本實(shí)用新型涉及MEMS慣性組合導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種MEMS慣性組合測(cè)量模塊。

背景技術(shù)：

目前，MEMS慣性傳感器被廣泛應(yīng)用于航空、航天、航海、汽車工業(yè)、機(jī)器人及消費(fèi)電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。MEMS慣性傳感器主要包括 MEMS陀螺儀和MEMS加速度計(jì)，用于測(cè)量載體的角速度和加速度。

按照精度劃分，MEMS慣性傳感器可分為低精度和中高精度。低精度MEMS慣性傳感器依靠其超高的集成度設(shè)計(jì)，將三軸陀螺儀、三軸加速度計(jì)封裝在一個(gè)單體芯片內(nèi)，體積不到十立方毫米，廣泛用于手機(jī)、可穿戴設(shè)備等消費(fèi)類電子產(chǎn)品。但低精度MEMS慣性傳感器的測(cè)量誤差及噪聲非常大，尤其在溫濕度變化范圍大，振動(dòng)劇烈，電磁環(huán)境復(fù)雜的特殊行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，精度誤差會(huì)呈指數(shù)級(jí)發(fā)散，甚至損壞。中高精度MEMS慣性傳感器相比低精度傳感器體積大，單芯片只集成一個(gè)或兩個(gè)測(cè)量軸，需要通過(guò)特殊的安裝形式組成慣性測(cè)量單元，同時(shí)需要更復(fù)雜的外圍電路。隨著航空、航天、航海、汽車工業(yè)、機(jī)器人等運(yùn)動(dòng)載體的小型化發(fā)展，例如小型無(wú)人機(jī)、微型機(jī)器人，對(duì)載荷的重量要求不足百克，對(duì)微小型慣性測(cè)量設(shè)備的小型化、輕量化、高精度提出了更高要求。

慣性組合導(dǎo)航系統(tǒng)以慣性導(dǎo)航系統(tǒng)為主，其原因主要是由于慣性導(dǎo)航能夠提供全面的導(dǎo)航參數(shù)，即高動(dòng)態(tài)的位置、速度、姿態(tài)信息，這是其他導(dǎo)航系統(tǒng)所不能比擬的。但是慣性導(dǎo)航定位誤差隨時(shí)間積累，尤其是MEMS慣性傳感器誤差大，使得MEMS慣性導(dǎo)航系統(tǒng)無(wú)法作為獨(dú)立的導(dǎo)航方式，位置、速度短時(shí)間內(nèi)發(fā)散劇烈，必須通過(guò)其他傳感器進(jìn)行信息融合，利用多種信息源，互相補(bǔ)充，對(duì)誤差進(jìn)行輔助修正，構(gòu)成多余度、導(dǎo)航精度更高的慣性組合測(cè)量系統(tǒng)。

現(xiàn)有的慣性組合測(cè)量系統(tǒng)，都是將慣性測(cè)量單元單獨(dú)設(shè)計(jì)，慣性處理板需要安裝在額外的支架、金屬機(jī)械加工結(jié)構(gòu)上，通過(guò)機(jī)械加工的水平度、垂直度精度要求，以期望保證測(cè)量軸的正交性和安裝方便，即使使用低密度的輕質(zhì)金屬材料，也會(huì)帶來(lái)幾百克的額外重量。而組合導(dǎo)航需要的輔助傳感器設(shè)備，無(wú)法與慣性測(cè)量單元融為一體化設(shè)計(jì)，帶來(lái)額外的空間浪費(fèi)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思路的MEMS慣性組合測(cè)量模塊已經(jīng)無(wú)法滿足對(duì)小型化、輕量化的實(shí)際需求。

現(xiàn)有技術(shù)中，MEMS慣性組合測(cè)量模塊的設(shè)計(jì)形式，主要存在以下缺點(diǎn)：

1、不論采用何種形式的安裝支架、機(jī)械臺(tái)體，都會(huì)大大增加MEMS 慣性測(cè)量單元的重量和體積，同時(shí)給裝配帶來(lái)復(fù)雜性，嚴(yán)重制約了進(jìn)一步小型化、輕量化發(fā)展；

