一种小型化低成本温控型惯性测量系统技术方案

一种小型化低成本温控型惯性测量系统，涉及惯性测量领域；小型化低成本温控型惯性测量系统包括温控惯性测量模块、温度控制模块和惯测计算机；其中温控惯性测量模块包括微机械陀螺模块、微机械加速度计模块、传感器基座、加热模块、保温模块、陀螺AD转换处理模块和底座；惯性测量系统不仅为3个单轴微机械陀螺模块、3个单轴微机械加速度计模块提供安装基准，而且将陀螺和加速度计保持在高温恒定温度环境中，大幅度提高了陀螺和加速度计的输出性能。本发明专利技术的优点是该惯性测量系统精度高、体积小、结构紧凑、温度精确控制响应快、成本低。

A miniature low cost temperature controlled inertial measurement system

A miniature low cost temperature inertial measurement system, relates to the field of inertial measurement; small low cost inertial measurement system includes temperature control temperature control type inertial measurement module, temperature control module and inertial measurement computer; the temperature control module includes a micro mechanical gyro inertial measurement module, micro accelerometer module, sensor module, thermal insulation, heating. Module, AD conversion module and a gyro; inertial measurement system not only for the 3 single axis gyroscope module, 3 single axis micro accelerometer module provides reference for installation, and the gyro and accelerometer maintained at high temperature and constant temperature environment, greatly improve the output performance of the gyro and accelerometer. The invention has the advantages of high precision, small volume, compact structure, quick response of the precise temperature control and low cost.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种惯性测量领域，特别是一种小型化低成本温控型惯性测量系统。
技术介绍
微机械惯性测量系统是指由微机械陀螺模块、微机械加速度计模块组成的惯性测量系统。微机械陀螺模块、微机械加速度计模块具有体积小、重量轻、功耗低、抗冲击、易于批量生产等特点。在航空航天、制导炸弹以及消费电子等领域有着广泛的应用。环境因素是影响微机械陀螺模块、微机械加速度计模块性能的重要因素，而温度又是影响微机械陀螺模块、微机械加速度计模块可靠性和精度的关键因素，随着环境温度的变化，微机械陀螺模块、微机械加速度计模块内部的热胀冷缩效应、残余应力作用、系统刚度变化以及电路中各种元器件温度漂移等都会使输出产生漂移现象。温度对微机械陀螺模块、微机械加速度计模块输出影响显著，成为其提高精度的制约瓶颈。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种小型化低成本温控型惯性测量系统，大幅度提高了陀螺和加速度计的输出性能，同时具有精度高、体积小、结构紧凑、温度精确控制响应快、成本低等优点。