CN209167342U - 空速管和无人机 - Google Patents

Abstract

本公开提供的空速管和无人机，涉及无人机技术领域。该空速管包括金属探头、第一温度传感器、加热件及控制器。第一温度传感器安装在金属探头上，并与控制器电连接，第一温度传感器用于监测金属探头的实时温度。加热件与金属探头连接，并与控制器电连接。控制器用于在实时温度低于预设阈值的状态下控制加热件通电，以对金属探头加热。该空速管不仅结构简单、低成本、易于控制，并且能够有效解决结冰问题。

Description

空速管和无人机

技术领域

本公开涉及无人机技术领域，具体而言，涉及一种空速管和无人机。

背景技术

空速管也称皮托管，是用于测量飞行器在大气中飞行时相对气流速度的一种装置。通常安装位于飞行器外部并适当远离主体，以排除气流干扰采集气压，用于计算飞行速度。

在以往小型无人机应用中，受限于飞行高度、作业范围及飞行时长等限制，较少遇到空速管结冰这样的难题。随着无人机技术的发展，小型无人机作业升限越来越高，作业半径加长，作业季节、地区的适应性不断拓展，空速管结冰正越来越频繁地发生。

小型无人机对重量、体积、安装重心非常敏感，因此设计一种不仅结构简单、低成本、易于控制，并且能够有效解决结冰问题的空速管是目前的技术难题。

实用新型内容

本公开的目的包括提供一种空速管，其不仅结构简单、低成本、易于控制，并且能够有效解决结冰问题。

本公开的目的还包括提供一种无人机，其采用本公开提供的空速管，在保证体积重量不变的前提下，空速管还能适应低温，不会结冰，保证飞行速度的稳定测量。

本公开解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的：

本公开提供的一种空速管，包括金属探头、第一温度传感器、加热件及控制器；

所述第一温度传感器安装在所述金属探头上，并与所述控制器电连接，所述第一温度传感器用于监测所述金属探头的实时温度；所述加热件与所述金属探头连接，并与所述控制器电连接；

所述控制器用于在所述实时温度低于预设阈值的状态下控制所述加热件通电，以对所述金属探头加热。

进一步地，所述金属探头包括依次设置的探头部、安装部、加热部及连接部；所述第一温度传感器安装于所述安装部的外壁，所述加热件与所述加热部连接。

进一步地，所述加热件缠绕于所述加热部的外周。

进一步地，所述加热件与所述加热部之间设置有绝缘层。

进一步地，所述第一温度传感器呈长条状或者球状，并且所述第一温度传感器的一端与所述安装部粘接。

进一步地，所述空速管还包括气压管，所述气压管与所述连接部连接，并且，所述金属探头上开设有气孔，所述气孔贯穿所述探头部、所述安装部、所述加热部及所述连接部，所述气压管与所述气孔连通。

进一步地，所述空速管还包括外管，所述外管与所述安装部的外周连接，并且，所述气压管、所述加热件、所述第一温度传感器均设置于所述外管内。

进一步地，所述探头部呈子弹头状，并且所述探头部上设置有所述安装部的端面与所述外管抵接。

进一步地，所述探头部、所述安装部、所述加热部及所述连接部同轴设置，并且，所述安装部和所述加热部均呈圆柱状，所述安装部的直径小于所述探头部的最大直径，所述加热部的直径小于所述探头部的直径，所述连接部的最大直径小于所述安装部的直径。

本实用新型提供的一种无人机，包括所述的空速管。所述空速管包括金属探头、第一温度传感器、加热件及控制器；

所述第一温度传感器安装在所述金属探头上，并与所述控制器电连接，所述第一温度传感器用于监测所述金属探头的实时温度；所述加热件与所述金属探头连接，并与所述控制器电连接；

所述控制器用于在所述实时温度低于预设阈值的状态下控制所述加热件通电，以对所述金属探头加热。

本公开实施例的有益效果是：

本实用新型实施例公开的空速管可以通过第一温度传感器监测金属探头的实时温度，控制器能够在该实时温度低于预设阈值的状态下，控制加热件通电，从而对金属探头加热，能有效解决结冰问题。并且，该空速管结构简单、低成本、易于控制，实用性强。

本实用新型实施例公开的无人机由于采用该空速管，在保证体积重量不变的前提下，空速管还能适应低温，不会结冰，保证飞行速度的稳定测量。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本公开的某个实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本公开具体实施例提供的空速管的部分分解结构示意图。

图2为本公开具体实施例提供的空速管的使用流程框图。

图3为本公开具体实施例提供的空速管的金属探头的结构示意图。

图4为本公开具体实施例提供的空速管的气压管的结构示意图。

图5为本公开具体实施例提供的空速管的装配结构示意图。

图标：100-空速管；110-金属探头；112-探头部；1121-端面；113-安装部；114-加热部；115-连接部；1151-凸起；101-气孔；120-第一温度传感器；130-加热件；140-控制器；141-供电电路；142-发热控制；150-气压管；151-凸出部；160-外管；170-绝缘层。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本公开实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本公开的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本公开的范围，而是仅仅表示本公开的选定实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本公开的描述中，需要说明的是，术语“上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该公开产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本公开的描述中，还需要说明的是，除非另外有更明确的规定与限定，术语“设置”、“连接”应做更广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或是一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

