CN204705423U - 一种扑翼机升力测试*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公布了一种扑翼机升力测试***，包括电阻应变片检测模块、信号调理模块、AD转换模块、主控制器模块、上位机、电源模块、检测模块结构体、扑翼机、实验台架；电阻应变片检测模块包括桥式检测电路和电阻调零电路，信号调理模块包括三运放差分放大电路、滤波电路和输出电路，主控制器模块包括最小***模块、数据处理模块和通讯模块；所采用的方案是，扑翼机在实验测试过程中，电阻应变片检测模块检测其在双翼扑动时所引起的电阻应变片的变化，通过信号的转化处理，形成升力参数，并由上位机实时记录并生成波形图，以供扑翼机的研究和改进；该检测***结构简单、使用方便、数据可靠、成本较低，是一种有效的扑翼机研究***。

Description

一种扑翼机升力测试***

技术领域

本实用新型涉及扑翼机测试领域，具体涉及到一种在实验中用于测试扑翼机在双翼扑动时升力特性的***。

背景技术

基于仿生学的扑翼机是一种模仿鸟类或昆虫飞行的新概念飞行器，与传统的固定翼飞行器和旋转翼飞行器相比，扑翼机具备更好的飞行性能，其在军事和民用领域具有很大的发展潜力。但由于扑翼机的研究起步较晚，相关技术不成熟，用于测试扑翼机的实验设备不完善，可供参考的扑翼机测试实验数据也非常少，这就限制了扑翼机的研究和发展。在扑翼机的研究过程中，升力是其中至关重要的参数，将直接影响所设计飞行器的性能。因此，为实现简单便捷测试扑翼机的升力参数，利用电阻应变片设计一种具备数据采集与转换的升力检测***。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单、使用方便、能够有效获取扑翼机的升力参数、可完成数据的采集转换、并可通过上位机进行实时数据分析的测试***。

本实用新型解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种扑翼机升力测试***，包括电阻应变片检测模块、信号调理模块、AD转换模块、主控制器模块、上位机、电源模块、检测模块结构体、扑翼机、实验台架，所述电阻应变片检测模块包括桥式检测电路和电阻调零电路，所述桥式检测电路包括电阻应变片R₁、电阻应变片R₂、电阻应变片R₃、电阻应变片R₄，所述信号调理模块包括三运放差分放大电路、滤波电路和输出电路，所述主控制器模块包括最小***模块、数据处理模块和通讯模块，所述检测模块结构体包括双孔悬臂梁式弹性体、检测模块受力端和检测模块固定端，其特征在于：电阻应变片检测模块与信号调理模块相连接，信号调理模块与AD转换模块相连接，AD转换模块与数据处理模块相连接，通讯模块与上位机相连接，电源模块与电阻应变片检测模块、信号调理模块、AD转换模块、主控制器模块相连接，电阻应变片R₁、电阻应变片R₂、电阻应变片R₃、电阻应变片R₄贴在双孔悬臂梁式弹性体的表面，检测模块受力端与扑翼机重心所在的底部相连接，检测模块固定端安装在稳定的实验台架上。

所述电阻应变片检测模块检测扑翼机在实验中双翼扑动时应变片电阻的变化，所述桥式检测电路包括电阻应变片R₁、电阻应变片R₂、电阻应变片R₃、电阻应变片R₄，所述的电阻应变片R₁、电阻应变片R₂、电阻应变片R₃、电阻应变片R₄分别贴在双孔悬臂梁式弹性体的表面，构成惠斯登全桥电路，所述双孔悬臂梁式弹性体两侧分别是检测模块受力端、检测模块固定端，所述的检测模块受力端与扑翼机重心所在的底部相连，所述的检测模块固定端安装在稳定的实验台架上。

所述的信号调理模块对所述的电阻应变片检测模块电阻信号进行处理，所述三运放差分放大电路将所述电阻应变片检测模块微弱信号放大，所述输出电路输出满足工业标准的电压信号。

