[發(fā)明專利]一種基于三維立體封裝技術(shù)的微型姿態(tài)航向參考系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110299117.0
• 申請(qǐng)日: 2011-09-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102313548A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王皓冰;朱巍;雷家波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 王皓冰
• 主分類號(hào): G01C21/16
• 分類號(hào): G01C21/16;G01C21/20
• 代理公司: 寧波市天晟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33219
• 代理人: 張文忠;黃曉凡

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子導(dǎo)航與控制中慣性傳感系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于三維立體封裝技術(shù)的微型姿態(tài)航向參考系統(tǒng)。

背景技術(shù)

姿態(tài)航向參考系統(tǒng)，英文簡(jiǎn)寫(xiě)AHRS，其主要由三軸陀螺儀、三軸加速度計(jì)、三軸地磁傳感器和微處理器組成。根據(jù)慣性導(dǎo)航原理的要求，加速度計(jì)的三個(gè)敏感軸X_A、Y_A、Z_A，陀螺儀的三個(gè)敏感軸X_G、Y_G、Z_G，地磁磁傳感器三個(gè)敏感軸X_M、Y_M、Z_M；其相正面的X、Y、Z每個(gè)軸必須平行，同時(shí)相交叉的X、Y、Z每個(gè)軸相互之間也必須正交。在此前提下，微處理對(duì)所有傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，系統(tǒng)可直接輸出剛體；在載入姿態(tài)航向參考系統(tǒng)載體的俯仰角、橫滾角和航向角后，進(jìn)而推導(dǎo)出所附載體的速度、位置和運(yùn)動(dòng)軌跡。

為了保證傳感器件的X、Y、Z軸分別平行、相互之間必須正交的條件，一般需要特定的裝置來(lái)安裝固定加速度計(jì)、陀螺儀及地磁傳感器；在現(xiàn)有技術(shù)中，姿態(tài)航向參考系統(tǒng)的固定方式通常是采用加工或焊接方式并形成一個(gè)正交結(jié)構(gòu)的框架，再將加速度計(jì)、陀螺儀與地磁傳感器固定在其外表面。

如某姿態(tài)航向參考系統(tǒng)現(xiàn)有產(chǎn)品中，是把焊接有加速度計(jì)、陀螺儀與地磁傳感器的印刷電路板通過(guò)直角彎針焊接在系統(tǒng)的安裝基準(zhǔn)板上，使子板上的加速度計(jì)、陀螺儀與地磁傳感器與母板上的加速度計(jì)、陀螺儀與地磁傳感器保持相互平行或正交。這種方式為目前姿態(tài)航向參考系統(tǒng)較常使用的設(shè)計(jì)，但由于直角彎針本身就有角度誤差，在焊接的時(shí)候又引入了新的安裝誤差，因此總體精度較差，無(wú)法準(zhǔn)確的保證X、Y、Z三個(gè)敏感軸之間的正交性。

再如專利號(hào)為CN200610011562.1的中國(guó)發(fā)明申請(qǐng)專利《一種輕小型慣性測(cè)量單元》(公告號(hào)為CN1821717A)；采用微型MEMS慣性器件，配合必要元器件構(gòu)成x向、y向、z向三塊慣性器件板，由信號(hào)處理電路板進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，所有電路板安裝在“T”形空心架上；三個(gè)慣性器件板上的微型加速度計(jì)分布各不相同，相互距離在空間減少到最大程度，信號(hào)處理電路合理安裝，不會(huì)增大微小型慣性測(cè)量單元的體積；金屬結(jié)構(gòu)架包括主金屬框和輔金屬框兩部分，輔金屬框固連在主金屬框的中線處，兩個(gè)金屬框互相垂直成“T”型。把焊接有加速度計(jì)、陀螺儀與地磁傳感器的若干塊印刷電路板按照相互垂直的方向固定在結(jié)構(gòu)框架上。這種方法用機(jī)械加工的框架可以達(dá)到較高的精度，但只提供了三個(gè)安裝面，當(dāng)系統(tǒng)所用器件過(guò)多超過(guò)“T”型空心架輔金屬框前后面面積范圍時(shí)，需要增加應(yīng)刷電路板的數(shù)量，并用螺栓配合螺母將這些新增電路板串接在一起，安裝工序多，引入安裝誤差較大。并且采用若干塊印刷電路板，在實(shí)現(xiàn)板與板之間的電氣連接方面只能也通過(guò)焊接連線的方式實(shí)現(xiàn)少量的連接。若干塊印刷電路板之間的電氣連接超過(guò)一定數(shù)量時(shí)，這種方法則無(wú)法解決。

再如專利號(hào)為CN200710063635.6的中國(guó)發(fā)明申請(qǐng)專利《一種隱式結(jié)構(gòu)微型慣性測(cè)量單元》(公告號(hào)為CN101038173A)；按照一定垂直度、平面度和光潔度的要求，采用合成陶瓷材料加工一正方體基座。利用具有一定光潔度的合成陶瓷材料表面可電鍍電路的特點(diǎn)，根據(jù)加速度計(jì)、陀螺儀的封裝、電路原理圖及安裝要求，在基座表面電鍍電路并附著焊盤(pán)。將加速度計(jì)和陀螺儀分別焊接到基座三個(gè)相互垂直的面上，在空間上實(shí)現(xiàn)相互正交。但是因?yàn)檎襟w基座采用表面電鍍電路的方式，所以器件只能焊接在其外表面，可利用的空間有限，而如要增加器件的數(shù)量，則一定會(huì)增大正方體基座的體積，限制了載體功能多樣化和輕型化的發(fā)展。一種隱式結(jié)構(gòu)微型慣性測(cè)量單元中，沒(méi)有引入微處理器，因此不能進(jìn)行獨(dú)立的數(shù)據(jù)處理，無(wú)法直接輸出載體的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。并且使用合成陶瓷材料，成本較高。

綜上所述，上述現(xiàn)有技術(shù)中微型姿態(tài)航向參考系統(tǒng)由于自身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原因，主要存在有以下七個(gè)缺點(diǎn)：

1、金屬框架過(guò)重，大大增加微型姿態(tài)航向參考系統(tǒng)的重量，不利于其向輕型化的發(fā)展。

2、微型姿態(tài)航向參考系統(tǒng)體積過(guò)大，不利于突破載體內(nèi)部空間的限制，不利于其向小型化的發(fā)展。

3、用焊接結(jié)構(gòu)來(lái)保證加速度計(jì)、陀螺儀與地磁傳感器敏感軸之間的正交結(jié)構(gòu)，誤差較大。

4、安裝工序較多，引入安裝誤差較大，加工成本較高。

5、微型姿態(tài)航向參考系統(tǒng)不包括微處理器，不具備獨(dú)立運(yùn)算功能。

6、采用單面貼裝技術(shù)，可利用的空間有限，不利于器件的擴(kuò)展。