一种用于微型飞行器的软材料流量传感器。

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 16:21
文章英文标题
A Soft Material Flow Sensor for Micro Air Vehicles.
正文
要高效地控制和导航微型飞行器( MAVs ),需要体积小、重量轻、耐用、灵敏、快速、低功耗的空速传感器。在设计满足这些要求的传感器时,软材料由于能够承受较大的变形,是较传统材料有希望的替代品。本文提出了一种基于弹性纤维测速技术的软物质流传感器的新概念,它满足了所有必要的条件。该技术通过将其与悬浮在两个静止支承之间的软带的应变联系起来,并受到感兴趣的流动来测量流速。该薄带由聚二甲基硅氧烷制造,通过银纳米线的加入可以制成压阻式。使用所述的制造方法,传感器可以使用普通的实验室工具,在洁净的房间之外制造,大大降低了其复杂性。此外,它可以使用简单而轻便的电路来操作,使它成为MAV的一个方便的替代。使用压阻材料可以校准流速到应变带的电阻变化。尽管某些挑战仍未解决,如聚合物蠕变等,但传感器已经通过实验证明了其测量空气中流速降至4 m / s的能力。还提供了时间相关的分析模型。模型表明,电流传感器具有480 Hz的带宽。最重要的是,通过改变薄带的几何形状和材料特性,可以严格地改变传感器的灵敏度和带宽。
文章内容(英文)
To control and navigate micro air vehicles (MAVs) efficiently, there is a need for small, lightweight, durable, sensitive, fast, and low-power airspeed sensors. When designing sensors to meet these requirements, soft materials are promising alternatives to more traditional materials due to the large deformations they can withstand. In this article, a new concept of a soft material flow sensor is presented based on elastic filament velocimetry, which fulfills all necessary criteria. This technique measures flow velocity by relating it to the strain of a soft ribbon suspended between two static supports and subjected to a flow of interest. The ribbon is manufactured from polydimethylsiloxane and can be made piezoresistive by the addition of silver nanowires. With the described manufacturing method, the sensor can be made using common laboratory tools, outside of a clean room, significantly reducing its complexity. Furthermore, it can be operated using a simple and lightweight circuit, making it a convenient alternative for MAVs. Using a piezoresistive material allows for the flow velocity to be calibrated to the resistance change of the strained ribbon. Although certain challenges remain unsolved, such as polymer creep, the sensor has demonstrated its ability to measure flow velocities down to 4 m/s in air through experiments. A time-dependent analytical model is also provided. The model shows that the current sensor has a bandwidth of 480 Hz. Most importantly, the sensitivity and the bandwidth of the sensor can be varied strictly by modifying the geometry and the material properties of the ribbon.
来源出处
Journal|[J]Soft RoboticsVolume 8, Issue 2. 2021. PP 119-127
DOI
https://doi.org/10.1089/SORO.2019.0130

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