[发明专利]一种基于矢量分解与合成机理的三维传感量测系统及方法

摘要

本发明属于检测技术与传感器技术领域，具体涉及一种基于矢量分解与合成机理的三维传感量测系统及方法。本发明根据矢量的分解与合成机理，通过测量不同于被测目标矢量的三维分解量，换算出被测方向的三维力学量或失量分量来达到三维量测的目的。依此设计的特殊锥体三维敏感单元实现了三维（纵向、垂向、横向三个方向）力学量测。通过集成本发明的多个椎体结构，采用微纳米技术，可以制备人工力学敏感“皮肤”，也可以用于流体动力学的三维紊动流速特性量测。本发明是三维力学或三维紊动流速量测的一种新手段。

主权项

一种基于矢量分解与合成机理的三维传感量测系统，其特征在于，包括：一个椎体三维敏感单元：通过一个传感器激励源给椎体三维敏感单元施加一恒流源，用于将在水流检测到的三维受力感应转换为电压输出信号，该椎体三维敏感单元为一个椎体状，包括：受力小球、以及三个用于支撑受力小球的三个支撑杆，三个支撑杆的一端汇集于锥体的顶部，汇集的中心作为将来传感器受力或受水流冲击的受力小球的球心；三个支撑杆的另一端分别固定在与支撑杆杆体垂直安置的对应量测应力的硅力敏梁的一端，三个硅力敏梁的另一端则分别固支在中心支撑固定座上；所述三个硅力敏梁上均设有四个用于感受水流压力的硅压阻片，所述四个硅压阻片组成一个惠斯通全桥测量电路，恒流源给该惠斯通全桥测量电路施加一个恒流电流，输出为变化的电压信号；一个信号调理单元：包括依次连接的三路差分微弱信号仪器放大电路以及三路滤波电路，用于将椎体三维敏感单元输出的变化的电压信号进行放大和滤波；一个数据采集与信号处理单元：采用DSP作为微处理器，其内部集成了A\D转换模块，用于滤波后信号的数据采集与转换，转换后的电压信号经过DSP的分析与处理，可计算得出水流的实际流速，即纵向流速u、垂向流速v、横向流速w；一个计算机及信息处理系统：通过RS485或CAN总线、以及WI‑FI模块与数据采集与信号处理单元连接，用于对进行数据采集、分析、计算和处理；一个固定组件：用于固定椎体三维敏感单元并用于水下检测；一个电源单元：给整个系统供电。