六轴mems运动传感器的性能测试装置制造方法
【专利摘要】六轴MEMS运动传感器的性能测试装置，包括主、副马达，主、副框架，主、副转轴和测试电路板；主转轴固定在主马达上，主框架分别与主转轴和主空心轴相连，主马达的控制线与电路测试系统相接；副马达固定在主框架上，副转轴固定在副马达上，副框架分别与副转轴和副空心轴相连，副马达的控制线接入主绕线架中；主绕线架围绕在主空心轴上，副绕线架围绕在副空心轴上，副绕线架的信号线接入主绕线架中，与控制线汇成总线，与电路测试系统连接；测试电路板安装在副框架上，测试电路板的测试线经副空心轴接入副绕线架中。本装置可以对待测样品施加X、Y、Z三个轴向的加速度激励信号和角速度激励信号，完成测试，具有系统简单，造价低，产能高的优点。
【专利说明】六轴[.运动传感器的性能测试装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及运动传感器的测试技术，特别涉及到一种六轴1213运动传感器的性能测试装置。
【背景技术】
[0002]878^6111)是微机电系统的简称，它是利用微电子加工技术制造微米级的机械部件，再加上信号处理器、控制电路、通讯接口和电源等部件组成的一体化的、集成于单个元件中的微型器件系统。1213器件有着体积小、重量轻、功耗低、价格便宜、易大批量生产的优点，是智能化、信息化不可或缺的基础元器件，现已被广泛应用于移动通信、娱乐装置、汽车、国防、工业控制、家用电器、通信工程、航空航天、现代农业、生物医学、交通、环保等领域。1213运动传感器是感测物体运动的传感器，由感测物体直线运动的加速度传感器和感测物体旋转运动的角速度传感器组成的组合式传感器。1213加速度传感器技术发展得相对较早，约从2004年开始，1213加速度传感器就被广泛应用于消费类电子产品，如游戏机、手机、平板电脑、数码照相机、机器人、玩具等，约从2008年开始，1213角速度传感器也被广泛应用于消费类电子产品中。随着便携式电子产品的日益智能化和小型化，运动传感器必须契合市场要求，缩小体积、降低成本、方便客户使用，于是组合式1213运动传感器应运而生，组合式1213运动传感器是将三轴加速度传感器和三轴角速度传感器通过圆片加工或封装组成的六轴1213运动传感器。从2012年开始，组合式1218运动传感器以大于50%的年增长率逐渐替代独立的1213加速度传感器和1213角速度传感器，成为智能化移动电子装置的核心元器件。
[0003]由于1213运动传感器制造过程相当复杂，涉及到1213圆片加工、八31“专用集成电路)圆片加工、芯片封装等制造过程，大约有几百道加工工序，其中的任何一道工序不合格，都会对六轴1213运动传感器的性能产生影响，特别是导致每个器件之间的性能不一致。而用户的需要是感知真实世界的物体运动信号，同一型号的器件必须有同样的性能。所以在产品出厂前，必须逐个进行参数测试，剔除次品，以及校准器件的性能参数，如零偏、灵敏度等，以保证客户得到性能一致的产品。
[0004]要测试六轴1213运动传感器的性能，就必须对它施加一定量的激励信号源，测量六轴1213运动传感器的初始输出值，再通过六轴1213运动传感器内部的专用集成电路(八310调节输出值，从而得到符合规格的产品。也就是说，测试和校准六轴1213运动传感器，必须以一定速度旋转待测样品以提供角速度激励信号；还必须提供一定值的加速度激励信号。在对单轴加速度或角速度传感器测试时，只需用到最简单的单轴转台，它由一个主马达和相应的转轴、导电滑环、转盘等组成，主马达旋转产生激励信号。但在测试六轴1213运动传感器时，要完成三个轴向的性能测试，需在X、V、2三个轴向以一定速度转动待测试样品，以及将待测样品置于一定的相对于地球引力方向的位置，这样就必须要用到两个主马达来产生三个轴向的激励信号源。
