一种小型化MEMS陀螺寻北仪制造技术

本发明专利技术涉及一种小型化MEMS陀螺寻北仪，其包括：壳体包括顶盖和底座，顶盖和所述底座闭合形成一收容空间；一体化对称转动结构的中心设置有轴承，轴承与设置在底座中心位置处的中心旋转轴系结构配合，所述一体化对称转动结构上设置有印制电路板、盘式电机、惯性器件和角位移传感器；导电滑环设置在所述轴承上部，为所述印制电路板供电；所述盘式电机带动所述惯性器件旋转，由所述角位移传感器测量所述盘式电机转子转动的角度，并反馈至电机转动控制模块，由所述电机转动控制模块控制所述盘式电机工作；所述导电滑环通过所述印制电路板为所述惯性器件供电，所述印制电路板用于数据传输和处理，处理后的数据及电机转动控制模块的数据传输到外部设备。传输到外部设备。传输到外部设备。

【技术实现步骤摘要】
一种小型化MEMS陀螺寻北仪


[0001]本专利技术涉及一种惯性导航
，特别是关于一种小型化MEMS陀螺寻北仪。

技术介绍

[0002]根据系统原理的不同，寻北仪分为两大类。一类采用以天文寻北、GPS寻北为代表的依靠外界信息辅助的寻北技术。该类寻北仪一般精度较高，但十分依赖外界环境，对天气、地理位置等环境要求比较苛刻，而且寻北周期较长。另一类采用以磁寻北和惯性寻北等不依靠外界信息的寻北技术。磁寻北主要利用磁传感器测量地球磁场确定地磁北极。但地磁场较弱，容易受铁磁物质，电子设备等干扰，导致应用受限。惯性寻北主要依靠陀螺和加速度计测量地球自转角速度、重力矢量确定真北方向。该种方式具有高精度，完全自主，隐蔽性强，不受自然条件限制等优势。惯性寻北技术是惯性
的重要组成部分。
[0003]陀螺作为寻北仪的核心器件，是影响寻北仪发展的关键因素。传统的高精度惯性寻北仪通常采用激光陀螺，光纤陀螺以及半球谐振陀螺等高精度陀螺仪，因此能在较短时间内达到比较高的精度，满足特定场景下的使用需求。但这类寻北仪存在体积大，重量大，功耗大且价格昂贵的问题。在某些对体积、重量、功耗以及成本有严格要求的领域，这些以传统陀螺构成的寻北仪已不再适用。
[0004]微机电(MEMS)陀螺具有可靠性高、抗冲击、体积小、功耗低和成本低等特点，是陀螺的主流发展方向之一。但目前MEMS陀螺精度还相对较低，在手机、汽车电子等民用领域应用较多。针对MEMS陀螺精度低、噪声大影响寻北精度的问题，一方面可以从工艺上提高惯性器件精度。该种手段是提高寻北精度的根本途径，但一般周期长，技术难度也较大，且跟工艺和材料等水平息息相关。另一方面在惯性器件精度给定的情况下，可使用旋转调制技术来提高寻北精度。旋转调制技术作为一种惯性器件偏差自补偿方法，对惯性器件偏差进行调制，抵消器件偏差对系统精度的影响。
[0005]目前寻北仪采用的电机体积一般较大且减速齿轮间隙使得精度较低，部分模块分离，且未采用一体化结构设计，导致系统体积过大，质量较重，精度下降，不利于便携使用。

