管相连，用于检测当前主传感器芯片是否存在故障，当所述主传感器芯片出现故障时，控制所述第一MOS管断开和控制所述第二MOS管闭合，使所述备用传感器芯片输出的旋转参数通过所述接口电路输入到所述主控制器中。需要说明的是，本实施例中微控制器可通过现有技术的方法检测当前主传感器芯片是否存在故障，例如检测所述主传感器芯片在一定时长内没有旋转参数输出或者输出的旋转参数属于异常数据时，判断当前的主传感器芯片存在故障。

实施例三

图3所示为本实用新型实施例提供的一种主控制器的电路示意图；如图3所示，本实施例提供的主控制器包括：

主控芯片U1、串行调试接口J1、信号收发器U2和发送接口J2；所述主控芯片U1分别与所述三个传感器电路板的切换模块和所述温度传感器相连，用于对所述切换模块输出的旋转参数和所述温度传感器输出的稳定参数进行滤波、放大和校准处理，得到目标角度速度信息；所述信号收发器U2与所述主控芯片U1相连，还与所述发送接口J2相连，用于实现所述主控芯片U1输出的TTL信号与RS422串口信号的转换。

实施例四

图4所示为本实用新型实施例提供的一种电源模块的电路示意图，如图4所示，本实施例提供的电源模块具体包括：稳压芯片U3，所述稳压芯片U3的输入端与输入电压端相连，用于将输入电压转换成目标电压；第一电容C1，所述第一电容C1的第一端与所述输入电压端相连，所述第一电容C1的第二端接地；第二电容C2，所述第二电容C2的第一端与所述稳压芯片U3的输出端相连，所述第二电容C2的第二端接地。

在本实施例中，所述电源模块还包括：第一电解电容E1，所述第一电解电容E1的正极端与所述输入电压端相连，所述第一电解电容E1的负极端接地；第二电解电容E2，所述第二电解电容E2的正极端与所述稳压芯片U3的输出端相连，所述第二电解电容E2的负极端接地。

实施例五

图5所示为本实用新型实施例提供的一种三轴陀螺仪的结构示意图；如图5所示，本实施例提供的陀螺仪还包括：所述陀螺仪还包括：壳体100，在所述壳体100内形成容置腔体，所述三个传感器电路板包括：X轴传感器电路板110、Y轴传感器电路板120和Z轴传感器电路板130，所述X轴传感器电路板110和所述Y轴传感器电路板120竖直安装在所述容置腔体内，并且所述X轴传感器电路板110和所述Y轴传感器电路板120相互垂直设置，所述Z轴传感器电路板130水平设置在所述容置腔体内。

在本实施例中，所述陀螺仪还包括：第一固定板111和第二固定板121，所述第一固定板111和所述第二固定板121可移动设置在所述壳体的底面上，使所述X轴传感器电路板110固定安装在所述第一固定板111与壳体的第一面之间，使所述Y轴传感器电路板120固定安装在所述第二固定板121与壳体的第二面之间。

在本实施例中，所述主控制器设置在所述Z轴传感器电路板130上，所述主控制器通过L型排针分别与所述X轴传感器电路板110和所述Y轴传感器电路板120电连接。

在本实施例中，所述三个传感器电路板通过螺钉固定在所述壳体的内表面。

在本实施例中，所述三个传感器电路板通过灌注硅凝胶进行密封，通过在陀螺仪内部灌封硅凝胶胶，增加产品三防功能及可靠性。

需要说明的是，本产品模块安装在稳定平台、汽车、飞机、导弹等载体上，通电后，由主控制器实时采集X轴传感器电路板、Y轴传感器电路板和Z轴传感器电路板的旋转参数，通过信号处理、滤波后，在主控制器中采用了多级滤波技术，温度补偿技术，线性度补偿技术，零位测试补偿技术，最终在x轴，y轴，z轴上输出准确的角速度信息，为上述载体的保持所需要的平衡提供准确的参考点。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种三轴陀螺仪，其特征在于，所述陀螺仪包括：

三个传感器电路板、温度传感器、主控制器和电源模块；

所述三个传感器电路板分别用于采集X轴向上的第一旋转参数、Y轴向上的第二旋转参数和Z轴向上的第三旋转参数，其中每个传感器电路板包括主传感器芯片、备用传感器芯片和切换模块，所述切换模块与所述主传感器芯片和所述备用传感器芯片相连，用于选择所述主传感器芯片或所述备用传感器芯片采集相应轴向上的旋转参数；