[0005]现有的测试装置的核心部位一测试头如图1、图2所示，它需要二个马达101和10分别控制框架103和转轴104，驱动测试电路板105沿X轴心线八和V轴心线8转动，由于没有专门的绕线机构，任何方向马达每次转动不能超过360°。当测试六轴1213运动传感器的加速度性能时，在如图1所示的静止状态时，待测样品1的X、？方向受到的加速度激励信号均为0，在V方向受到的加速度激励信号为1个地球引力单位，即+? ；当马达101驱动框架103沿X轴心线八转动180°，待测样品1在V方向受到的加速度激励信号，在X、2方向的加速度激励信号仍为0，从而完成加速度传感器在V轴的测试；同理，从图1所示状态开始，当马达101驱动框架103沿X轴心线1转动90。和270°时，完成加速度传感器在X轴的测试；从图2所示状态开始，当马达101驱动框架103沿X轴心线八转动90。和270°时，完成加速度传感器在2轴的测试。
[0006]当测试六轴1213运动传感器的角速度性能时，在如图1所示状态下，马达102不工作，马达101驱动框架103沿X轴心线八转动，通过转轴104和测试电路板105带动待测样品1在X轴方向旋转，对待测样品1施加2轴旋转信号激励；然后马达101停止工作，马达102驱动转轴104沿X轴心线8转动，通过测试电路板105带动待测样品1在V轴方向旋转，对待测样品1施加V轴旋转信号激励。然后控制马达102驱动转轴104沿丫轴心线8转动到达图2所示状态，此时待测样品1的正面朝向-2方向，马达101驱动框架103沿X轴心线八转动，通过转轴104和测试电路板105带动待测样品1在X轴方向旋转，对待测样品1施加X轴旋转信号激励。这样，待测试样品的X、12三个轴向的初始输出值都测到了，通过微型陀螺仪内部的控制电路调节最终输出值，就完成了待测样品的测试。
[0007]现有测试装置结构复杂，由于没有专门的绕线机构，任何方向马达每次转动都不能超过360。，中间还要减去加速和减速的时间，特别是在对角速度传感器进行测试时，转速恒定的时间很短，即稳定的角速度激励信号时间很短，要完成多个待测样品的测试，就要求与之配套的电路测试系统信号处理速度很快，相应地，成本也会很高。
实用新型内容
[0008]本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种六轴1213运动传感器的性能测试装置，该装置通过一个主马达、一个副马达，驱动主框架和副框架，对六轴1213运动传感器待测样品施加X、V、2三个轴向的加速度激励信号和角速度激励信号。而且，可一次性在副框架上安装二块测试电路板，每块测试电路板上安装多个待测样品，具有系统简单，造价低，产能高的优点。
[0009]为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种六轴1213运动传感器的性能测试装置，包括主马达、副马达、主框架、副框架、主转轴、副转轴、主空心轴、副空心轴、主绕线架、副绕线架和测试电路板；
[0010]所述主马达固定在左固定架上，主转轴固定在主马达上，主框架一端与主转轴相连，另一端与主空心轴相连，主空心轴固定在右固定架上，主转轴与主空心轴位于同一条主转轴轴心线上，主马达的控制线直接与电路测试系统相接；
[0011]所述副马达固定在主框架上，主框架和副框架都呈四边形，副马达位于主框架的一条与主转轴轴心线平行的边上，副转轴固定在副马达上，副框架一端与副转轴相连，另一端与副空心轴相连，副空心轴固定在主框架的另一条边上，副转轴与副空心轴位于同一条副转轴轴心线上，所述副转轴轴心线与主转轴轴心线相垂直，副马达的控制线经主空心轴接入主绕线架中；
[0012]所述主绕线架由主绕线盘、主弹性电线和主固定杆组成，所述主绕线盘包括主外绕线盘和主内绕线盘，所述主外绕线盘和主内绕线盘是彼此平行的平板，主外绕线盘和主内绕线盘都固定在主固定杆上，形成容纳主弹性电线活动的空间，主外绕线盘和主内绕线盘与主空心轴间有间隙，所述主弹性电线的一端固定在主空心轴上，另一端固定在主固定杆上；
[0013]所述副绕线架的结构与主绕线架的结构相同，副绕线架的副绕线盘通过副固定杆固定在主框架上，围绕在副空心轴上，与副空心轴间有间隙，所述副绕线架的信号线经主空心轴接入主绕线架中，与副马达的控制线汇总成总线，从主绕线架中引出，与电路测试系统连接；
[0014]所述测试电路板安装在副框架上，测试电路板上有若干条测试线，测试线经副空心轴接入副绕线架中。
[0015]所述左固定架和右固定架都安装在底座上。
[0016]所述主空心轴通过轴套固定在右固定架上，副空心轴通过轴套固定在主框架上。
