CN112985728A - 无人机结构传递特性的测量装置和无人机 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种无人机结构传递特性的测量装置和无人机，无人机结构传递特性的测量装置包括：多个数字传感器，分别固定至机身上的待测结构；安装载体，用于可拆卸地安装到机身上，安装载体上设置有处理器，处理器用于根据数字传感器检测的振动信号计算待测结构的加速度；以及电信号传输组件，由柔性材料制成，将多个数字传感器分别连接至安装载体并与处理器电连接。这样，通过数字传感器检测待测结构的振动信号，并通过电信号传输组件传递至处理器进行数据分析以得到待测结构的加速度，多个数字传感器可同时获取数据，以便计算出结构传递函数和振动特性。如此，可实现无人机在飞行状态下任意结构位置振动信号的独立采集，且数字传感器的分布灵活。

Description

无人机结构传递特性的测量装置和无人机

技术领域

本公开涉及无人机技术领域，具体地，涉及一种无人机结构传递特性的测量装置和无人机。

背景技术

无人机在飞行过程中由于螺旋桨电机的转动和空中气流等影响会产生各种振动及冲击，这些振动及冲击会对无人机结构强度和载荷作业精度等带来不利影响，无人机由于长时间运营导致结构疲劳蜕化，需要定期对无人机进行结构健康检测。

相关技术中，货运无人机缺少结构传递特性的测量办法，而民用飞机的结构健康检测复杂且检测装置较大，无法和无人机应用匹配，目前常规结构的检测采用地面设备，通过有线的方式连接传感器和采集***，需要使用220V电源以及全套连接线，但这种采集距离受到线的长度约束，不能应用于飞机飞行过程的测量，而目前无线传感器只能测量一处，不能对两个位置同时测量，对于待测结构位置不能形成传递函数，即无法进行多位置，多角度的传递测量。

发明内容

本公开的第一个目的是提供一种无人机结构传递特性的测量装置，该测量装置能够解决目前结构传递特性的测量装置采用地面设备，质量大，无法与无人机应用匹配；且采用有线方式，不能应用于无人机飞行过程的测量的问题。

本公开的第二个目的是提供一种无人机，该无人机包括本公开提供的测量装置。

为了实现上述目的，本公开提供一种无人机结构传递特性的测量装置，包括：

多个数字传感器，分别固定至机身上的待测结构；

安装载体，用于可拆卸地安装到所述机身上，所述安装载体上设置有处理器，所述处理器用于根据所述数字传感器检测的振动信号计算所述待测结构的加速度；以及

电信号传输组件，由柔性材料制成，将所述多个数字传感器分别连接至所述安装载体并与所述处理器电连接。

可选地，所述安装载体上还设置有卡槽，所述卡槽中可插拔地设置有存储芯片，所述存储芯片与所述处理器电连接。

可选地，所述安装载体上设置有多个吸盘，以吸附固定到所述待测结构上。

可选地，所述安装载体构造为方形板状结构，所述吸盘为四个、且间隔分布在所述安装载体的四角。

可选地，所述数字传感器为MEMS传感器。

可选地，所述电信号传输组件为FPC、FFC或同轴线缆。

根据本公开的第二个方面，还提供一种无人机，包括如上所述的测量装置。

可选地，所述处理器连接至所述无人机的电力供给***。

可选地，所述安装载体上还设置有为所述处理器供电的电源，所述处理器通过切换开关选择性接入具有所述电力供给***的第一电路或具有所述电源的第二电路。

可选地，所述数字传感器通过液体胶固定至所述待测结构。

通过上述技术方案，通过数字传感器检测待测结构的振动信号，并通过电信号传输组件传递至处理器进行数据分析以得到待测结构的加速度，多个数字传感器可同时获取数据，以便于计算出结构传递函数和振动特性。如此，可实现无人机在飞行状态下任意结构位置振动信号的独立采集，且数字传感器的分布灵活。该测量装置适于安装在无人机的机身上，通过合理的尺寸、电子器件选择，容易做到低重量和低延迟，具有成本低、体积小、轻便、便于安装使用的特点，且可以实现无人机飞行状态下的在线测量，而无需在停机后通过地面设备来进行测量。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开一示例性实施方式提供的测量装置的结构示意图；

图2是图1的的局部放大图；

图3是本公开一示例性实施方式提供的测量装置的另一个角度的局部放大图。

附图标记说明

100-数字传感器，200-安装载体，201-处理器，202-卡槽，300-电信号传输组件，400-吸盘。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，“内”、“外”是指相应部件轮廓的内和外。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。

参照图1和图2，本公开提供一种无人机结构传递特性的测量装置，该测量装置包括多个数字传感器100、安装载体200、以及电信号传输组件300，其中，多个数字传感器100分别固定至机身上的待测结构，以检测待测结构处的加速度。