所述温度传感器用于采集当前温度参数；

所述主控制器分别与所述三个传感器电路板的切换模块，还与所述温度传感器相连，用于根据所述当前温度参数对所述三个传感器电路板上的主传感器芯片或备用传感器芯片进行校准，得到校准参数，还用于根据所述校准参数、所述第一旋转参数、所述第二旋转参数和所述第三旋转参数，输出目标角速度信息；

所述电源模块用于分别为所述三个传感器电路板、所述温度传感器和所述主控制器提供相匹配电能。

2.如权利要求1所述的三轴陀螺仪，其特征在于，所述切换模块包括：

微控制器、第一MOS管、第二MOS管和接口电路；

所述第一MOS管的栅极与所述微控制器的第一控制端相连，所述第一MOS管的漏极与所述主传感器芯片的输出端相连，所述第一MOS管的源极与所述接口电路的第一输入端相连，所述第二MOS管的栅极与所述微控制器的第二控制端相连，所述第二MOS管的漏极与所述备用传感器芯片的输出端相连，所述第二MOS管的源极与所述接口电路的第二输入端相连，所述接口电路的输出端与所述主控制器相连；

所述微控制器分别与所述主传感器芯片、所述备用传感器芯片、所述第一MOS管和所述第二MOS管相连，用于检测当前主传感器芯片是否存在故障，当所述主传感器芯片出现故障时，控制所述第一MOS管断开和控制所述第二MOS管闭合，使所述备用传感器芯片输出的旋转参数通过所述接口电路输入到所述主控制器中。

3.如权利要求1所述的三轴陀螺仪，其特征在于，所述主控制器包括：

主控芯片、串行调试接口、信号收发器和发送接口；

所述主控芯片分别与所述三个传感器电路板的切换模块和所述温度传感器相连，用于对所述切换模块输出的旋转参数和所述温度传感器输出的稳定参数进行滤波、放大和校准处理，得到目标角度速度信息；

所述信号收发器与所述主控芯片相连，还与所述发送接口相连，用于实现所述主控芯片输出的TTL信号与RS422串口信号的转换。

4.如权利要求1所述的三轴陀螺仪，其特征在于，所述电源模块包括：

稳压芯片，所述稳压芯片的输入端与输入电压端相连，用于将输入电压转换成目标电压；

第一电容，所述第一电容的第一端与所述输入电压端相连，所述第一电容的第二端接地；

第二电容，所述第二电容的第一端与所述稳压芯片的输出端相连，所述第二电容的第二端接地。

5.如权利要求4所述的三轴陀螺仪，其特征在于，所述电源模块还包括：

第一电解电容，所述第一电解电容的正极端与所述输入电压端相连，所述第一电解电容的负极端接地；

第二电解电容，所述第二电解电容的正极端与所述稳压芯片的输出端相连，所述第二电解电容的负极端接地。

6.如权利要求1所述的三轴陀螺仪，其特征在于，所述陀螺仪还包括：壳体，在所述壳体内形成容置腔体，所述三个传感器电路板包括：X轴传感器电路板、Y轴传感器电路板和Z轴传感器电路板，所述X轴传感器电路板和所述Y轴传感器电路板竖直安装在所述容置腔体内，并且所述X轴传感器电路板和所述Y轴传感器电路板相互垂直设置，所述Z轴传感器电路板水平设置在所述容置腔体内。

7.如权利要求6所述的三轴陀螺仪，其特征在于，所述陀螺仪还包括：第一固定板和第二固定板，所述第一固定板和所述第二固定板可移动设置在所述壳体的底面上，使所述X轴传感器电路板固定安装在所述第一固定板与壳体的第一面之间，使所述Y轴传感器电路板固定安装在所述第二固定板与壳体的第二面之间。

8.如权利要求7所述的三轴陀螺仪，其特征在于，所述主控制器设置在所述Z轴传感器电路板上，所述主控制器通过L型排针分别与所述X轴传感器电路板和所述Y轴传感器电路板电连接。

9.如权利要求6所述的三轴陀螺仪，其特征在于，所述三个传感器电路板通过螺钉固定在所述壳体的内表面。

10.如权利要求8所述的三轴陀螺仪，其特征在于，所述三个传感器电路板通过灌注硅凝胶进行密封。

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