[0017]所述主弹性电线是扁导线。
[0018]在对六轴1213运动传感器进行测试时，由电路测试系统控制本实用新型的测试装置给待测样品提供X、X、2三个方向的加速度激励信号，以及X、X、2三个方向的角速度激励信号，即通过主马达和副马达的转动，将待测样品的X、V、2三个感应轴分别对准地球引力的正反方向，就可测出待测样品的初始加速度信号；相似地，通过主马达和副马达的转动，将待测样品的X、V、2三个感应轴分别对准主转轴轴心线或副转轴轴心线，控制马达以一定转速匀速转动，就可测出待测样品的初始角速度信号，再由电路测试系统通过待测样品内置的微控制电路调整参数，将零偏最终输出值和灵敏度最终输出值调整到产品规范以内，就完成了待测样品的测试和校准。
[0019]本实用新型的测试装置可以对六轴1213运动传感器待测样品施加X、X、2三个轴向的加速度激励信号和角速度激励信号，可同时对多个待测样品进行测试，测试效率高，而且系统简单，造价低。
[0020]作为本实用新型的一个实施例，还包括附加主绕线架，所述附加主绕线架的结构与主绕线架结构相同，附加主绕线架通过固定杆固定在右固定架上，围绕在主空心轴上，与主空心轴间有间隙，副绕线架的信号线经附加主绕线架引出，并与电路测试系统相连。目的是将经副绕线架的信号线与副马达的控制线分开，分别通过主绕线架和附加主绕线架引出，并被分别连接到电路测试系统中，以避免副马达的控制信号干扰测试信号。
[0021]作为本实用新型的一个实施例，用水平放置的第一弹簧线代替所述的主绕线架，副绕线架的信号线和副马达的控制线经由第一弹簧线连接到电路测试系统中，所述的第一弹簧线的一端固定在主空心轴上，另一端固定在导线固定柱上，导线固定柱固定在底座上。第一弹簧线可以吸收主空心轴转动时产生的累积角度变化，以免电线缠绕及疲劳断裂。
[0022]作为本实用新型的一个实施例，用垂直放置的第二弹簧线代替所述的主绕线架，副绕线架的信号线和副马达的控制线经由第二弹簧线连接到电路测试系统中，所述的第二弹簧线的一端缠绕在主空心轴上，并被限制在直接固定在空心轴上的两块挡板之间，第二弹簧线的另一端固定在导线固定杆上，导线固定杆固定在底座下面的底座脚上。第二弹簧线可以吸收主空心轴转动时产生的累积角度变化，以免电线缠绕及疲劳断裂。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是现有技术的测试装置的测试头在状态1时的示意图。
[0024]图2是现有技术的测试装置的测试头在状态2时的示意图。
[0025]图3是本实用新型实例一的结构示意图。
[0026]图4是本实用新型主绕线架中主弹性电线处于绷紧状态的侧视图。
[0027]图5是本实用新型主绕线架中主弹性电线处于松弛状态的侧视图。
[0028]图6是图4的六-六剖视图。
[0029]图7是本实用新型实例二的结构示意图。
[0030]图8是本实用新型实例三的结构示意图。
[0031]图9是本实用新型实例四的结构示意图。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
[0033]实施例一
[0034]六轴1213运动传感器测试装置，如图3?图6所示，包括主马达20匕、副马达2016、主框架20?、副框架20牝、主转轴2033、副转轴2036、主空心轴20?、副空心轴20汕、主绕线架2073、副绕线架2076和测试电路板205 ；
[0035]所述主马达20匕固定在左固定架2023上，主转轴2033固定在主马达20匕上，主框架20? —端与主转轴2033相连，另一端与主空心轴20?相连，主空心轴20?通过轴套固定在右固定架2026上，主转轴2033与主空心轴20?位于同一条主转轴轴心线0上，主马达20匕通过主转轴2033驱动主框架20?、主空心轴20?、副马达20讣和副框架20牝一起转动，主马达20匕的位置不会变动，所以主马达20匕的控制线直接与电路测试系统相接；