2、由于采用特殊結(jié)構(gòu)的機(jī)械加工裝置，MEMS慣性測(cè)量單元無(wú)法與組合導(dǎo)航需要的輔助傳感器進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，不利于突破有限空間的約束，無(wú)法形成完整的一體化組合導(dǎo)航參數(shù)測(cè)量模塊。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供一種克服上述問(wèn)題或者至少部分地解決上述問(wèn)題的MEMS慣性組合測(cè)量模塊。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供一種MEMS慣性組合測(cè)量模塊，包括通過(guò)設(shè)置在電路板平面直角處的多個(gè)固定裝置進(jìn)行層疊固定的 MEMS慣性測(cè)量單元電路板和輔助信息測(cè)量單元電路板；

所述MEMS慣性測(cè)量單元電路板包括X軸慣性處理板、Y軸慣性處理板和Z軸慣性處理板；

所述輔助信息測(cè)量單元電路板和所述MEMS慣性測(cè)量單元電路板之間通過(guò)接插件插座與接插件插針進(jìn)行電路連接。

進(jìn)一步，所述MEMS慣性測(cè)量單元電路板的一側(cè)設(shè)置有第一凹槽，與第一凹槽垂直的另一側(cè)設(shè)置有第二凹槽；

所述X軸慣性處理板通過(guò)卡接的方式安裝于第一凹槽處，所述Y 軸慣性處理板通過(guò)卡接的方式安裝于第二凹槽處；

所述Z軸慣性處理板設(shè)置在所述MEMS慣性測(cè)量單元電路板平面上；

所述X軸慣性處理板、Y軸慣性處理板和Z軸慣性處理板在三維空間X、Y、Z方向互相垂直正交。

本申請(qǐng)?zhí)岢鯩EMS慣性組合測(cè)量模塊，通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的電路板形式，有效地解決了慣性測(cè)量單元的安裝問(wèn)題，可以省去安裝支架或安裝臺(tái)體，極大地減小了重量和體積；垂直安裝的慣性處理板充分利用了接插件安裝的疊層間隙，進(jìn)一步降低了整體高度和底層電路板面積，通過(guò)與輔助傳感器電路板的一體化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了完整的組合導(dǎo)航參數(shù)測(cè)量。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型MEMS慣性組合測(cè)量模塊示意圖；

圖2為本實(shí)用新型MEMS慣性測(cè)量單元電路板/Z軸慣性處理板示意圖；

圖3為本實(shí)用新型輔助信息測(cè)量單元電路板示意圖；

圖4為本實(shí)用新型輔助信息測(cè)量單元電路板主視、平視、側(cè)視、左前俯視示意圖，其中圖4a為主視圖，圖4b為平視圖，圖4c為側(cè)視圖、圖4d為左前俯視圖；

圖5為本實(shí)用新型MEMS慣性測(cè)量單元電路板/Z軸慣性處理板主視、平視、側(cè)視、左前俯視、右后俯視示意圖，其中，圖5a為主視圖，圖5b為平視圖，圖5c為側(cè)視圖、圖5d為左前俯視圖、圖5e為右后俯視圖；

圖6為本實(shí)用新型X軸慣性處理板的主視、平視、側(cè)視、左前俯視示意圖，其中，圖6a為主視圖，圖6b為平視圖，圖6c為側(cè)視圖、圖6d為左前俯視圖；

圖7為本實(shí)用新型Y軸慣性處理板的主視、平視、側(cè)視、左前俯視示意圖，其中，圖7a為主視圖，圖7b為平視圖，圖7c為側(cè)視圖、圖7d為左前俯視圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明

1、MEMS慣性測(cè)量單元電路板，2、輔助信息測(cè)量單元電路板，3、固定裝置，11、X軸慣性處理板，12、Y軸慣性處理板，13、Z軸慣性處理板，111、X軸MEMS慣性傳感器，121、Y軸MEMS慣性傳感器， 131、Z軸MEMS慣性傳感器，14、X軸焊盤(pán)，15、Y軸焊盤(pán)，16、Z 軸焊盤(pán)，21、GNSS接收機(jī)，22、磁力計(jì)，23、氣壓計(jì)，10、接插件插針，20、接插件插座。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本實(shí)用新型，但不用來(lái)限制本實(shí)用新型的范圍。

在現(xiàn)有技術(shù)方案中，通過(guò)設(shè)計(jì)安裝支架或者機(jī)械加工臺(tái)體的方式，將焊接有MEMS慣性傳感器的電路板安裝在設(shè)計(jì)好的支架或臺(tái)體上，用以保證測(cè)量軸的正交垂直。

