CN115520385A - 自供能检测扑翼频率的翅翼及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自供能检测扑翼频率的翅翼及其制备方法，属于飞行器设计技术领域。本发明包括翅翼组件、转动副组件和信号解析模块、所述翅翼组件包括上翅翼和下翅翼，两者均与所述转动副组件相连。所述上翅翼的下表面设有局部摩擦层，所述上翅翼的上表面设有与所述局部摩擦层位置对应的局部导电层，所述局部导电层与所述信号解析模块电连接。所述上翅翼和下翅翼均由绝缘材质制成，所述局部摩擦层的材质与所述下翅翼的材质之间有摩擦电极性差异且能够通过摩擦产生电。本发明通过设置信号解析模块能对摩擦产生的电分析得到扑翼频率，实现自供能和对扑翼频率的检测。

Description

自供能检测扑翼频率的翅翼及其制备方法

技术领域

本发明属于飞行器设计技术领域，具体涉及一种自供能检测扑翼频率的翅翼及其制备方法。

背景技术

仿生飞行器飞行状态检测，特别是扑翼频率的传感，是为仿生飞行器的姿态与轨迹控制系统提供状态反馈输入的重要技术环节。仿生飞行器扑翼频率传感的实时性、精准性将决定翅翼的扑翼动力控制的有效性，进而影响仿生飞行器在飞行过程中的稳定性与机动性能。传统的仿生飞行器扑翼频率传感多采用霍尔式传感器、光电频率传感器、惯性传感器等，传感模块体积大、重量重，为仿生飞行器有限的气动负载增加了负担；另外，机载传感器的高能耗也会对仿生飞行器的续航能力形成负面影响。

发明内容

针对上述不足，本发明提供一种自供能检测扑翼频率的翅翼及其制备方法，该翅翼在翅翼扑动过程中产生摩擦电能，供给扑翼频率传感功能，翅翼器件不需要额外能源，能提升仿生飞行器的续航能力。

本发明第一方面保护一种自供能检测扑翼频率的翅翼，包括翅翼组件、转动副组件和信号解析模块；

所述翅翼组件包括上翅翼和下翅翼，所述上翅翼和所述下翅翼均与所述转动副组件相连，所述上翅翼和所述下翅翼之间具有夹角；

所述上翅翼的下表面设有局部摩擦层，所述上翅翼的上表面设有与所述局部摩擦层位置对应的局部导电层，所述局部导电层与所述信号解析模块电连接，所述信号解析模块用于检测所述翅翼组件的扑翼频率；

所述上翅翼和下翅翼均由绝缘材质制成，所述局部摩擦层的材质与所述下翅翼的材质之间有摩擦电极性差异且能够通过摩擦产生电。

进一步地，所述上翅翼包括上支撑结构和上翼面，所述上支撑结构贴合在所述上翼面的表面，支撑所述上翼面，所述上支撑结构与所述转动副组件相连；

所述下翅翼包括下支撑结构和下翼面，所述下支撑结构贴合在所述下翼面的表面，支撑所述下翼面，所述下支撑结构与所述转动副组件相连；

所述上支撑结构和所述下支撑结构的材质为碳纤维、硬橡胶、硅纤维、氧化硅纤维、木和竹中的一种。

进一步地，所述局部摩擦层的形状面积和所述局部导电层的形状面积相同、分布位置相同，分布数量相同；

所述局部摩擦层的面积为所述上翼面的5％～20％；

所述局部摩擦层的材质为绝缘材料、半导体材料和导体材料。

所述的自供能检测扑翼频率的翅翼结构，与以往翅翼结构设计显著不同。

本发明采用局部式的纳米发电结构布置设计，在翅翼的局部位置设置摩擦结构分布，局部摩擦结构外形与数量不限，根据工程实际情况，布置摩擦结构的分布区域，最优地，摩擦结构分布于翅翼表面的边缘位置，获得更大的信号输出量。

本发明的翅翼结构系统采用单电极式纳米发电结构，与以往双电极式翅翼结构设计不同；本发明中翅翼结构的局部摩擦结构仅存在单一的电极层设计，电极结构最终向地极输出电信号；

本发明翅翼设计与以往设计不同在于，本发明翅翼将外部电路直接集成布置于翅翼表面，集成的外部电路连接各局部摩擦结构的电极层，集成于翅翼的外部电路根据工程需要，设计串并联方式，并预留检测接口，以供连接本发明系统中的信号解析模块。