下面结合附图，对本公开的一个实施方式作详细说明，在不冲突的情况下，下述的实施例中的特征可以相互组合。

图1为本实施例提供的空速管100的部分分解结构示意图。图2为本实施例提供的空速管100的装配结构示意图。请参照图1和图2，本实施例公开了一种空速管100，其主要用于安装在小型无人机上，尤其适用于小型固定翼飞行器。该空速管100用于测量该无人机在大气中飞行时的相对气流速度。并且，该空速管100具有实时测温及加热除冰的功能，因此安全性能较佳。

本实施例中，空速管100包括金属探头110、第一温度传感器120(TS1)、加热件130、控制器140、气压管150及外管160。

其中，气压管150的一端与金属探头110连接，另一端用于连接气压传感器，以通过气压传感器监测的气压计算无人机飞行时的相对气流速度。气压管150、加热件130、第一温度传感器120均设置于外管160内。第一温度传感器120和加热件130分别与金属探头110连接，并分别与控制器140电连接，其中，第一温度传感器120用于监测金属探头110的实时温度，加热件130用于对金属探头110加热。

可以理解的是，本实施例中，外管160主要用于固定金属探头110，并保护内部的第一温度传感器120、加热件130等结构。

图3为本实施例提供的空速管100的金属探头110的结构示意图。请参照图3，本实施例中，金属探头110采用铝合金材料制成。其包括依次设置的探头部112、安装部113、加热部114及连接部115。金属探头110上开设有气孔101，气孔101贯穿探头部112、安装部113、加热部114及连接部115。

可以理解的是，探头部112、安装部113、加热部114及连接部115一体设置。作为一种实施方式，本实施例中，探头部112呈子弹头状，探头部112、安装部113、加热部114及连接部115同轴设置，并且，安装部113和加热部114均呈圆柱状，安装部113的直径小于探头部112的最大直径，加热部114的直径小于探头部112的直径，连接部115的最大直径小于安装部113的直径。

并且，需要说明的是，本实施例中，连接部115的周缘具有凸起1151，以增强与气压管150连接的结构强度。

可以理解的是，本实施例提供的这种结构的金属探头110能够方便气压管150、第一温度传感器120、加热件130及外管160的安装固定。

图4为本实施例提供的空速管100的气压管150的结构示意图。请参照图4，本实施例中，气压管150选用硅胶管，气压管150具有凸出部151，凸出部151位于气压管150的一端，凸出部151用于和金属探头110连接部115的凸起1151连接。气压管150与气孔101连通。

请继续参照图1，需要说明的是，本实施例中，加热件130为电阻丝，加热件130缠绕于加热部114的外周。可选地，加热件130可以选用0.2mm的金属电阻丝，电阻值为55Ω/m，有效长度73mm，电阻值为4Ω。电阻丝供电采用5V，满载发热功率6.25W。

可选地，加热件130与加热部114之间设置有绝缘层170。

需要说明的是，在启用加热的条件下，金属探头110温度通常与环境温度相差较大，散热快。从而温度波动明显，可以选用带功率控制或PWM控制的电阻丝供电方案，以更精确地调整加热功率，减少加热对金属探头110造成的大幅温度波动。

本实施例中，第一温度传感器120呈长条状或者球状，并且第一温度传感器120的一端与安装部113粘接。

第一温度传感器120可以选用热敏指数B＝3450的10kΩ热电阻，有效值范围为1～250kΩ，可以与10kΩ的1‰精度电阻串联，供电为3.3V。

本实施例中，外管160可以选用碳纤维管，外直径22mm，内径20mm，其长度不做限定。外管160与安装部113的外周连接，并且，探头部112的端面1121与外管160抵接。

图5为本实施例提供的空速管100的使用流程框图。请结合参照图1和图5，可以理解的是，控制器140与第一温度传感器120可以通过采样电路电连接，控制器140与加热件130可以通过供电电路141电连接。

需要说明的是，控制器140可以通过开关与发热控制142电连接。供电电路141通过发热控制142与加热件130电连接。也就是说，当控制器140控制发热控制142开启时，供电电路141与加热件130形成通路，进行供电，当控制器140控制发热控制142关闭时，供电电路141与加热件130之间形成断路，停止加热。

需要说明的是，为了提高集成度，控制器140、加热电路及采集电路可以集成，并且，控制器140集成气压传感控制及加热控制功能。

提出一种带空速管100加热控制、温度探测功能的独立气压计，可作为空速管100加热控制器140。

本实施例中，采样电路用于测量第一温度传感器120电压，从而计算第一温度传感器120的电阻值，以通过查电阻-温度表，插值并滤波得到TS1表面温度。供电电路141用于对电阻丝供电产生热量。

