[发明专利]基于四轴飞行器和静压头的微压突变测量装置及方法

权利要求书

1.一种基于四轴飞行器和静压头的微压突变测量装置，其特征在于，包括：静压头、气压测量装置、四轴飞行器、飞行控制模块、GPS定位模块、无线通信模块和数据处理中心；所述静压头将来自各个方位的风压抵消，使得气压通过导管进入气压测量装置，所述气压测量装置将测量的数据传输至四轴飞行器，所述四轴飞行器通过无线通信模块将接收到的数据实时传输给地面的数据处理中心，所述飞行控制模块用于控制四轴飞行器，所述GPS定位模块用于定位四轴飞行器；所述气压测量装置包括电源模块、传感器模块、信号处理模块和信号转换模块，所述电源模块分为基准电压源、模拟电源和数字电源，所述基准电压源为传感器模块供电，所述模拟电源为信号处理模块供电，所述数字电源为信号转换模块供电；所述传感器模块是由巨压阻结构组成的巨压阻压力传感器，所述信号处理模块包括电压放大电路和低通滤波电路，所述信号转换模块包括AD模数转换器和单片机一；所述巨压阻压力传感器将采集到的电信号通过电压放大电路和低通滤波电路处理后，传输给AD模数转换器，所述AD模数转换器将信号转换后输出至单片机一，再由单片机一发送至四轴飞行器中设置的单片机二，所述单片机二再通过无线通信模块将接收到的数据实时传输给地面的数据处理中心；

所述AD模数转换器采用A/D7195，单片机一和单片机二均采用STM32F407，无线通信模块采用ESP8266WIFI；

所述巨压阻压力传感器（9）包括自下而上依次叠放的玻璃基底层（10）、硅底层（11）和二氧化硅绝缘层（12），所述二氧化硅绝缘层（12）的表面中心放置有应力薄膜（15），二氧化硅绝缘层（12）的表面四周放置有四个钛硅镓异质结巨压阻结构，所述钛硅镓异质结巨压阻结构两两对称地放置在应力薄膜（15）上。

2.如权利要求1所述的一种基于四轴飞行器和静压头的微压突变测量装置，其特征在于：所述钛硅镓异质结巨压阻结构包括自内而外依次嵌套的内层镓结构区（3）、中间层硅结构区（2）和外层钛结构区（1），所述钛结构区（1）和硅结构区（2）的交界处形成钛硅异质结（13），硅结构区（2）和镓结构区（3）的交界处形成镓硅异质结（14）；所述镓结构区（3）的两端设置有金属边（4），所述金属边（4）通过引线（5）连接至金属片（6），所述金属片（6）通过电极（7）连接至铝端子（8），将四个钛硅镓异质结巨压阻结构连接成为惠斯通电桥电路。

3.一种采用如权利要求1-2中任一项所述的基于四轴飞行器和静压头的微压突变测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，将静压头与气压测量装置的组合固定在四轴飞行器上，单片机一得到的气压数据值传输给四轴飞行器上的单片机二，再由四轴飞行器上的无线通信模块传输回地面的控制中心；

步骤2，将所要测量的微压突变区域在水平面上划分为5*5的25个正方形区域，并进行区域编号1,2，…，25；在垂直方向上，将区域分为10个等距间隔的高度层，并进行编号1,2,3，…,10；这样将要测量的区域空间分为250个子区域，每个子区域用（M，N）表示，M表示子区域在水平面上的编号，N表示子区域在垂直方向上的编号；

步骤3，对每个子区域进行气压测量，首先在区域（1，1）的右上角释放四轴飞行器一，并在其对角线位置释放四轴飞行器二；

步骤4，四轴飞行器一和四轴飞行器二同时按逆时针方向沿区域边线飞行，在每条边线的起点、中点、终点进行一次气压测量；每次测量完成后，将四轴飞行器调整为悬停模式，悬停时间为1分钟，再次进行一次气压值测量，与1分钟前的值相比，是否有微小变化；

步骤5，当四轴飞行器一和四轴飞行器二飞到对方起点时，调整飞行方向，沿对角线方向飞行至对角线第一个六等分点，重复步骤4；

步骤6，将步骤5中的飞行方向改为对角线第二个六等分点，重复步骤5，这样就完成了对一个子区域内24个样本点的测量；依此类推，测量完第1个高度层的其余24个子区域；

步骤7，完成对水平面所有子区域的测量后，控制四轴飞行器飞到（M，2）平面，重复步骤3、4、5、6，完成对（M，2）平面的测量；依此类推，完成对10个高度层的全部测量。