所述AD转换模块将信号调理模块输出模拟信号转换为数字信号。

所述主控制器模块的数据处理模块对经过AD转换后的数字信号进行计算处理，形成所需的升力测试参数数据，并通过所述通讯模块送至上位机。

所述电源模块给所述电阻应变片检测模块、信号调理模块、AD转换模块、主控制器模块提供所需的稳定电源。

所述的上位机可实时保存实验数据，并形成波形图，及时方便的对实验数据进行分析和处理。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：巧妙的利于电阻应变片解决扑翼机在飞行过程中动态测试的难题，通过设置在固定台架上的电阻应变片检测模块，检测扑翼机在双翼扑动状态下所引起的电阻的变化，并将产生的变换处理为升力参数，为扑翼机的研究提供实验测试数据，以满足扑翼机研究的需要。所形成的升力参数可实时通过上位机显示保存，可以直观方便的分析扑翼机在双翼扑动时所产生的升力特性，并通过分析波形图对扑翼机的性能进行分析和改进。同时，由于电路采用惠斯登电桥电路进行测量，从而具备温度补偿；采用电阻调零电路，从而具备电路调零功能。本实用新型还具有结构简单、便于调试、价格较低等优点。

附图说明

图1为本实用新型检测***原理框图。

图2为本实用新型检测模块结构图。

图3为本实用新型总体结构体示意图。

图4为本实用新型桥式测量电路。

图5为本实用新型三运放差分放大电路。

图6为本实用新型程序流程图。

附图标号说明：1.电阻应变片检测模块 2.信号调理模块 3.AD转换模块 4.主控制器模块5.上位机 6.电源模块 7.桥式检测电路 8.电阻调零电路 9.三运放差分放大电路 10.滤波电路11.输出电路 12.最小***模块 13.数据处理模块 14.通讯模块 15.电阻应变片R₁ 16.电阻应变片R₂ 17.电阻应变片R₃ 18.电阻应变片R₄ 19.检测模块结构体 20.双孔悬臂梁式弹性体 21.检测模块受力端 22.检测模块固定端 23.扑翼机 24.实验台架

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

参见图1，本实用新型解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种扑翼机升力测试***，包括电阻应变片检测模块1、信号调理模块2、AD转换模块3、主控制器模块4、上位机5、电源模块6、检测模块结构体19、扑翼机23、实验台架24，所述电阻应变片检测模块1包括桥式检测电路7和电阻调零电路8，所述桥式检测电路7包括电阻应变片R₁15、电阻应变片R₂16、电阻应变片R₃17、电阻应变片R₄18，所述信号调理模块2包括三运放差分放大电路9、滤波电路10和输出电路11，所述主控制器模块4包括最小***模块12、数据处理模块13和通讯模块14，所述检测模块结构体19包括双孔悬臂梁式弹性体20、检测模块受力端21和检测模块固定端22，其特征在于：电阻应变片检测模块1与信号调理模块2相连接，信号调理模块2与AD转换模块3相连接，AD转换模块3与数据处理模块13相连接，通讯模块14与上位机5相连接，电源模块6与电阻应变片检测模块1、信号调理模块2、AD转换模块3、主控制器模块4相连接，电阻应变片R₁15、电阻应变片R₂16、电阻应变片R₃17、电阻应变片R₄18贴在双孔悬臂梁式弹性体20的表面，检测模块受力端21与扑翼机23重心所在的底部相连接，检测模块固定端22安装在稳定的实验台架24上。

参见图2及图3，所述桥式检测电路7包括电阻应变片R₁15、电阻应变片R₂16、电阻应变片R₃17、电阻应变片R₄18，所述的电阻应变片R₁15、电阻应变片R₂16、电阻应变片R₃17、电阻应变片R₄18分别贴在双孔悬臂梁式弹性体20双孔位置对应的表面，构成惠斯登全桥电路，所述双孔悬臂梁式弹性体20两侧分别是检测模块受力端21、检测模块固定端22，所述的检测模块受力端21与扑翼机23重心所在的底部相连，所述的检测模块固定端22安装在稳定的实验台架24上。