技术实现思路

[0006]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种小型化MEMS陀螺寻北仪，其减小了系统体积和质量，降低了系统功耗，具有较高的寻北精度。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种小型化MEMS陀螺寻北仪，其括：壳体，包括顶盖和底座，所述顶盖和所述底座闭合形成一收容空间；一体化对称转动结构，其中心位置处设置有轴承，所述轴承与设置在所述底座中心位置处的中心旋转轴系结构配合，所述一体化对称转动结构上设置有印制电路板、盘式电机、惯性器件和角位移传感器；所述惯性器件设置为多个；导电滑环，设置在所述一体化对称转动结构的所述轴承上部，为所述印制电路板供电；所述盘式电机带动所述惯性器件旋转，由所述角位移传感器测量所述盘式电机转子转动的角度，并反馈至所述印制电路板上的电机转动控制模块，由所述电
机转动控制模块控制所述盘式电机工作；所述导电滑环通过所述印制电路板为所述惯性器件供电，所述印制电路板还用于数据传输和处理，处理后的数据及电机转动控制模块的数据传输到外部设备。
[0008]进一步，所述印制电路板包括：
[0009]水平电路板，其通过细导线与所述导电滑环的底部连接实现供电；所述水平电路板的下表面焊接有所述惯性器件，用于为所述惯性器件供电，并将采集到的所述惯性器件数据进行无线发送；
[0010]垂直电路板，包括数据采集用垂直电路板和数据汇总垂直电路板；所述数据采集用垂直电路板内侧焊接有所述惯性器件，用于为所述惯性器件供电，并将采集到的所述惯性器件数据传输至所述数据汇总垂直电路板，所述数据汇总垂直电路板与所述水平电路板连接，用于数据传输及供电；
[0011]电机电路板，其通过细导线与所述导电滑环的顶部连接实现供电，并通过细导线与所述角位移传感器连接为其供电；所述电机电路板还用于为所述盘式电机供电并控制驱动所述盘式电机转动，通过无线方式接收所述水平电路板发送的数据，处理后将该数据以及电机转动控制模块的数据传输至所述外部设备。
[0012]进一步，所述一体化对称转动结构包括：
[0013]柱状结构，其顶部设置有所述导电滑环，内部设置有所述轴承，所述轴承通过锁紧螺母与所述中心旋转轴系结构连接，所述中心旋转轴系结构的底部设置在所述底座的中心位置处；
[0014]承重底盘，位于所述柱状结构的下部，所述承重底盘的底部周向设置有所述角位移传感器；
[0015]环状结构，包括内环和外环，所述内环通过支撑梁连接在所述柱状结构上；所述内环内设置有所述水平电路板，所述内环与所述外环之间设置有凹槽，所述凹槽内设置有所述盘式电机转子的永磁体；所述环状结构位于所述柱状结构的上部；
[0016]所述电机电路板设置在所述环状结构的上层；
[0017]焊接有所述惯性器件的所述数据采集用垂直电路板分别设置在所述柱状结构的外壁面，所述惯性器件位于所述数据采集用垂直电路板与所述柱状结构之间，与设置在所述水平电路板的下表面的所述惯性器件呈垂直状态；
[0018]所述数据采集用垂直电路板沿所述柱状结构的轴向设置，并采用柔缆与所述数据汇总垂直电路板连接，所述数据汇总垂直电路板经所述柔缆与所述水平电路板连接。
[0019]进一步，在所述环状结构与所述承重底盘之间，间隔设置有四个立柱，所述环状结构的内环底部通过所述立柱与所述承重底盘连接；相邻所述立柱之间设置的空间内设置有所述垂直电路板，所述数据采集用垂直电路板固定在所述柱状结构上，所述数据汇总垂直电路板固定在所述立柱上。
[0020]进一步，所述电机电路板的外周采用PCB封装有所述盘式电机定子的线圈绕组，所述线圈绕组位于定子的铁心的下方。
[0021]进一步，所述线圈绕组的周向设置有安装板，所述安装板的四角处分别设置安装孔，用于与所述底座上的支撑柱连接。
[0022]进一步，所述惯性器件与所述柱状结构的外壁面之间设置有散热用的导热硅胶
垫。
[0023]进一步，所述角位移传感器包括角位移传感器转子和角位移传感器定子；
[0024]所述角位移传感器转子设置在所述一体化对称转动结构的承重底盘底部周向；
[0025]所述角位移传感器定子固定设置在所述底座上。
