[发明专利]基于MEMS的传感器套件

说明书

一种微机电(MEMS)传感器套件，包含三轴加速度计，所述三轴加速度计包含具有一系列面的加速度计传感器多面体，以及在所述加速度计传感器多面体的所述一系列面中的三个面上的一系列轴向加速度计。所述MEMS传感器套件还包含三轴磁力计，所述三轴磁力计包含具有一系列面的磁力计传感器多面体，以及在所述磁力计传感器多面体的所述一系列面中的三个面上的一系列轴向磁力计。

相关申请的交叉引用

本申请案要求2017年2月21日提交的标题为“用于井下导航的基于MEMS的惯性测量单元(IMU)传感器套件(MEMS-based Inertial Measurement Unit(IMU)sensor suitefor downhole navigation)”的第62/461,715号美国临时申请案的优先权和权益，所述美国临时申请案的整个内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本公开大体上涉及惯性测量单元传感器套件。

背景技术

如图1中所图示，用于导航的现有技术传感器系统100，例如姿态和航向参考系统(Attitude and Heading Reference Systems，AHRS)和惯性导航系统(InertialNavigation Systems，INS)，通常包含离散的单轴传感器的线性堆叠。图1所示的现有技术传感器系统100包含外壳或机壳101，其容纳堆叠于三个单轴磁力计103的线性堆叠之顶部上的三个单轴加速度计102的线性堆叠。以线性布置堆叠传感器102、103导致传感器系统100的相对大的体积封装或包络。举例来说，用于石油和天然气行业的现有技术随钻测量(measurement while drilling，MWD)勘测工具通常限于配合在3.5英寸钻铤内部的1.875英寸外径机壳101，且传感器102、103和容纳于机壳101中的对应电子器件的轴向布置可以具有沿着机壳101的轴线延伸超过2英尺的长度。另外，现有技术传感器系统100的相对大的体积大小可能导致相对高的成本、重量和功率消耗，且可能阻止传感器系统100定位于最佳位置。

现有技术传感器系统100中的传感器102、103之间的显著间距也可能在传感器系统100的输出信号由导航算法利用时导致位置误差或不确定性，因为导航算法通常假定传感器系统100的单个点位置。虽然可以执行操作前校准以补偿传感器102、103之间的固定偏移，但现有技术传感器系统100在使用期间(例如，在钻操作期间)亦会经受变形，这可能需要更复杂的实时校准以补偿由传感器系统100的变形造成的位置误差或不确定性。

此外，现有技术传感器系统100还对由于传感器系统100的相对大的体积大小以及传感器102、103之间的间距带来的例如跨越传感器系统100的热和机械梯度等外部环境刺激是敏感的。举例来说，传感器系统100的不同部分上的不同热或机械负载(例如，应力)可以取决于跨越传感器系统100的热和机械负载的分布而更改传感器系统100的输出。现有技术传感器系统100展现的这些空间相依性影响可能在传感器系统100并入到导航系统中时导致位置误差和不确定性。

发明内容

本公开是针对基于微电机械系统(micro-electro-mechanical system，MEMS)的传感器套件的各种实施例。在一个实施例中，基于MEMS的传感器套件包含三轴加速度计，所述三轴加速度计包含具有一系列面的加速度计传感器多面体，以及在加速度计传感器多面体的所述一系列面中的三个面上的一系列轴向加速度计。所述MEMS传感器套件还包含三轴磁力计，所述三轴磁力计包含具有一系列面的磁力计传感器多面体，以及在所述磁力计传感器多面体的所述一系列面中的三个面上的一系列轴向磁力计。

所述加速度计传感器多面体可以是立方体，且所述加速度计传感器多面体的所述三个面可以是三个相互正交的面。

所述磁力计传感器多面体可以是立方体，且所述磁力计传感器多面体的所述三个面可以是三个相互正交的面。