CN220708404U - 一种复合式惯性测量单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种复合式惯性测量单元，包括外壳；传感器电路板，固定于所述外壳内部，所述传感器电路板集成有惯性传感元件；解算电路板，与所述外壳固定连接并且与所述外壳构成封闭的容纳空间；所述传感器电路板与所述解算电路板非刚性连接。本实用新型的有益效果是，外壳结构与解算电路板直接相连，解算电路板直接与用户电路板进行二次焊接，避免将外壳与用户电路板进行焊接而将焊接应力传递到传感器电路板而带来应力影响；解算电路板与传感器电路板通过非刚性连接，解算电路板与用户电路板进行焊接时，焊接应力不会传递到传感器电路板，对惯性传感器的影响较小。

Description

一种复合式惯性测量单元

技术领域

本实用新型涉及惯性测量技术领域，特别是一种复合式惯性测量单元。

背景技术

惯性测量单元是测量物体三轴姿态角(或角速率)以及加速度的装置。MEMS惯性测量单元是由陀螺仪、加速度计、数字采集处理单元组成。具有稳定性好、体积小、结构简单、可不需要外部GPS/北斗信号信息，可以测量载体的姿态和角速度等信息，目前在航空、航天、航海及各种战略/战术武器的导航、制导与控制系统中得到广泛的应用，也广泛应用在汽车自动驾驶、无人机、摄像稳定平台和机器人运动姿态控制。

惯性测量单元在组装、装配和固定中产生的焊接应力或安装应力传递到惯性传感元件，造成应力累计，是影响惯性测量单元测量结果发生偏差的原因之一。在长期的应用实践中发现，惯性测量单元的测量结果经常会和初始状态产生不同程度的偏差，有的偏差会随着时间积累越来越大，最终导致定位失去准确性。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决上述问题，设计了一种复合式惯性测量单元。包括外壳；

传感器电路板，固定于所述外壳内部，所述传感器电路板集成有惯性传感元件；

解算电路板，与所述外壳固定连接并且与所述外壳构成封闭的容纳空间；

所述传感器电路板与所述解算电路板非刚性连接。

进一步地，所述传感器电路板和所述解算电路板通过柔性电路板实现电连接。

可选择的，所述传感器电路板和所述解算电路板通过导线实现电连接。

进一步地，所述解算电路板固定有电源和主控制器。

进一步地，所述外壳端部设有插槽，所述解算电路板固定有插块，所述插槽与所述插块相互适配。

进一步地，所述解算电路板固定有BGA植球。

进一步地，所述传感器电路板与所述解算电路板相互平行。

进一步地，所述惯性传感元件至少包括X轴传感器、Y轴传感器和Z轴传感器中的任意两个。

进一步地，所述传感器电路板与所述解算电路板之间设置有减震件。

进一步地，多个所述减震件沿所述传感器电路板周向均匀分布。

利用本实用新型的技术方案制作的一种复合式惯性测量单元，达到的有益效果：外壳结构与解算电路板直接相连，两者构成密封的容纳空间，解算电路板直接与用户电路板进行二次焊接，整个装置安装更加方便同时避免将外壳与用户电路板进行焊接而将焊接应力传递到传感器电路板而带来应力影响，提高了测量精度；

解算电路板与传感器电路板通过非刚性连接，解算电路板与用户电路板进行焊接时，焊接应力不会传递到传感器电路板，对惯性传感器的影响较小，使测量精度不受焊接应力影响；

传感器电路板与解算电路板之间通过插块与插槽连接而不通过螺栓等螺纹连接的方式，避免了用螺钉固定过程中螺钉锁紧所产生应力的影响。

附图说明

图1是本实用新型所述的一种复合式惯性测量单元实施例一的结构示意图；

图2是本实用新型沿图1中A-A方向的剖视图；

图3是本实用新型所述的一种复合式惯性测量单元实施例二的结构示意图；

图4是本实用新型沿图3中B-B方向的剖视图；

图中，1、外壳；2、传感器电路板；3、解算电路板；4、柔性电路板；5、插槽；6、插块；7、BGA植球。

具体实施方式

实施例一：

下面结合附图对本实用新型进行具体描述，一种复合式惯性测量单元，该装置可用于板载条件测量平台的角速率、加速度等运动状态。如图1和图2所示，包括外壳1；金属结构外壳1需采用耐高温表面处理工艺，满足二次焊接过炉要求，耐高温条件至少达到260℃以上；传感器电路板2，固定于所述外壳1内部，所述传感器电路板2集成有惯性传感元件；所述惯性传感元件至少包括X轴传感器、Y轴传感器和Z轴传感器中的任意两个。可测量至少两个方向的角速度。解算电路板3，与所述外壳1固定连接并且与所述外壳1构成封闭的容纳空间。所述解算电路板3固定有电源和主控制器。所述传感器电路板2与所述解算电路板3相互平行设置。

