[发明专利]基于微应变的风场检测装置及在线风场检测和评价方法

说明书

本发明属于植保喷雾领域，涉及一种基于微应变的风场检测装置及在线风场检测和评价方法，主要用于悬停状态下无人机、风洞试验、风幕机等产生的稳定风场进行在线检测。本发明采用聚丙烯片来模拟风场下的叶片受风压弯曲的过程，贴附于聚丙烯片的应变片随之弯曲并发生的阻值变化，根据应变片组成的全桥电路中压差信号测量风速风向。本发明可实现自动调节检测高度，可实现同时对同水平面内多点X、Y、Z方向风速进行快速检测，并计算该点风向及风速值，可实现检测点位置的精确调节，还可对风场的分布均匀性进行评价。本发明的风场检测装置检测灵敏度高，检测精度高，具有较高的使用寿命，检测部件成本低廉且易于更换。

技术领域

本发明涉及一种基于微应变的风场检测装置及在线风场检测和评价方法，属于植保喷雾领域。

背景技术

在农业植保领域，植保无人机在大田中喷雾应用持续不断推进，果园风助式喷雾机械逐步代替传统冲淋式喷雾机械，利用机械产生的风场有助于雾滴穿透稠密的冠层并促使叶片翻动,提高叶片附着率，并对雾滴的漂移性、均匀性及覆盖率有着重要的影响，因此对植保无人机、果园风助式喷雾机等施药作业环境中的风场检测也十分重要。中国发明专利申请(申请号：201710439738.1)公开了一种风扇隐藏式风速检测仪，所述装置使用风扇轮检测风速，风扇不使用时可隐藏于控制器外壳内腔；中国发明专利申请(申请号：201810467180.2)公开了一种旋翼无人机立体风场测试系统和方法，提出一种基于无线风速传感器和空间网格相结合的旋翼无人机立体风场测试方法，快速测量各个空间网格测试点的风速。上述风速测量装置主要以转轮式及热敏式风速仪为主，转轮式风速仪精度要求高、价格昂贵，风轮容易损坏且不易更换，对风速变化感知能力差；热敏式风速仪探头铂丝较易损坏，且易受无人机的下洗气流中湍流影响，使得测量值高于真实值。难以精确定位，一次仅能单点测量，难以满足实验室多组数据不同位置同时检测的需求，采集效率低，不能实现精确定位测量及远程调控。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的一个目的是提供一种检测灵敏度高、检测精度高、具有较高的使用寿命、检测部件成本低廉且易于更换、自动化程度高、高效快速、多点位测量风速的基于微应变的风场检测装置，用聚丙烯片来模拟风场下的叶片，利用应变片受风弯曲发生阻值变化转化为压差信号来检测风速，可实现对悬停状态下无人机、风洞试验、风幕机等产生的稳定风场进行在线检测，可根据实验目的对任意目标方向进行风场风速检测，可根据X、Y、Z方位测量风速值计算该点风速及风向，采集大量风场数据实时传输给电脑端，还可对风场的分布均匀性进行评价。

本发明的另一个目的是提供一种在线风场检测方法以及一种在线风场分布均匀性评价方法。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

不同强度的风场作用于同样大小的聚丙烯片，会发生不同程度的弯曲变形，贴附在聚丙烯片上的四条应变片随之发生相同的弯曲变形，并导致各应变片电阻值变化，输出电压差随之改变，输出电压差与风速正相关。

本发明的风场检测装置就是根据应变片阻值变化导致的输出电压差变化来进行植保喷雾时风场的检测，并可实时调节所测量的风向及所测水平面的高度。

一种基于微应变的风场检测装置，该装置包括支撑条旋转机构、水平旋转机构、测风间距调节机构、高度自动调节机构和控制机构。

其中，所述水平旋转机构包括旋转框架1、旋转圆盘12、第一步进电机13和第一角度传感器18；所述旋转框架1为一横截面为正方形的长方体框架，包括水平设置的上层正方形架和下层正方形架。

所述旋转圆盘12的下端面固定在第一步进电机13的输出轴上，旋转圆盘12的边缘通过多个支撑辐条8与旋转框架1的下层正方形架固接；所述第一角度传感器18的两部分分别固定在第一步进电机13及旋转圆盘12的下端面上。