安装载体200可拆卸地安装到机身上，安装载体200上设置有处理器201，处理器201用于根据数字传感器100检测的振动信号计算待测结构的加速度，进而计算得出机身上待测结构之间的结构传递函数以及振动特性。数字传感器100相较于传统的机械式传感器，具有体积小、重量轻、成本低、反应敏捷和实现智能化的特点，更适合应用于无人机振动特性的检测。这里，传递函数是描述线性***动态特性的基本数学工具之一，这里不做展开说明。当然，安装载体200上还可以安装有其他结构，例如下述的卡槽、其他电子器件等，这些结构可以设置在安装载体200的一侧，也可以设置在相对的两侧。

电信号传输组件300由柔性材料制成，用于将多个数字传感器100分别连接至安装载体200并与处理器201电连接，柔性的电信号传输组件300可以实现数字传感器100位置的任意摆放和固定，可以将其安装在任何需要测量的待测结构处。

其中，上述的安装载体200可以是电路板，处理器201以及其他电子器件布置在该电路板上，安装载体200也可以是用于安装电路板的载体，本公开对此不做限定。在本实施方式中，数字传感器100可以直接安装在无人机的任意位置以进行测量，方便安装，各路数字传感器100之间的信号可以任意传递，以得到需要的结构特性。

需要说明的是，数字传感器100的数量在此不做具体限制，能实现彼此之间的信号传递即可，例如参照图1-图3，图中示出了两个数字传感器100，二者通过各自的电信号传输组件300对称地连接在安装载体200的两侧，安装载体200。多个数字传感器100能够同时获取数据，实现数据实时记录。

通过上述技术方案，通过数字传感器100检测待测结构的振动信号，并通过电信号传输组件300传递至处理器201进行数据分析以得到待测结构的加速度，多个数字传感器100可同时获取数据，以便于计算出结构传递函数和振动特性。如此，可实现无人机在飞行状态下任意结构位置振动信号的独立采集，且数字传感器100的分布灵活。该测量装置适于安装在无人机的机身上，通过合理的尺寸、电子器件选择，容易做到低重量和低延迟，具有成本低、体积小、轻便、便于安装使用的特点，且可以实现无人机飞行状态下的在线测量，而无需在停机后通过地面设备来进行测量。

在一种实施例中，参照图2和图3，安装载体200上还可以设置有卡槽202，卡槽202中可插拔地设置有存储芯片，该存储芯片与处理器201电连接，用于存储经过处理器201需要的数据或者处理后的数据，以实现测量装置的数据独立采集以及存储。存储芯片的可插拔设计能够方便用户的使用，在飞机落地后，用户可以取出存储芯片来进行数据的读写，即可以在脱离无人机的情况下来处理数据。

本公开提供的测量装置还具有为处理器201以及其他部件提供电能的电源，根据一种实施方式，安装载体200上还可以设置有为处理器201供电的电源，在本实施方式中，可以采用低压电源来进行独立供电，例如可以为12v电源，无需依赖无人机电源***，以使测量过程的各个步骤均可通过测量装置独立完成。具体地，电源可以通过Mini-USB连接供电。当然，在其他实施方式中，例如下面将提到的方案，测量装置也可以借用无人机自身的电源。

本公开实施例中，参照图2和图3，安装载体200上可以设置有多个吸盘400，以吸附固定到机身上，安装便捷，且可以实现快速拆卸，吸盘400例如可以为橡胶吸盘，其具有一定弹性能够降低无人机振动对安装载体200的影响，增加了安装载体200的使用寿命，并且也容易吸附在机身上。需要说明的是，安装载体200也可以通过其他适当的方式固定到机身上，均属于本公开的保护范围。例如，安装载体200可以通过螺栓连接或卡扣连接等方式固定到机身上，实现二者的稳固连接。

根据一些实施例，参照图2和图3，安装载体200可以构造为方形板状结构，也可以构造为圆形或其它形状的板状结构。在安装载体200为方形板状结构的情况下，吸盘400可以为四个、且间隔分布在安装载体200的四角，以使其受力均衡。吸盘400可以通过卡接安装至安装载体200，例如，吸盘400的远离喇叭口的一端可以形成有柱状杆，安装载体200的四角分别形成有供柱状杆***的安装孔，再通过与柱状杆过盈配合的安装帽将柱状杆固定在安装孔内。吸盘400还可以通过其他例如螺接、铆接、焊接等可拆卸连接或不可拆卸连接的方式安装至安装载体200，这里不做限定。其中，上面的示例仅为实现本公开技术方案的一种可实施方式，本公开中吸盘400的个数、安装位置以及安装方式可以根据需要灵活配置，在此不做具体限制。

