一种三维倾角传感器的制作方法

本发明涉及倾角传感器技术领域，尤其涉及一种三维倾角传感器。

背景技术：

倾角传感器广泛应用于建筑、地质、航空、交通、矿产钻探、石油钻井、军事等诸多领域，在仪器科学领域有重要的地位。传统倾角传感器主要基于重力场的变化实现倾角测量，诸多学者基于上述测量原理改进研制了不同的倾角传感器，如液态介质差动电容式倾角传感器、加速度式倾角传感器、导电液倾角传感器、光纤布拉格光栅倾角传感器等，但存在不利于传感器小型化、材料选用范围有限、加工生产工艺较复杂等缺点，且大多具有非线性的问题，需要单片机进行数据处理和非线性校正，影响成本和测量精度。另一方面，上述倾角传感器通常仅测量一个方向或两个方向的倾角，难以测量三维倾角。

传统倾角传感器有水泡式、液体摆式、电容式、电感式、气体摆式等，这类传统倾角传感器结构复杂，测量结果与作者的经验及操作水平有很大关系，并且只能测量两个方向的倾角，给使用者造成了诸多不便。由于航空航天领域对体积及重量的苛刻要求，同时也限制了其在航空航天领域的应用。并且传统倾角传感器由于加速度计组件采用焊锡的方式焊接固定在主控组件上，导致使用过程中加速度计组件随主控组件变形而变形，造成加速度计组件固定不可靠，容易发生松动失准且不耐震动冲击。

技术实现要素：

本发明提供一种三维倾角传感器，通过采用与基座一体成型的加速度组件安装座实现了加速度计与基座间的可靠固定，避免了加速度计组件采用焊锡的方式焊接固定在主控组件上，降低了使用过程中加速度计组件随主控组件变形的概率，提高了加速度计组件固定可靠性，避免加速度计组件发生松动失准。

本发明提供的具体技术方案如下：

本发明提供的一种三维倾角传感器包括底部基座、设置在所述底部基座上表面边缘的x加速度计组件安装座和y加速度计组件安装座、设置在所述底部基座上表面的电路板固定凸台和连接器避让腰槽、设置在所述底部基座下表面的底部安装凸台、采用螺钉固定在所述x加速度计组件安装座上的x加速度计组件、采用螺钉固定在所述y加速度计组件安装座上的y加速度计组件、固定在所述电路板固定凸台上的主控组件电路板、固定在所述主控组件电路板上的连接器，其中，所述连接器与所述主控组件电路板之间电连接，所述x加速度计组件和所述y加速度计组件均与所述主控组件电路板之间电连接，所述x加速度计组件和所述y加速度计组件相互垂直设置，所述连接器避让腰槽位于所述连接器的下方。

可选的，所述x加速度计组件安装座和所述y加速度计组件安装座分别固定在所述底部基座相互垂直的两边，所述主控组件电路板中集成有z加速度计组件。

可选的，所述x加速度计组件安装座和所述y加速度计组件安装座均与所述底部基座一体成型，且所述x加速度计组件安装座和所述y加速度计组件安装座均与所述底部基座的上表面相互垂直。

可选的，所述底部基座上表面设置有4个所述电路板固定凸台，所述底部基座下表面设置有6个所述底部安装凸台，4个所述电路板固定凸台之间的整体平面度不低于0.001mm，6个所述底部安装凸台的整体平面度不低于0.001mm。

可选的，所述主控组件电路板采用螺钉固定在所述电路板固定凸台上，所述主控组件电路板的下表面与所述电路板固定凸台的上表面相互贴合。

可选的，所述主控组件电路板与所述底部基座的上表面之间的平行度小于0.0045mm。

可选的，所述x加速度计组件、所述y加速度计组件和所述z加速度计组件分别为xyz三个方向上的mems加速度组件。

本发明的有益效果如下：

本发明实施例提供一种三维倾角传感器包括底部基座、设置在底部基座上表面边缘的x加速度计组件安装座和y加速度计组件安装座、设置在底部基座上表面的电路板固定凸台和连接器避让腰槽、设置在底部基座下表面的底部安装凸台、采用螺钉固定在x加速度计组件安装座上的x加速度计组件、采用螺钉固定在y加速度计组件安装座上的y加速度计组件、固定在电路板安装凸台上的主控组件电路板、固定在主控组件电路板上的连接器，采用与底部基座一体成型的加速度组件安装座实现加速度组件与底座之间的固定，避免了加速度计组件采用焊锡的方式焊接固定在主控组件上，降低了使用过程中加速度计组件随主控组件变形的概率，提高了加速度计组件固定可靠性，避免加速度计组件发生松动失准。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种三维倾角传感器的等轴侧结构示意图；

图2为本发明实施例的一种三维倾角传感器的底座结构示意图；

图3为本发明实施例的一种三维倾角传感器的底座另一结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将结合图1~图3对本发明实施例的一种三维倾角传感器进行详细的说明。

参考图1、图2和图3所示，本发明实施例提供的一种三维倾角传感器包括底座1、固定在底座1上的x加速度计组件2和y加速度计组件3、固定在底座1上的主控组件电路板4和固定在主控组件电路板4上的连接器5，其中，连接器5与主控组件电路板4之间电连接，由于设置了连接器5进而可以实现三维倾角传感器与其他部件之间的插拔式连接。