本发明不同的结构设计方式，将降低材料的结构集成对翅翼气动性能的影响；另外，本发明的结构设计能够显著保留翅翼的透明性能，在扑翼飞行器飞行时避免降低其隐身性能。

进一步地，所述转动副组件包括对称摇杆、对称连杆和齿轮减速机构；

所述对称摇杆的数量为两个，两个所述对称摇杆交叉设置，交叉点通过轴连接成X型，所述对称摇杆能绕所述轴转动，所述对称摇杆通过所述对称连杆与所述齿轮减速机构相连。

进一步地，所述信号解析模块为套嵌入式电路板，所述套嵌入式电路板包括信号调理电路和信号采集模块，所述信号采集模块的采集接口与所述局部导电层电连接。

进一步地，所述所述信号调理电路包括降压电路与加法电路；

所述降压电路为：在摩擦电信号传输线路上，并联一个高阻抗电阻，所述高阻抗电阻的电阻阻抗选值大于所述扑翼组件的内阻，所述高阻抗电阻接入共地端，降压处理后的摩擦电信号由并联线路节点引出；

所述加法电路为运算放大电路，引出的经过降压处理的摩擦电信号接入运算放大电路输入端，另一输入端接入恒值电压。

进一步地，所述局部导电层与电阻R1的一端相连，所述电阻R1的另一端接地，所述局部导电层与所述电阻R1之间的导线与电阻R3的一端相连，所述电阻R3的另一端与运算放大器的同向接入端相连，所述同向接入端还通过电阻R2与恒值电压相连，所述运算放大器的反向接入端分别连接电阻R4和电阻R5的一端，所述电阻R4的另一端与所述运算放大器的输出端相连，所述电阻R5的另一端接地。

进一步地，所述信号采集模块的结构为嵌入式微型处理器及其外围驱动电路，信号采集模块的作用是将调理后的摩擦电信号转化为数字信号，并分析摩擦电数字信号的频率信息，以检测扑翼频率。

本发明第二方面保护一种自供能检测扑翼频率的翅翼的制备方法，包括上翅翼和下翅翼的制备，

S1、上翅翼的制备：

S101、选择板材，外形加工至翅翼外形，所述板材内部按所述局部导电层的布局方式切除，形成掩膜版；

S102、选择上翼面薄膜，将所述翅翼外形印制与所述上翼面薄膜的上表面，将所述掩膜版压盖在所述上翼面薄膜的上方；

S103、常温环境，将喷枪于所述掩膜版上方喷涂所述局部导电层的原料；

S104、喷涂结束后，常温静置后撤除所述掩膜版；

S105、将步骤S4中所述上翼面薄膜于真空中，氧等离子轰击处理；

S106、在所述上翼面薄膜的下表面加入所述局部摩擦层的原料；

S107、将S6的所述上翼面薄膜置于烘烤后撤除亚克力容器；

S108、将所述上支撑结构贴附于步骤S7处理后的所述上翼面薄膜的上表面，剪裁后得到所述上翅翼；

S2、下翅翼的制备包括：

S201、将所述翅翼外形印制于下翼面薄膜的下表面；

S202、将所述下支撑结构贴附于下翼面薄膜的下表面，剪裁后得到所述下翅翼。

进一步地，所述步骤S103中所述喷涂的次数为2～4次，每次间隔4～6min；

所述步骤S104中所述静置时间为25～35min；

所述步骤S105中所述真空的温度为110～130℃，所述氧等离子轰击处理的时间为1～3min；

所述步骤S107中所述烘烤的温度为80～100℃，所述烘烤的时间为40～55h。

有益效果：

本发明通过设置局部摩擦层和下翅翼，两者有摩擦电极性差异且能够通过摩擦产生电，两者摩擦产生的电能够储存或者供给信号解析模块。通过设置信号解析模块能对摩擦产生的电分析得到扑翼频率，实现自供能和对扑翼频率的检测。

本发明所提供的一种纳米发电集成的仿生飞行器自供能频率传感翅翼，通过对摩擦纳米发电材料集成翅翼扑动过程中产生的摩擦电信号进行频域分析，实现了实时的、高测量精度的、高响应灵敏度的仿生飞行器扑翼频率的测量。

