一种用于微型飞行器的微型低速空速计制造技术

本发明专利技术涉及的用于微型飞行器的微型低速空速计，包括依次相连的微型空速管、微差压测量单元、数据采集模块、微处理器和显示存储单元；空速管进行微型化设计：包括管头、外管、总压管、静压管四部分，外管上设静压孔，总压管插入管头，外管另一端密封，总压和静压分别由总压管和静压管导出；简化了加工、装配难度；在微差压测量单元的设计中，对低空速下微差压传感器输出信号进行处理，有效地消除了死区，使最小量程范围最小接近于零，提高了空速计的线性度；数据采集模块与微差压测量单元的信号调理电路输出端相连，数据采集模块为Ａ／Ｄ转换电路模块，对接受的信号进行ＡＤ转换，之后输入至与之相连的微处理器；微处理器与显示存储单元相连。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种低空速测量装置，特别是一种体积小、重量轻、高可靠性的用于微型飞行器的微型低速空速计。
技术介绍
空速的测量对于飞行器的安全飞行与自动控制有着十分重要的作用。传统的空速计的设计原理主要有热线式、差压式、转轮式等原理。热线式空速计的敏感元件是热敏电阻丝(片)，电流在热敏电阻丝(片)流过，导致电阻发热；当气体从电阻周围流过时，会带走一定的热量；在一定的电流下，电阻丝(片)的温度与气体的流速成一定的函数关系，通过对电阻两端的电压进行测量就可以得到当前的风速。转轮式空速计是利用风的能量驱动一个螺旋桨或风轮，通过对螺旋桨或风轮速度的测量得到风速度大小；压差式空速计的敏感元件是压力传感器，当空气流动时，会在迎风表面形成一个附加在静压上的风压，使用一个差压传感器，将迎风压力引入一个引压孔，将静压引入另一个引压孔，通过测量差压就可以得到相应的风速。微型飞行器体积小，能量和载荷能力有限，对机载传感器的重量、体积、功耗提出了严格要求。传统的空速计很难满足这一要求。目前已有的微型空速测量装置中以转轮式、热线式居多，但在体积、重量以及测量范围等指标上均难满足微型飞行器的要求。基于差压测量原理的微型低速空速计目前尚未发现相关产品及报道。在这种背景下，设计一种满足微型飞行器要求的微型低速空速测量装置变得十分迫切。热线式、转轮式空速计，由于结构复杂，不利于微型化，因此本专利技术的微型低速空速计选用差压式原理。传统差压式空速计由空速管和压力表组成，其主要缺点在于1、空速管体积、重量大，必须对其进行微型化；2、传统差压传感器体积大，结构复杂，不利于微型化；3、传统空速计对于低空速的测量线性度较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种结构简单，易于微型化的适用于微型飞行器的微型低速空速计。本专利技术的技术方案如下本专利技术提供的一种用于微型飞行器的微型低速空速计，其特征在于，该微型低速空速计包括依次电连接的微型空速管单元10、微差压测量单元20、数据采集模块30、微处理器40和显示存储单元50；所述的微型空速管单元10；包括一总压管3，其同心地插入具有球形弧面的管头1的中心孔中，总压管3之外套装外管2，外管2的一端与管头1密封连接，另一端通过密封塞5与总压管3密封连接，外管2靠近尾部的管壁上垂向安装一与外管2内腔相通的静压管4，位于外管2中部的一径向截面上均布有4-8个静压孔；所述总压管3内腔构成总压腔8，外管2与总压管之间构成静压腔6，由其静压由静压管4内腔引出；所述的微差压测量单元20；包括微差压传感器21、电源模块22、信号调理电路23；所述的电源模块22分别与微差压传感器21和信号调理电路23电连接，分别为微差压传感器21提供稳定的电流，为信号调理电路23提供稳定的电压；所述总压腔8的总压P1和静压腔6的静压P2分别通过软管与微差压传感器21的两输入端相连接，微差压传感器21的输出端与信号调理电路23相连，向信号调理电路23输出一与压差(P1-P2)成正比关系的电压，该电压经信号调理电路23进行偏置放大得到一输出电压u；所述的数据采集模块30与微差压测量单元20的信号调理电路23输出端相连，数据采集模块30为A/D转换电路模块，对接受的信号进行AD转换，之后输入至与之相连的微处理器40；微处理器40与显示存储单元50相连，以显示存储所测得的空速数据；所述的微差压传感器21为MEMS微差压传感器；所述的电源模块22包括一基准电压221，基准电压221连接到电压比较器222的同相输入端，微差压传感器21连接采样电阻223，采样电阻223一端接地，另一端与电压比较器222反相输出端相连，电压比较器222的输出为微差压传感器21提供恒流电源，基准电压221的输出端连接信号调理电路23的参考电位输入端，为信号调理电路23提供稳定参考电压，对微差压传感器21的输出电压u信号进行偏置放大。