本發(fā)明屬于減振技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于微慣性測(cè)量單元的減振結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

慣性傳感器是利用物體的慣性性質(zhì)來測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)情況的一類傳感器，其包括加速度計(jì)和陀螺儀。傳統(tǒng)慣性傳感器由于體積大、質(zhì)量重、成本高等原因，限制了其應(yīng)用范圍。隨著微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了新一代的MEMS慣性傳感器。

近年來，由MEMS慣性傳感器硅微陀螺儀及硅微加速度計(jì)組成的微慣性測(cè)量單元(Miniature Inertial Measurement Unit,MIMU)因其體積小、可靠性高、適合大批量生產(chǎn)等特點(diǎn)，其應(yīng)用越來越廣。但在實(shí)際應(yīng)用中，微慣性測(cè)量單元的測(cè)量精度受載體振動(dòng)的影響較大，因此為微慣性測(cè)量單元設(shè)計(jì)一個(gè)在工程應(yīng)用中效果較佳的減振結(jié)構(gòu)，使其性能不受環(huán)境影響是目前微慣性測(cè)量單元應(yīng)用的研究熱點(diǎn)之一。

目前，現(xiàn)有的用于微慣性測(cè)量單元的減振結(jié)構(gòu)主要存在以下問題：(1)大多數(shù)減振結(jié)構(gòu)使用多個(gè)減振器分布支撐的方式為微慣性測(cè)量單元減振，由于單個(gè)減振器加工尺寸誤差的影響，難以使分布支撐的每一個(gè)減振器的剛度完全相同，因此在確定振結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案時(shí)雖然將由減振結(jié)構(gòu)與微慣性測(cè)量單元組成的整體系統(tǒng)(以下簡稱為系統(tǒng))的彈性中心與微慣性測(cè)量單元和支撐架構(gòu)成的整體的質(zhì)心設(shè)計(jì)為重合，但在實(shí)際制造出的產(chǎn)品中，由于每個(gè)減振器的剛度誤差而會(huì)偏離方案的位置從而導(dǎo)致系統(tǒng)各方向振動(dòng)的耦合，引起正交方向上慣性傳感器的測(cè)量誤差；(2)在設(shè)計(jì)減振結(jié)構(gòu)時(shí)，未考慮系統(tǒng)對(duì)于微慣性測(cè)量單元內(nèi)傳感器帶寬頻率范圍內(nèi)信號(hào)的放大，使得系統(tǒng)的共振峰落在帶寬范圍內(nèi)，干擾信號(hào)被放大，嚴(yán)重影響了微慣性測(cè)量單元的測(cè)量精度；(3)系統(tǒng)三個(gè)線振動(dòng)方向上的剛度不統(tǒng)一，導(dǎo)致三個(gè)線振動(dòng)方向上的頻率不一致，從而使系統(tǒng)的固有頻率范圍變大過寬。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于微慣性測(cè)量單元的減振結(jié)構(gòu)，使得微慣性測(cè)量單元即使在振動(dòng)環(huán)境下也能夠提高微慣性測(cè)量單元的測(cè)量精度。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案為一種用于微慣性測(cè)量單元的減振結(jié)構(gòu)，包括殼體、 支撐架、彈性減振環(huán)；所述殼體用于容納所述支撐架和彈性減振環(huán)；所述支撐架外部設(shè)置有圓環(huán)形凸起，支撐架的內(nèi)部空腔用于放置微慣性測(cè)量單元；所述彈性減振環(huán)為一個(gè)內(nèi)壁開設(shè)有凹槽的圓環(huán)，該凹槽的大小與圓環(huán)形突起的大小相適應(yīng)從而將圓環(huán)形突起卡緊在凹槽內(nèi)；殼體內(nèi)部為圓柱形空間，其底部四周設(shè)置有凸臺(tái)用于放置彈性減振環(huán)，從而使彈性減振環(huán)將所述支撐架懸空放置在所述殼體內(nèi)部，且所述支撐架與殼體內(nèi)壁之間的間距足夠大使得支撐架在振動(dòng)時(shí)不會(huì)與殼體接觸；支撐架及其內(nèi)部安裝的微慣性測(cè)量單元構(gòu)成的整體的質(zhì)心與圓環(huán)形凸起的幾何中心重合。

進(jìn)一步，支撐架由支撐架上蓋和底部封閉的圓筒形支撐架底座組成；圓環(huán)形凸起設(shè)置在支撐架底座的外側(cè)面；支撐架底座的外側(cè)面與殼體內(nèi)壁的距離大于支撐架在振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的相對(duì)于殼體內(nèi)壁的最大徑向位移。