本发明集成翅翼的摩擦纳米发电材料在翅翼扑动过程中产生摩擦电能，供给扑翼频率传感功能，翅翼器件不需要额外能源，实现了仿生飞行器自供能的主动式扑翼频率传感。

本发明摩擦纳米发电材料集成的仿生飞行器柔性翅翼，基于材料本身的轻薄、柔韧的特点，提升了仿生飞行器的设计集成度、微型性和轻量性，且不影响集成翅翼的气动性能。

附图说明

图1为本发明一个实施例中自供能检测扑翼频率的翅翼的结构示意图。

图2为本发明一个实施例中上翅翼的爆炸图。

图3为本发明一个实施例中下翅翼的爆炸图。

图4为本发明一个实施例中转动副组件的结构示意图。

图5为本发明上翅翼和下翅翼运动时电子运动对比示意图。

图6为摩擦电信号调理电路结构示意图。

图7为本发明采集得到的摩擦电数字信号示意图。

图8是本发明摩擦电数字信号经过傅里叶变换后的功率谱密度图。

图中，1、上翅翼；101、上支撑结构；102、局部导电层；103、外部电路；104、上翼面；105、局部摩擦层；2、下翅翼，201、下支撑结构；202、下翼面；3、转动副组件；301、对称摇杆；302、对称连杆；303、齿轮减速机构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

纳米发电技术基于其轻量化、微型化的技术特性，且具有可持续自供能的功能特点，满足仿生飞行器在机械设计、能源设计方面的需求。其中，摩擦纳米发电器件根据摩擦电效应，通过摩擦层间的接触携带异电荷，再周期性变化摩擦层间的间距，根据静电效应在器件导电层上建立动态的变化电场，推动电子外流形成向外电路输出的交流电能。摩擦纳米发电器件的能量信号输出因其具有明显的周期特点，为仿生飞行器扑翼频率的状态感知提供了新的思路。通过摩擦纳米发电器件的自身发电能力，实现传感功能的自供能，通过对摩擦纳米发电器件的输出信号进行频谱分析，构建能量信号与扑翼状态在频域空间的动态关系，是解决仿生飞行器自供能频率传感的可行方案。进一步地，仿生飞行器的微型化、轻量化设计要求，使得各功能器件趋向于材料、结构功能的高集成方向发展。摩擦纳米发电器件多采用的三明治构型，结构简单，制备材料根据“摩擦电极序”进行极性区分，具有多种可选组合，材料轻薄、可伸展，易于制备掌控，是实现纳米发电、传感功能与仿生飞行器翅翼结构一体化集成的技术途径。

参考图1～图4，本发明第一方面保护一种自供能检测扑翼频率的翅翼，包括翅翼组件、转动副组件3和信号解析模块。

翅翼组件包括上翅翼1和下翅翼2，上翅翼1和下翅翼2均与转动副组件3相连，上翅翼1和下翅翼2之间具有夹角。其中，上翅翼1和下翅翼2的数量是大于2的自然数，只要能带动飞行器起飞即可，优选为上翅翼1和下翅翼2的数量均为两个且对称布置，形成“X”形状，能够实现对扑动作。转动副组件3则是现有成熟的设备，能为上翅翼1和下翅翼2提供动力，完成扑动动作。

上翅翼1的下表面设有局部摩擦层105，上翅翼1的上表面设有与局部摩擦层105位置对应的局部导电层102，局部导电层102与信号解析模块电连接，信号解析模块用于检测翅翼组件的扑翼频率。当局部摩擦层105和局部导电层102有多个时，通常在上翅翼1上设置外部电路103，多个局部导电层102均与外部电路103相连，外部电路103再与信号解析模块电连接。上翅翼1和下翅翼2均由绝缘材质制成，局部摩擦层105的材质与下翅翼2的材质之间有摩擦电极性差异且能够通过摩擦产生电。

上翅翼1和下翅翼2的绝缘材质选自聚甲醛、聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯、聚酰亚胺、聚录乙烯、聚氨酯、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚乙二醇乙二酯、聚邻苯二甲酸二烯丙酯、聚甲基丙烯醋酸酯、聚三氟氯乙烯、聚二醇丁酸酯、聚对苯二甲酸乙二酯、醇酯、聚酯、派瑞林、醋酸酯、苯甲醛树脂、苯乙烯-丙烯氰共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、尼龙11和尼龙66中的一种。

