一种基于三维立体封装技术的微型姿态航向参考系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于三维立体封装技术的微型姿态航向参考系统，包括有位于内核的三维空间集成基座，且该三维空间集成基座为六面体；三维空间集成基座外表面紧覆有多层刚柔结合板；多层刚柔结合板一面内配有微处理器，另外五面分别配装有三个单轴陀螺仪、一个三轴加速度计和一个三轴磁传感器；三维空间集成基座一面制有主器件槽，且微处理器嵌入于该主器件槽内；三维空间集成基座每面四角处均插配有定位螺钉，且定位螺钉还与多层刚柔结合板对应处穿插紧配；一次成型的三维空间集成基座，传感器件的各轴分别平行且相互正交；采用多层印刷电路板安装各种传感器件，减少了整个基座的体积；引入了微处理器，达到独立的运算和数据处理功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子导航与控制中惯性传感系统的
，特别涉及一种基于三维立体封装技术的微型姿态航向参考系统。
技术介绍
姿态航向参考系统，英文简写AHRS，其主要由三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴地磁传感器和微处理器组成。根据惯性导航原理的要求，加速度计的三个敏感轴xa、Ya、Za，陀螺仪的三个敏感轴XpYpZe，地磁磁传感器三个敏感轴XM、YM、ZM ；其相正面的X、Y、Z每个轴必须平行，同时相交叉的Χ、γ、ζ每个轴相互之间也必须正交。在此前提下，微处理对所有传感数据进行计算，系统可直接输出刚体；在载入姿态航向参考系统载体的俯仰角、横滚角和航向角后，进而推导出所附载体的速度、位置和运动轨迹。为了保证传感器件的X、Y、Z轴分别平行、相互之间必须正交的条件，一般需要特定的装置来安装固定加速度计、陀螺仪及地磁传感器；在现有技术中，姿态航向参考系统的固定方式通常是采用加工或焊接方式并形成一个正交结构的框架，再将加速度计、陀螺仪与地磁传感器固定在其外表面。如某姿态航向参考系统现有产品中，是把焊接有加速度计、陀螺仪与地磁传感器的印刷电路板通过直角弯针焊接在系统的安装基准板上，使子板上的加速度计、陀螺仪与地磁传感器与母板上的加速度计、陀螺仪与地磁传感器保持相互平行或正交。这种方式为目前姿态航向参考系统较常使用的设计，但由于直角弯针本身就有角度误差，在焊接的时候又引入了新的安装误差，因此总体精度较差，无法准确的保证X、Y、Z三个敏感轴之间的正交性。再如专利号为CN200610011562. 1的中国专利技术申请专利《一种轻小型惯性测量单元》(公告号为CN1821717A)；采用微型MEMS惯性器件，配合必要元器件构成χ向、y向、ζ 向三块惯性器件板，由信号处理电路板进行信号转换，所有电路板安装在“Τ”形空心架上； 三个惯性器件板上的微型加速度计分布各不相同，相互距离在空间减少到最大程度，信号处理电路合理安装，不会增大微小型惯性测量单元的体积；金属结构架包括主金属框和辅金属框两部分，辅金属框固连在主金属框的中线处，两个金属框互相垂直成“Τ”型。把焊接有加速度计、陀螺仪与地磁传感器的若干块印刷电路板按照相互垂直的方向固定在结构框架上。这种方法用机械加工的框架可以达到较高的精度，但只提供了三个安装面，当系统所用器件过多超过“Τ”型空心架辅金属框前后面面积范围时，需要增加应刷电路板的数量，并用螺栓配合螺母将这些新增电路板串接在一起，安装工序多，弓丨入安装误差较大。并且采用若干块印刷电路板，在实现板与板之间的电气连接方面只能也通过焊接连线的方式实现少量的连接。若干块印刷电路板之间的电气连接超过一定数量时，这种方法则无法解决。再如专利号为CN200710063635. 6的中国专利技术申请专利《一种隐式结构微型惯性测量单元》(公告号为CN101038173A)；按照一定垂直度、平面度和光洁度的要求，采用合成陶瓷材料加工一正方体基座。利用具有一定光洁度的合成陶瓷材料表面可电镀电路的特点，根据加速度计、陀螺仪的封装、电路原理图及安装要求，在基座表面电镀电路并附着焊盘。将加速度计和陀螺仪分别焊接到基座三个相互垂直的面上，在空间上实现相互正交。但是因为正方体基座采用表面电镀电路的方式，所以器件只能焊接在其外表面，可利用的空间有限，而如要增加器件的数量，则一定会增大正方体基座的体积，限制了载体功能多样化和轻型化的发展。一种隐式结构微型惯性测量单元中，没有引入微处理器，因此不能进行独立的数据处理，无法直接输出载体的运动姿态。并且使用合成陶瓷材料，成本较高。综上所述，上述现有技术中微型姿态航向参考系统由于自身的结构设计原因，主要存在有以下七个缺点 1、金属框架过重，大大增加微型姿态航向参考系统的重量，不利于其向轻型化的发展。