一种无人机测风阻力异形传感器

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，更具体的说是涉及一种无人机测风阻力异形传感器。

背景技术

随着科技的不断发展，无人机已从军事领域扩展到民用领域，并被广泛应用。不仅在农业，林业，渔业，电力，安防，救援等方面展露才华，同时也在消费领域大施拳脚。可以说，如今的无人机早已飞入了寻常百姓家。虽然无人机的应用领域越来越广泛，但到目前为止，仍有一项瓶颈始终没有突破——续航能力。续航能力一般与机身重量，电池性能，桨叶形状结构等有关系。

无人机的飞行阻力一般为无人机各部分部件所产生的阻碍，测风阻力异形传感器，通过分析不同风速和不同飞行速度下采集到的数据，衡量无人机桨叶结构产生的阻力大小。通过定量不同无人机桨叶的阻力，有利于改进无人机的结构，减少阻力影响，增长无人机的续航时间以及带载能力。

因此，如何提供一种无人机测风阻力异形传感器是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种无人机测风阻力异形传感器，能够测量不同方向的无人机所受空气阻力，对不同桨叶结构的同一无人机在相同环境下的受力进行测量，从而确定桨叶的最佳结构，提升无人机续航能力。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种无人机测风阻力异形传感器，包括：九面异形结构传感器，所述九面异形结构传感器为中空结构，包括正四棱锥结构传感器和正方体结构传感器，所述正四棱锥结构传感器位于所述正方体结构传感器顶部；

所述正四棱锥结构传感器和所述正方体结构传感器中的每一面均依次包括上绝缘层、上电极层、PVDF压电薄膜、下电极层和下绝缘层。

优选地，所述PVDF压电薄膜输出的电容为：

式中，C

优选地，所述上绝缘层和所述下绝缘层厚度为15μm-100μm,所述上电极层和所述下电极层厚度为20μm，所述PVDF压电薄膜厚度为28μm。

优选地，所述上电极层和所述下电极层采用铜箔材质，所述上绝缘层和所述下绝缘层采用绝缘橡胶材质。

优选地，所述PVDF压电薄膜通过导电胶分别与所述上电极层和所述下电极层连接。

优选地，还包括固定架，所述固定架包括正四棱锥结构固定架和正方体结构固定架，所述正四棱锥结构固定架位于所述正方体结构固定架的顶部，所述正四棱锥结构固定架用于固定所述正四棱锥结构传感器，所述正方体结构固定架用于固定所述正方体结构传感器。

优选地，所述正四棱锥结构固定架包括4个等腰三角形固定架，相邻所述等腰三角形固定架的共用边用于固定所述正四棱锥结构传感器中每个三角形结构传感器的对称等边；

所述正方体结构固定架中包括5个正方形固定架，侧面相邻4个所述正方形固定架的共用边用于固定所述正方体结构传感器中每个侧面正方形结构传感器的对称两边，底部所述正方形固定架对称两边用于固定所述正方体结构传感器中底面正方形结构传感器的对称两边。

优选地，还包括信号处理电路，所述信号处理电路通过信号线分别与所述上电极层和所述下电极层电连接。

优选地，所述信号处理电路包括电荷放大电路、比例放大电路和滤波电路，所述电荷放大电路用于将获取的电荷信号转换为电压信号，所述比例放大电路用于将电压信号进行放大，所述滤波电路用于对放大后的电压信号进行滤波。

优选地，所述固定架为聚碳酸酯材料。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种无人机测风阻力异形传感器，九个传感面可以同时采集数据信息，根据采集信息的积分值，从而确定不同地区无人机桨叶的最佳结构，进而提升无人机的性能，增加续航时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的一种无人机测风阻力异形传感器结构示意图；

图2附图为本发明提供的传感器每一面传感器的具体结构示意图。

图3附图为本发明提供的固定架结构示意图。

图4附图为本发明提供的无人机测风阻力异形传感器安装示意图。

其中，1、正四棱锥结构传感器，2、正方体结构传感器，3、上绝缘层、4、上电极层，5、PVDF压电薄膜，6、下电极层，7、下绝缘层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种无人机测风阻力异形传感器，风向是指风吹来的方向，例如北风就是指空气自北向南流动。风向一般用8个方位表示。分别为：北、东北、东、东南、南、西南、西、西北。各个方向的风会对无人机产生相应的阻力，因此，设计九面异形结构传感器，满足测量要求。如图1和2所示，包括：九面异形结构传感器，九面异形结构传感器为中空结构，包括正四棱锥结构传感器1和正方体结构传感器2，正四棱锥结构传感器1位于正方体结构传感器2顶部，且正四棱锥结构传感器1无底面，正方体结构传感器2无顶面，即正四棱锥结构传感器1包括4个传感面，正方体结构传感器2为5个传感面；

