[发明专利]基于仿生谐振毛发传感器的管道侧线阵列装置

说明书

本发明公开了一种基于仿生谐振毛发传感器的管道侧线阵列装置，该装置由四传感器平行阵列装置和外围管道罩两部分组成，四传感器平行阵列装置由四个仿生谐振毛发传感器平行相邻排布组成，外围管道罩为顶部有五个连通孔的矩形管道罩，管道侧线阵列装置可以将谐振器微弱的频率变化提取出来，实现对简谐气流的敏感。管道侧线阵列装置具有强抗干扰能力，高灵敏度和高信噪比等优点。

技术领域

本发明属于微电子机械系统和微惯性测量技术领域，具体涉及一种基于仿生谐振毛发传感器的管道侧线阵列装置。

背景技术

毛发传感器是一种典型多功能，小型化的仿生传感器，研究灵感来源于蟋蟀、蜘蛛、螳螂等昆虫的毛发敏感系统，它们的毛发传感系统将机械结构和神经结构结合起来，可以为昆虫的运动提供很高的灵敏度和动态范围。仿生毛发传感器利用这些生物特性，实现了流速敏感、惯性敏感、运动控制、环境识别等多种物理信号的探测功能。

鱼类利用其侧线系统来检测微小的水流运动，侧线系统包括表层神经和管道神经，其响应特性不同。表层神经主要感受水流速度和方向。管道神经可以感受流体加速度和压力差的变化，进而判断流场中的细微变化。

近年来，为更大程度地发挥仿生毛发传感器的特性，国内外多家研究机构对传感器的阵列排布进行了研究。德国波恩大学的Adrian Klein等人研究了一种人工侧线系统的实现方法，通过布置表面传感器和管道内传感器，表面传感器敏感直流流速信号，管道内传感器利用管道孔压力差可以敏感简谐气流。但是，目前大部分研究机构都只侧重于单个毛发传感器的应用，且难以实现对微弱简谐气流的测量，没有充分发挥毛发传感器的特性。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的问题和不足，本发明提供了一种基于仿生谐振毛发传感器的管道侧线阵列装置，具有强抗干扰能力，高灵敏度和高信噪比等优点。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明提出了基于仿生谐振毛发传感器的管道侧线阵列装置，包括四传感器平行阵列装置和外围管道罩两部分组成；四传感器平行阵列装置由第五、六、七、八仿生谐振毛发传感器依次平行相邻排布组成；

所述第五仿生谐振毛发传感器由上层第五毛发结构和下层第五硅微传感器结构组成，所述第六仿生谐振毛发传感器由上层第六毛发结构和下层第六硅微传感器结构组成，所述第七仿生谐振毛发传感器由上层第七毛发结构和下层第七硅微传感器结构组成，所述第八仿生谐振毛发传感器由上层第八毛发结构和下层第八硅微传感器结构组成；其中第五仿生谐振毛发传感器位于平行阵列装置的最左侧，第八仿生谐振毛发传感器位于平行阵列装置的最右侧；上层第五、六、七、八毛发结构均位于平行阵列装置的上端边缘，其敏感轴在一条直线上，敏感方向与传感器阵列的排布方向一致。

进一步的，所述外围管道罩为顶部有五个连通孔的矩形管道罩，其中第一、二、三、四、五个连通孔平行相邻排布，其中心点在一条直线上；连通孔与仿生谐振毛发传感器间隔分布，每两个连通孔之间放置一个仿生谐振毛发传感器；第五仿生谐振毛发传感器位于第一连通孔和第二连通孔之间，第六仿生谐振毛发传感器位于第二连通孔和第三连通孔，第七仿生谐振毛发传感器位于第三连通孔和第四连通孔之间，第八仿生谐振毛发传感器位于第四连通孔和第五连通孔之间；所述外围管道罩将第五、六、七、八仿生谐振毛发传感器与外部空气隔离，形成管道侧线系统。