在进行空速测量时，将微型飞行器的微型空速管单元10安装在待测流场中合适位置，正对来流方向；微型空速管10同时输出总压P1和静压P2，流场中测量点附近空速表示为VA，流场气体密度为ρ，q表示P1与P2的压力差，则有q=ρ2VA2,]]>将总压P1和静压P2分别接入微差压测量单元20的两个输入端，通过微差压测量单元20中的微差压传感器21和信号条理电路23，得到与差压q成正比的电压u，k为比例系数，其大小由所选用具体传感器和信号条理电路决定，三者之间的关系可表示为u＝kq。微差压测量单元20的的输出电压u，经过数据采集模块30对电压u进行AD转换，结果输入微处理器40，在微处理器40中对数据进行运算，得到空速VA，其计算公式为VA=2ukρ.]]>将测量结果送到显示存储单元50进行存储并显示。本专利技术提供的用于微型飞行器的微型低速空速计具有以下优点其空速管与传统空速管工作原理类似，不同之处在于采用了易于微型化的结构，管头1与外管2的分开设计降低了加工难度，总压管3直接插入管头1正中，便于装配，外管2与总压管3之间形成静压腔，在外管2尾部对静压腔6进行密封，静压和总压分别由静压管4和总压管3导出；在各个连接处，均由粘结济进行连接，同时起到密封的作用，此结构很好的实现了空速管的微型化；微压差测量单元选用微差压传感器，特别是选用MEMS微差压传感器，并对信号进行偏置放大，具有体积小、重量轻、可靠性高和能测量极低空速的特点。附图说明附图1为本专利技术的微型低速空速计的结构示意图(也是原理图)；附图2为微型低速空速管装配图；附图3为微压差测量单元2的结构示意图；其中微型空速管10 管头1 外管2总压管3 静压管4 密封塞5静压腔6 静压孔7 总压腔8微压差测量单元20 微差压传感器21电源模块22、信号调理电路23数据采集模块30处理器40微处理器40总压腔8的总压P1静压腔6的静压P2空速VA流场气体密度ρ 压力差q电压u 系数k 显示存储单元50标准空速管校正系数Φ0标准空速管测得的动压值Δp为待测定空速管测得的动压值Δp′微差压传感器21电源模块22信号调理电路23基准电压221 电压比较器222 电阻223输出电压u具体实施方式下面结合附图及实施例进一步描述本专利技术 参看附图1，本专利技术的微型低速空速计是基于差压测量原理的设计的，主要包括微型空速管单元10、微差压测量单元20、数据采集模块30、处理器40、显示存储单元50组成；其工作原理简述如下将微型空速管单元10安装在待测流场中合适位置，正对来流方向。微型空速管10同时输出总压P1和静压P2，流场中测量点附近空速表示为VA，流场气体密度为ρ，q表示P1与P2的压力差，则有q=ρ2VA2,]]>将总压P1和静压P2分别接入微差压测量单元20的两个输入端，通过微差压测量单元20中的微差压传感器21和信号条理电路23，得到与差压q成正比的电压u，k为比例系数其大小由所选用具体传感器和信号条理电路有关，三者之间的关系可表示为u＝kq。微差压测量单元20的输出电压u，经过数据采集模块30对电压u进行采样，采样值进入微处理器40，在微处理器40中对数据进行运算，得到空速VA，其计算公式为VA=2ukρ;]本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于微型飞行器的微型低速空速计，其特征在于，该微型低速空速计包括依次电连接的微型空速管单元（１０）、微差压测量单元（２０）、数据采集模块（３０）、微处理器（４０）和显示存储单元（５０）；所述的微型空速管单元（１０）；包括：一总压管（３），其同心地插入具有球形弧面的管头（１）的中心孔中，总压管（３）之外套装外管（２），外管（２）的一端与管头（１）密封连接，另一端通过密封塞（５）与总压管（３）密封连接，外管（２）靠近尾部的管壁上垂向安装一与外管（２）内腔相通的静压管（４），位于外管（２）中部的一径向截面上均布有４－８个静压孔；所述总压管（３）内腔构成总压腔（８），外管（２）与总压管之间构成静压腔（６），由其静压由静压管（４）内腔引出；所述的微差压测量单元（２０）；包括：微差压传感器（２１）、电源模块（２２）、信号调理电路（２３）；所述的电源模块（２２）分别与微差压传感器（２１）和信号调理电路（２３）电连接，为微差压传感器（２１）提供稳定的电流，为信号调理电路（２３）提供稳定的电压；所述总压腔（８）的总压（Ｐ１）和静压腔（６）的静压（Ｐ２）分别通过软管与微差压传感器（２１）的两输入端相连接，微差压传感器（２１）的输出端与信号调理电路（２３）相连，向信号调理电路（２３）输出一与压差（Ｐ１－Ｐ２）成正比关系的电压，该电压经信号调理电路（２３）进行偏置放大得到一输出电压（ｕ）；所述的数据采集模块（３０）与微差压测量单元（２０）的信号调理电路（２３）输出端相连，数据采集模块（３０）为Ａ／Ｄ转换电路模块，对接受的信号进行ＡＤ转换，之后输入至与之相连的微处理器（４０）；微处理器（４０）与显示存储单元（５０）相连，以显示存储所测得的空速数据。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：熊沈蜀，周兆英，王晓浩，王立代，祝志晨，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]