而實(shí)際情況是，MEMS慣性傳感器作為單個(gè)封裝體，其測(cè)量軸與封裝焊接面就存在一個(gè)安裝偏角，安裝偏角的大小與MEMS器件廠家的生產(chǎn)工藝相關(guān)，差別較大。其次，MEMS慣性傳感器在焊接到電路板的過(guò)程中，焊接工藝的不同也會(huì)造成測(cè)量軸與電路板安裝平面的安裝偏角，綜合下來(lái)，安裝偏角最大可達(dá)1°～2°。所以，通過(guò)精密加工的安裝支架或臺(tái)體來(lái)保證測(cè)量坐標(biāo)系精度的方式并不科學(xué)，同時(shí)帶來(lái)了額外的設(shè)計(jì)復(fù)雜度、重量和體積的變大，安裝后仍然需要標(biāo)定設(shè)備對(duì)安裝偏角進(jìn)行補(bǔ)償。

本實(shí)用新型從改良安裝方式和優(yōu)化體積重量?jī)蓚€(gè)方面入手，并與輔助傳感器測(cè)量單元一體化設(shè)計(jì)，提供了超緊湊型MEMS慣性組合測(cè)量模塊，并實(shí)現(xiàn)了完整的組合導(dǎo)航參數(shù)測(cè)量方案。

如圖1所示，一種MEMS慣性組合測(cè)量模塊示意圖，包括通過(guò)設(shè)置在電路板平面直角處的多個(gè)固定裝置3進(jìn)行層疊固定的MEMS慣性測(cè)量單元電路板1和輔助信息測(cè)量單元電路板2；

所述固定裝置3可以是螺絲裝置；在本實(shí)施例中固定裝置的數(shù)量是3個(gè)。

所述MEMS慣性測(cè)量單元電路板1包括X軸慣性處理板11、Y 軸慣性處理板12和Z軸慣性處理板13；

如圖2、3、4所示，所述輔助信息測(cè)量單元電路板2和所述MEMS 慣性測(cè)量單元電路板1之間通過(guò)接插件插座20與接插件插針10進(jìn)行電路連接。

所述接插件插座20可以安裝在所述MEMS慣性測(cè)量單元電路板 1，也可以安裝在所述輔助信息測(cè)量單元電路板2上，與接插件插座20 配合使用接插件插針10則相應(yīng)的安裝在不同的電路板上。

如圖5所示，所述MEMS慣性測(cè)量單元電路板1的一側(cè)設(shè)置有第一凹槽，與第一凹槽垂直的另一側(cè)設(shè)置有第二凹槽；

為保證安裝方便又不損失安裝精度，所述第一凹槽的寬度與第二凹槽的寬度與電路板厚度相等，或者大于電路板厚度不超過(guò)0.15mm。

所述X軸慣性處理板11通過(guò)卡接的方式安裝于第一凹槽處，所述 Y軸慣性處理板12通過(guò)卡接的方式安裝于第二凹槽處；

所述Z軸慣性處理板13設(shè)置在所述MEMS慣性測(cè)量單元電路板1 平面上；圖2、圖5所述MEMS慣性測(cè)量單元電路板1即為Z軸慣性處理板13；

所述X軸慣性處理板11、Y軸慣性處理板12和Z軸慣性處理板 13在三維空間X、Y、Z方向互相垂直正交。

如圖6所示，所述X軸慣性處理板11包括X軸電路板和設(shè)置于X 軸電路板上的X軸MEMS慣性傳感器111；

所述X軸慣性處理板11在相對(duì)的兩側(cè)分別設(shè)置有X軸凹槽，所述X軸凹槽與所述MEMS慣性測(cè)量單元電路板1的電路板具有相同寬度，寬度差小于預(yù)定誤差；所述X軸凹槽垂直卡接于所述第一凹槽內(nèi)；

所述X軸凹槽周圍分布有焊盤(pán)，通過(guò)焊接的方式與所述MEMS慣性測(cè)量單元電路板1上的X軸焊盤(pán)14進(jìn)行電路連接。

如圖7所述，所述Y軸慣性處理板12包括Y軸電路板和設(shè)置于Y 軸電路板上的Y軸MEMS慣性傳感器121；

所述Y軸慣性處理板12在相對(duì)的兩側(cè)分別設(shè)置有Y軸凹槽，所述Y軸凹槽與所述MEMS慣性測(cè)量單元電路板1的電路板具有相同寬度，寬度差小于預(yù)定誤差；所述Y軸凹槽垂直卡接于所述第二凹槽內(nèi)；

