一种基于单轴MEMS陀螺的高压开关姿态传感器制造技术

本实用新型专利技术公开一种基于单轴MEMS陀螺的高压开关姿态传感器，其特征在于信号处理电路板(1)安装在上盖部件(3)上，上盖部件(3)侧壁有出线端口(6)，电线和信号线缆均通过出线端口(6)与信号处理电路板连接，信号处理电路板输入端设有隔离电路，陀螺电路板(2)安装在底板部件(4)上，单轴MEMS陀螺(5)安装在陀螺电路板(2)上。信号处理电路板(1)和陀螺电路板(2)之间进行电信号连接，上盖部件(3)和底板部件(4)紧固安装。上盖部件(3)、底板部件(4)和出线端口(6)之间填充防水绝缘材料(7)。本实用新型专利技术采用单轴MEMS陀螺作为核心部件测量转角运动，产品组成简单，功耗小，可靠性高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单轴MEMS陀螺的高压开关姿态传感器
本技术涉及微机械系统和姿态传感
，具体涉及一种基于单轴MEMS陀螺的姿态传感器。
技术介绍
110kV及以上电压等级变电站敞开式隔离开关和组合电器式隔离开关分合闸时，需要在线测量分合闸运行，作为高压开关的第二位置判据，用于实现电网的智能控制，亟需一种适用于高压开关的姿态传感器。针对该技术需求，现有姿态传感器技术通常采用多轴传感器，包含三轴正交的陀螺、三轴正交的加计以及磁力计等，原理上可以测量被测物体的任意姿态。姿态传感的精度取决于核心陀螺的精度。MEMS陀螺具有以下优点：MEMS陀螺体积最小，传感器设计灵活性高；MEMS陀螺精度满足高压开关姿态传感器需求；MEMS陀螺功耗低，发热量小；MEMS陀螺集成度高，组件少，传感器可靠性高。因此MEMS陀螺是实现高压开关姿态传感器的关键组件。但是由于高压开关电磁环境干扰剧烈，信号处理难度大。同时，多轴传感器组件复杂，长期工作，可靠性风险较大。
技术实现思路
鉴于现有技术的上述情况，本技术的目的是提出一种基于单轴MEMS陀螺的高压开关姿态传感器，实现适用于高压电磁环境的高精度开关姿态。本技术的上述目的是利用以下技术方案实现的：一种基于单轴MEMS陀螺的高压开关姿态传感器，其特征在于，信号处理电路板安装在上盖部件上，上盖部件的侧壁位置有出线端口，电线和信号线缆均通过出现端口与信号处理电路板连接。电磁环境下，电磁信号耦合到线缆中，进入到信号处理电路板，信号处理电路板中的隔离电路将电磁信号隔离，从而保护陀螺电路板及单轴MEMS陀螺不受到电磁信号干扰。陀螺电路板安装在底板部件上，单轴MEMS陀螺安装在陀螺电路板上。信号处理电路板和陀螺电路板之间进行电信号连接，上盖部件和底板部件紧固安装。上盖部件、底板部件和出现端口之间的空间填充防水绝缘材料。进一步地，在所述的基于单轴MEMS陀螺的高压开关姿态传感器中，上盖部件、底板部件和出现端口之间形成密封结构，可以采用胶圈实现密封，可以采用紧固安装后在接触位置涂胶实现密封等。进一步地，所述的防水绝缘材料，可以是任意绝缘凝胶物质，如硅橡胶等。进一步地，在所述的基于单轴MEMS陀螺的高压开关姿态传感器中，信号处理电路板安装在上盖部件上，陀螺电路板安装在底板部件上，安装方式可以是螺丝紧固，可以是粘接剂紧固。单轴MEMS陀螺安装在陀螺电路板上，安装方式可以是焊接，可以是插接等。进一步地，在所述的基于单轴MEMS陀螺的高压开关姿态传感器中，信号处理电路板输出端也设有隔离电磁信号的隔离电路。本技术实现了可用于高压开关的姿态传感器，采用单轴MEMS陀螺作为核心部件测量转角运动，然后通过积分算法得到被测的角度位置变化，产品组成简单，功耗小，可靠性高；采用电磁隔离电路，实现高压开关环境高精度传感测量；采用密封封装结构，满足长期户外工作要求。附图说明图1为本技术的基于单轴MEMS陀螺的高压开关姿态传感器的结构示意图。1-信号处理电路板、2-陀螺电路板、3-上盖部件、4-底板部件、5-单轴MEMS陀螺、6-出线端口、7-防水绝缘材料具体实施方式为了更清楚地理解本技术的目的、技术方案及优点，下面结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。图1为本技术的基于单轴MEMS陀螺的高压开关姿态传感器的结构示意图。