一种水下用高过载惯性测量装置的制作方法

1.本发明属于惯性测量领域，具体涉及一种水下用高过载惯性测量装置。


背景技术：

2.惯性测量装置用于敏感水下微型导弹运动的角速度、加速度信息，并进行导航解算、输出控制指令、控制微型导弹运动的姿态与位置。加速度计是惯性测量装置的关键部件，用于测量微型导弹三个轴向的加速度信息，受微型导弹空间限制，加速度计需满足轻小型化设计要求。同时，微型导弹在入水瞬间，加速度瞬时量达到600g以上，加速度计需满足大量程范围要求。
3.mems加速度计体积小、测量精度高，但量程范围一般在100g以内，无法敏感到600g以上的加速度。压电式加速度计量程达1000g，但零位漂移误差较大，无法满足长时间导航计算精度要求。


技术实现要素：

4.(一)要解决的技术问题
5.本发明要解决的技术问题是如何提供一种水下用高过载惯性测量装置，以解决微型导弹武器高过载、高精度加速度测量问题。
6.(二)技术方案
7.为了解决上述技术问题，本发明提出一种水下用高过载惯性测量装置，该惯性测量装置的电路板共有2块，分别是mems板和信息处理板；
8.mems板包括3个mems陀螺仪和3个mems加速度计，采集角速度与加速度的信息，并通过spi接口传输给信息处理板的soc；
9.信息处理板包括：soc、压电式加速度计、运放和ad；其中压电式加速度计输出4路模拟量，分别代表x、y、z加速度和温度的信息，需要经过运放、ad转为数字信号，再通过spi接口发送给soc。
10.进一步地，信息处理板还包括：soc、ddr、flash、晶振、复位、dc/dc、调试接口和rs-422接口芯片。
11.进一步地，信息处理板由板a、板b、板c共3个圆形印制板组成，通过柔性电缆连接，经过2次弯折后通过螺钉和套筒进行锁紧。
12.进一步地，板a摆放了压电式加速度计、运放、ad、与mems对插的焊盘。
13.进一步地，板b摆放了soc、ddr、flash、晶振、复位和调试接口。
14.进一步地，板c摆放了dc/dc、rs-422接口芯片和连接器。
15.进一步地，mems板由板1、板2、板3、板4、板5、板6共6个小板组成，通过柔性电缆连接，其中板1、板2、板3、板4、板5由螺钉锁紧在结构本体上，板6焊接双排插针，然后与信息处理板对插。
16.进一步地，板1的top面为陀螺仪x轴，bottom面为加速度计z轴；板2的top面为加速
度计x轴；板3的top面为加速度计y轴；板4的top面为陀螺仪y轴；板5的top面为陀螺仪z轴。
17.进一步地，上电后首先对mems加速度计和压电式加速度计进行初始化，然后选择mems加速度计的输出进行导航；接下来判断mems加速度的值，如果在-50g～ 50g之间，此时mems加速度的输出精度更好，选择mems加速度计的输出进行导航。
18.进一步地，如果mems加速度的值≥ 50g，或mems加速度的值小于等于-50g，此时mems加速度的值已经超出量程，无法显示出真实的加速度值，切换压电式加速度计的输出进行导航，同时，继续判断mems加速度的值。
19.(三)有益效果
20.本发明提出一种水下用高过载惯性测量装置，本发明的关键点主要有以下几点：
21.1、mems加速度计和压电式加速度计双冗余设计，该设计是本发明能够实现高过载、高精度加速度检测的关键点。
22.2、描述了信息处理板与mems板的具体构成，以及工作流程。
23.本发明通过设计一种水下用高过载惯性测量装置，采用mems加速度计和压电式加速度计双冗余的方案，解决微型导弹武器高过载、高精度加速度测量问题。同时，满足惯性测量装置对体积的严格要求。
附图说明
24.图1为本发明水下用高过载惯性测量装置功能框图；
25.图2为信息处理板电路布局图；
26.图3为mems板电路布局图；
27.图4为惯性测量装置流程图。
具体实施方式
28.为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
29.本发明提出了一种水下用高过载惯性测量装置，结合mems加速度计和压电式加速度计的各自优点，设计一种高过载、高精度惯性测量装置，满足水下微型导弹武器导航与控制需求。
30.本发明的功能框图如图1所示，本发明的水下用高过载惯性测量装置的电路板共有2块，分别是mems板和信息处理板。mems板包括3个mems陀螺仪和3个mems加速度计，采集角速度与加速度的信息，并通过spi接口传输给信息处理板的soc。
31.信息处理板包括：soc、ddr、flash、晶振、复位、dc/dc、调试接口、压电式加速度计、运放、ad、rs-422接口芯片等器件。其中压电式加速度计输出4路模拟量，分别代表x、y、z加速度和温度的信息，需要经过运放、ad转为数字信号，再通过spi接口发送给soc。
32.信息处理板由板a、板b、板c共3个圆形印制板组成，通过柔性电缆连接，经过2次弯折后通过螺钉和套筒进行锁紧。板a摆放了压电式加速度计、运放、ad、与mems对插的焊盘等器件；板b摆放了soc、ddr、flash、晶振、复位、调试接口等器件；板c摆放了dc/dc、rs-422接口芯片、连接器等器件。具体分布见图2所示：
33.mems板由板1、板2、板3、板4、板5、板6共6个小板组成，通过柔性电缆连接，其中板
1、板2、板3、板4、板5由螺钉锁紧在结构本体上，板6焊接双排插针，然后与信息处理板对插。
34.板1的top面为陀螺仪x轴，bottom面为加速度计z轴；板2的top面为加速度计x轴；板3的top面为加速度计y轴；板4的top面为陀螺仪y轴；板5的top面为陀螺仪z轴。具体分布见图3所示：
35.为了满足惯性测量装置对加速度测量的高动态、高精度的要求，上电后首先对mems加速度计和压电式加速度计进行初始化，然后选择mems加速度计的输出进行导航；接下来判断mems加速度的值，如果在-50g～ 50g之间，此时mems加速度的输出精度更好，选择mems加速度计的输出进行导航，；
36.如果mems加速度的值≥ 50g，或mems加速度的值小于等于-50g，此时mems加速度的值已经超出量程，无法显示出真实的加速度值，切换压电式加速度计的输出进行导航，同时，继续判断mems加速度的值，并重复上述流程，具体工作流程如图4所示。
37.本发明的一种水下用高过载惯性测量装置的构成和工作流程具有专利权。
38.本发明的关键点主要有以下几点：
39.1、mems加速度计和压电式加速度计双冗余设计，该设计是本发明能够实现高过载、高精度加速度检测的关键点。
40.2、描述了信息处理板与mems板的具体构成，以及工作流程。
41.本发明通过设计一种水下用高过载惯性测量装置，采用mems加速度计和压电式加速度计双冗余的方案，解决微型导弹武器高过载、高精度加速度测量问题。同时，满足惯性测量装置对体积的严格要求。
42.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。