一种微型无人机的动力测试系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种微型无人机的动力测试系统及方法，系统中，导轨水平设置且固定安装在固定装置上，传力杆滑动设置于导轨上并能沿导轨水平滑动；压力传感器设置于固定装置上并与传力杆的一端接触；扭矩传感器设置于传力杆的另一端，扭矩传感器上安装有能够与微型无人机动力装置相连的电机安装底板；转速检测单元设置于能够检测微型无人机动力装置转速的位置；压力传感器、扭矩传感器和转速检测单元均与信号采集预处理电路连接，信号采集预处理电路还能够与微型无人机动力装置电池相连。本发明专利技术能够同时测量动力系统的推力、扭矩、转速、电压、电流以及功率等数据，为整个微型无人机的动力系统提供了数据支撑。系统提供了数据支撑。系统提供了数据支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种微型无人机的动力测试系统及方法


[0001]本专利技术属于机械工程领域，具体涉及一种微型无人机的动力测试系统及方法。

技术介绍

[0002]随着社会进步和科技发展，微型无人机在各个行业扮演着重要角色。通过搭载不同传感器，微型无人机可以应用于军事、农林业和物流业等领域。动力系统是无人机系统的重要组成部分，动力系统指的是无人机中驱使无人机进行飞行提供能源的部件。常见的有油动和电动二种设计。目前主流的设计方案皆是以电动为主。微型电动无人机的动力系统有多项指标，即转速、扭矩、推力、电流、电压、功率、效率。各项指标在不同方面为评价微型电动无人机动力系统的性能具有重要意义。因此，在微型电动无人机的设计过程中，需要对动力系统的各项性能进行测试，以使得所设计动力系统符合要求，保证无人机安全稳定运行。
[0003]已有的微型电动无人机动力测试系统，局限于采集单一数据(如只能单独采集推力或仅能采集扭矩)，未能对无人机动力系统各项性能的数据进行综合采集和分析。因此有必要设计一套能够综合测量和分析微型电动无人机动力系统性能的动力测试平台。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种微型无人机的动力测试系统及方法，本专利技术能够综合测量微型电动无人机电机多种物理量。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种微型无人机的动力测试系统，包括固定装置、导轨、传力杆、压力传感器、扭矩传感器、转速检测单元和信号采集预处理电路；
[0007]导轨水平设置且固定安装在固定装置上，传力杆滑动设置于导轨上并能沿导轨水平滑动；压力传感器设置于固定装置上并与传力杆的一端接触；扭矩传感器设置于传力杆的另一端，扭矩传感器上安装有能够与微型无人机动力装置相连的电机安装底板；转速检测单元设置于能够检测微型无人机动力装置转速的位置；
[0008]压力传感器、扭矩传感器和转速检测单元均与信号采集预处理电路连接，信号采集预处理电路还能够与微型无人机动力装置电池相连。
[0009]优选的，转速检测单元采用霍尔转速传感器，霍尔转速传感器安装于扭矩传感器上，能够检测微型无人机动力装置螺旋桨的转速。
[0010]优选的，所述固定装置包括底板、底部基座和中间立柱铝型材，底部基座采用四根铝型材，四根铝型材固定设置于底板上且一端分别与中间立柱铝型材下端的四面连接，导轨的一端与中间立柱铝型材的上端垂直连接，导轨的上侧面与中间立柱铝型材的上端面平齐，压力传感器安装在中间立柱铝型材上端的侧面，传力杆与导轨平行设置并位于中间立柱铝型材的上方。
[0011]优选的，信号采集预处理电路包括第一采样调理电路和第二采样调理电路，压力
传感器、扭矩传感器和微型无人机动力装置电池均连接有第一采样调理电路连接且与第一采样调理电路的输入端连接，转速检测单元与第二采样调理电路连接。
