无人机传感器与检测技术课件：无人机飞行控制传感器认知与功能测试.pptx

;无人机飞行控制传感器认知与功能测试;项目描述;本项目拟通过加速度传感器特性调研和PixHawk飞控中的加速度传感器校准、六轴IMU传感器模块特性调研和PixHawk飞控中的陀螺仪功能测试、九轴IMU传感器模块特性调研和PixHawk飞控中的电子罗盘校准、数字气压高度传感器特性调研和使用MPU6050六轴传感器模块功能测试等工作任务，增强学习者规范操作、团队协作意识，让学习者认识加速度计、陀螺、电子罗盘、气压高度计等传感器，让学生会使用传感器模块测量物体运动的加速度、角速度等参数。。;任务一加速度传感器校准与认知;MEMS是指集机械元素、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的完整微型机电系统。;子任务一加速度传感器特性调研;子任务二PixHawk飞控加速度传感器校准和功能测试;3)机架布局选择。;5)加速度传感器功能测试。;知识链接;电位器式角度传感器;（2）非线性电位器;为保证强度，骨架的最小高度hmin3~4mm；为了防止绕制时产生倾斜和打滑，也为了减小测量误差，骨架侧面坡度角应小于30°。为减小坡度，可采用对称骨架。;（3）电位器式加速度传感器的工程应用;二、电阻应变式加速度传感器;（1）丝式应变片;（2）箔式应变片;（3）薄膜应变片;2.电阻的应变效应;一根金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为：;如图所示，当金属丝受到拉力F作用时，将伸长ΔL，横截面积相应减小ΔS，电阻率将因晶格发生变形等因素而改变Δρ，故引起电阻值相对变化量为：;由材料力学可知，在弹性范围内，金属丝受拉力时，沿轴向伸长，沿径向缩短，那么轴向应变和径向应变的关系可表示为：;将式（2）代入式（1）可得：;由上式可知，因应变导致金属丝电阻值的变化，由两项组成：第一项（1+2μ）表示由于几何尺寸改变引起的电阻变化；另一项(Δρ/ρ)/ε表示单位轴向应变引起电阻率的变化。;（a）应变片及轴向受力图（b）应变片的横向效应图;4.应变片测量原理;用仪器测出应变片的电阻值变化△R，根据式;5.测量电路;2）电阻应变片测量电桥;③应变片直流全桥电路;6.电阻应变片的温度误差极其补偿;单???自补偿应变片;②双丝组合式自偿应变片;③桥式电路补偿法;④热敏电阻补偿;三、压阻式加速度传感器;当硅膜片承受外应力时，同时产生纵向（扩散电阻长度方向）压阻效应和横向（扩散电阻宽度方向）压阻效应，;2.测量原理;3.温度补偿;4.压阻式加速度传感器的结构与工作原理;（a）结构示意图（b）原理图;四、电容式加速度传感器;电容器的结构形式;2.变极距型电容式传感器的原理;变极距型电容式传感器电容量与极板间距离的关系;放置云母片的电容器;（1）差动式电容加速度传感器;差动式电容传感器优点：

1、差动电传感器采用差动连接，能够在机械位移很小时，输出电变化内量与机械线位移容有很好的线性关系，精度很高。

2、由于电容极板间一般都是无机物，如空气、石英等材料，不易受到强磁场干扰，稳定性好。

3、对于环境干扰，电磁吸引力、静电引力有一定的补偿作用，还能改善特性曲线的线性度。

4、差动式电容传感器的灵敏度比单极式提高一倍，而且非线性也大为减小，同时还能减小静电引力给测量带来的影响，并能有效地改善由于温度等环境影响所造成的误差。;（2）三明治式电容式MEMS加速度计;目前，电容式MEMS加速度计产品较多，无人机上选用的电容式MEMS加速度计主要有飞思卡尔（Freescale）公司生产的MMA7260电容式加速度计，美国模拟器件公司（ADI）生产的加速度计ADXL系列等。

在实际应用中电容式加速度计较多地用于低频测量，其通用性不如压电式加速度计，且成本也比压电式加速度计高得多。;1.压电效应及压电材料;压电材料的主要特性参数有：;表2-2常用压电材料的性能参数;（1）石英晶体;（a）晶体外形（b）切割方向（c）晶片;（a）不受力（b）x轴受力（c）y轴受力;（2）压电陶瓷;压电陶瓷的极化;材料;（3）新型压电材料;2）有机高分子压电材料;其一，是某些合成高分子聚合物，经延展拉伸和电极化后具有压电性的高分子压电薄膜，如聚氟乙烯（PVF）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚氯乙烯（PVC）、聚γ甲基-L谷氨酸脂（PMC）和尼龙Ⅱ等。

这些材料的独特优点是质轻柔软，抗拉强度较高、耐冲击，体电阻达1022?·m，击穿强度为150~200kV/mm，声阻抗近于水和生物体含水组织，热释电性和热稳定性好，且便于批量生产和大面积使用，可制成大面积阵列传感器乃至人工皮肤。

其二，是高分子化合物中掺杂压电陶瓷PZT或BaTi