本专利技术的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：一种小型化低成本温控型惯性测量系统，包括温控装配模块、温度测控模块和惯性测量计算机；其中温控装配模块包括微机械陀螺模块、微机械加速度计模块、加热模块、保温模块、传感器基座、陀螺AD转换处理模块和底座；其中，底座位于温控装配模块的底部，传感器基座固定安装在温控装配模块的上端；加热模块固定安装在传感器基座的上表面；微机械陀螺模块和微机械加速度计模块固定安装在加热模块和传感器基座形成空腔的内部；传感器基座和底座之间安装有陀螺AD转换处理模块；保温模块固定安装在底座上表面；加热模块、微机械陀螺模块、微机械加速度计模块、传感器基座和陀螺AD转换处理模块固定安装在保温模块内部；加热模块：接收温度测控模块传来的加热控制信号，对加热模块的内部空间进行加热；发出加热片温度信号TP至温度测控模块；保温模块：减小加热模块热量的散失，维持惯性测量系统在高温恒定的工作环境；微机械陀螺模块：在加热模块加热下，输出x轴、y轴和z轴3轴的陀螺温度信号TGX、TGY、TGZ至陀螺AD转换处理模块，陀螺AD转换处理模块将x轴、y轴和z轴3轴的陀螺温度信号TGX、TGY、TGZ转换成数字信号，并将x轴、y轴和z轴3轴的陀螺温度信号TGX、TGY、TGZ的数字信号传输至惯性测量计算机；输出陀螺角速度信号GX、GY、GZ至陀螺AD转换处理模块，陀螺AD转换处理模块将陀螺角速度信号GX、GY、GZ转换成数字信号，并将陀螺角速度数字信号传输至惯性测量计算机；微机械加速度计模块：在加热模块加热下，输出x轴、y轴和z轴3轴的加速度温度信号TAX、TAY、TAZ和3轴加速度信号Ax、Ay、Az至惯性测量计算机；惯性测量计算机：接收陀螺AD转换处理模块传来的x轴、y轴和z轴3轴的陀螺温度信号TGX、TGY、TGZ的数字信号；接收微机械陀螺模块传来的陀螺角速度信号GX、GY、GZ的数字信号；将x轴和z轴陀螺温度信TGX、TGZ的数字信号输出至温度测控模块；接收微机械加速度计模块传来的x轴、y轴和z轴3轴的加速度温度信号TAX、TAY、TAZ和3轴加速度信号Ax、Ay、Az；惯测计算机分别通过微机械加速度计模块传来的x轴、y轴和z轴3轴的加速度温度信号TGX、TGY、TGZ的数字信号对各自轴向的陀螺角速度信号GX、GY、GZ进行误差补偿处理，得到补偿后的陀螺角速度信号；惯测计算机分别通过微机械加速度计模块传来的x轴、y轴和z轴3轴的加速度温度信号TAX、TAY、TAZ的数字信号对各自轴向的加速度信号AX、AY、AZ进行误差补偿处理，得到补偿后的加速度信号；陀螺AD转换处理模块：接收微机械陀螺模块传来的出x轴、y轴和z轴3轴的陀螺温度信号TGX、TGY、TGZ；将x轴、y轴和z轴3轴的陀螺温度信号TGX、TGY、TGZ转换成数字信号，并将x轴、y轴和z轴3轴的陀螺温度信号TGX、TGY、TGZ的数字信号传输至惯性测量计算机；接收微机械陀螺模块传来的陀螺角速度信号GX、GY、GZ，将转陀螺角速度信号GX、GY、GZ换成数字信号，并将陀螺角速度信号GX、GY、GZ的数字信号输出至惯性测量计算机；温度测控模块：发送加热控制信号至加热模块，其控制频率为20HZ～50HZ；接收惯性测量计算机传来的x轴陀螺温度信号TGX和z轴的陀螺温度信号TGZ；接收加热模块传来的温度信号TP；接收环境温度信号TA；根据陀螺温度信号TGX、z轴的陀螺温度信号TGZ、加热模块的温度信号TP和环境温度信号TA计算得出下一次加热控制信号；并将下一次加热控制信号发送至加热模块；通过循环的反馈控制，保持了陀螺、加速度计的恒定工作环境。在上述的一种小型化低成本温控型惯性测量系统，所述微机械陀螺模块包括x轴、y轴、z轴3只正交的单轴微机械陀螺；所述微机械加速度计模块包括x轴、y轴、z轴3只正交的单轴微机械加速度计；所述传感器基座进行了黑色瓷质阳极化处理。在上述的一种小型化低成本温控型惯性测量系统，所述保温模块内部的工作温度保持64-66℃恒温。在上述的一种小型化低成本温控型惯性测量系统，所述加热模块包括导热套筒和电加热片；导热套筒为中空长方体结构，导热套筒固定安装在传感器基座的上表面，导热套筒为硬铝材料；电加热片包覆在导热套筒的外表面。在上述的一种小型化低成本温控型惯性测量系统，加热模块包括顶部加热片和侧面加热片；其中，顶部加热片为圆形结构，水平设置在导热套筒顶部外表面；侧面加热片为矩形结构，环绕包覆导热套筒的四个侧面。