[0012]优选的，第一采样调理电路包括精密差分运算放大器、低噪声运算放大器和第一电压跟随器，精密差分运算放大器的同相输入端和反向输入端作为第一采样调理电路的输入端，精密差分运算放大器的增益电阻连接端口连接有第一电阻，精密差分运算放大器的输出端与低噪声运算放大器的同相输入端连接且连接线路上设有第二电阻，低噪声运算放大器的反向输入端接地且接地线路上设有第三电阻，低噪声运算放大器的反向输入端与输出端之间通过线路连接有第四电阻，低噪声运算放大器的输出端与第一电压跟随器的同相输入端连接且连接线路上设有第五电阻，第一电压跟随器的同相输入端接地且接地线路上设有第六电阻。
[0013]优选的，第第一电阻的阻值为50Ω
‑
49.5kΩ，第二电阻的阻值为10kΩ，第三电阻的阻值为10kΩ
‑
20kΩ，第四电阻的阻值为10kΩ
‑
20kΩ，第五电阻的阻值为10kΩ
‑
20kΩ，第六电阻的阻值为10kΩ
‑
20kΩ。
[0014]优选的，第二采样调理电路包括第二电压跟随器、运算放大器、比较器和第三电压跟随器，第二电压跟随器的同相输入端接地且接地线路上设有第七电阻，第二电压跟随器的同相输入端与转速检测单元的输出端连接且连接线路上设有第八电阻，第二电压跟随器的输出端与运算放大器的同相输入端连接且连接线路上串联有第九电阻和第十电阻，第九电阻和第十电阻之间通过第一电容接地，第九电阻和第十电阻之间还通过第二电容与运算放大器反向输入端以及输出端连接，运算放大器的输出端与比较器的反向输入端连接，比较器的正向输入端接地且线路上设有参考电压源，比较器的输出端与第三电压跟随器的正向输入端连接且连接线路上设有第十一电阻，第三电压跟随器的正向输入端接地且线路上设有第十二电阻。
[0015]优选的，第七电阻的阻值为1kΩ，第八电阻的阻值为9kΩ，第九电阻的阻值为13.7kΩ，第十电阻的阻值为5.6kΩ，第一电容的阻值为10nF，第二电容的电容值为33nF，参考电压源的电容值为10uF，第十一电阻的阻值为4kΩ，第十二电阻的阻值为6kΩ。
[0016]本专利技术还提供了一种微型无人机的动力测试方法，该测试方法利用本专利技术如上所述的微型无人机的动力测试系统进行，包括如下过程：
[0017]将微型无人机被测试动力装置固定在电机安装底板上；
[0018]将被测动力装置的电池接入电源接口，进行供电；
[0019]将被测动力装置提升至最大动力，通过压力传感器以及扭矩传感器测量力；
[0020]通过信号采集预处理电路接收并处理压力传感器检测的压力数据、扭矩传感器检测的扭矩数据、动力装置电池的电压及电流数据以及动力装置转速数据，实现对微型无人机的动力测试。
[0021]本专利技术具有如下有益效果：
[0022]本专利技术微型无人机的动力测试系统通过设置压力传感器、扭矩传感器、转速检测单元和信号采集预处理电路能够测量无人机动力装置的电压、电流、扭矩、推力和电机转速相关数据，传力杆滑动设置于导轨上并能沿导轨水平滑动，这样保证了无人机动力装置在工作时，传力杆实时将无人机动力装置上的推力传递给压力传感器并进行实时测量；扭矩传感器设置于传力杆的另一端，这样能够在测量无人机动力装置推力的同时实现对其扭矩
的测量；同时将转速检测单元设置于能够检测微型无人机动力装置转速的位置，因此在测量无人机动力装置推力的同时还能够实时对无人机动力装置的转速进行实时测量；压力传感器、扭矩传感器和转速检测单元均与信号采集预处理电路连接，信号采集预处理电路还能够与微型无人机动力装置电池相连，这样通过信号采集预处理电路能够实时接收并预处理无人机动力装置的电压、电流、扭矩、推力和电机转速相关数据，实现综合测量微型电动无人机电机多种物理量，通过所测物理量可以对微型电动无人机动力系统多种性能指标进行测量分析。
附图说明
[0023]图1是本专利技术微型无人机的动力测试系统的结构示意图；