参考图5，本发明的翅翼依靠摩擦电效应与静电效应向外电路输出能量信号。具体方式为：上翅翼1与下翅翼2，以“X”型连接于转动副组件3上，转动副组件3带动上翅翼1与下翅翼2形成对扑运动，在一个扑翼周期中，上翅翼1与下翅翼2完成接触与分离动作。在上翅翼1与下翅翼2扑动过程中，上翅翼1的局部摩擦层105与下翅翼2的下翅翼2通过接触与摩擦的方式，将扑翼动作的部分机械能转化为电能，并输出摩擦电信号，通过对摩擦电信号的分析，实现扑翼频率的检测。

本发明的原理为：翅翼的纳米发电器件结构采用单电极式摩擦纳米发电结构；如图5中(a)所示，上翅翼1的局部摩擦层105与下翅翼2接触瞬间，由于摩擦电效应，材料表面将携带等量的异电荷。如图5中(b)所示，由于翅膀扑动引起的局部摩擦层105与下翅翼2分离过程中，由于静电感应效应，电子从地极流入局部导电层102，并向外部电路103传导正向电流。如图5中(c)所示，当翅翼到达扑动极限位置瞬间，局部摩擦层105与局部导电层102携带等量电荷，在空间中形成电磁屏蔽，此时翅翼不向外传导任何电流。如图5中(d)所示，局部摩擦层105与下翅翼2接触过程中，由于局部导电层102所处的空间电场的变化，电子从局部导电层102向外流出，在外部电路103中传导负向电流。本发明的翅翼周期性扑动能产生交流电能，同时，向外电部路103输出交流电信号，交流电信号与扑翼形态存在动态关联，输出的交流电信号包含翅翼的扑动频率信息。

本发明通过设置局部摩擦层105和下翅翼2，两者有摩擦电极性差异，摩擦电极性差异指的是局部摩擦层105的材料选择与下翅翼2的材料在摩擦电极序表中有电极性差异，两者能够通过摩擦产生电，两者摩擦产生的电能够储存或者供给信号解析模块。通过设置信号解析模块能对摩擦产生的电分析得到扑翼频率，实现自功能和对扑翼频率实时和高精度的检测。

在一个具体实施例中，上翅翼1包括上支撑结构101和上翼面104，上支撑结构101贴合在上翼面104的表面，支撑上翼面104，上支撑结构101与转动副组件3相连。

下翅翼2包括下支撑结构201和下翼面202，下支撑结构201贴合在下翼面202的表面，支撑下翼面202，下支撑结构201与转动副组件3相连。

上支撑结构101和下支撑结构201的材质为碳纤维、硬橡胶、硅纤维、氧化硅纤维、木和竹中的一种。上支撑结构101与下支撑结构201的材质可以相同也可不同，优选为相同。

上翼面104和下翼面202厚度对翅翼气动性能与扑动能耗影响较大，本发明优选地翼面厚度为30微米～10微米，优选30微米～20微米，更优选20微米～15微米，最优选15微米～10微米。

在一个具体实施例中，上支撑结构101和下支撑结构201以任意数量设置，分别贴附于上翼面104和下翼面202的表面，作用为支撑和保持翅翼的几何外形。上支撑结构101与下支撑结构201的长度、宽度、数量、布局方式根据实际情况任意设置，用以调整翅翼整体的刚度，从而影响翅翼的气动性能、扑动能耗等参数。

在一个具体实施例中，局部摩擦层105的形状面积和局部导电层102的形状面积相同、分布位置相同、两者的数量相同。局部摩擦层105的面积为所述上翼面104的5％～20％，具体的，面积可以指的是局部摩擦层105的单个面积，也可以指的是局部摩擦层105的总面积。5％～20％指的是5％、6％、7％、8％、9％、10％、13％、15％、17％和20％，以及上述数值之间的数。

局部摩擦层105的厚度为30微米～10微米，优选30微米～20微米，更优选20微米～15微米，最优选15微米～10微米。局部摩擦层105通过沉积、旋涂、汽蒸、压涂或胶黏的方法结合与上翅翼1的下表面。

