[發(fā)明專利]基于MEMS的傳感器套件

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201880012869.4
• 申請日: 2018-02-15
• 公開（公告）號: CN110392836A
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發(fā)明（設計）人: 阮雄;大衛(wèi)·T·陳;拉維夫·佩瑞希亞;羅根·D·索蘭森
• 申請（專利權）人: HRL實驗室有限責任公司
• 主分類號: G01P15/18
• 分類號: G01P15/18;G01C17/28;G01C19/5783;G01C21/16;G01R33/00;G01R33/02
• 代理公司: 北京泰吉知識產(chǎn)權代理有限公司 11355
• 代理人: 張雅軍;秦小耕

一種微機電(MEMS)傳感器套件，包含三軸加速度計，所述三軸加速度計包含具有一系列面的加速度計傳感器多面體，以及在所述加速度計傳感器多面體的所述一系列面中的三個面上的一系列軸向加速度計。所述MEMS傳感器套件還包含三軸磁力計，所述三軸磁力計包含具有一系列面的磁力計傳感器多面體，以及在所述磁力計傳感器多面體的所述一系列面中的三個面上的一系列軸向磁力計。

相關申請的交叉引用

本申請案要求2017年2月21日提交的標題為“用于井下導航的基于MEMS的慣性測量單元(IMU)傳感器套件(MEMS-based Inertial Measurement Unit(IMU)sensor suitefor downhole navigation)”的第62/461,715號美國臨時申請案的優(yōu)先權和權益，所述美國臨時申請案的整個內(nèi)容以引用的方式并入本文中。

技術領域

本公開大體上涉及慣性測量單元傳感器套件。

背景技術

如圖1中所圖示，用于導航的現(xiàn)有技術傳感器系統(tǒng)100，例如姿態(tài)和航向參考系統(tǒng)(Attitude and Heading Reference Systems，AHRS)和慣性導航系統(tǒng)(InertialNavigation Systems，INS)，通常包含離散的單軸傳感器的線性堆疊。圖1所示的現(xiàn)有技術傳感器系統(tǒng)100包含外殼或機殼101，其容納堆疊于三個單軸磁力計103的線性堆疊之頂部上的三個單軸加速度計102的線性堆疊。以線性布置堆疊傳感器102、103導致傳感器系統(tǒng)100的相對大的體積封裝或包絡。舉例來說，用于石油和天然氣行業(yè)的現(xiàn)有技術隨鉆測量(measurement while drilling，MWD)勘測工具通常限于配合在3.5英寸鉆鋌內(nèi)部的1.875英寸外徑機殼101，且傳感器102、103和容納于機殼101中的對應電子器件的軸向布置可以具有沿著機殼101的軸線延伸超過2英尺的長度。另外，現(xiàn)有技術傳感器系統(tǒng)100的相對大的體積大小可能導致相對高的成本、重量和功率消耗，且可能阻止傳感器系統(tǒng)100定位于最佳位置。

現(xiàn)有技術傳感器系統(tǒng)100中的傳感器102、103之間的顯著間距也可能在傳感器系統(tǒng)100的輸出信號由導航算法利用時導致位置誤差或不確定性，因為導航算法通常假定傳感器系統(tǒng)100的單個點位置。雖然可以執(zhí)行操作前校準以補償傳感器102、103之間的固定偏移，但現(xiàn)有技術傳感器系統(tǒng)100在使用期間(例如，在鉆操作期間)亦會經(jīng)受變形，這可能需要更復雜的實時校準以補償由傳感器系統(tǒng)100的變形造成的位置誤差或不確定性。

此外，現(xiàn)有技術傳感器系統(tǒng)100還對由于傳感器系統(tǒng)100的相對大的體積大小以及傳感器102、103之間的間距帶來的例如跨越傳感器系統(tǒng)100的熱和機械梯度等外部環(huán)境刺激是敏感的。舉例來說，傳感器系統(tǒng)100的不同部分上的不同熱或機械負載(例如，應力)可以取決于跨越傳感器系統(tǒng)100的熱和機械負載的分布而更改傳感器系統(tǒng)100的輸出。現(xiàn)有技術傳感器系統(tǒng)100展現(xiàn)的這些空間相依性影響可能在傳感器系統(tǒng)100并入到導航系統(tǒng)中時導致位置誤差和不確定性。

發(fā)明內(nèi)容

本公開是針對基于微電機械系統(tǒng)(micro-electro-mechanical system，MEMS)的傳感器套件的各種實施例。在一個實施例中，基于MEMS的傳感器套件包含三軸加速度計，所述三軸加速度計包含具有一系列面的加速度計傳感器多面體，以及在加速度計傳感器多面體的所述一系列面中的三個面上的一系列軸向加速度計。所述MEMS傳感器套件還包含三軸磁力計，所述三軸磁力計包含具有一系列面的磁力計傳感器多面體，以及在所述磁力計傳感器多面體的所述一系列面中的三個面上的一系列軸向磁力計。

所述加速度計傳感器多面體可以是立方體，且所述加速度計傳感器多面體的所述三個面可以是三個相互正交的面。

所述磁力計傳感器多面體可以是立方體，且所述磁力計傳感器多面體的所述三個面可以是三個相互正交的面。