一種一體化mems慣性姿態敏感器結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種慣性姿態敏感器結構，尤其涉及一種一體化的MEMS慣性姿態敏感器結構。
【背景技術】
[0002]自第一顆人造地球衛星成功發射以來，衛星的發展已走過50多年。衛星的發展初期，由于技術的限制，衛星的功能較為簡單，隨著航天技術的不斷發展，用戶需求的日益多樣化，衛星在重量、功能、應用領域等方面發生了巨大的變化，20世紀80年代以來，現代小衛星以一種全新的概念出現，它采用新的技術和思想，大大提高了衛星功能的密集度。這類衛星質量輕、體積小、研制周期短、成本低、發射靈活，在很多領域具有廣闊的應用前景。特別是隨著MEMS(Micro Electro Mechanical System，微機電系統)技術的發展，小衛星的設計思想也發生了根本變革。
[0003]盡管MEMS陀螺器件的商用化程度已經很高，并已在軍事、汽車和消費電子領域得到了應用，但MEMS陀螺的空間應用則剛開始起步。設計一種具有體積小，抗沖擊，可靠性高，壽命長，成本低特點的MEMS慣性姿態敏感器具有廣闊的應用潛力和前景。
【發明內容】
[0004]本發明的技術解決問題:克服現有慣性敏感器產品結構體積大，重量重等不足，提供一種體積小，抗沖擊，可靠性高，壽命長，成本低的MEMS慣性姿態敏感器結構，滿足10kg及以下重量微型衛星的中等角速率測量精度需求。
[0005]本發明的技術解決方案是:一種一體化MEMS慣性姿態敏感器結構，包括底座、立柱、單通道線路組件、MEMS陀螺、母板組件、上罩、光學基準鏡，其中由底座、MEMS陀螺組成的陀螺組件模塊位于整機結構中心，MEMS陀螺固連于底座上，獨立的單通道線路組件以陀螺組件模塊為中心立于整機四周，通過立柱與陀螺組件模塊固連，避免陀螺信號通過長線傳輸帶來干擾，母板組件、上罩位于整機結構頂部，為陀螺組件模塊抵抗空間輻射，光學基準鏡粘結于底座一端的基準鏡安裝面上，為衛星的安裝提供基準；
[0006]MEMS陀螺包括三個正交陀螺和一個斜裝陀螺，其中斜裝陀螺與三個正交陀螺夾角相等，三個正交陀螺的輸入軸兩兩相互垂直，分別與星體坐標系的XYZ軸平行，形成正交的XYZ測量坐標系，可測量出衛星沿滾動軸、俯仰軸和偏航軸的角速度分量，作為備份的斜裝陀螺，其輸入軸和與三個正交陀螺輸入軸的夾角相等；
[0007]單通道線路組件包括側壁和線路板，線路板緊固在側壁上，線路板分為接口部和AD/DA轉換部，兩部分的信號通過撓性連接傳輸。
[0008]母板組件包括母板和個對外連接器，與母板組件連接的單通道線路組件將通道線路的傳輸信號匯聚到母板上，再通過焊接在母板上的個對外連接器輸出給衛星。
[0009]所述的陀螺模塊組件還包括橡膠減振器，用于MEMS陀螺與底座連接的減振，以抑制1000HZ以上的振動，并隔離MEMS陀螺之間的微振動干擾。
[0010]本發明與現有技術相比具有以下優點:
[0011](I)模塊化的整機結構:整機結構按照通用化原則設計，整機采用3+1S陀螺配置方案，即三個正交陀螺和一個斜裝陀螺，4通道陀螺安裝在底座中間，4通道線路各自形成獨立模塊以陀螺為中心分布在四周，整機結構緊湊，避免陀螺信號通過長線傳輸帶來的干擾。
[0012](2)鎂合金材料底座:底座選用鎂合金MB2材料，與鋁合金相比，在強度和剛度基本相同的情況下，重量可減少約三分之一。
[0013](3) MEMS陀螺采用減振器安裝:MEMS陀螺安裝時采用真空橡膠(Zn_37)減振措施，抑制1000Hz以上的振動，可以改善MEMS陀螺的抗力學能力，并隔離4個MEMS陀螺之間的微振動干擾。
[0014](4)線路板間引線采用撓性連接:每通道線路板安裝在鋁合金材料的側壁上，鋁材側壁有利于增強產品的抗輻射能力。MEMS陀螺控制電路板為8層PCB，其接口部分和AD/DA轉換部分間采用撓性連接，有良好的安裝工藝性。使得整機結構內部走線整潔、有序，避免了長距離引線造成的干擾，同時避免了連接線與機械結構的接觸，提高產品可靠性。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明整機結構爆炸圖；
[0016]圖2為MEMS陀螺組件模塊結構圖；
[0017]圖3為單通道線路組件結構圖；
[0018]圖4為母板組件結構圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖對本發明作進一步詳細地描述:
[0020]如圖1所示，本發明由鎂合金底座1、MEMS陀螺4組成的陀螺組件模塊位于整機中心，4塊獨立的單通道線路組件3以陀螺組件模塊為中心立于整機四周，通過立柱2與陀螺組件模塊固連，母板組件5、上罩6位于整機結構頂部，為陀螺組件抵抗空間輻射，光學基準鏡7粘結于底座一端的基準鏡安裝面上，為衛星的安裝提供基準。