進(jìn)一步，通過在支撐架內(nèi)部添加配重，使得支撐架及其內(nèi)部安裝的微慣性測(cè)量構(gòu)成的整體的質(zhì)心與圓環(huán)形凸起的幾何中心重合。

進(jìn)一步，彈性減振環(huán)由阻尼橡膠制作而成，且彈性減振環(huán)的橫截面為方形，凹槽關(guān)于彈性減振環(huán)的徑向中軸線對(duì)稱。

進(jìn)一步，殼體包括上蓋和外殼，上蓋的內(nèi)側(cè)邊緣設(shè)置有凸臺(tái)，彈性減振環(huán)的外徑應(yīng)略大于外殼內(nèi)部圓柱形空間的內(nèi)徑，彈性減振環(huán)在軸向的高度略大于上蓋內(nèi)側(cè)凸臺(tái)與外殼底部凸臺(tái)之間的軸向距離，上蓋與外殼固定連接在一起。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明采用單一均勻的彈性減振環(huán)為微慣性測(cè)量單元減振，即整個(gè)減振結(jié)構(gòu)的核心部件為一個(gè)彈性減振環(huán)，避免了由于使用多個(gè)減振器分布布置時(shí)產(chǎn)生的剛度差問題，減小了系統(tǒng)實(shí)際產(chǎn)品的彈性中心與設(shè)計(jì)方案中彈性中心位置的偏離差距，即減小了實(shí)際位置與設(shè)計(jì)方案之間的偏差，易于系統(tǒng)解耦；本發(fā)明的彈性減振環(huán)，其橫截面關(guān)于彈性減振環(huán)的徑向中軸線對(duì)稱，使得系統(tǒng)徑向與軸向的剛度相同，系統(tǒng)在徑向與軸向上的頻率較為集中，從而使系統(tǒng)的固有頻率范圍變小并高于微慣性測(cè)量單元的帶寬，對(duì)于微慣性測(cè)量單元內(nèi)傳感器帶寬頻率范圍內(nèi)的輸入信號(hào)，系統(tǒng)對(duì)其放大率小于1.1，從而降低了微慣性測(cè)量單元在檢測(cè)載體運(yùn)動(dòng)信息時(shí)受外界振動(dòng)影響的程度，保證了測(cè)量輸出精度。

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

附圖說明

圖1為本發(fā)明用于微慣性測(cè)量單元的減振結(jié)構(gòu)爆炸圖。

圖2為本發(fā)明用于微慣性測(cè)量單元的減振結(jié)構(gòu)裝配示意圖。

圖3為本發(fā)明用于微慣性測(cè)量單元的減振結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖4為本發(fā)明中支撐架的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為圖3中彈性減振環(huán)的局部放大圖。

具體實(shí)施方式

容易理解，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，在不變更本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神的情況下，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可以想象出本發(fā)明用于微慣性測(cè)量單元的減振結(jié)構(gòu)的多種實(shí)施方式。因此，以下具體實(shí)施方式和附圖僅是對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案的示例性說明，而不應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明的全部或者視為對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的限制或限定。

結(jié)合圖1、圖2和圖3，本實(shí)施例包括上蓋1、支撐架2、彈性減振環(huán)3和外殼4；所述上蓋1和外殼4組成用于容納所述支撐架2和彈性減振環(huán)3的殼體；所述支撐架2外部設(shè)置有圓環(huán)形凸起2-2-1，支撐架2的內(nèi)部空腔用于放置微慣性測(cè)量單元；所述彈性減振環(huán)3為一個(gè)內(nèi)壁開設(shè)有凹槽的圓環(huán)，該凹槽的大小與圓環(huán)形突起2-2-1的大小相適應(yīng)，從而將圓環(huán)形突起2-2-1卡緊在凹槽內(nèi)；外殼4內(nèi)部為圓柱形空間，其底部四周設(shè)置有凸臺(tái)用于放置彈性減振環(huán)3，從而使彈性減振環(huán)3將所述支撐架2懸空放置在所述殼體的內(nèi)部，且所述支撐架2與殼體內(nèi)內(nèi)壁之間留有充足間距，使得支撐架2在振動(dòng)時(shí)不會(huì)與殼體接觸；支撐架2及其內(nèi)部安裝的微慣性測(cè)量單元構(gòu)成的整體的質(zhì)心與圓環(huán)形凸起2-2-1的幾何中心重合，從而保證微慣性測(cè)量單元的測(cè)量精度。

