一种低成本高精度的姿态传感器的制作方法

本实用新型属于惯性仪器仪表领域，涉及一种低成本高精度的姿态传感器。

背景技术：

姿态传感器用于汽车、舰船、飞机、导弹等载体设备航向及姿态的测量，便于这些载体设备的控制。该类姿态传感器在国内外已经发展多年，其他产品目前主要有如下缺点：

1、国外高精度的MEMS姿态传感器价格高昂，且对国内禁止销售；

2、国内实现类似性能指标的MEMS姿态传感器成本高，体积大。

因此急需一种成本低廉，精度高的姿态传感器。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种低成本高精度的姿态传感器，采用低成本的 MEMS传感器，实现高精度、高稳定性的姿态传感器，解决高精度与高成本之间的矛盾；

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种低成本高精度的姿态传感器，包含电路板腔体，盖体，还包含主控电路板，传感器板Ⅰ和传感器板Ⅱ，所述主控电路板水平安装于所述电路板腔体中，所述传感器板Ⅰ竖直安装在所述电路板腔体的传感器插槽Ⅰ上，所述传感器板Ⅱ竖直安装在所述电路板腔体的传感器插槽Ⅱ上，所述传感器插槽Ⅰ的方向与所述传感器插槽Ⅱ的方向相互垂直，并均平行于所述电路板腔体的一边，所述盖体用于与所述电路板腔体连接，并将所述主控电路板，传感器板Ⅰ和传感器板Ⅱ封装于所述电路板腔体中；

所述主控电路板包含处理器，陀螺仪阵列Ⅰ和加速度计阵列Ⅰ，所述传感器板Ⅰ包含陀螺仪阵列Ⅱ和加速度计阵列Ⅱ，所述传感器板Ⅱ包含陀螺仪阵列Ⅲ和加速度计阵列Ⅲ；

所述处理器用于采集所述传感器板Ⅰ、传感器板Ⅱ和所述主控电路板上的传感器数据，并处理输出姿态传感器的数字信息。

进一步，所述陀螺仪阵列Ⅰ的陀螺仪数量为4，其中的两个陀螺仪设置在所述主控电路板的正面，另外两个设置于所述主控电路板的背面并与正面的两个陀螺仪位置对应，所述加速度计阵列Ⅰ的加速度计数量为2，分别设置于所述主控电路板的正面和反面，所述陀螺仪阵列Ⅰ和所述加速度计阵列Ⅰ用于提供所述姿态传感器z轴的陀螺和加速度信息。

进一步，所述传感器板Ⅰ用于提供所述姿态传感器的x轴的陀螺和加速度信息，所述陀螺仪阵列Ⅱ陀螺仪数量为4，其中的两个陀螺仪设置在所述传感器板Ⅰ的正面，另外两个设置于所述传感器板Ⅰ的背面并与正面的两个陀螺仪位置对应，所述加速度计阵列Ⅱ的加速度计数量为2，分别设置于所述传感器板Ⅰ的正面和反面。

进一步，所述传感器板Ⅱ用于提供所述姿态传感器的y轴的陀螺和加速度信息，所述陀螺仪阵列Ⅲ陀螺仪数量为4，其中的两个陀螺仪设置在所述传感器板Ⅱ的正面，另外两个设置于所述传感器板Ⅱ的背面并与正面的两个陀螺仪位置对应，所述加速度计阵列Ⅲ的加速度计数量为2，分别设置于所述传感器板Ⅱ的正面和反面。

进一步，所述主控电路板通过3个非同边设置的卡扣固定。

进一步，所述电路板腔体采用有机硅凝胶灌注。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型主要是采用了低成本的MEMS传感器，实现了低成本、小体积、高精度的组合姿态传感器，在保证性能指标的前提下进一步降低了机器人、无人机、导弹制导方面惯性传感器的成本，为产品的广泛应用及推广提供基础保证。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本实用新型提供如下附图进行说明：