参考图1和图2所示，底座1包括底部基座101、设置在底部基座101上表面边缘的x加速度计组件安装座102和y加速度计组件安装座103、设置在底部基座101上表面的电路板固定凸台104和连接器避让腰槽105、设置在底部基座1下表面的底部安装凸台106，其中，x加速度计组件安装座102和y加速度计组件安装座103相互垂直设置，连接器避让腰槽105靠近底部基座1的右端设置。x加速度计组件安装座102和y加速度计组件安装座103均与底部基座101一体成型，且x加速度计组件安装座102和y加速度计组件安装座103均与底部基座101的上表面相互垂直，进而当x加速度计组件安装座102和y加速度计组件安装座103上安装上x加速度计组件2和y加速度计组件3之后可以保证x加速度计组件2和y加速度计组件3相互垂直设置。采用与底部基座一体成型的加速度组件安装座实现加速度组件与底座之间的固定，避免了加速度计组件采用焊锡的方式焊接固定在主控组件上，降低了使用过程中加速度计组件随主控组件变形的概率，提高了加速度计组件固定可靠性，避免加速度计组件发生松动失准。

参考图1、图2和图3所示，x加速度计组件2和y加速度计组件3分别采用螺钉固定在x加速度计组件安装座102和y加速度计组件安装座103，主控组件电路板4采用螺钉固定在电路板固定凸台104上，连接器5插接固定在主控组件电路板4上，主控组件电路板4的下表面与电路板固定凸台104的上表面相互贴合。其中，x加速度计组件2和y加速度计组件3均与主控组件电路板4之间电连接，x加速度计组件2和y加速度计组件3相互垂直设置，连接器避让腰槽105位于连接器5的下方。具体的，x加速度计组件安装座102和y加速度计组件安装座103分别固定在底部基座101相互垂直的两边，并且主控组件电路板4中集成有z加速度计组件。x加速度计组件、y加速度计组件和z加速度计组件分别为xyz三个方向上的mems加速度组件，通过三个方向的mems加速度组件采集倾角信息，然后通过主控组件电路板转换成数字信号输出。考虑到很多应用场合倾角传感器都是安装于机体内部，已经有较高的保护水平，本发明实施例为了节省重量和空间，不设置保护壳采用裸露的技术方案实现减小体积和重量。

参考图1、图2和图3所示，连接器避让腰槽105靠近底部基座101的右端设置，当在电路板固定凸台104上安装上主控组件电路板之后，连接器避让腰槽105可以为主控组件电路板4上的连接器5走线提供合理的空间位置。底部基座101上表面设置有4个电路板固定凸台104，底部基座101下表面设置有6个底部安装凸台106。其中，4个电路板固定凸台4之间的整体平面度不低于0.001mm，6个底部安装凸台6的整体平面度不低于0.001mm。由于倾角传感器的底部安装凸台6的安装面和电路板固定凸台4的安装面之间的平行度关系到x加速度计、y加速度计和电路板中集成的z加速度计之间的垂直精度，所以倾角传感器的底部安装凸台6的安装面和电路板固定凸台4的安装面之间的平行度至关重要，需要保证其在-40℃到80℃的使用环境中其平行度始终不低于0.0045mm，正是为了实现该平行度要求，所以4个电路板固定凸台104之间的整体平面度不能低于0.001mm，6个底部安装凸台106的整体平面度不能低于0.001mm，进而可以提高倾角传感器的工作精度。

并且主控组件电路板4与底部基座101的上表面之间的平行度需要小于0.0045mm。由于主控组件电路板4与底部基座101的上表面之间的平行度关系到z加速度计组件与x加速度组件和y加速度组件之间的垂直精度，关系到倾角传感器的测量精度，因此，主控组件电路板4与底部基座101的上表面之间的平行度需要小于0.0045mm。而且底部安装凸台106的安装面和电路板固定凸台104上部的主控组件电路板的安装面之间的平行度也是非常关键的，在-40℃到80℃的使用环境中，其平行度要求同样小于0.0045mm，为了实现这一要求，在机械加工工艺上本发明实施例进行了优化，在粗加工后，进行去应力热处理，然后精加工，精加工后，重复循环从-45℃升温到85℃做50个温度循环，让机械加工应力及材料内部应力充分释放，然后以底部安装凸台106底面为基准，研磨电路板固定凸台104，4个电路板固定凸台104的整体平面度达到0.001mm后，以电路板固定凸台104的平面为基准，反过来研磨底部安装凸台106的下平面，使6个底部安装凸台106下表面的平面度达到0.001mm，通过这样的工艺改进，可使传感器在-40℃到80℃的使用环境中变形率小于0.0045mm。通过结构和工艺的优化设计，避免了过大的研磨面积带来的加工难度，最大程度上排除了因安装面不平造成的安装误差。提高了倾角传感器使用的可靠性。

本发明实施例提供一种三维倾角传感器包括底部基座、设置在底部基座上表面边缘的x加速度计组件安装座和y加速度计组件安装座、设置在底部基座上表面的电路板固定凸台和连接器避让腰槽、设置在底部基座下表面的底部安装凸台、采用螺钉固定在x加速度计组件安装座上的x加速度计组件、采用螺钉固定在y加速度计组件安装座上的y加速度计组件、固定在电路板安装凸台上的主控组件电路板、固定在主控组件电路板上的连接器，采用与底部基座一体成型的加速度组件安装座实现加速度组件与底座之间的固定，避免了加速度计组件采用焊锡的方式焊接固定在主控组件上，降低了使用过程中加速度计组件随主控组件变形的概率，提高了加速度计组件固定可靠性，避免加速度计组件发生松动失准。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。