在上述的一种小型化低成本温控型惯性测量系统，所述温度测控模块输出的下一次加热控制信号包括顶部加热片加热控制信号PWM_X和侧面加热片加热控制信号PWM_Z；温度测控模块通过接收的x轴陀螺温度信号TGX输出顶部加热片加热控制信号PWM_X；温度测控模块通过接收的z轴陀螺温度信号TGZ输出侧面加热片加热控制信号PWM_Z；顶部加热片加热控制信号PWM_X的计算公式为：式中：PWM_X为输出数字量；Uset为参数调试时供电电压；Uin为供电电压；KP1为陀螺温度(TGX)偏差比例系数；KI1为陀螺温度(TGX)偏差积分系数；KD1为陀螺温度(TGX)偏差微分系数；e1n为陀螺温度第n次偏差(65℃-TGX)；e1n-1为陀螺温度第n-1次偏差(65℃-TGX)；KP2加热罩温度(TP)偏差比例系数；KD2为加热罩温度(TP)微分系数；KD3为环境温度(TA)微分系数；TPn为第n次采集的加热片温度；TPn-1为第n-1次采集的加热片温度；TAn为第n次采集的环境温度；TAn-1为第n-1次采集的环境温度；侧面加热片加热控制信号PWM_Z的计算公式为：PWM_Z为输出数字量；Uset为参数调试时供电电压；Uin为供电电压；KP3为陀螺温度(TGZ)偏差比例系数；KI3为陀螺温度(TGZ)偏差积分系数；KD3为陀螺温度(TGZ)偏差微分系数；e3n为陀螺温度第n次偏差(65℃-TGZ)；e3n-1为陀螺温度第n-1次偏差(65℃-TGZ)；KP2加热罩温度(TP)偏差比例系数；KD2为加热罩温度(TP)微分系数；KD3为环境温度(TA)微分系数；TPn为第n次采集的加热片温度；T本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小型化低成本温控型惯性测量系统，其特征在于：包括温控装配模块、温度测控模块和惯性测量计算机；其中温控装配模块包括微机械陀螺模块、微机械加速度计模块、加热模块、保温模块、传感器基座、陀螺AD转换处理模块和底座；其中，底座位于温控装配模块的底部，传感器基座固定安装在温控装配模块的上端；加热模块固定安装在传感器基座的上表面；微机械陀螺模块和微机械加速度计模块固定安装在加热模块和传感器基座形成空腔的内部；传感器基座和底座之间安装有陀螺AD转换处理模块；保温模块固定安装在底座上表面；加热模块、微机械陀螺模块、微机械加速度计模块、传感器基座和陀螺AD转换处理模块固定安装在保温模块内部；加热模块：接收温度测控模块传来的加热控制信号，对加热模块的内部空间进行加热；发出加热片温度信号TP至温度测控模块；保温模块：减小加热模块热量的散失，维持惯性测量系统在高温恒定的工作环境；微机械陀螺模块：在加热模块加热下，输出x轴、y轴和z轴3轴的陀螺温度信号TGX、TGY、TGZ至陀螺AD转换处理模块，陀螺AD转换处理模块将x轴、y轴和z轴3轴的陀螺温度信号TGX、TGY、TGZ转换成数字信号，并将x轴、y轴和z轴3轴的陀螺温度信号TGX、TGY、TGZ的数字信号传输至惯性测量计算机；输出陀螺角速度信号GX、GY、GZ至陀螺AD转换处理模块，陀螺AD转换处理模块将陀螺角速度信号GX、GY、GZ转换成数字信号，并将陀螺角速度数字信号传输至惯性测量计算机；微机械加速度计模块：在加热模块加热下，输出x轴、y轴和z轴3轴的加速度温度信号TAX、TAY、TAZ和3轴加速度信号Ax、Ay、Az至惯性测量计算机；惯性测量计算机：接收陀螺AD转换处理模块传来的x轴、y轴和z轴3轴的陀螺温度信号TGX、TGY、TGZ的数字信号；接收微机械陀螺模块传来的陀螺角速度信号GX、GY、GZ的数字信号；将x轴和z轴陀螺温度信TGX、TGZ的数字信号输出至温度测控模块；接收微机械加速度计模块传来的x轴、y轴和z轴3轴的加速度温度信号TAX、TAY、TAZ和3轴加速度信号Ax、Ay、Az；惯测计算机分别通过微机械加速度计模块传来的x轴、y轴和z轴3轴的加速度温度信号TGX、TGY、TGZ的数字信号对各自轴向的陀螺角速度信号GX、GY、GZ进行误差补偿处理，得到补偿后的陀螺角速度信号；惯测计算机分别通过微机械加速度计模块传来的x轴、y轴和z轴3轴的加速度温度信号TAX、TAY、TAZ的数字信号对各自轴向的加速度信号AX、AY、AZ进行误差补偿处理，得到补偿后的加速度信号；陀螺AD转换处理模块：接收微机械陀螺模块传来的出x轴、y轴和z轴3轴的陀螺温度信号TGX、TGY、TGZ；将x轴、y轴和z轴3轴的陀螺温度信号TGX、TGY、TGZ转换成数字信号，并将x轴、y轴和z轴3轴的陀螺温度信号TGX、TGY、TGZ的数字信号传输至惯性测量计算机；接收微机械陀螺模块传来的陀螺角速度信号GX、GY、GZ，将转陀螺角速度信号GX、GY、GZ换成数字信号，并将陀螺角速度信号GX、GY、GZ的数字信号输出至惯性测量计算机；温度测控模块：发送加热控制信号至加热模块，其控制频率为20HZ～50HZ；接收惯性测量计算机传来的x轴陀螺温度信号TGX和z轴的陀螺温度信号TGZ；接收加热模块传来的温度信号TP；接收环境温度信号TA；根据陀螺温度信号TGX、z轴的陀螺温度信号TGZ、加热模块的温度信号TP和环境温度信号TA计算得出下一次加热控制信号；并将下一次加热控制信号发送至加热模块；通过循环的反馈控制，保持了陀螺、加速度计的恒定工作环境。...