外壳1能够实现所有电子元器件包裹，起到防尘与保护作用。解算电路板3与用户电路板通过二次焊接连接，上部金属外壳1结构与用户电路板无物理连接。将外壳1与解算电路板3形成有密闭的空间，该空间内用于容纳传感器电路板2以及解算电路板3上集成的结构。解算电路板3可直接与用户电路板进行焊接，避免了将解算电路板3设置在外壳1内再进行焊接而使焊接应力由外壳1上传递到惯性传感器上的情况。若焊接应力传递到惯性传感器，则会影响整个惯性测量单元的测量精度。将解算电路板3与外壳1直接相连，提高惯性测量单元的测量精度。

解算电路板3其上集成该第二电路板3上固定设置有电源、存储器、处理器以及电路模块等结构。数字解算电路板3读取X、Y和Z轴的陀螺仪和三轴加速度计的数据；通过温度补偿、线性度补偿、交叉耦合补偿和比例系数补偿后，输出载体X、Y和Z轴的角速度信息和加速度计信息。

所述传感器电路板2与所述解算电路板3非刚性连接。传感器电路板2固连于金属结构外壳1内部。具体地，可选择为所述传感器电路板2和所述解算电路板3通过柔性电路板4实现电连接。也可选择为所述传感器电路板2和所述解算电路板3通过导线实现电连接。或者其他非刚性连接的方式。以采用柔性电路板4为例，柔性电路板4实现了信号的传输，将惯性传感器采集到的信号传递到解算电路板3上的主控制器中进行分析。

现有的惯性测量单元组装、装配方式，通常是用螺钉进行装配两个不同的元件，固定螺钉锁紧时产生的应力通过解算电路板传导至惯性传感元件，对惯性传感元件产生影响，随着时间的累积之后，会严重影响对IMU的姿态推算，最终导致定位失去准确性。所述外壳1端部设有插槽5，所述解算电路板3固定有插块6，所述插槽5与所述插块6相互适配。整个惯性测量单元上部由金属外壳1结构包裹，下部由解算电路板3连接，并且所述外壳1与解算电路板3通过插槽5与插块6实现连接，直接将解算电路板3插到外壳1上即可实现二者的连接。该固定方式避免了电路板300用螺钉固定过程中螺钉锁紧所产生应力的影响，由于无需螺钉固定，因此就没有锁紧应力，应力的长时间累积作用对IMU的姿态推算的影响，提高定位准确性。

实施例二：

与实施例一不同的是，所述解算电路板3固定有BGA植球7。解算底板采用BGA植球7形式进行植锡，用于用户电路板二次焊接。

实施例三：

与实施例一和实施例二不同的是，本实施例还包括减震结构。具体地，所述传感器电路板2与所述解算电路板3之间设置有减震件。多个所述减震件沿所述传感器电路板2周向均匀分布。减震件可选择橡胶块结构。能够减小惯性测量单元的工作载体的工作振动对惯性传感元件的影响，起到减振效果，进而提高惯性传感组件测量的稳定性。

上述技术方案仅体现了本实用新型技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本实用新型的原理，属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合式惯性测量单元，其特征在于，包括外壳(1)；

传感器电路板(2)，固定于所述外壳(1)内部，所述传感器电路板(2)集成有惯性传感元件；

解算电路板(3)，与所述外壳(1)固定连接并且与所述外壳(1)构成封闭的容纳空间；

所述传感器电路板(2)与所述解算电路板(3)非刚性连接。

2.根据权利要求1所述的一种复合式惯性测量单元，其特征在于，所述传感器电路板(2)和所述解算电路板(3)通过柔性电路板(4)实现电连接。

3.根据权利要求1所述的一种复合式惯性测量单元，其特征在于，所述传感器电路板(2)和所述解算电路板(3)通过导线实现电连接。

4.根据权利要求1所述的一种复合式惯性测量单元，其特征在于，所述解算电路板(3)固定有电源和主控制器。

5.根据权利要求4所述的一种复合式惯性测量单元，其特征在于，所述外壳(1)端部设有插槽(5)，所述解算电路板(3)固定有插块(6)，所述插槽(5)与所述插块(6)相互适配。

6.根据权利要求5所述的一种复合式惯性测量单元，其特征在于，所述解算电路板(3)固定有BGA植球(7)。

7.根据权利要求1所述的一种复合式惯性测量单元，其特征在于，所述传感器电路板(2)与所述解算电路板(3)相互平行。

8.根据权利要求1所述的一种复合式惯性测量单元，其特征在于，所述惯性传感元件至少包括X轴传感器、Y轴传感器和Z轴传感器中的任意两个。

9.根据权利要求1所述的一种复合式惯性测量单元，其特征在于，所述传感器电路板(2)与所述解算电路板(3)之间设置有减震件。

10.根据权利要求9所述的一种复合式惯性测量单元，其特征在于，多个所述减震件沿所述传感器电路板(2)周向均匀分布。