图1为本实用新型的主控电路板电路图；

图2为本实用新型的传感器板电路图；

图3为本实用新型的结构示意图；

图4为本实用新型的主控电路板布置图；

图5为本实用新型的传感器板Ⅰ布置图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。

附图标记说明，1为传感器板Ⅰ，2为卡扣，3为主控电路板，4为传感器板Ⅱ，5为陀螺仪阵列Ⅰ，6为加速度计阵列Ⅰ，7为陀螺仪阵列Ⅱ，8为加速度计阵列Ⅱ。

本实用新型为一种低成本高精度的姿态传感器，如图3所示，包含电路板腔体，盖体，还包含主控电路板3，传感器板Ⅰ1和传感器板Ⅱ4，主控电路板3水平安装于电路板腔体中，传感器板Ⅰ1竖直安装在电路板腔体的传感器插槽Ⅰ上，传感器板Ⅱ4竖直安装在电路板腔体的传感器插槽Ⅱ上，传感器插槽Ⅰ的方向与传感器插槽Ⅱ的方向相互垂直，并均平行于电路板腔体的一边，盖体用于与电路板腔体连接，并将主控电路板3，传感器板Ⅰ1和传感器板Ⅱ4封装于电路板腔体中；

如图4所示，主控电路板1包含处理器，陀螺仪阵列Ⅰ5和加速度计阵列Ⅰ6，如图5所示，传感器板Ⅰ包含陀螺仪阵列Ⅱ7和加速度计阵列Ⅱ8，本实施例的传感器板Ⅱ4布置方式与传感器板Ⅰ1相同，包含陀螺仪阵列Ⅲ和加速度计阵列Ⅲ；处理器用于采集传感器板Ⅰ1、传感器板Ⅱ4和主控电路板3上的传感器数据，并处理输出姿态传感器的数字信息。

如图1所示，本实用新型的传感器的主控电路板3包含处理器U4，用于采集主控电路板和传感器板上的传感器信息，晶振器U8晶振器U8用于提供频率振荡从而满足处理器U4的工作，主控板电路3中还包含4个陀螺仪U1、U2、U3、U5，其布置位置如图4所示，其中 U3、U5设置在了主控板的正面，U1、U2设置在了主控板的背面与U3、U5相对应的位置，如图4所示，主控板上还设置有两个加速度计U10和U11，其中U10设置在了主控电路板的正面，U11设置在了主控电路板3的背面。主控电路还包含了基准源U7，两个磁传感器U12 和U13以及模数转换器U6，其中基准源U7用于产生精密的4.096V电压，磁传感器U12和 U13用于测量航向位置，模数转换器U6把加速度计的模拟信号转换为数字信号。主控电路板上还设置有插件J2和J3用于连接两块传感器板上的插件CN1，从而使得传感器板上的信号传输至主控电路板。主控电路板上还设置有J1，J1与插件连接，用于仿真和通信，主板上还设置有电源芯片U9用于提供3.3V的稳定电源。

如图2所示，本实用新型的传感器板Ⅰ1和传感器板Ⅱ4的电路部分是相同的，包含4个陀螺仪U1、U2、U3、U4，其布置位置如图5所示，其中U1、U2设置在了传感器板的正面， U3、U4设置在了传感器板的背面与U1、U2相对应的位置，如图4所示，传感器板上还设置有两个加速度计U5和U6，其中U5设置在了正面，U6设置在传感器板的了背面。

本实用新型的三种电路板安装在腔体后，采用有机硅凝胶灌注，保证电路的三防功能并提高传感器的抗振动冲击能力。

如图3所示，两块传感器板相互垂直设置，分别用于敏感x轴的陀螺和加速度信息和y 轴的陀螺和加速度信息，并将传感器信息通过插件CN1传输到主控电路板3上，主控电路板 3上采集z轴的陀螺和加速度信息，最终通过处理器U4处理算出能够反映出载体在空间中的航向、俯仰、横滚方向所处的位置及角速度、角加速度等信息。

本实用新型的模块能够安装在汽车、飞机等载体上，通电后，由处理器实时采集主控电路板3、传感器板Ⅰ1、传感器板Ⅱ4上的角速度，加速度信息，通过信号处理、滤波后，由处理器通过卡尔曼滤波算法、四元素算法解算出能够反映出载体在空间中的航向、俯仰、横滚方向所处的位置及角速度、角加速度等信息，并将这些姿态信息传送至载体的运动控制机构，进而为载体保持所需要的平衡提供准确的参考点。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本实用新型进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本实用新型权利要求书所限定的范围。