[0021]如圖2所示，MEMS陀螺組件模塊由四個MEMS陀螺4、鎂合金底座I和橡膠減振器8組成。四個MEMS陀螺4通過減振器8和螺釘與底座I固連。
[0022]如圖3所示，單通道線路組件由鋁合金側壁31和線路板32組成，線路板32分為接口部分和AD/DA轉換部，兩部分的信號通過撓性連接33傳輸。線路板32通過螺釘固緊在側壁31上。
[0023]如圖4所示，母板組件由母板41和2個對外連接器42組成。與母板組件5連接的單通道線路組件3將通道線路的傳輸信號匯聚到母板41上，再通過焊接在母板41上的2個對外連接器42輸出給衛星。
[0024]本發明整機采用3+1S陀螺配置方案，即三個正交陀螺和一個斜裝陀螺，4個陀螺安裝于底座中心，其中斜裝陀螺與三個正交陀螺夾角相等，其夾角α = 54.73°。三個正交陀螺的輸入軸兩兩相互垂直，分別與星體坐標系的XYZ軸平行，形成正交的XYZ測量坐標系，可測量出衛星沿滾動軸、俯仰軸和偏航軸的角速度分量。第四個陀螺為斜裝式，其輸入軸和與三個正交陀螺輸入軸的夾角相等，在星體坐標系的X、Y、Z方向的方向余弦分別為0.5774，0.5774，0.5774，作為備份陀螺，保證整機有較高的可靠性和較長的使用壽命；四通道線路各自獨立在MEMS陀螺四周，結構緊湊，避免陀螺信號通過長線傳輸帶來的干擾。整機大小100 X 100 X 80mm，重量小于1kg，能夠滿足10kg及以下重量微型衛星的中等角速率測量精度需求，拓寬衛星應用領域，滿足了衛星對慣性姿態敏感器小尺寸、輕型化的需求。
[0025]本發明未詳細描述內容為本領域技術人員公知技術。
【主權項】
1.一種一體化MEMS慣性姿態敏感器結構，其特征在于:包括底座(I)、立柱(2)、單通道線路組件(3)、MEMS陀螺(4)、母板組件(5)、上罩(6)、光學基準鏡(7)，其中由底座(1)、MEMS陀螺(4)組成的陀螺組件模塊位于整機結構中心，MEMS陀螺(4)固連于底座(I)上，獨立的單通道線路組件(3)以陀螺組件模塊為中心立于整機四周，通過立柱(2)與陀螺組件模塊固連，避免陀螺信號通過長線傳輸帶來干擾，母板組件(5)、上罩(6)位于整機結構頂部，為陀螺組件模塊抵抗空間輻射，光學基準鏡(7)粘結于底座(I) 一端的基準鏡安裝面上，為衛星的安裝提供基準； MEMS陀螺(4)包括三個正交陀螺和一個斜裝陀螺，其中斜裝陀螺與三個正交陀螺夾角相等，三個正交陀螺的輸入軸兩兩相互垂直，分別與星體坐標系的XYZ軸平行，形成正交的XYZ測量坐標系，可測量出衛星沿滾動軸、俯仰軸和偏航軸的角速度分量，作為備份的斜裝陀螺，其輸入軸和與三個正交陀螺輸入軸的夾角相等，保證整機有較高的可靠性和較長的使用壽命。2.如權利要求1所述的一種一體化MEMS慣性姿態敏感器結構，其特征在于:單通道線路組件(3)包括側壁(31)和線路板(32)，線路板(32)緊固在側壁(31)上，線路板(32)分為接口部和AD/DA轉換部，兩部分的信號通過撓性連接(33)傳輸。3.如權利要求2所述的一種一體化MEMS慣性姿態敏感器結構，其特征在于:所述線路板(32)為8層PCB板。4.如權利要求1所述的一種一體化MEMS慣性姿態敏感器結構，其特征在于:母板組件(5)包括母板(41)和2個對外連接器(42)，與母板組件(5)連接的單通道線路組件(3)將通道線路的傳輸信號匯聚到母板(41)上，再通過焊接在母板(41)上的2個對外連接器(42)輸出給衛星。5.根據權利要求1所述的一種一體化MEMS慣性姿態敏感器結構，其特征在于:所述的陀螺模塊組件還包括橡膠減振器(8)，用于MEMS陀螺(4)與底座(I)連接的減振，以抑制100HZ以上的振動，并隔離MEMS陀螺(4)之間的微振動干擾。
【專利摘要】本發明公開了一種一體化MEMS慣性姿態敏感器結構，包括MEMS陀螺、獨立線路組件、母板組件，整機采用三個正交陀螺和一個斜裝陀螺，四個陀螺安裝于底座中心，其中斜裝陀螺與三個正交陀螺夾角相等，三個正交陀螺的輸入軸兩兩相互垂直，第四個陀螺為斜裝式，其輸入軸和與三個正交陀螺輸入軸的夾角相等。四通道線路各自獨立在MEMS陀螺四周，結構緊湊，避免陀螺信號通過長線傳輸帶來的干擾。
【IPC分類】G01C21/16
【公開號】CN104931050
【申請號】CN201510303047
【發明人】張沛勇, 李愷, 王崢, 李建朋, 劉吉利, 惠欣, 丁穎, 王曉玲
【申請人】北京控制工程研究所
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年6月4日