MEMS压差传感器在小型无人机空速测量中的应用

    0 引言

　　无人机的作用、地位及其潜在的应用价值得到了广泛的认可，民用方面，它可应用于气象探测、勘探测绘、环境研究、核辐射探测、通信中继、灾害监测，还可用于交通巡逻和治安监控，并在未来大型牧场和城区监视等方面将具有广阔的市场和应用前景 。

　　飞机要依赖空气飞行，所以大气数据对于保证飞机的正常飞行有着关键的作用。目前大型飞机上一般都装备了数字式大气数据计算机，只需测量几个参数，通过大气计算机的解算便可以得到飞机安全飞行所必需的数据。但是由于科技水平的制约，目前对适用于小型无人机的大气数据计算机技术的研究还比较少。其中除了大气数据计算机的成本高昂等因素外，还有一个重要的原因就是目前还没有能在精度、体积和重量等方面都符合小型无人机要求的传感器。但MEMS传感器的出现，使得大气数据计算机小型化成为可能。

　　在所有与大气相关的飞行参数中，空速是最重要的。当无人机的空速改变时，其所受升力、阻力等气动特性均会改变，只有知道准确的空速才能正确地操纵飞机，保证飞机的安全飞行。航空史上已经有多起因为空速计失灵而导致的空难，所以控制无人机空速在一定范围内，是保证无人机飞行安全的重要条件。因此，空速是无人机测控系统的基本测量参数之一.

　　空速计的原理主要有热线式、差压式、转轮式等 J。差压式空速计虽然精度相对较低，但是结构简单、工作可靠、维护方便，目前应用于飞行器上的空速计主要是差压式的。

　　1 测量原理

　　1.1 空速管原理

　　皮托管是使用最早和应用最广的一种压力式流速传感装置。由于它具有结构简单，制造使用方便，价格低廉等优点，所以，至今仍然广泛应用于空速测量等领域。

　　如图1所示，在皮托管的头部迎流方向开的小孔A，称总压孔，头部下游某处又开的小孔B，称为静压孔。当把皮托管放在流场中时，在A点由于皮托管的阻碍，使得该点的流速为零。 因此，该点的压力除了流场的静压力之外还有一个由动能转换而来的压力(动压)，即该点处的压力为静压和动压之和(总压)。

　　假设流体流动为理想的不可压缩流体的定常流动，根据理想的不可压缩流体的伯努利方程，对于A点及下游 点可列出如下关系式：

　　式中：P。为总压;p为被测流体的密度;V为流体流速;P为静压。所以有

        这就是皮托管测量流速的理论公式，空气密度和大气静压存在一定的函数关系，可由大气静压转换得到;(P0一P)为总压和静压之差，可用差压传感器来测量。