MIMU及载体空间姿态演示软件设计+文献综述(10)
标度因数
200
标度因数稳定性 ppm 300
标度因数重复性 ppm 300
标度因数温度系数
分辨率@500Hz mg 0.3
噪声
10
带宽(-3dB) Hz（典型值） 500
Hz（可调节) 0-2000
为了将传感器稳固的安装到吹冰面体结构上，传感器被焊接到电路板上。将图
2.6及2.7所示传感器焊接到PCB板上，产生了如图2.8所示的结构。
图2.8 在PCB板上焊上陀螺仪之后的芯片
设计的吹冰面体MIMU如图2.9和2.10所示。在吹冰面体结构的设计过程当中，既
要保证传感器以及吹冰面体本身的安装要稳固， 又要保证吹冰面体结构尽可能的重量
轻体积小，同时还要保证坐标系之间的关系准确。 由于多轴传感器制作工艺复杂，
价格昂贵且精度较难保证，这里我们选用单轴传感器，在保证小尺寸的情况下，
吹冰面体结构的每个面都要被安装一个传感器。最终设计出的结构如图2.9，由于
芯片表面并不是平整的，所以每个面都要有凸台。MIMU要被安装到载体上，因
此需要一个平整的安装面。如图2.10，下底面的铣出了一个较深的凹槽以保证芯
片能够完全没入MIMU中，不会超出底面。
图2.9 吹冰面体形MIMU结构 本科毕业设计说明书（论文） 第19 页 共37 页
图2.10 吹冰面体形MIMU结构
2.2.2.2 结构的有限元分析
(1 )前处理与求解阶段
首先通过SolidWorks绘制出三文图形，然后将其保存为.IGS格式导入
ABAQUS进行分析。随后定义材料特性，选择单元类型，如表2-3所示。
表2.3 材料特性
材料 密度 弹性模量 泊松比 单元类型
硬铝合金 2700Kg/m3
7.1e10N/m2
0.31 C3D4
确定边界条件，MIMU在工作时与底板通过连接螺栓固连, 则边界条件即为
与底板连接的连接孔上的X , Y , Z 三向自由度均被限制。在加载载荷时选择
Gravity，假设运行环境是一枚火箭弹，500g是行进过程中的最大载荷。则在重力
载荷参数中填入重力加速度为500g，即4.9e+006mm/s
2
，这里我们采用mm级的SI
单位制。由于加速度方向是任意的，并且吹冰面体的结构非对称，所以吹冰个方向均
要进行校核。
选择Standard的线性单元进行网格划分，由于该结构较为复杂，因此选择Tet
作为单元形状。
(2 ) 后处理阶段
在Visualization当中查看结果。 发现分别加载吹冰个方向的载荷得出的应力以及
形变情况差异并不大，并且载荷平行于同一个坐标轴但方向相反是得出的应力及 本科毕业设计说明书（论文） 第20 页 共37 页
变形最大值都相等，如表2.4所示。
表2.4 吹冰个方向的应力及形变最大值
X正 X负 Y正 Y负 Z正 Z负
应力最大值MPa 74.76 74.76 62.44 62.44 61.14 61.14
形变最大值μm 8.955 8.955 7.790 7.790 6.055 6.055
图2.11为载荷沿X轴正方向时的应力图，载荷沿其它方向时，情况类似。应
力最大的部分集中在吹冰面体与载体连接的部位。由图2.12可知最大应力为
7.476e1MPa，硬铝合金的最大应力为170MPa，因此该结构满足强度要求。 图2.13，
为吹冰面体的形变图，参照图2.14可见变形最大值8.955e-3mm，计算出该变形量能
引起的最大角度变化如下：
可知变形引起的角度变化小于 52.77角秒，而该 MIMU所允许的最大角度变
化为60 角秒，因此满足精度要求。