[0026]进一步，所述底座的中间位置处设置有大圆孔，位于所述大圆孔周向设置有小圆环凸台，所述小圆环凸台上设置有用于连接所述中心旋转轴系结构的螺纹孔；
[0027]位于所述小圆环凸台的圆周外部，在所述底座上间隔设置有若干柱状凸台，通过所述柱状凸台将所述角位移传感器的角位移传感器定子固定在所述底座上。
[0028]进一步，所述顶盖上设置有外部接口；所述外部接口的内侧经柔缆与设置在电机电路板上的接口连接，为所述电机电路板供电及数据传输，所述外部接口的外侧与所述外部设备连接。
[0029]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0030]1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小型化MEMS陀螺寻北仪，其特征在于，包括：壳体，包括顶盖(101)和底座(102)，所述顶盖(101)和所述底座(102)闭合形成一收容空间；一体化对称转动结构(130)，其中心位置处设置有轴承(151)，所述轴承(151)与设置在所述底座(102)中心位置处的中心旋转轴系结构(153)配合，所述一体化对称转动结构(130)上设置有印制电路板(110)、盘式电机(120)、惯性器件(170)和角位移传感器(140)；所述惯性器件(170)设置为多个；导电滑环(150)，设置在所述一体化对称转动结构(130)的所述轴承(151)上部，为所述印制电路板(110)供电；所述盘式电机(120)带动所述惯性器件(170)旋转，由所述角位移传感器(140)测量所述盘式电机(120)转子转动的角度，并反馈至所述印制电路板(110)上的电机转动控制模块，由所述电机转动控制模块控制所述盘式电机(120)工作；所述导电滑环(150)通过所述印制电路板(110)为所述惯性器件(170)供电，所述印制电路板(110)还用于数据传输和处理，处理后的数据及电机转动控制模块的数据传输到外部设备。2.如权利要求1所述小型化MEMS陀螺寻北仪，其特征在于，所述印制电路板(110)包括：水平电路板(111)，其通过细导线与所述导电滑环(150)的底部连接实现供电；所述水平电路板(111)的下表面焊接有所述惯性器件(170)，用于为所述惯性器件(170)供电，并将采集到的所述惯性器件(170)数据进行无线发送；垂直电路板(112)，包括数据采集用垂直电路板(1121)和数据汇总垂直电路板(1122)；所述数据采集用垂直电路板(1121)内侧焊接有所述惯性器件(170)，用于为所述惯性器件(170)供电，并将采集到的所述惯性器件(170)数据传输至所述数据汇总垂直电路板(1122)，所述数据汇总垂直电路板(1122)与所述水平电路板(111)连接，用于数据传输及供电；电机电路板(113)，其通过细导线与所述导电滑环(150)的顶部连接实现供电，并通过细导线与所述角位移传感器(140)连接为其供电；所述电机电路板(113)还用于为所述盘式电机(120)供电并控制驱动所述盘式电机(120)转动，通过无线方式接收所述水平电路板(111)发送的数据，处理后将该数据以及电机转动控制模块的数据传输至所述外部设备。3.如权利要求2所述小型化MEMS陀螺寻北仪，其特征在于，所述一体化对称转动结构(130)包括：柱状结构(132)，其顶部设置有所述导电滑环(150)，内部设置有所述轴承(151)，所述轴承(151)通过锁紧螺母(152)与所述中心旋转轴系结构(153)连接，所述中心旋转轴系结构(153)的底部设置在所述底座(102)的中心位置处；承重底盘(134)，位于所述柱状结构(132)的下部，所述承重底盘(134)的底部周向设置有所述角位移传感器(140)；环状结构(131)，包括内环和外环，所述内环通过支撑梁(135)连接在所述柱状结构(132)上；所述内环内设置有所述水平电路板(111)，所述内环与所述外环之间设置有凹槽，所述凹槽内设置有所述盘式电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张嵘，周斌，赵雪玲，郭美凤，魏琦，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：