近日，華南農(nóng)業(yè)大學工程學院農(nóng)業(yè)航空創(chuàng)新實驗室團隊在無人機氣流傳感器領域取得創(chuàng)新成果,，成功研發(fā)出一種基于壓差測量的小型全方位智能氣流傳感器,，為低空飛行器的氣流測量領域帶來了新的技術,，相關研究成果已在測量領域top學術期刊Measurement（中科院二區(qū)）發(fā)表,。

　　在眾多行業(yè)中，氣流速度和方向的精確測量對于生產(chǎn)效率,、質(zhì)量控制以及安全保障等方面具備關鍵意義,。然而，現(xiàn)有的氣流測量儀器往往存在結(jié)構(gòu)復雜,、成本高昂,、體積較大以及測量精度和分辨率不足等問題，難以滿足日益增長的實際需求,。針對這些挑戰(zhàn),，團隊開展了深入研究，致力于開發(fā)一種更為高效,、精準且小型化的氣流傳感器,。

　　團隊研發(fā)的新型氣流傳感器采用獨特的多邊形棱柱結(jié)構(gòu)設計，這一設計靈感來源于對柱體繞流特性的深入研究,。通過與傳統(tǒng)圓柱結(jié)構(gòu)的對比仿真實驗發(fā)現(xiàn),，在相同風速條件下，多邊形棱柱在2-0m/s風速范圍內(nèi)的壓差絕對值更大,，對風速變化的響應更為靈敏,，從而為高精度的氣流測量提供了更有利的理論基礎?；诖搜芯砍晒?，團隊成功打造出整體外形尺寸僅為13mm×13mm×9mm的氣流傳感器，其小巧的體積在同類產(chǎn)品中極具競爭力,，為在有限空間內(nèi)實現(xiàn)高精度氣流測量提供了可能,。

　　這款傳感器的核心創(chuàng)新點之一是運用人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術推算氣流速度和方向?？蒲袌F隊自主設計并搭建了小型吸入直排式風洞實驗裝置,，采集了大量的氣流速度、方向和氣壓數(shù)據(jù),，共計87,501組樣本,。利用這些豐富的數(shù)據(jù)，團隊持續(xù)訓練與改進高效神經(jīng)網(wǎng)絡模型,，該模型能夠精準地學習和擬合氣流參數(shù)與氣壓分布之間的復雜關系,，從而實現(xiàn)對氣流速度和方向的精確推算。實驗結(jié)果表明,，在2 - 12m/s的風速測量范圍內(nèi),，該傳感器的平均風速測量誤差僅為0.20m/s，平均風向測量誤差低至0.74°,，其精度達到了行業(yè)領先水平,，遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)測量方法,。

　　此外，該傳感器具備了低功耗的優(yōu)勢,，其功耗小于1.2mW,，能夠在長時間內(nèi)穩(wěn)定運行，減少了能源消耗和維護成本,。同時,，傳感器的氣流速度和方向采樣率高達16Hz，可實現(xiàn)高時間分辨率的氣流測量,，能夠及時捕捉氣流的細微變化,，為實時監(jiān)測和精準控制提供了有力支持。

　　該氣流傳感器憑借其卓越性能和創(chuàng)新設計,，除了農(nóng)用航空,，還將在多個領域具有廣泛的應用前景。在氣象監(jiān)測領域,，搭載無人機能夠提供高空動態(tài)更為準確的風速和風向數(shù)據(jù),，助力氣象預報的精準性提升；在環(huán)境科學研究中,，搭配實驗室開發(fā)的霧滴傳感器則可用于監(jiān)測大氣流動和污染物擴散,，特別應用于植保無人機的霧滴漂移數(shù)據(jù)，為環(huán)境保護提供數(shù)據(jù)支持,；在航空航天領域,，其高可靠性和高精度的測量能力有助于低空飛行器的性能優(yōu)化和安全保障；在工業(yè)自動化生產(chǎn)線上,，能夠?qū)崟r監(jiān)測氣流參數(shù),，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量,；在微弱氣流檢測領域，能夠有效監(jiān)測人,、家畜等動物的呼吸氣流數(shù)據(jù),。

文圖/工程學院 劉東