正四棱锥结构传感器1和正方体结构传感器2中的每一面均依次包括上绝缘层3、上电极层4、PVDF压电薄膜5、下电极层6和下绝缘层7。

本发明利用了PVDF压电薄膜的正压电效应，即压电材料在机械力作用下会产生拉伸或者压缩等形变，从而导致带电粒子向电极的定向移动。基于正压电效应，PVDF压电薄膜可以进行机电转换。外部机械载荷致使压电薄膜发生一定变形，从而在薄膜上下电极表面产生相应的极性相反、大小相等的电荷。因而，可以把此时的PVDF压电薄膜等效为一个电容器，PVDF压电薄膜输出的电容为：

式中，C

本发明PVDF压电薄膜5采用PVDF材质，PVDF材料具有柔韧性高、耐腐蚀、无毒的特性，采用其研制一种测风阻力异形传感器，通过分析不同风速和不同飞行速度下采集到的数据，衡量无人机桨叶结构产生的阻力大小。对不同无人机浆叶无人机定量其阻力，有利于改进无人机的结构，减少阻力影响，增长无人机的续航时间以及带载能力。

本实施例中，PVDF压电薄膜5通过导电胶分别与上电极层4和下电极层6连接；上电极层4和下电极层6采用铜箔材质，即上下电极为两个覆铜面，整个面覆铜可以提升信号的采集效率，减少电荷的损失，覆铜的两个面电极会引出两个导线作为信号线，当PVDF压电薄膜受到阻力变形时候会有电压输出，由信号线传输出去。

上绝缘层3和下绝缘层7采用绝缘橡胶材质，用来保护传感器，还可以避免与其他面之间产生短路，影响电荷的收集。

在本实施例中，上绝缘层3和下绝缘层7厚度为15μm-100μm,上电极层4和下电极层6厚度为20μm，PVDF压电薄膜厚度为28μm。

在本实施例中，如图3所示，还包括固定架，固定架包括正四棱锥结构固定架和正方体结构固定架，正四棱锥结构固定架位于正方体结构固定架的顶部，正四棱锥结构固定架用于固定正四棱锥结构传感器，正方体结构固定架用于固定正方体结构传感器。

正四棱锥结构固定架包括4个等腰三角形固定架，相邻等腰三角形固定架的共用边用于固定正四棱锥结构传感器中每个三角形结构传感器的对称等边；

正方体结构固定架中包括5个正方形固定架，侧面相邻4个正方形固定架的共用边用于固定正方体结构传感器中每个侧面正方形结构传感器的对称两边，底部正方形固定架对称两边用于固定正方体结构传感器中底面正方形结构传感器的对称两边。

本发明将方形的传感面设置为两边固定，两边悬空，增大了传感面的灵敏度，受到阻力时产生较大形变，从而由于PVDF压电薄膜5的正压电效应，产生更大输出电压，提高了灵敏度。在无人机上的固定方式如图4所示，用稳定性较强的固定架，固定于无人机上，确保九个传感面都可以感受到空气阻力。

在本实施例中，还包括信号处理电路，信号处理电路通过信号线分别与上电极层和下电极层电连接。进一步，信号处理电路使用的是柔性电路板，柔性电路板是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的，且其具有配线密度高、重量轻、厚度薄等特点。这种电路板具有绝佳的可挠性，且质量轻，不会增加无人机的能耗。

本实施例中，信号处理电路依次包括电荷放大电路、比例放大电路和滤波电路，电荷放大电路用于将获取的电荷信号转换为电压信号，比例放大电路用于将电压信号进行放大，滤波电路用于对放大后的电压信号进行滤波。

本发明每一面都是采用柔韧性高的材料制成，有风阻产生的时候传感器对应面会产生形变，从而对应面会有电压输出。信号处理电路会对每个面的输出信号进行降噪处理以及采集，之后传至无人机飞控，无人机飞控对不同桨叶结构的无人机采集到的阻力信号求平均值，再进行A/D转换，将模拟信号转换成数字信号通过数传模块传至地面站，即可评估桨叶结构对阻力大小的影响。

本实施例中，固定架为聚碳酸酯材料，聚碳酸酯材料硬度高、韧性好、抗冲击性能好且质量轻，不会产生过多能耗。

本发明九面异形结构传感器中的九个传感面可以同时采集数据信息，根据采集信息的平均值，从而确定不同地区无人机桨叶的最佳结构，同时可以根据受各个面阻力的大小调整无人机飞行姿态降低阻力影响。根据每个面所受阻力大小，将阻力信息传给无人机飞控，使无人机自适应的调整飞行状态，从而减少飞行阻力的影响，提升无人机的性能，增加续航时间。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。