[發(fā)明專利]風(fēng)速感知作動(dòng)器及其工作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010727925.1
• 申請(qǐng)日: 2020-07-24
• 公開（公告）號(hào): CN112083188B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張雨秋;彭瀚旻;朱攀丞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01P5/08
• 分類號(hào): G01P5/08;G01P13/02;H02N2/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 賀翔

本發(fā)明公開了風(fēng)速感知作動(dòng)器，涉及智能材料、壓電技術(shù)領(lǐng)域，能夠感知風(fēng)速和方向，并在不同方向和速度的風(fēng)的作用下快速反應(yīng)，改變前進(jìn)方向。本發(fā)明包括：豎直壓電纖維傳感器、柔性基體、水平壓電纖維傳感器、磷青銅基座、金屬足、壓電陶瓷片。柔性基體上表面分布黏貼水平壓電纖維傳感器，柔性基體上表面還設(shè)置若干凸臺(tái)，凸臺(tái)表面粘貼豎直壓電纖維傳感器。柔性基體的下表面黏貼磷青銅基座，磷青銅基座為正多半形，底面設(shè)置金屬足。磷青銅基座邊長內(nèi)側(cè)分別粘貼壓電陶瓷片，壓電陶瓷片沿邊長中垂線軸對(duì)稱。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，反應(yīng)速度快，可應(yīng)用于氣象監(jiān)測、機(jī)器人、武器裝備等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及智能材料、壓電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及了風(fēng)速感知作動(dòng)器及其工作方法。

背景技術(shù)

采用P(VDF-TrFE)壓電纖維在風(fēng)作用下的微小振動(dòng)所產(chǎn)生的電信號(hào)的原理，制作出的壓電纖維傳感器具有體積小、精度高的優(yōu)點(diǎn)。可應(yīng)用于氣象、國防設(shè)備、機(jī)器人等領(lǐng)域。

作動(dòng)器是實(shí)施振動(dòng)主動(dòng)控制的關(guān)鍵部件，是主動(dòng)控制系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。壓電作動(dòng)器是一種通過外加電壓對(duì)作動(dòng)位移及輸出力進(jìn)行控制的裝置，具有換能系數(shù)高，發(fā)熱少，無電磁干擾的優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于航空航天、武器裝備、儀器儀表、機(jī)器人等領(lǐng)域，目前壓電作動(dòng)器在以可靠性為主要關(guān)注點(diǎn)的航天領(lǐng)域被大力推廣。

現(xiàn)有技術(shù)中，作動(dòng)器一般需要預(yù)設(shè)運(yùn)動(dòng)軌跡，不能根據(jù)現(xiàn)場工況中的風(fēng)速和方向進(jìn)行自適應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了風(fēng)速感知作動(dòng)器及其工作方法，能夠感知風(fēng)速和方向，并在不同方向和速度的風(fēng)的作用下快速反應(yīng)，改變前進(jìn)方向。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

風(fēng)速感知作動(dòng)器，包括：豎直壓電纖維傳感器、柔性基體、水平壓電纖維傳感器、磷青銅基座、金屬足、壓電陶瓷片。

柔性基體上表面分布黏貼水平壓電纖維傳感器，柔性基體上表面還設(shè)置了若干個(gè)凸臺(tái)，凸臺(tái)表面沿豎直方向粘貼豎直壓電纖維傳感器。

柔性基體的下表面黏貼磷青銅基座，磷青銅基座為正多邊形，底面設(shè)置金屬足，磷青銅基座邊長內(nèi)側(cè)分別粘貼壓電陶瓷片，壓電陶瓷片沿邊長中垂線軸對(duì)稱。

進(jìn)一步的，柔性基體和磷青銅基座為尺寸相同的正三角形，磷青銅基座底面的頂角處安裝金屬足。

進(jìn)一步的，豎直壓電纖維傳感器、水平壓電纖維傳感器采用P(VDF-TrFE)壓電纖維傳感器。

進(jìn)一步的，P(VDF-TrFE)壓電纖維傳感器中的壓電纖維由近電場靜電紡絲方法制備。

風(fēng)速感知作動(dòng)器的工作方法，包括：

S1、通過線性擬合方法確定風(fēng)速和豎直壓電纖維傳感器、水平壓電纖維傳感器測量值之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，得到各個(gè)豎直壓電纖維傳感器、水平壓電纖維傳感器的特征系數(shù)；

S2、采集當(dāng)前時(shí)刻各個(gè)豎直壓電纖維傳感器、水平壓電纖維傳感器的測量值，利用所述數(shù)學(xué)關(guān)系和特征系數(shù)，推導(dǎo)出所有壓電纖維傳感器測得的當(dāng)前時(shí)刻風(fēng)速測量值、風(fēng)向測量值；

S3、取當(dāng)前時(shí)刻風(fēng)速測量值、風(fēng)向測量值的平均值，標(biāo)記為當(dāng)前時(shí)刻風(fēng)速、當(dāng)前時(shí)刻風(fēng)向；

S4、判斷當(dāng)前時(shí)刻風(fēng)速與設(shè)定風(fēng)速閾值的大小關(guān)系，若當(dāng)前時(shí)刻風(fēng)速大于設(shè)定風(fēng)速閾值，向壓電陶瓷片施加正弦電壓，控制作動(dòng)器做逃離風(fēng)速方向的運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步的，在所述S4中，所述壓電陶瓷片控制作動(dòng)器運(yùn)動(dòng)的控制方法包括：

如果所述當(dāng)前時(shí)刻風(fēng)向和以所述金屬足為頂點(diǎn)的等邊三角形的垂直平分線延伸方向一致，則向每一片所述壓電陶瓷片施加正弦電壓，控制作動(dòng)器向遠(yuǎn)離風(fēng)向的方向發(fā)生位移。