[發明專利]一種水下壓差傳感器及制備方法

有效

• 申請號: 202010175835.6
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN111442875B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 蔣永剛;王寧康;張德遠
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01L13/06
• 分類號: G01L13/06
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉鳳玲

本發明公開了一種水下壓差傳感器及制備方法。該傳感器包括管道單元和位于管道單元內部的柔性懸臂梁、壓差傳感單元和變靈敏度單元；柔性懸臂梁一端與管道單元固定連接，另一端懸空；壓差傳感單元貼于柔性懸臂梁的表面；變靈敏度單元包括加熱金屬電極和水凝膠柱狀體；加熱金屬電極貼于柔性懸臂梁的懸空端的一側，水凝膠柱狀體固定在柔性懸臂梁的懸空端的另一側；柔性懸臂梁用于將管道單元的通孔之間的壓差轉變為柔性懸臂梁的振動；壓差傳感單元用于將柔性懸臂梁的振動轉變為壓電信號；加熱金屬電極用于產生不同溫度的熱量；水凝膠柱狀體具有體積隨溫度變化的特性。本發明能夠實現水下流場環境中壓差的變靈敏度檢測。

技術領域

本發明涉及水下流場參數測量技術領域，特別是涉及一種水下壓差傳感器及制備方法。

背景技術

高性能的近場流場傳感器對自主式水下無人航行器具有重要意義，能協助其實現高隱蔽、低噪音的環境探測，提供實時、精密的姿態測量與控制，實現自主巡航與自主避障，甚至能檢測與利用洋流，減少能量消耗，提高連續工作能力，在軍事和民用上具有重要應用前景。

圖1為魚類側線系統結構示意圖。參見圖1，側線是魚類和水生兩棲類的感覺器官，根據分布位置的不同可以分為體表側線與管道側線。其中管道側線位于體側皮膚的下面，管道通過管道孔與外界連通，管道神經丘置于管道內部，用于感知管道孔之間的壓力差。圖2為魚類神經丘高度不一致現象示意圖。參見圖2，研究表明，側線的神經丘結構沿體長方向高度不同，這一現象使得側線器官具有不同的靈敏度，進而滿足不同的水力環境感知需求。基于側線的感知作用，現有技術中出現大量仿魚類側線的水下流場參數測量傳感器。但現有技術中的流場參數測量傳感器中無法實現變靈敏度檢測。

發明內容

基于此，有必要提供一種水下壓差傳感器及制備方法，實現水下流場環境中壓差的變靈敏度檢測。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種水下壓差傳感器，包括管道單元、柔性懸臂梁、壓差傳感單元和變靈敏度單元；所述管道單元為至少具有兩個連通至外部的通孔的管道；所述柔性懸臂梁、所述壓差傳感單元和所述變靈敏度單元均位于所述管道單元內部；所述柔性懸臂梁一端與所述管道單元固定連接，另一端懸空；所述壓差傳感單元貼于所述柔性懸臂梁的表面；

所述變靈敏度單元包括加熱金屬電極和水凝膠柱狀體；所述加熱金屬電極貼于所述柔性懸臂梁的懸空端的一側，所述水凝膠柱狀體固定在所述柔性懸臂梁的懸空端的另一側；

所述柔性懸臂梁用于將管道單元的通孔之間的壓差轉變為所述柔性懸臂梁的振動；所述壓差傳感單元用于將所述柔性懸臂梁的振動轉變為壓電信號；所述加熱金屬電極用于產生不同溫度的熱量；所述水凝膠柱狀體具有體積隨溫度變化的特性。

可選的，所述管道單元的內部側壁上設置有凹槽；所述凹槽位于所述管道單元的通孔之間；所述柔性懸臂梁與所述管道單元固定的一端連接在所述凹槽的側壁上，另一端懸空在所述凹槽上；所述柔性懸臂梁的延伸方向與所述管道單元的軸向方向平行。

可選的，所述壓差傳感單元包括壓電傳感薄膜和壓電金屬電極；所述壓電傳感薄膜貼合于所述柔性懸臂梁的正對所述凹槽的一側；所述壓電金屬電極分布于所述壓電傳感薄膜的兩側且位于所述壓電傳感薄膜的靠近所述柔性懸臂梁的固定端的一端。

可選的，所述加熱金屬電極位于所述柔性懸臂梁的正對所述凹槽的一側；所述水凝膠柱狀體位于所述柔性懸臂梁的背對所述凹槽的一側。

可選的，所述水凝膠柱狀體采用聚N-異丙基丙烯酰胺材料。

可選的，所述柔性懸臂梁的材質為聚酰亞胺；所述壓電傳感薄膜的材質為聚偏氟乙烯。

可選的，所述壓電金屬電極和所述加熱金屬電極的材質均為鉻金電極。

一種水下壓差傳感器的制備方法，包括：