局部摩擦层105的材质为绝缘材料、半导体材料和导体材料。其中，绝缘材料选自聚甲醛、聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯、聚酰亚胺、聚录乙烯、聚氨酯、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚乙二醇乙二酯、聚邻苯二甲酸二烯丙酯、聚甲基丙烯醋酸酯、聚三氟氯乙烯、聚二醇丁酸酯、聚对苯二甲酸乙二酯、醇酯、聚酯、派瑞林、醋酸酯、苯甲醛树脂、苯乙烯-丙烯氰共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、尼龙11、尼龙66、羊毛蛋白、蚕丝蛋白、棉纤维、纸、纤维素、纤维素醋酸酯、乙基纤维素、再生纤维素海绵和人造纤维中的一种。半导体材料选自硅、锗、硒、砷化镓、磷化镓、磷化铟、硫化镉、硒化镉、碲化锌、硫化锌、硫化铅、硒化铅、碳化硅、萘、蒽和聚丙烯晴中的一种。导体材料选自金、银、铂、铜、铝、镍、钛、铬、硒和上述金属材料形成的合金、铟锡氧化物、聚吡咯、聚噻吩、聚酞菁化合物、聚苯硫醚和聚苯胺中的一种。

局部导电层102厚度，决定导电层的阻抗大小，从而影响其导电能力。局部导电层102厚度优选为20微米～0微米，更优选为10微米～5微米，最优选为5微米～1微米。局部导电层102的制作材料通过沉积、电镀、汽蒸、胶黏或喷涂的方法，紧密结合于上翅翼1的上表面。外部电路103的制作材料选自于局部导电层102的制作材料，且贴附于上翅翼1的上表面，与局部导电层102相接。局部导电层102的制作材料为自形成薄膜或涂层的导电材料，该导电材料选自金、银、铂、铜、铝、镍、钛、铬、硒和上述金属材料形成的合金、铟锡氧化物、聚吡咯、聚噻吩、聚酞菁化合物、聚苯硫醚或聚苯胺、银纳米线涂层、碳纳米管涂层或石墨烯涂层、电银漆和电铜漆中的一种。

在一个具体实施例中，外部电路103通过沉积、电镀、汽蒸、胶黏或喷涂等方法，以任意的布局的方式紧密贴合于上翅翼1的上表面。外部电路103的作用为引导形成于局部导电层102上的电流。外部电路103选用与局部导电层102一致的材料，制备厚度与局部导电层102相同。

在一个具体实施例中，转动副组件3包括对称摇杆301、对称连杆302和齿轮减速机构303。

对称摇杆301的数量为两个，两个对称摇杆301交叉设置，交叉点通过轴连接成X型，对称摇杆301能绕轴转动，对称摇杆301通过对称连杆302与齿轮减速机构303相连。

在一个具体实施例中，齿轮减速机构303为现有成熟减速设备，齿轮减速机构303连接有齿轮电机，齿轮电机与齿轮减速机构303的输入端相连，齿轮电机的转轴端带动齿轮减速机构303中的齿轮转动。齿轮减速机构303包括多个互相啮合的齿轮输入端和输出端，输出端齿轮通过对称连杆302与对称摇杆301相连，对称摇杆301的数量为二，对称摇杆轴穿设于两个对称摇杆301的中部且转动连接。两个对称摇杆301分别与上翅翼1和下翅翼2固连，对称摇杆301在运动过程中分别带动上翅翼1和下翅翼2运动。

对称连杆302的上端部与对称摇杆301转动连接，对称连杆302的下端部与齿轮减速机构303上输出齿轮的端面转动连接，输出齿轮在转动过程中带动对称连杆302上下运动，进而使得对称摇杆301运动。

在一个具体实施例中，信号解析模块为套嵌入式电路板，套嵌入式电路板包括信号调理电路和信号采集模块，信号采集模块的采集接口与局部导电层102或外部电路103电连接。

参考图6，在一个具体实施例中，信号调理电路包括降压电路与加法电路。

降压电路的结构为：在摩擦电信号传输线路上，并联一个高阻抗电阻，电阻阻抗选值大于集成翅翼部件内阻，高阻抗电阻接入共地端，降压处理后的摩擦电信号由并联线路节点引出。加法电路的结构为运算放大电路，引出的经过降压处理的摩擦电信号接入运算放大电路输入端，另一输入端接入恒值电压。

在一个具体实施例中，局部导电层102与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端接地，局部导电层与电阻R1之间的导线与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端与运算放大器的同向接入端相连，同向接入端还通过电阻R2与恒值电压相连，运算放大器的反向接入端分别连接电阻R4和电阻R5的一端，电阻R4的另一端与运算放大器的输出端相连，电阻R5的另一端接地。