結(jié)合圖4，作為一個(gè)優(yōu)選方案，支撐架2由支撐架上蓋2-1和底部封閉的圓筒形支撐架底座2-2組成；圓環(huán)形凸起2-2-1設(shè)置在支撐架底座2-2的外側(cè)面；支撐架底座2-2的外側(cè)面與殼體內(nèi)壁的距離大于支撐架2在振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的相對(duì)于殼體內(nèi)壁的最大徑向位移，以避免支撐架2在振動(dòng)時(shí)與殼體接觸。如圖5所示，支撐架2的除圓環(huán)形凸起2-2-1以外的外側(cè)面2-2-2與彈性減振環(huán)3的凹槽內(nèi)壁3-1之間的距離L應(yīng)大于支撐架2在振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的相對(duì)于外殼的最大徑向位移，這樣，以避免支撐架2在振動(dòng)時(shí)與殼體接觸，從而影響微慣性測(cè)量單元的測(cè)量精度。

作為優(yōu)選方案，使得支撐架及其內(nèi)部安裝的微慣性測(cè)量構(gòu)成的整體的質(zhì)心與支撐架外部圓環(huán)形凸起2-2-1的幾何中心重合的方法有兩種：

其一，微慣性測(cè)量單元裝配在支撐架底座2-2后查看支撐架2的幾何中心以及裝配體質(zhì)心的位置，通過不斷調(diào)整微慣性測(cè)量單元在支撐架2內(nèi)的位置使裝配體的質(zhì)心與圓環(huán)形凸起2-2-1的幾何中心重合；

其二，微慣性測(cè)量單元裝配在支撐架底座2-2后查看支撐架2的幾何中心以及裝配體質(zhì)心的位置，通過在支撐架蓋2-1及支撐架底座2-2內(nèi)部的適當(dāng)位置添加配重，使裝配體的質(zhì)心與圓環(huán)形凸起2-2-1的幾何中心重合。

圖3中水平的中心線可以看作一個(gè)垂直于紙面的平面，彈性減振環(huán)3應(yīng)關(guān)于該平面對(duì)稱。在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)，為達(dá)到三向等剛度的目的，對(duì)彈性減振環(huán)3進(jìn)行了形狀優(yōu)化，并以彈性減振環(huán)3的截面尺寸作為優(yōu)化變量，以彈性減振環(huán)3軸向徑向剛度相等為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，以微慣性測(cè)量單元內(nèi)傳感器帶寬頻率范圍內(nèi)所有信號(hào)的放大率小于1.1為依據(jù)。經(jīng)優(yōu)化計(jì)算得出，彈性減振環(huán)3應(yīng)由阻尼橡膠制作而成，例如純硅橡膠、硫化橡膠、苯基硅橡膠等，尤其以苯基硅橡膠為佳3，且彈性減振環(huán)3的橫截面最佳為方形，凹槽關(guān)于彈性減振環(huán)3徑向中軸線對(duì)稱，使得彈性減振環(huán)3的徑向剛度與軸向剛度相等，從而使系統(tǒng)的最低固有頻率高于微慣性測(cè)量單元內(nèi)傳感器的帶寬范圍，微慣性測(cè)量單元在震動(dòng)時(shí)的位移放大率在帶寬范圍內(nèi)小于1.1。

作為一種優(yōu)選方案，上蓋1的內(nèi)側(cè)邊緣也設(shè)置有凸臺(tái)，彈性減振環(huán)3的外徑應(yīng)略大于外殼內(nèi)部圓柱形空間的內(nèi)徑，彈性減振環(huán)3在軸向的高度應(yīng)略大于上蓋1內(nèi)側(cè)凸臺(tái)與外殼4底部凸臺(tái)之間的軸向距離，上蓋1與外殼4通過通過螺釘緊固的方式連接在一起，使用上蓋1內(nèi)側(cè)凸臺(tái)與外殼4底部凸臺(tái)將彈性減振環(huán)3壓緊在殼體內(nèi)，使彈性減振環(huán)3與殼體之間不會(huì)產(chǎn)生相對(duì)位移。

結(jié)合圖2，本發(fā)明各組件裝配時(shí)，上蓋1與外殼4通過螺釘5連接形成殼體，殼體通過外殼4底部支耳上的通孔，由螺釘6固連在安裝平臺(tái)7上。