昆虫飞行形态观测及动力学特性测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种昆虫飞行形态观测及动力学特性测试装置，包括：底座；观察箱，设置在底座上，用于放置昆虫；刺激模块，设置在观察箱的侧壁上，用于对昆虫进行刺激，促使昆虫飞行或改变其飞行状态；微拉力检测模块，位于观察箱的下部，用于根据昆虫飞行时对其造成的位移量计算昆虫飞行时的动力学参数；图像采集模块，用于对昆虫的飞行形态进行图像采集；控制器，设置在底座的侧面，分别与刺激模块和图像采集模块相连，用于对刺激模块和图像采集模块进行控制。本发明专利技术实施例的测试装置能够对昆虫进行有效地飞行观测，并能对实际昆虫飞行时的动力学参数进行直接、准确的测量，可为昆虫扑翼飞行机理的研究提供精确样本，同时，该装置结构简单、成本低。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提出一种昆虫飞行形态观测及动力学特性测试装置，包括：底座；观察箱，设置在底座上，用于放置昆虫；刺激模块，设置在观察箱的侧壁上，用于对昆虫进行刺激，促使昆虫飞行或改变其飞行状态；微拉力检测模块，位于观察箱的下部，用于根据昆虫飞行时对其造成的位移量计算昆虫飞行时的动力学参数；图像采集模块，用于对昆虫的飞行形态进行图像采集；控制器，设置在底座的侧面，分别与刺激模块和图像采集模块相连，用于对刺激模块和图像采集模块进行控制。本专利技术实施例的测试装置能够对昆虫进行有效地飞行观测，并能对实际昆虫飞行时的动力学参数进行直接、准确的测量，可为昆虫扑翼飞行机理的研究提供精确样本，同时，该装置结构简单、成本低。【专利说明】昆虫飞行形态观测及动力学特性测试装置
本专利技术涉及昆虫仿生实验研究
，特别涉及一种昆虫飞行形态观测及动力学特性测试装置。
技术介绍
目前，仿生学作为一门蓬勃发展的交叉学科逐步成为国内外研究的热点。而其中昆虫变构型扑翼的飞行模式可能给人们以很多具有重大意义的启示，从而给先进动力推进系统、微型飞行器设计等领域带来新思路和新方法。但是，昆虫体型较小，对其飞行行为进行有效的引导与控制比较困难。同时，由于现有技术与仪器的限制，对其复杂的飞行状态进行观测、对微小的动力学参量进行测量与记录也存在着一定难度。根据对迄今为止与昆虫飞行有关的国内外实验文献的调研，发现:在获取昆虫飞行的动力学参数时，通常采用以下三种方法:1、利用一套完整的观测系统测量出昆虫飞行时翅膀运动的规律，然后在CFD中建造昆虫模型并利用测量出的运动规律计算出流场和昆虫飞行的动力学特性。(参考:Liu, H.;Aono, H.，Size effectson insect hoveringaerodynamics: an integratedcomputationaI study, Bioinsp.Biomim.4 (2009) 015002 (13pp) ) 2、采用与I中类似的观测系统，并加入能够显示和观测甚至测量流场的装置(比如烟线法和DPIV方法)，根据流场粗略计算飞行的动力学参数。(参考:Charles P.Ellington, Coen van Berg, Leading-edge vortices in insect fIight, Nature, 384(19): (1996)626-630) 3、模仿昆虫翅膀建立约为10倍的放大模型，根据I和2中测量出的翅膀运动规律，运用相似性原理，对模型在相应流体中运动时产生的力学参数进行测量，测量时采用杠杆放大法或力学传感器。如美国的James M.Birch等在对昆虫飞行时翅膀的动力学参数与流场特点的研究中就采用了这样的装置与方法(参考:James M.Birch, Michael H.Dickinson, Spanwise flow and the attachment of theleading-edge vortex on inset wings, Nature, 412(16):(2001)729-733)。然而，以上的三种方法分别存在以下缺点:方法I运用软件计算流场和力学特性，一些变量取值尚不明确，存在较大误差。方法2着重于观测流场，但是因为流场测量本身的不准确性和流场的复杂性，根据流场对力学特性的计算比较粗略，无法得到精确结果。方法3的模型本身不能复制昆虫翅膀的所有特征，而且在驱动模型翅膀运动时必须对运动规律进行简化，否则超出现有机械结构所能实现的运动范围，因而会引入一些误差。