参见图1，陀螺电路板2采用FR4(环氧树脂板)基板材料，尺寸为40mm*30mm，单轴MEMS陀螺5采用陶瓷管壳封装形式的MEMS单轴陀螺，通过焊接的方式与陀螺电路板2实现机械连接和电学连接。陀螺电路板2采用4个M2的螺钉安装在底板部件4上，这样的好处是陀螺电路板2与传感器底板部件4实现了刚性连接，且能够更换拆卸。陀螺电路板2输出底板部件4的运动角速率信号。信号处理电路板1采用FR4基板材料，其上设计有电源隔离和485信号隔离电路，并设计单片机电路进行角速率信号的积分计算。采用4个M2的螺钉与上盖部件3固连，且电子元器件不与上盖部件3接触。信号处理电路板1以485格式传输信号，电源线和信号线通过出现端口6引出。电磁环境下，电磁信号耦合到线缆中，进入到信号处理电路板1，信号处理电路板中的隔离电路将电磁信号隔离，从而保护陀螺电路板2及单轴MEMS陀螺5不受到电磁信号干扰，正常工作。另外，为了防止电磁信号耦合进输出接口电路，从而影响电路正常工作，信号处理电路板输出端也可设有隔离电磁信号的隔离电路。信号处理电路板1和陀螺电路板2之间采用导线进行信号连接。连接后在上盖部件3中灌入防水绝缘材料7硅橡胶，80℃下4小时，完成硅橡胶固化，以实现防水绝缘。上盖部件3和底板部件4采用M2螺钉固定。姿态传感器安装在高压开关上，底板部件4有4个直径3.5mm的通孔，通过4个M3的螺钉与高压开关固连。当高压开关静止于起始位置时，底板部件4与开关固连，处于静止位置，单轴MEMS陀螺5输出静止角速率信号，角速率信号经过陀螺电路板2，进入到信号处理电路板1，信号处理电路板1将角速率信号进行积分运算，得到当前的位置的相对角度值，即为姿态传感器输出信号。当高压开关开始发生转动，底板部件4与开关固连，发生转动，单轴MEMS陀螺5随之发生转动，并输出测量到的角速率信号，角速率信号经过陀螺电路板2，进入到信号处理电路板1，信号处理电路板1将角速率信号进行积分运算，得到当前的位置的相对起始位置的角度值，即为姿态传感器输出信号。当高压开关停止转动，底板部件4与开关固连，停止转动，单轴MEMS陀螺5随之停止，并输出测量到的角速率信号，角速率信号经过陀螺电路板2，进入到信号处理电路板1，信号处理电路板1将角速率信号进行积分运算，得到停止位置的相对起始位置的角度值，即为姿态传感器输出信号。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于单轴MEMS陀螺的高压开关姿态传感器，其特征在于信号处理电路板(1)安装在上盖部件(3)上，上盖部件(3)的侧壁位置有出线端口(6)，电线和信号线缆均通过出线端口(6)与信号处理电路板连接，信号处理电路板输入端设有隔离电磁信号的隔离电路，陀螺电路板(2)安装在底板部件(4)上，单轴MEMS陀螺(5)安装在陀螺电路板(2)上，信号处理电路板(1)和陀螺电路板(2)之间进行电信号连接，上盖部件(3)和底板部件(4)紧固安装，上盖部件(3)、底板部件(4)和出线端口(6)之间的空间填充防水绝缘材料(7)。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于单轴MEMS陀螺的高压开关姿态传感器，其特征在于信号处理电路板(1)安装在上盖部件(3)上，上盖部件(3)的侧壁位置有出线端口(6)，电线和信号线缆均通过出线端口(6)与信号处理电路板连接，信号处理电路板输入端设有隔离电磁信号的隔离电路，陀螺电路板(2)安装在底板部件(4)上，单轴MEMS陀螺(5)安装在陀螺电路板(2)上，信号处理电路板(1)和陀螺电路板(2)之间进行电信号连接，上盖部件(3)和底板部件(4)紧固安装，上盖部件(3)、底板部件(4)和出线端口(6)之间的空间填充防水绝缘材料(7)。


2.根据权利要求1所述的基于单轴MEMS陀螺的高压开关姿态传感器，其特征在于上盖部件(3)、底板部件(4)和出线端口(6)之间采用胶圈实现...

【专利技术属性】
技术研发人员：易华祥，陈旭辉，孟冰，肖鹏，冯志民，余才佳，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所，
类型：新型
国别省市：陕西;61