参见图3，桥式检测电路7由电源模块6提供稳压电源U_in，并连接电阻调零电路8，电阻调零电路8输出端与信号调理模块2相连。桥式检测电路7的电阻应变片R₁15、电阻应变片R₂16、电阻应变片R₃17、电阻应变片R₄18的电阻应为相同，但由于制作工艺的原因，难免会出现误差，因此在进行检测实验前，应对桥式检测电路7调零，具体为，在电阻应变片检测模块受力端21未安放扑翼机23时，通过调节电桥平衡电位R_w1，当万用表或示波器检测到电阻调零电路8输出端的输出电压为零时，调零结束。

参见图4，为三运放差分放大电路9。由于电阻应变片检测模块1输出的模拟信号很微弱，需对信号进行放大，以满足AD转换模块3对信号电平的要求。A₁、A₂两个同相运放电路构成输入级，在与差分放大器A₃串联组成三运放差分放大电路。电路中R₅＝R₆、R₇＝R₈、R₉＝R₁₀，相关电阻应保持严格对称，并可通过R_w2对电阻网络进行调节，可导出两级差模信号总增益为：

$A_{\mathrm{vd}}=\frac{U_o}{U_{i1}-U_{i2}}=-\left(\frac{R_{w2}+{2R}_5}{R_{w2}}\right)\×\frac{R_9}{R_7}$

通常，第一级增益要尽量高，第二级增益一般为1～2倍。该电路对共模信号几乎没有放大作用，共模电压增益接近零，同时在放大电路电阻严格对称的条件下，各电阻阻值的误差对该电路的共模抑制比也没有影响。

AD转换模块3采用高精度的数模转换芯片，分辨率为24位，并可实现连续转换，通过对放大后的模拟信号进行取样、保持、量化、编码几个过程后，转换为数字信号格式，送至主控制器模块4。

经AD转换模块3转换后的数字信号，由主控制器模块4的数据处理模块13对其进行分析和计算，得到扑翼机在实验扑动时的升力参数。具体的实现方式是，先预处理和计算无扑动时扑翼机的电阻应变片的形变量，经处理和转换后的数据保存到主控制模块4的寄存器中，然后在扑翼机双翼扑动过程中，实时记录和转换电阻应变片的电阻变化信息，并与之前的信息进行对比和分析，得到因扑翼机双翼扑动而使应变片的电阻所产生的变化，即扑翼机扑动时所产生的升力。由于所测试的扑翼机的扑动频率一般不超过每秒5次，因此设置采集数据的频率为该扑动频率的5至10倍，以提高检测精度以及形成波形图的可靠性。同时，处理后的数据通过是主控制器模块3的通讯模块14送至上位机5。上位机5可实时记录保存升力参数，并形成波形图，以便于观察和分析扑翼机扑动性能。

Claims (1)

1.一种扑翼机升力测试***，包括电阻应变片检测模块(1)、信号调理模块(2)、AD转换模块(3)、主控制器模块(4)、上位机(5)、电源模块(6)、检测模块结构体(19)、扑翼机(23)、实验台架(24)，所述电阻应变片检测模块(1)包括桥式检测电路(7)和电阻调零电路(8)，所述桥式检测电路(7)包括电阻应变片R₁(15)、电阻应变片R₂(16)、电阻应变片R₃(17)、电阻应变片R₄(18)，所述信号调理模块(2)包括三运放差分放大电路(9)、滤波电路(10)和输出电路(11)，所述主控制器模块(4)包括最小***模块(12)、数据处理模块(13)和通讯模块(14)，所述检测模块结构体(19)包括双孔悬臂梁式弹性体(20)、检测模块受力端(21)和检测模块固定端(22)，其特征在于：电阻应变片检测模块(1)与信号调理模块(2)相连接，信号调理模块(2)与AD转换模块(3)相连接，AD转换模块(3)与数据处理模块(13)相连接，通讯模块(14)与上位机(5)相连接，电源模块(6)与电阻应变片检测模块(1)、信号调理模块(2)、AD转换模块(3)、主控制器模块(4)相连接，电阻应变片R₁(15)、电阻应变片R₂(16)、电阻应变片R₃(17)、电阻应变片R₄(18)贴在双孔悬臂梁式弹性体(20)的表面，检测模块受力端(21)与扑翼机(23)重心所在的底部相连接，检测模块固定端(22)安装在稳定的实验台架(24)上。