[0036]所述副马达2016固定在主框架20?上，主框架20?和副框架20仙都呈四边形，副马达2016位于主框架20?的一条与主转轴轴心线0平行的边上，副转轴2036固定在副马达2016上，副框架20仙一端与副转轴2036相连，另一端与副空心轴20?相连，副空心轴20?通过轴套212固定在主框架20?的另一条与主转轴轴心线0平行的边上，副转轴2036与副空心轴20?位于同一条副转轴轴心线？上，所述副转轴轴心线？与主转轴轴心线0相垂直，副马达2016通过副转轴2036驱动副框架20仙、副空心轴20?以及测试电路板205转动，副马达2016随主框架20?转动，所以，副马达2016的控制线不能直接与电路测试系统相接，所以，副马达2016的控制线209经主空心轴20?接入主绕线架2073中；
[0037]所述主绕线架2073由主绕线盘2153、主弹性电线2163和主固定杆2063组成，所述主绕线盘2153包括主外绕线盘215^和主内绕线盘215？，所述主外绕线盘215^和主内绕线盘215^是彼此平行的平板，主外绕线盘215^和主内绕线盘215^都固定在主固定杆2063上，形成容纳主弹性电线2163活动的空间，如图6所示，主外绕线盘215^和主内绕线盘215？与主空心轴20?间有间隙，信号线210从主空心轴20?中穿出，连接到主弹性电线2163上，主绕线盘2153通过主固定杆2063固定在右固定架2026上，主绕线架2073不随主空心轴20?转动，主绕线架2073吸收主框架20?转动累积的角度变化，所述主弹性电线2163是扁导线，主弹性电线2163的一端固定在主空心轴2083上，另一端固定在主固定杆2063上，随着主空心轴20?的转动，主弹性电线2163像发条一样或松或紧，从而将信号线210和控制线209从转动的一端引出到固定的一端。图4所示状态下，主弹性电线2163被拉紧，当主空心轴20?沿图5中的箭头转动时，主弹性电线216&就处于松弛状态，如此循环往复，就可以用于量产测试中将信号引出；
[0038]所述副绕线架2076的结构与主绕线架2073的结构相同，副绕线架2076的副绕线盘通过副固定杆2066固定在主框架20?上，围绕在副空心轴20?上，与副空心轴20?间有间隙，所述副绕线架2076的信号线210经主空心轴20?接入主绕线架2073中，与副马达2016的控制线209汇总成总线211，从主绕线架2073中引出，与电路测试系统连接；
[0039]所述测试电路板205安装在副框架20仙上，测试电路板205上有若干条测试线213，测试线213经副空心轴20?接入副绕线架2076中；
[0040]所述左固定架2023和右固定架2026都安装在底座214上。
[0041]实施例二
[0042]本实施例与实施例一的不同之处仅在于多了一个附加主绕线架307，如图7所示，所述附加主绕线架307的结构与主绕线架2073结构相同，附加主绕线架307通过固定杆2068固定在右固定架2026上，围绕在主空心轴20?上，与主空心轴20?间有间隙，副绕线架2076的信号线210经附加主绕线架307引出，并与电路测试系统相连。目的是将副绕线架2076的信号线210与副马达2016的控制线209分开，分别通过主绕线架2073和附加主绕线架307引出，并被分别连接到电路测试系统中，以避免副马达2016的控制信号干扰测试信号。
[0043]实施例三
[0044]本实施例与实施例一的不同之处仅在于用水平放置的第一弹簧线407代替所述的主绕线架2073，副绕线架2076的信号线210和副马达2016的控制线209经由第一弹簧线407连接到电路测试系统中，所述的第一弹簧线407的一端固定在主空心轴20?上，另一端固定在导线固定柱402上，导线固定柱402固定在底座214上，如图8所示。第一弹簧线407可以吸收主空心轴20?转动时产生的累积角度变化，以免电线缠绕及疲劳断裂。
[0045]实施例四
[0046]本实施例与实施例一的不同之处仅在于用垂直放置的第二弹簧线507代替所述的主绕线架2073，副绕线架2076的信号线210和副马达2016的控制线209经由第二弹簧线507连接到电路测试系统中，所述的第二弹簧线507的一端缠绕在主空心轴20?上，并被限制在直接固定在主空心轴20?上的两块挡板508之间，第二弹簧线507的另一端固定在导线固定杆502上，导线固定杆502固定在底座214下面的底座脚514上，如图9所示。第二弹簧线507可以吸收主空心轴20&!转动时产生的累积角度变化，以免电线缠绕及疲劳断裂。