【技术特征摘要】
1.一种小型化低成本温控型惯性测量系统，其特征在于：包括温控装配模块、温度测控模块和惯性测量计算机；其中温控装配模块包括微机械陀螺模块、微机械加速度计模块、加热模块、保温模块、传感器基座、陀螺AD转换处理模块和底座；其中，底座位于温控装配模块的底部，传感器基座固定安装在温控装配模块的上端；加热模块固定安装在传感器基座的上表面；微机械陀螺模块和微机械加速度计模块固定安装在加热模块和传感器基座形成空腔的内部；传感器基座和底座之间安装有陀螺AD转换处理模块；保温模块固定安装在底座上表面；加热模块、微机械陀螺模块、微机械加速度计模块、传感器基座和陀螺AD转换处理模块固定安装在保温模块内部；加热模块：接收温度测控模块传来的加热控制信号，对加热模块的内部空间进行加热；发出加热片温度信号TP至温度测控模块；保温模块：减小加热模块热量的散失，维持惯性测量系统在高温恒定的工作环境；微机械陀螺模块：在加热模块加热下，输出x轴、y轴和z轴3轴的陀螺温度信号TGX、TGY、TGZ至陀螺AD转换处理模块，陀螺AD转换处理模块将x轴、y轴和z轴3轴的陀螺温度信号TGX、TGY、TGZ转换成数字信号，并将x轴、y轴和z轴3轴的陀螺温度信号TGX、TGY、TGZ的数字信号传输至惯性测量计算机；输出陀螺角速度信号GX、GY、GZ至陀螺AD转换处理模块，陀螺AD转换处理模块将陀螺角速度信号GX、GY、GZ转换成数字信号，并将陀螺角速度数字信号传输至惯性测量计算机；微机械加速度计模块：在加热模块加热下，输出x轴、y轴和z轴3轴的加速度温度信号TAX、TAY、TAZ和3轴加速度信号Ax、Ay、Az至惯性测量计算机；惯性测量计算机：接收陀螺AD转换处理模块传来的x轴、y轴和z轴3轴的陀螺温度信号TGX、TGY、TGZ的数字信号；接收微机械陀螺模块传来的陀螺角速度信号GX、GY、GZ的数字信号；将x轴和z轴陀螺温度信TGX、TGZ的数字信号输出至温度测控模块；接收微机械加速度计模块传来的x轴、y轴和z轴3轴的加速度温度信号TAX、TAY、TAZ和3轴加速度信号Ax、Ay、Az；惯测计算机分别通过微机械加速度计模块传来的x轴、y轴和z轴3轴的加速度温度信号TGX、TGY、TGZ的数字信号对各自轴向的陀螺角速度信号GX、GY、GZ进行误差补偿处理，得到补偿后的陀螺角速度信号；惯测计算机分别通过微机械加速度计模块传来的x轴、y轴和z轴3轴的加速度温度信号TAX、TAY、TAZ的数字信号对各自轴向的加速度信号AX、AY、AZ进行误差补偿处理，得到补偿后的加速度信号；陀螺AD转换处理模块：接收微机械陀螺模块传来的出x轴、y轴和z轴3轴的陀螺温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢立华，李世臻，陈团，石阳，白滢，袁倩，李季，吕秀梅，
申请(专利权)人：北京航天控制仪器研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11