其中，数字传感器100可以为MEMS（Microelectro Mechanical Systems，微机电***）加速度传感器。与传统的传感器相比，MEMS传感器具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点，单个MEMS传感器的质量小于4g，而在本实施方式中，MEMS传感器的质量为2g、尺寸为5mm·3mm，可以实现MEMS传感器的灵活安装。

根据本公开的一种实施方式，电信号传输组件300可以为FPC（柔性电路板，Flexible Printed Circuit）、FFC（柔性扁平电缆，Flexible Flat Cable）或同轴线缆，均为柔性材质，且重量较轻，能够便于灵活布置数字传感器100，大大减少线路的质量影响。

结合图1-图3，在本公开的一个具体实施例中，安装载体200的尺寸可以设计为50mm·40mm·4mm，足够小巧轻便，便于安装；电信号传输组件300可以为FPC，单个FPC的重量可以为约2g；数字传感器100可以采用上述的重量较小的MEMS传感器；这样，整个测量装置的质量可以小于50g。另外，测量装置安装到无人机的机身上，根据其距离跨度以及MEMS传感器的敏感性，待测的两个位置的测量延时可以足够小，例如可以小于1ms，确保了测量的精确性。

根据本公开的第二个方面，还提供一种无人机，该无人机包括机身和本公开提供的测量装置，该无人机具有上文介绍的测量装置相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

进一步地，处理器201还可以连接至无人机的电力供给***，即可以无需外接电源，与无人机共用电力供给***，使测量装置更加轻便，当然，测量装置也可以如上面提到的自行配备电源，实现独立供电。或者，测量装置可以配备独立电源但仅作为备用，当无人机自身的电源电量不足以实现多场景供电的情况下，该独立电源才投入使用。

在上述的测量装置具有为处理器201以及其他部件提供电能的电源、且测量装置也能够通过无人机的电力供给***得电的情况下，处理器201可以通过切换开关选择性接入具有电力供给***的第一电路或具有电源的第二电路，即第一电路和第二电路可以并联设置，供测量装置上的处理器201及其他部件可以选择性接入。当处理器201接入具有电源的第二电路时，无需依赖无人机电力供给***，以使测量过程的各个步骤均可通过测量装置独立完成；当处理器201接入具有电力供给***的第一电路时，测量装置也可以借用无人机自身的电源。

数字传感器100可以通过适当的方式固定至待测结构，在本公开实施例中，数字传感器100可以通过液体胶固定至待测结构，其中，液体胶可以为热熔胶，待热熔胶凝固后，当需要取下数字传感器100时，只需向连接处喷洒酒精，即可将数字传感器100取下，这样，数字传感器100既能够保持粘贴牢固，且安装快捷、便于拆卸。此外，热熔胶凝固后具有足够的刚性，也可以确保加速度传感器获取机身结构特性时的准确性。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种无人机结构传递特性的测量装置，其特征在于，包括：

多个数字传感器（100），分别固定至机身上的待测结构；

安装载体（200），用于可拆卸地安装到所述机身上，所述安装载体（200）上设置有处理器（201），所述处理器（201）用于根据所述数字传感器（100）检测的振动信号计算所述待测结构的加速度；以及

电信号传输组件（300），由柔性材料制成，将所述多个数字传感器（100）分别连接至所述安装载体（200）并与所述处理器（201）电连接。

2.根据权利要求1所述的无人机结构传递特性的测量装置，其特征在于，所述安装载体（200）上还设置有卡槽（202），所述卡槽（202）中可插拔地设置有存储芯片，所述存储芯片与所述处理器（201）电连接。

3.根据权利要求1所述的无人机结构传递特性的测量装置，其特征在于，所述安装载体（200）上设置有多个吸盘（400），以吸附固定到所述待测结构上。

4.根据权利要求3所述的无人机结构传递特性的测量装置，其特征在于，所述安装载体（200）构造为方形板状结构，所述吸盘（400）为四个、且间隔分布在所述安装载体（200）的四角。

5.根据权利要求1所述的无人机结构传递特性的测量装置，其特征在于，所述数字传感器（100）为MEMS传感器。

6.根据权利要求1所述的无人机结构传递特性的测量装置，其特征在于，所述电信号传输组件（300）为FPC、FFC或同轴线缆。

7.一种无人机，包括机身和根据权利要求1-6中任一项所述的测量装置。

8.根据权利要求7所述的无人机，其特征在于，所述处理器（201）连接至所述无人机的电力供给***。

9.根据权利要求8所述的无人机，其特征在于，所述安装载体（200）上还设置有为所述处理器（201）供电的电源，所述处理器（201）通过切换开关选择性接入具有所述电力供给***的第一电路或具有所述电源的第二电路。

10.根据权利要求7所述的无人机，其特征在于，所述数字传感器（100）通过液体胶固定至所述待测结构。

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