[0047]在对六轴1213运动传感器进行测试时，由电路测试系统控制本实用新型的测试装置给待测样品~提供X1、2三个方向的加速度激励信号，以及X1、2三个方向的角速度激励信号，即通过主马达20匕和副马达20化的转动，将待测样品~的X、X、2三个感应轴分别对准地球引力的正反方向，就可测出待测样品~的初始加速度信号；相似地，通过主马达20匕和副马达2016的转动，将待测样品~的X、X、1三个感应轴分别对准主转轴轴心线0或副转轴轴心线？，控制马达以一定转速匀速转动，就可测出待测样品~的初始角速度信号，再由电路测试系统通过待测样品~内置的微控制电路调整参数，将零偏最终输出值和灵敏度最终输出值调整到产品规范以内，就完成了待测样品~的测试和校准。
【权利要求】
1.六轴MEMS运动传感器的性能测试装置，其特征在于:包括主马达、副马达、主框架、副框架、主转轴、副转轴、主空心轴、副空心轴、主绕线架、副绕线架和测试电路板； 所述主马达固定在左固定架上，主转轴固定在主马达上，主框架一端与主转轴相连，另一端与主空心轴相连，主空心轴固定在右固定架上，主转轴与主空心轴位于同一条主转轴轴心线上，主马达的控制线直接与电路测试系统相接； 所述副马达固定在主框架上，主框架和副框架都呈四边形，副马达位于主框架的一条与主转轴轴心线平行的边上，副转轴固定在副马达上，副框架一端与副转轴相连，另一端与副空心轴相连，副空心轴固定在主框架的另一条边上，副转轴与副空心轴位于同一条副转轴轴心线上，所述副转轴轴心线与主转轴轴心线相垂直，副马达的控制线经主空心轴接入主绕线架中； 所述主绕线架由主绕线盘、主弹性电线和主固定杆组成，所述主绕线盘包括主外绕线盘和主内绕线盘,所述主外绕线盘和主内绕线盘是彼此平行的平板,主外绕线盘和主内绕线盘都固定在主固定杆上，形成容纳主弹性电线活动的空间，主外绕线盘和主内绕线盘与主空心轴间有间隙，所述主弹性电线的一端固定在主空心轴上，另一端固定在主固定杆上； 所述副绕线架的结构与主绕线架的结构相同，副绕线架的副绕线盘通过副固定杆固定在主框架上，围绕在副空心轴上，与副空心轴间有间隙，所述副绕线架的信号线经主空心轴接入主绕线架中，与副马达的控制线汇总成总线，从主绕线架中引出，与电路测试系统连接; 所述测试电路板安装在副框架上，测试电路板上有若干条测试线，测试线经副空心轴接入副绕线架中。
2.如权利要求1所述的六轴MEMS运动传感器的性能测试装置，其特征在于:所述左固定架和右固定架都安装在底座上。
3.如权利要求1所述的六轴MEMS运动传感器的性能测试装置，其特征在于:所述主空心轴通过轴套固定在右固定架上，副空心轴通过轴套固定在主框架上。
4.如权利要求1所述的六轴MEMS运动传感器的性能测试装置，其特征在于:所述主弹性电线是扁导线。
5.如权利要求1至4中任一项所述的六轴MEMS运动传感器的性能测试装置，其特征在于:还包括附加主绕线架，所述附加主绕线架的结构与主绕线架结构相同，附加主绕线架通过固定杆固定在右固定架上，围绕在主空心轴上，与主空心轴间有间隙，副绕线架的信号线经附加主绕线架引出，并与电路测试系统相连。
6.如权利要求1至4中任一项所述的六轴MEMS运动传感器的性能测试装置，其特征在于:用水平放置的第一弹簧线代替所述的主绕线架，副绕线架的信号线和副马达的控制线经由第一弹簧线连接到电路测试系统中，所述的第一弹簧线的一端固定在主空心轴上，另一端固定在导线固定柱上，导线固定柱固定在底座上。
7.如权利要求1至4中任一项所述的六轴MEMS运动传感器的性能测试装置，其特征在于:用垂直放置的第二弹簧线代替所述的主绕线架，副绕线架的信号线和副马达的控制线经由第二弹簧线连接到电路测试系统中，所述的第二弹簧线的一端缠绕在主空心轴上，并被限制在直接固定在空心轴上的两块挡板之间，第二弹簧线的另一端固定在导线固定杆 上，导线固定杆固定在底座下面的底座脚上。
【文档编号】G01P21/00GK204128567SQ201420665244
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月8日 优先权日:2014年11月8日
【发明者】华亚平, 顾浩琦, 陆峰, 史振琪 申请人:安徽北方芯动联科微系统技术有限公司