[发明专利]微型水下鳍面攻角传感器

说明书

本发明涉及一种微型水下攻角检测装置，具体提供一种微型水下鳍面攻角传感器。本发明旨在解决现有测量装置无法测量水生动物和仿水生动物的鳍面攻角的问题。所述鳍面攻角传感器能够安装在水生动物或仿水生动物的鳍上，用于实时测量水生动物或仿水生动物的鳍面攻角。所述鳍面攻角传感器包括导流片、主体舱、磁体和信息采集模块。所述导流片位于主体舱的外部，并且与所述磁体无相对转动地连接。所述磁体可转动地设置在主体舱中。另外，所述主体舱还包括对外密封的隔离舱，所述信息采集模块设置在所述隔离舱中，并且用于采集所述磁体转动引起的磁场变化以计算鳍面攻角，从而为仿水生动物的高速游动提供准确的数据信息。

技术领域

本发明涉及一种微型水下攻角检测装置，具体提供一种微型水下鳍面攻角传感器。

背景技术

20世纪90年代，美国麻省理工学院首次通过仿生金枪鱼进行了对鱼类减阻机制和推进效率的研究，从而掀开了水下仿生推进研究的序幕。随后，多种仿生机器鱼和仿生机器海豚平台相继研制成功，进一步推动了仿生推进技术的发展，仿生机器鱼和仿生机器海豚的研究也从简单的波动行为模仿转向更加高性能的行为模仿。特别地，高速度在执行任务的过程中至关重要，因此，仿生机器鱼和仿生机器海豚的高速推进备受研究人员的关注。例如，英国埃塞克斯大学Clapham和Hu等人研制的单电机仿生机器鱼的最高推进速度达到3.4BL/s(倍体长/每秒，约0.87m/s)；中科院自动化所的喻俊志等人研制的跃水机器海豚的最高推进速度达到2.85BL/s(约2.05m/s)。但是，现有的仿生机器鱼和仿生机器海豚的高速推进仍停留在优化本体驱动机构的阶段，而未考虑到本体与周围水环境的相互作用。

现代生物学研究表明，在鱼类和海豚高速游动的过程中，它们的尾鳍始终沿着一条类似于正弦曲线的轨迹摆动，这条类似于正弦曲线的轨迹称之为尾鳍弦线，尾鳍弦线与尾鳍的夹角称之为尾鳍攻角。鱼类和海豚在高速游动的过程中会实时调整尾鳍攻角以优化前推力，结合摆动翼理论可知，翼型升阻力和攻角密切相关：在有效攻角范围内，攻角越大，翼型产生的推进力越大；当攻角超过某临界值时，翼型产生的推进力开始减小，并导致失速行为。因此，合理的鳍面攻角能够有效增加推进力，提高推进速度。但是，现有测量装置中尚未出现有关鳍面攻角的测量装置，使得有关鳍面攻角的数据严重缺失，致使仿生机器鱼和仿生机器海豚无法通过感知周围水环境，优化各个鳍面的运动姿态，进而增加推进力，提高推进速度。

相应地，本领域需要一种新的微型水下鳍面攻角传感器来解决上述问题。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有测量装置无法测量水生动物和仿水生动物的鳍面攻角的问题，本发明提供了一种微型水下鳍面攻角传感器，该微型水下鳍面攻角传感器能安装在水生动物或仿水生动物的鳍上，用于实时测量水生动物或仿水生动物的鳍面攻角，其特征在于，所述鳍面攻角传感器包括导流片、主体舱、磁体和信息采集模块，所述导流片位于所述主体舱外部并且与所述磁体无相对转动地连接，所述磁体可转动地设置在所述主体舱中，所述主体舱包括对外密封的隔离舱，所述信息采集模块设置在所述隔离舱中并且用于采集所述磁体转动引起的磁场变化以计算鳍面攻角。

在上述微型水下鳍面攻角传感器的优选技术方案中，所述导流片经由传动轴与所述磁体连接。

在上述微型水下鳍面攻角传感器的优选技术方案中，所述传动轴底部设有凹槽，所述磁体固定在所述凹槽中。

在上述微型水下鳍面攻角传感器的优选技术方案中，所述主体舱中还设置有轴承，所述传动轴通过所述轴承可旋转地设置在所述主体舱中。

在上述微型水下鳍面攻角传感器的优选技术方案中，所述轴承是陶瓷轴承。

在上述微型水下鳍面攻角传感器的优选技术方案中，所述主体舱上在所述磁体的区域中设置有至少一个进水孔，所述进水孔设置为，使得外部环境中的水能够迅速充满所述主体舱。