所述Y軸凹槽周圍分布有焊盤(pán)，通過(guò)焊接的方式與所述MEMS慣性測(cè)量單元電路板1上的Y軸焊盤(pán)15進(jìn)行電路連接。

如圖2所示，所述Z軸慣性處理板13包括Z軸MEMS慣性傳感器131，通過(guò)焊接的方式與所述MEMS慣性測(cè)量單元電路板1上的Z 軸焊盤(pán)16進(jìn)行電路連接。

所述X軸慣性處理板11超出所述MEMS慣性測(cè)量單元電路板1 的頂面高度，低于層疊高度；所述Y軸慣性處理板12超出所述MEMS 慣性測(cè)量單元電路板1的頂面高度，低于層疊高度。

所述X軸MEMS慣性傳感器111、Y軸MEMS慣性傳感器121 和Z軸MEMS慣性傳感器131分別包括MEMS陀螺儀和/或MEMS加速度計(jì)。

以上描述了所述X軸慣性處理板11、Y軸慣性處理板12和Z軸慣性處理板13在三維空間X、Y、Z方向互相垂直正交的具體安裝及連接方法，垂直安裝的X軸慣性處理板11、Y軸慣性處理板12超出Z 軸慣性處理板13底面的高度并低于所述MEMS慣性測(cè)量單元電路板和輔助信息測(cè)量單元電路板的疊層高度。

在實(shí)施時(shí)，加厚電路板厚度，保證安裝具有足夠的剛度、強(qiáng)度和硬度。同時(shí)，根據(jù)安裝電路板的器件布局，最大限度地減小尺寸。

如圖2、3所示，還包括設(shè)置于所述MEMS慣性測(cè)量單元電路板1 上或者設(shè)置于所述輔助信息測(cè)量單元電路板2上的GNSS接收機(jī)21、磁力計(jì)22和氣壓計(jì)23中的一種或幾種。

GNSS接收機(jī)21、磁力計(jì)22和氣壓計(jì)23既可以設(shè)置在MEMS慣性測(cè)量單元電路板上，也可以設(shè)置在輔助信息測(cè)量單元電路板上，可以包含其中的一種、兩種或三種的任意組合。

如圖3、4所示，所述輔助信息測(cè)量單元電路板2的一側(cè)呈L形內(nèi)凹，幾何尺寸上小于所述MEMS慣性測(cè)量單元電路板1；所述輔助信息測(cè)量單元電路板2和所述MEMS慣性測(cè)量單元電路板1通過(guò)接插件進(jìn)行電路連接，相對(duì)且疊層的安裝，安裝后的組合體在高度上增加，其外延由MEMS慣性測(cè)量單元尺寸決定。

本實(shí)用新型所述的一種MEMS慣性組合測(cè)量模塊，其核心部分為 MEMS慣性測(cè)量單元，主要包含三只MEMS陀螺儀和/或三只MEMS 加速度計(jì)，用于測(cè)量三維空間的角速度和加速度。理想安裝情況下，三只MEMS陀螺儀的測(cè)量軸相互垂直，三只MEMS加速度計(jì)的測(cè)量軸相互垂直，構(gòu)成正交垂直的XYZ測(cè)量坐標(biāo)系。

所述MEMS慣性組合測(cè)量模塊作為一個(gè)完整獨(dú)立的工作系統(tǒng)，所述MEMS慣性測(cè)量單元電路板1及所述輔助信息測(cè)量單元電路板2分別還包括用于數(shù)據(jù)采集和導(dǎo)航運(yùn)算的嵌入式主控計(jì)算機(jī)、信號(hào)調(diào)理電路和/或其他外圍電路。

本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)形式，僅通過(guò)電路板的特殊安裝形式就實(shí)現(xiàn)了垂直板與底板的連接、固定和通訊，用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉的方式有效地解決了在微小面積、超低高度要求下高精度安裝固定問(wèn)題。正是因?yàn)樗鶅?yōu)選的結(jié)構(gòu)形式，才能將MEMS慣性測(cè)量單元與輔助傳感器進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，提供了一種完整的MEMS慣性組合測(cè)量模塊方案。

最后，本申請(qǐng)的方法僅為較佳的實(shí)施方案，并非用于限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。