本发明提供的翅翼输出的摩擦电信号的交流电峰峰值往往能达到几十伏至几百伏，超出了微处理器可处理信号幅值的范围。因此降压电路的结构为：降压电阻R1并联入摩擦电信号传输线路，降压电阻R1接地，降压后的摩擦电信号由并联节点引出。本发明的翅翼的内阻可达几十兆欧姆至几百兆欧姆，为保证摩擦电信号峰峰值成倍降低，降压电阻R1的选值需要远大于纳米发电集成的仿生飞行器自供能频率传感翅翼的内阻值。

加法电路的主要结构为运算放大器U1，降压处理后的摩擦电信号接入于加法电路的一端接口，另一端接口接入恒值电压Vcc。在加法电路中，R2、R3为输入端电阻，R4为反馈电阻，R5为附加电阻，加法电路中各电阻值选取应满足R1＝R2＝R3＝R4。加法电路的作用为：在幅值坐标上整体向上平移摩擦电信号，消除摩擦电信号的负半周期，将摩擦电信号幅值范围整定至后续微处理器可处理范围。

信号采集模块的结构为嵌入式微型处理器及其外围驱动电路，信号采集模块的作用是将调理后的摩擦电信号转化为数字信号，并分析摩擦电数字信号的频率信息，以检测仿生飞行器的扑翼频率。

本发明中，经过调理电路调理后的摩擦电信号采用嵌入式微处理器进行信号分析。调理后的摩擦电信号接入微处理器的ADC通信接口，由微处理器内部的模数转换功能实现对摩擦电数字信号的采集和转换。在本实施例中，摩擦电数字信号的采集由微处理器内部的定时器驱动，以某一固定的采集频率执行信号采集功能，优选的采集频率为500Hz、1000HZ或2000Hz。

通过ADC通信接口采集得到的摩擦电信号，采用软件低通滤波算法，对摩擦电数字信号进行低通滤波。低通滤波算法的信号截止频率选择，应大于仿生飞行器的最大扑翼频率。

经过低通滤波的摩擦电数字信号，采用傅里叶变换方法，对摩擦电数字信号进行频谱分析。如图7所示，为实例的仿生飞行器在某飞行环境中，以扑翼频率下，采集得到的摩擦电数字信号。如图8所示，为实例的滤波后的摩擦电数字信号，经过傅里叶变换后的功率谱密度图。在功率谱密度图中，第一个非零频频率分量往往具有最大的功率谱密度，其包含了仿生飞行器动态扑翼频率信息。因此，在本发明的纳米发电集成的仿生飞行器自供能频率传感翅翼输出的经调理、滤波后的摩擦电信号的频谱分析中，提取第一个非零频分量的频率，即为当前仿生飞行器的扑翼频率。

本发明第二方面保护一种自供能检测扑翼频率的翅翼的制备方法，包括上翅翼和下翅翼的制备，

S1、翅翼1的制备：

S101、选择板材，外形加工至翅翼外形，板材内部按局部导电层102的布局方式切除，形成掩膜版；

S102、选择上翼面薄膜，将翅翼外形印制与上翼面薄膜的上表面，将掩膜版压盖在上翼面薄膜的上方；

S103、常温环境，将喷枪于掩膜版上方喷涂局部导电层102的原料；

S104、喷涂结束后，常温静置后撤除掩膜版；

S105、将步骤S4中上翼面薄膜于真空中，氧等离子轰击处理；

S106、在上翼面薄膜的下表面加入局部摩擦层105的原料；

S107、将S6的上翼面薄膜置于烘烤后撤除亚克力容器；

S108、将上支撑结构101贴附于步骤S7处理后的上翼面薄膜的上表面，剪裁后得到上翅翼1；

S2、下翅翼2的制备包括：

S201、将翅翼外形印制于下翼面薄膜的下表面；

S202、将下支撑结构201贴附于下翼面薄膜的下表面，剪裁后得到下翅翼2。

在一个具体实施例中，步骤S103中喷涂的次数为2～4次，每次间隔4～6min；

步骤S104中静置时间为25～35min；

步骤S105中真空的温度为110～130℃，氧等离子轰击处理的时间为1～3min；

步骤S107中烘烤的温度为80～100℃，烘烤的时间为40～55h。

在一个具体实施例中，本发明采用碳纤维杆制作上支撑结构101和下支撑结构201，采用12.5微米厚度的聚对苯二甲酸乙二酯薄膜制作上翼面104和下翼面202，采用电银漆喷涂于上翼面104的上边面构筑局部导电层102与外部电路103，采用蚕丝蛋白材料沉积于上翼面104的下表面制作局部摩擦层105。本实施例具体的制备流程包括以下步骤：

