大过载高动态应用环境下的层叠式微惯性测量单元制造技术

本实用新型专利技术公开了一种大过载高动态应用环境下的层叠式微惯性测量单元，包括至少两块电路板，所述电路板上设置有至少一种惯性传感器，所述电路板间通过弹性支撑结构叠层固定，所述弹性支撑结构包括固定部和弹性部，所述弹性部由弹性材料制成，所述电路板间通过柔性导带连接器进行电气互联，所述柔性导带连接器包括柔性导带，所述柔性导带的长度大于电路板之间的间距。微惯性测量单元采用叠层式设计，将所有的惯性传感器进行平面安装，提升了系统抗大过载能力，系统内部电子部件均采用特殊设计的弹性体支撑材料进行叠层装配，实现了微惯性测量单元在大过载高动态环境下的力学防护。测量单元在大过载高动态环境下的力学防护。测量单元在大过载高动态环境下的力学防护。

【技术实现步骤摘要】
大过载高动态应用环境下的层叠式微惯性测量单元


[0001]本技术涉及微惯性测量单元的结构与力学防护设计
，具体地涉及一种大过载高动态应用环境下的层叠式微惯性测量单元。

技术介绍

[0002]随着半导体技术的发展，MEMS（微机电系统）技术由于其微型化、低成本以及高可靠性等特点，广泛地应用在无人机，制导弹药、稳定平台等军事领域。而基于MEMS技术的微惯性测量单元作为测量载体动态数据的传感器系统，具有精度高、体积小、环境适应性强、成本低等优点，可应用于大过载、高动态等恶劣环境。微惯性测量单元通过内部集成的MEMS惯性传感器进行运动感知，其测量原理是：传感器内部硅微机械结构的运动与相对位移产生可供检测电学信号，专用集成电路对该电学信号进行处理，对外输出模拟或者数字量，从而感知载体的运动信息。
[0003]微惯性测量单元作为载体运动状态的检测装置，需满足六自由度的惯性参数测量需求，通常采用惯性传感器正交装配实现其敏感轴向的六自由度测量。由于MEMS惯性传感器的硅微机械结构设计原理，在侧向竖直安装情况下，承受过载冲击能力较弱。并且在大过载、高动态环境下，微惯性测量测量单元会承受极大的传递应力与高频振动，均会对系统功能造成影响甚至失效。因此针对恶劣应用环境下的可靠性，需对微惯性测量单元的系统方案进行优化与环境防护设计。并且为了降低机械加工、装配等误差，同时保证系统可靠性与配合强度，微惯性测量单元尽量避免多零件的拼接组装设计。现有的一些做法及存在的缺陷如下：
[0004]公告号CN 110017835 A的技术专利《惯性测量单元及应用该惯性测量单元的可移动装置》提出了一种具有恒温加热功能的惯性测量单元与应用该惯性测量单元的可移动装置。该惯性测量单元内部采用高导热率的框架结构，利用加热源产生热量对框架内嵌电路板进行加热，通过多传感器感知系统实时温度，内部隔热板与胶套维持系统预设温度。该方案通过特殊的结构与导热路径设计，保证系统在工作时处于恒温状态，减低系统的温度漂移，提升系统性能。该设计主要针对惯性测量单元的温度特性进行系统环境优化设计，未对大过载、高动态应用环境进行特殊防护。
[0005]公告号CN 105352501 A的技术专利《模块化、可扩展型MEMS惯性测量单元》提出了一种敏感模块正交装配与正方体框架，内部叠层计算机模块的可扩展型MEMS惯性测量单元。该方案将四个敏感模块通过螺钉竖直装配与正方支架四个侧框，两个敏感模块与计算机模块水平装配于正方体支架内部，通过单头螺柱实现互连支撑。该惯性测量单元内部紧凑，模块化与灵活性程度较高，系统可配置性好。但由于正方体支架内部层叠三个模块，内部空间十分有限，且敏感模块存在竖直与水平安装，因此敏感模块与计算机模块的信号连接将提高该惯性测量单元的装配复杂程度。
[0006]公告号CN 104296746 A的技术专利《一种新型微惯性测量单元》提出了一种可将MEMS加速度计、MEMS陀螺仪与安装基座进行同一平面或者平行叠层焊接装配的微型惯
性测量单元组合。该技术选择不同敏感结构的MEMS加速度计与MEMS陀螺仪，使其惯性测量轴向水平或垂直与传感器焊接平面，从而满足六自由度的惯性参数测量需求。此方案避免惯性传感器的正交装配，空间利用率大，系统集成度较高，抗过载能力强。但是其未对大过载、高动态应用环境进行特殊防护。
[0007]公告号CN 107966144 A的技术专利《一种基于MEMS传感器的惯性测量组合的装配体结构》提出一种通过安装基座实现MEMS惯性传感器三轴正交安装的装配体结构方案。安装基座结构近似六面体，顶面与侧面安装MEMS传感器，底面安装陀螺信号处理电路。安装基座预留走线槽，信号线经绑扎形成线束并对外引出。该方案将信号转换电路至于基座底部密闭腔体，实现物理隔离，减少信号干扰。但该装配体结构较为复杂，加工难度大，且内部信号传输采用导线方式,增加装配流程。
[0008]公告号CN 105922836 A的技术专利《可调阻尼的抗冲击微型惯性测量单元》提出了一种由外部壳体、惯性装配体、减振器以及密封垫组成的微惯性测量单元。其中外部壳体与密封垫形成密闭空间，惯性装配体通过减震器悬挂于密闭壳体中，内部空气性高阻尼弹性体。下壳体内表面设有凸起止挡结构，可调节系统抗冲击性能。减震器包含的减振橡胶上下表面具有均匀凹槽，可控制减震器谐振频率。该方案抗冲击与减振性能可根据应用环境进行调整，灵活度较高，多种阻尼设计利于振动隔离。但该方案惯性器件的敏感轴向与微型惯性测量单元的轴向存在一定角度，需通过系统补偿进行比例尺调整，增加了系统误差。