[0024]图2(a)是本专利技术第一采样调理电路的电路图；图2(b)是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微型无人机的动力测试系统，其特征在于，包括固定装置、导轨(1
‑
3)、传力杆(1
‑
4)、压力传感器(1
‑
2)、扭矩传感器(2
‑
1)、转速检测单元和信号采集预处理电路；导轨(1
‑
3)水平设置且固定安装在固定装置上，传力杆(1
‑
4)滑动设置于导轨(1
‑
3)上并能沿导轨(1
‑
3)水平滑动；压力传感器(1
‑
2)设置于固定装置上并与传力杆(1
‑
4)的一端接触；扭矩传感器(2
‑
1)设置于传力杆(1
‑
4)的另一端，扭矩传感器(2
‑
1)上安装有能够与微型无人机动力装置相连的电机安装底板(1
‑
1)；转速检测单元设置于能够检测微型无人机动力装置转速的位置；压力传感器(1
‑
2)、扭矩传感器(2
‑
1)和转速检测单元均与信号采集预处理电路连接，信号采集预处理电路还能够与微型无人机动力装置电池相连。2.根据权利要求1所述的一种微型无人机的动力测试系统，其特征在于，转速检测单元采用霍尔转速传感器(2
‑
2)，霍尔转速传感器(2
‑
2)安装于扭矩传感器(2
‑
1)上，能够检测微型无人机动力装置螺旋桨的转速。3.根据权利要求1所述的一种微型无人机的动力测试系统，其特征在于，所述固定装置包括底板、底部基座(3
‑
3)和中间立柱铝型材(3
‑
2)，底部基座(3
‑
3)采用四根铝型材，四根铝型材固定设置于底板上且一端分别与中间立柱铝型材(3
‑
2)下端的四面连接，导轨(1
‑
3)的一端与中间立柱铝型材(3
‑
2)的上端垂直连接，导轨(1
‑
3)的上侧面与中间立柱铝型材(3
‑
2)的上端面平齐，压力传感器(1
‑
2)安装在中间立柱铝型材(3
‑
2)上端的侧面，传力杆(1
‑
4)与导轨(1
‑
3)平行设置并位于中间立柱铝型材(3
‑
2)的上方。4.根据权利要求1所述的一种微型无人机的动力测试系统，其特征在于，信号采集预处理电路包括第一采样调理电路和第二采样调理电路，压力传感器(1
‑
2)、扭矩传感器(2
‑
1)和微型无人机动力装置电池均连接有第一采样调理电路连接且与第一采样调理电路的输入端连接，转速检测单元与第二采样调理电路连接。5.根据权利要求4所述的一种微型无人机的动力测试系统，其特征在于，第一采样调理电路包括精密差分运算放大器(4
‑
2)、低噪声运算放大器(4
‑
5)和第一电压跟随器(4
‑
7)，精密差分运算放大器(4
‑
2)的同相输入端和反向输入端作为第一采样调理电路的输入端，精密差分运算放大器(4
‑
2)的增益电阻连接端口连接有第一电阻(4
‑
1)，精密差分运算放大器(4
‑
2)的输出端与低噪声运算放大器(4
‑
5)的同相输入端连接且连接线路上设有第二电阻(4
‑
3)，低噪声运算放大器(4
‑
5)的反向输入端接地且接地线路上设有第三电阻(4
‑
4)，低噪声运算放大器(4
‑
5)的反向输入端与输出端之间通过线路连接有第四电阻(4
‑4‑
1)，低噪声运算放大器(4
‑
5)的输出端与第一电压跟随器(4
‑
7)的同相输入端连接且连接线路上设有第五电阻(4
‑
6)，第一电压跟随器(4
‑
7)的同相输入端接地且接地线路上设有第六电阻(4
‑6‑
1)。6.根据权利要求5所述的一种微型无人机的动力测试系统，其特征在于，第一电阻(4
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：徐宇航，李利波，姚乙龙，张智豪，陈洋，赵立刚，刘子瑜，杨一鸣，王秋旺，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：