S1、上翅翼1制备方法如下：

S101、采用1毫米厚度的硬质亚克力板材，外形加工至翅翼外形，板材内部按局部导电层与外部电路的布局方式切除，形成电银漆喷涂的掩膜版；

S102、将翅膀外形印制于12.5微米厚度的聚对苯二甲酸乙二酯薄膜上表面，所述亚克力掩膜版与翅翼外形图案边缘对齐压盖在聚对苯二甲酸乙二酯薄膜上方；

S103、常温环境，电银漆喷枪于亚克力掩膜版上方均匀喷涂，连续喷涂三次，每次间隔5分钟；

S104、喷涂结束后，受处理材料常温静置30分钟，后撤除掩膜版；

S105、聚对苯二甲酸乙二酯薄膜下表面于真空、120摄氏度环境中，氧等离子轰击处理2分钟；

S106、局部摩擦层外形的亚克力容器紧压于聚对苯二甲酸乙二酯薄膜下表面，与局部摩擦层边缘对齐，将适量蚕丝蛋白溶液滴入容器内；

S107、将S106所述的处理装置置于90摄氏度烘箱内，烘烤48小时，蚕丝蛋白溶液沉积成膜后撤除亚克力容器；

S108、直径5毫米的碳纤维圆杆按规定布局贴附于处理后的聚对苯二甲酸乙二酯薄膜上表面，按翅翼外形剪裁处理后的聚对苯二甲酸乙二酯薄膜，完成上翅翼1的制备。

S2、下翅翼2的制备方法如下：

S201、将翅膀外形印制于12.5微米厚度的聚对苯二甲酸乙二酯薄膜下表面；

S202、直径5毫米的碳纤维圆杆按规定布局贴附于聚对苯二甲酸乙二酯薄膜下表面，按翅翼外形剪裁处理后的聚对苯二甲酸乙二酯薄膜，完成下翅翼2的制备。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种自供能检测扑翼频率的翅翼，其特征在于，包括翅翼组件、转动副组件(3)和信号解析模块；

所述翅翼组件包括上翅翼(1)和下翅翼(2)，所述上翅翼(1)和所述下翅翼(2)均与所述转动副组件(3)相连，所述上翅翼(1)和所述下翅翼(2)之间具有夹角；

所述上翅翼(1)的下表面设有局部摩擦层(105)，所述上翅翼(1)的上表面设有与所述局部摩擦层(105)位置对应的局部导电层(102)，所述局部导电层(102)与所述信号解析模块电连接，所述信号解析模块用于检测所述翅翼组件的扑翼频率；

所述上翅翼(1)和下翅翼(2)均由绝缘材质制成，所述局部摩擦层(105)的材质与所述下翅翼(2)的材质之间有摩擦电极性差异且能够通过摩擦产生电。

2.根据权利要求1所述的自供能检测扑翼频率的翅翼，其特征在于，

所述上翅翼(1)包括上支撑结构(101)和上翼面(104)，所述上支撑结构(101)贴合在所述上翼面(104)的表面，用于支撑所述上翼面(104)，所述上支撑结构(101)与所述转动副组件(3)相连；

所述下翅翼(2)包括下支撑结构(201)和下翼面(202)，所述下支撑结构(201)贴合在所述下翼面(202)的表面，用于支撑所述下翼面(202)，所述下支撑结构(201)与所述转动副组件(3)相连；