技术实现思路

[0009]针对上述存在的技术问题，本技术目的是：提供了一种大过载高动态应用环境下的层叠式微惯性测量单元，微惯性测量单元采用叠层式设计，将所有的惯性传感器进行平面安装，提升了系统抗大过载能力，系统内部电子部件均采用特殊设计的弹性体支撑材料进行叠层装配，实现了微惯性测量单元在大过载高动态环境下的力学防护。
[0010]本技术的技术方案是：
[0011]一种大过载高动态应用环境下的层叠式微惯性测量单元，包括至少两块电路板，所述电路板上设置有至少一种惯性传感器，所述电路板间通过弹性支撑结构叠层固定，所述弹性支撑结构包括固定部和弹性部，所述弹性部由弹性材料制成，所述电路板间通过柔性导带连接器进行电气互联，所述柔性导带连接器包括柔性导带，所述柔性导带的长度大于电路板之间的间距。
[0012]优选的技术方案中，所述固定部通过镶嵌式结构与弹性部连接，通过粘胶进行固连。
[0013]优选的技术方案中，所述弹性支撑结构为圆台结构，所述固定部设置有螺纹。
[0014]优选的技术方案中，所述述柔性导带连接器还包括金手指焊盘结构和塑料体结构，所述柔性导带两端引出内部走线铜箔，通过增厚形成一定强度的金手指焊盘，将金手指焊盘与部分柔性导带进行注塑，得到塑料体结构。
[0015]优选的技术方案中，控制电路板通过柔性导带连接器连接至电气结构接插件。
[0016]优选的技术方案中，所述层叠式微惯性测量单元的外围设置有金属壳体，所述金属壳体包括方形套筒与平面底座，所述方形套筒与平面底座每侧具有安装法兰。
[0017]与现有技术相比，本技术的优点是：
[0018]1、本技术系统内部电子部件均采用特殊设计的弹性体支撑材料进行叠层装配，实现了微惯性测量单元在大过载高动态环境下的力学防护，且电路板之间通过柔性导带进行信息互联，保证了电气接口的可靠性。同时该层叠结构与信息互联方式，使微惯性测量单元功能具备灵活性与可拓展性。
[0019]2、微惯性测量单元采用叠层式设计，将所有的惯性传感器进行平面安装，使得微惯性测量单元在承受大过载状态下，惯性传感器硅微敏感结构的运动方向与过载方向非重合，提升了系统抗大过载能力。电路板支撑结构采用一定强度的弹性体材料，使其通过形变缓解大过载冲击与高频振动，电路板之间的机械连接采用同种方式，可衰减过载本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大过载高动态应用环境下的层叠式微惯性测量单元，包括至少两块电路板，所述电路板上设置有至少一种惯性传感器，其特征在于，所述电路板间通过弹性支撑结构叠层固定，所述弹性支撑结构包括固定部和弹性部，所述弹性部由弹性材料制成，所述电路板间通过柔性导带连接器进行电气互联，所述柔性导带连接器包括柔性导带，所述柔性导带的长度大于电路板之间的间距。2.根据权利要求1所述的大过载高动态应用环境下的层叠式微惯性测量单元，其特征在于，所述固定部通过镶嵌式结构与弹性部连接，通过粘胶进行固连。3.根据权利要求1所述的大过载高动态应用环境下的层叠式微惯性测量单元，其特征在于，所述弹性支撑结构为圆台结构，所述固定部设置有螺纹...

【专利技术属性】
技术研发人员：鞠莉娜，蒋鹏，黄艳辉，
申请(专利权)人：中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心，
类型：新型
国别省市：