[发明专利]大过载高动态应用环境下的层叠式微惯性测量单元

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及微惯性测量单元的结构与力学防护设计技术领域，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。

背景技术

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。

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：

公告号CN 110017835 A的发明专利《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。

公告号CN 105352501 A的发明专利《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。

公告号CN 104296746 A的发明专利《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。该发明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。