2、微型姿态航向参考系统体积过大，不利于突破载体内部空间的限制，不利于其向小型化的发展。3、用焊接结构来保证加速度计、陀螺仪与地磁传感器敏感轴之间的正交结构，误差较大。4、安装工序较多，引入安装误差较大，加工成本较高。5、微型姿态航向参考系统不包括微处理器，不具备独立运算功能。6、采用单面贴装技术，可利用的空间有限，不利于器件的扩展。7、采用多块印刷电路板组合的方式，不适于高密度的电气连接。因此目前技术下的微型姿态航向参考系统无法兼顾体积小、重量轻、精度高、成本低以及可扩展性强的需求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种结构紧凑、构件体积小、测量精度高、构件可靠性好及具有独立运算能力的一种基于三维立体封装技术的微型姿态航向参考系统。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为一种基于三维立体封装技术的微型姿态航向参考系统，包括有位于内核的三维空间集成基座，且该三维空间集成基座为六面体；三维空间集成基座外表面紧覆有多层刚柔结合板；多层刚柔结合板一面内配有微处理器，另外五面分别配装有三个单轴陀螺仪、一个三轴加速度计和一个三轴磁传感器；三维空间集成基座一面制有主器件槽，且微处理器嵌入于该主器件槽内；三维空间集成基座每面四角处均插配有定位螺钉，且定位螺钉还与多层刚柔结合板对应处穿插紧配；一次成型的三维空间集成基座，能利用削磨加工到精密的平面度和垂直度，直接提供三对两两互相垂直的安装面，对应配合并满足传感器件的X、Y、Z轴分别平行，相互之间必须正交的安装要求。采取的措施还包括 上述的多层刚柔结合板其六面体分别为第一刚性印刷电路板部分、第二刚性印刷电路板部分、第三刚性印刷电路板部分、第四刚性印刷电路板部分、第五刚性印刷电路板部分、第六刚性印刷电路板部分。上述的第一刚性印刷电路板部分、第三刚性印刷电路板部分、第五刚性印刷电路板部分、第六刚性印刷电路板部分依次自左而右成一直线并列布置，且相接处粘连有韧带。上述的第二刚性印刷电路板部分、第三刚性印刷电路板部分、第四刚性印刷电路板部分依次自下而上成一直线并列布置，且相接处粘连有韧带。上述的微处理器配于第一刚性印刷电路板部分上；第二刚性印刷电路板部分、第三刚性印刷电路板部分、第四刚性印刷电路板部分、第五刚性印刷电路板部分、第六刚性印刷电路板部分的每一面板中间位置均制有一个电路板安装孔，每一内表面上均配装有六个凸起、并依电路板安装孔为中心陈列布置的被动元件。上述的第一刚性印刷电路板部分、第二刚性印刷电路板部分、第三刚性印刷电路板部分、第四刚性印刷电路板部分、第五刚性印刷电路板部分、第六刚性印刷电路板部分每一面板的四角处均制有定位孔，且定位孔与所述的定位螺钉对应插配。上述的陀螺仪为三个，分别安装于第二刚性印刷电路板部分、第三刚性印刷电路板部分、第五刚性印刷电路板部分中间部位；三轴磁传感器为一个，并安装于第四刚性印刷电路板部分的中间部位；三轴加速度计为一个，并安装于第六刚性印刷电路板部分的中间部位，使三轴加速度计的ζ向敏感轴与安装平面相互垂直。上述的三维空间集成基座采用钛合金材料制成，或采用树脂材料制成，或采用铝合金材料制成。上述的三维空间集成基座其六面分别为前平面、后平面、左平面、右平面、上平面和下平面，并分别与多层刚柔结合板的第一刚性印刷电路板部分、第二刚性印刷电路板部分、第三刚性印刷电路板部分、第四刚性印刷电路板部分、第五刚性印刷电路板部分、第六刚性印刷电路板部分本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于三维立体封装技术的微型姿态航向参考系统，包括有位于内核的三维空间集成基座（４０１），且该三维空间集成基座（４０１）为六面体；所述的三维空间集成基座（４０１）外表面紧覆有多层刚柔结合板（１０１）；其特征是：所述的多层刚柔结合板（１０１）一面内配有微处理器（３０１），另外五面分别配装有三个单轴陀螺仪（７０１）、一个三轴加速度计（７０２）和一个三轴磁传感器（７０３）；所述的三维空间集成基座（４０１）一面制有主器件槽（４１２），且微处理器（３０１）嵌入于该主器件槽（４１２）内；所述的三维空间集成基座（４０１）每面四角处均插配有定位螺钉（４０９），且定位螺钉（４０９）还与多层刚柔结合板（１０１）对应处穿插紧配；一次成型的三维空间集成基座，能利用削磨加工到精密的平面度和垂直度，直接提供三对两两互相垂直的安装面，对应配合并满足传感器件的Ｘ、Ｙ、Ｚ轴分别平行，相互之间必须正交的安装要求。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王皓冰，朱巍，雷家波，
申请(专利权)人：王皓冰，
类型：发明
国别省市：32