所述上支撑结构(101)和所述下支撑结构(201)的材质为碳纤维、硬橡胶、硅纤维、氧化硅纤维、木和竹中的一种。

3.根据权利要求1所述的自供能检测扑翼频率的翅翼，其特征在于，

所述局部摩擦层(105)的形状面积和所述局部导电层(102)的形状面积相同；

所述局部摩擦层(105)的面积为所述上翼面(104)的5％～20％；

所述局部摩擦层(105)的材质为绝缘材料、半导体材料和导体材料中的一种，所述导电层(102)的材质为导体材料。

4.根据权利要求1所述的自供能检测扑翼频率的翅翼，其特征在于，所述转动副组件(3)包括对称摇杆(301)、对称连杆(302)和齿轮减速机构(303)；

所述对称摇杆(301)和对称连杆(302)的数量均为两个，两个所述对称摇杆(301)交叉设置，交叉点通过轴连接成X型，所述对称摇杆(301)能绕所述轴转动，所述对称摇杆(301)通过所述对称连杆(302)与所述齿轮减速机构(303)相连，所述对称连杆(301)用于固定连接所述上翅翼(1)和下翅翼(2)并在所述减速机构(303)的作用下带动所述上翅翼(1)和下翅翼(2)做扑翼运动。

5.根据权利要求1所述的自供能检测扑翼频率的翅翼，其特征在于，

所述信号解析模块为套嵌入式电路板，所述套嵌入式电路板包括信号调理电路和信号采集模块，所述信号采集模块的采集接口与所述局部导电层(102)电连接。

6.根据权利要求5所述的自供能检测扑翼频率的翅翼，其特征在于，所述所述信号调理电路包括降压电路与加法电路；

所述降压电路为：在摩擦电信号传输线路上，并联一个高阻抗电阻，所述高阻抗电阻的电阻阻抗选值大于所述扑翼组件的内阻，所述高阻抗电阻接入共地端，降压处理后的摩擦电信号由并联线路节点引出；

所述加法电路为运算放大电路，引出的经过降压处理的摩擦电信号接入运算放大电路输入端，另一输入端接入恒值电压。

7.根据权利要求6所述的自供能检测扑翼频率的翅翼，其特征在于，所述局部导电层(102)与电阻(R1)的一端相连，所述电阻(R1)的另一端接地，所述局部导电层与所述电阻(R1)之间的导线与电阻(R3)的一端相连，所述电阻(R3)的另一端与运算放大器的同向接入端相连，所述同向接入端还通过电阻(R2)与恒值电压相连，所述运算放大器的反向接入端分别连接电阻(R4)和电阻(R5)的一端，所述电阻(R4)的另一端与所述运算放大器的输出端相连，所述电阻(R5)的另一端接地。

8.根据权利要求5所述的自供能检测扑翼频率的翅翼，其特征在于，所述信号采集模块的结构为嵌入式微型处理器及其外围驱动电路，信号采集模块的作用是将调理后的摩擦电信号转化为数字信号，并分析摩擦电数字信号的频率信息，以检测扑翼频率。

9.一种权利要求1～8任意一项所述的自供能检测扑翼频率的翅翼的制备方法，其特征在于，包括上翅翼和下翅翼的制备，

S1、上翅翼(1)的制备：

S101、选择板材，外形加工至翅翼外形，所述板材内部按所述局部导电层(102)的布局方式切除，形成掩膜版；

S102、选择上翼面薄膜，将所述翅翼外形印制与所述上翼面薄膜的上表面，将所述掩膜版压盖在所述上翼面薄膜的上方；

S103、常温环境，将喷枪于所述掩膜版上方喷涂所述局部导电层(102)的原料；

S104、喷涂结束后，常温静置后撤除所述掩膜版；

S105、将步骤S4中所述上翼面薄膜于真空中，氧等离子轰击处理；

S106、在所述上翼面薄膜的下表面加入所述局部摩擦层(105)的原料；

S107、将S6的所述上翼面薄膜置于烘烤后撤除亚克力容器；

S108、将所述上支撑结构(101)贴附于步骤S7处理后的所述上翼面薄膜的上表面，剪裁后得到所述上翅翼(1)；

S2、下翅翼(2)的制备包括：

S201、将所述翅翼外形印制于下翼面薄膜的下表面；

S202、将所述下支撑结构(201)贴附于下翼面薄膜的下表面，剪裁后得到所述下翅翼(2)。

10.根据权利要求9所述的自供能检测扑翼频率的翅翼的制备方法，其特征在于，

所述步骤S103中所述喷涂的次数为2～4次，每次间隔4～6min；

所述步骤S104中所述静置时间为25～35min；

所述步骤S105中所述真空的温度为110～130℃，所述氧等离子轰击处理的时间为1～3min；

所述步骤S107中所述烘烤的温度为80～100℃，所述烘烤的时间为40～55h。

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