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决上述技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于提出一种昆虫飞行形态观测及动力学特性测试装置，该装置能够对昆虫进行有效地飞行观测，并能对实际昆虫飞行时的动力学参数进行直接、准确的测量，可为昆虫扑翼飞行机理的研究提供精确样本，同时，该装置结构简单、成本低。为了实现上述目的，本专利技术的实施例提出了一种昆虫飞行形态观测及动力学特性测试装置，其特征在于，包括:底座；观察箱，所述观察箱设置在所述底座上，用于放置昆虫；刺激模块，所述刺激模块设置在所述观察箱的侧壁上，用于对所述昆虫进行刺激，促使所述昆虫飞行或改变其飞行状态；微拉力检测模块，所述微拉力检测模块与所述底座相连且位于所述观察箱的下部，所述微拉力检测模块还与所述昆虫相连，用于根据所述昆虫飞行时对其造成的位移量计算所述昆虫飞行时的动力学参数；图像采集模块，所述图像采集模块设置在所述观察箱的前方，用于对所述昆虫的飞行形态进行图像采集；控制器，所述控制器设置在所述底座的侧面，所述控制器分别与所述刺激模块和所述图像采集模块相连，用于对所述刺激模块和所述图像采集模块进行控制。根据本专利技术实施例的昆虫飞行形态观测及动力学特性测试装置，将昆虫放置在观察箱内，能够对昆虫飞行范围进行有效约束并且不会对观察效果产生影响，刺激模块能够利用如水流、气流等手段对昆虫进行刺激、促使其飞行或改变其飞行状态，微拉力检测模块能够根据昆虫飞行时对其造成的位移量计算昆虫飞行时的动力学参数，图像采集模块能对昆虫的飞行进行准确的图像采集，从而准确记录昆虫的飞行姿态和特性，控制器对刺激模块和图像采集模块进行控制，并能够保证动力学的数据获得与高速图像的采集是同步的。总而言之，本专利技术的测试装置能够对昆虫进行有效地飞行观测，并能对实际昆虫飞行时的动力学参数进行直接、准确的测量，可为昆虫扑翼飞行机理的研究提供精确样本，同时，该装置结构简单、成本低。另外，根据本专利技术上述实施例的昆虫飞行形态观测及动力学特性测试装置还可以具有如下附加的技术特征:在一些示例中，所述底座包括:型材、角形连接件和万向轮，所述型材通过所述角形连接件连接构成正方体结构，所述万向轮设置在所述底座的四只支撑脚底部。在一些示例中，所述观察箱包括:有机玻璃箱和昆虫放置台，所述昆虫放置台固定在所述有机玻璃箱底部中间位置，所述昆虫放置在所述昆虫放置台上。在一些示例中，所述刺激模块包括:电风扇、水管喷头、水管、电机水泵、水箱、滑块和滑槽，所述滑槽为两个，分别设置在所述观察箱的任意两个侧壁上；所述滑块为两个，分别设置在两个滑槽内，可沿所述滑槽上下滑动；所述电风扇固定在所述滑块的其中一个上且面向所述观察箱内部，用于向处于所述观察箱内部的昆虫提供合适强度的气流以使所述昆虫飞行或改变其飞行状态；所述水管喷头固定在所述滑块的另一个上，所述水管喷头通过所述水管与所述电机水泵相连，所述水管喷头用于向所述昆虫提供水流以使所述昆虫飞行或改变其飞行状态；所述电机水泵与所述水箱相连，以从所述水箱中获取水源，并通过所述水管输送至所述水管喷头。在一些示例中，所述微拉力检测模块包括:悬臂梁和激光位移传感器，所述悬臂梁包括立柱、簧片和线丝，其中，所述立柱为两个且均安装在所述底座上，所述簧片的一端固定在一个立柱的一端，所述簧片的另一端连接所述线丝的一端，所述线丝的另一端与所述昆虫相连，以在所述昆虫飞行时使所述簧片的另一端发生位移；所述激光位移传感器设置在另一个立柱的侧面，用于测量所述簧片的与所述线丝相连的一端的位移量，并根据所述位移量计算所述昆虫飞行时的动力学参数。在一些示例中，所述立柱在所述底座上可横向滑动，以调整所述激光位移传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种昆虫飞行形态观测及动力学特性测试装置，其特征在于，包括：底座；观察箱，所述观察箱设置在所述底座上，用于放置昆虫；刺激模块，所述刺激模块设置在所述观察箱的侧壁上，用于对所述昆虫进行刺激，促使所述昆虫飞行或改变其飞行状态；微拉力检测模块，所述微拉力检测模块与所述底座相连且位于所述观察箱的下部，所述微拉力检测模块还与所述昆虫相连，用于根据所述昆虫飞行时对其造成的位移量计算所述昆虫飞行时的动力学参数；图像采集模块，所述图像采集模块设置在所述观察箱的前方，用于对所述昆虫的飞行形态进行图像采集；控制器，所述控制器设置在所述底座的侧面，所述控制器分别与所述刺激模块和所述图像采集模块相连，用于对所述刺激模块和所述图像采集模块进行控制。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑新前，杨珩，赵忆伟，令狐泽霖，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：