控制器140通过查表、插值、滤波并计算得到探测点温度，根据探测点温度决定开启或关闭加热。可选的，功率电路可采用高频开关或mos管进行控制，用于调整控制功率。可选的，控制器140可带数据通信，将采样温度、加热输出功率传输到其他控制器140(如飞行系统控制器140)。

作为一种实施方式，本实施例中，控制器140可以选用带通用异步收发传输器UART通信/数模转换AD采集的STM8S001J3芯片，使用内部12bitAD进行电压测量。

可以理解的是，本实施例公开的空速管100可以通过第一温度传感器120实时监测金属探头110的温度，控制器140能够在实时温度低于预设阈值的状态下控制加热件130通电，以对金属探头110加热，从而能够有效地避免由于温度过低，导致金属探头110结冰，最后导致空速管100失效的问题。

可以理解的是，本实施例公开的空速管100使用时，可以首先设定最低温度触发阈值T1，设定最低加热时间t1，设定稳定温度T2。

第一阶段开机后，默认关闭加热。控制器140采集TS1两端电压，计算TS1电阻值，通过查电阻-温度表，插值并滤波得到TS1表面温度即为实时温度T。

需要说明的是，若TS1在开机后10s持续不满足1～250kΩ范围，判定为温度测量故障，可以通过UART向外输出检测错误警告E1。

将满足1～250kΩ内的电阻值通过查表换算为温度T。

第二阶段：当检测TS1温度T持续低于T1时，控制器140通过开关开启发热控制142，导通供电电路141与加热件130，对加热件130供电实现加热。设定加热目标为TE1℃开始加热功能。T1可设定为10℃，TE1宜设定为60～80℃，以预先干燥、去除已有结冰。

需要说明的是，如果温度T高于T1，则持续检测并通过UART输出温度T。

第三阶段：维持TE1保持100～200秒，后控制温度到TE2。TE2根据金属探头110大小、飞行空速，可选择30～50℃。

需要说明的是，如果维持TE1保持100～200秒后，T温度变化<20摄氏度，判定为加热故障，通过UART输出加热错误警告E2。

在第三阶段，将加热温度设定为TE2＝30℃，持续工作。如果检测到T<10℃，判定为加热功率不足，通过UART输出错误E3。

应当理解，为了方便故障检测，在可选实施例中，空速管100还可以包括第二温度传感器TS2。

控制器140检测TS1/TS2两端电阻值范围，对于不满足正常工况的电阻值判定为传感器故障。

判断温度范围，在第一阶段关闭加热时，若TS2/TS2温度出现显著差异并随机波动，判定为采集故障。

判断加热状态下TS1处温度变化，在第一阶段加热时，若温度上升始终小于设定阈值，判断为加热故障。

判断恒温控制，在第三阶段加热时，若TE1温度持续大幅低于TE2并无法提高，判断为加热功率不足。

基于上述的空速管100，本实施例还公开了一种无人机，其采用该空速管100，空速管100能适应低温，不会结冰，保证飞行速度的稳定测量。

综上，本实施例公开的空速管100可以通过第一温度传感器120监测金属探头110的实时温度，控制器140能够在该实时温度低于预设阈值的状态下，控制加热件130通电，从而对金属探头110加热，能有效解决结冰问题。并且，该空速管100结构简单、低成本、易于控制，实用性强。

本实施例公开的无人机由于采用该空速管100，在保证体积重量不变的前提下，空速管100还能适应低温，不会结冰，保证飞行速度的稳定测量。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种空速管，其特征在于，包括金属探头、第一温度传感器、加热件及控制器；

所述第一温度传感器安装在所述金属探头上，并与所述控制器电连接，所述第一温度传感器用于监测所述金属探头的实时温度；所述加热件与所述金属探头连接，并与所述控制器电连接；

所述控制器用于在所述实时温度低于预设阈值的状态下控制所述加热件通电，以对所述金属探头加热。

2.如权利要求1所述的空速管，其特征在于，所述金属探头包括依次设置的探头部、安装部、加热部及连接部；所述第一温度传感器安装于所述安装部的外壁，所述加热件与所述加热部连接。

3.如权利要求2所述的空速管，其特征在于，所述加热件缠绕于所述加热部的外周。

4.如权利要求2所述的空速管，其特征在于，所述加热件与所述加热部之间设置有绝缘层。

5.如权利要求2所述的空速管，其特征在于，所述第一温度传感器呈长条状或者球状，并且所述第一温度传感器的一端与所述安装部粘接。

6.如权利要求2所述的空速管，其特征在于，所述空速管还包括气压管，所述气压管与所述连接部连接，并且，所述金属探头上开设有气孔，所述气孔贯穿所述探头部、所述安装部、所述加热部及所述连接部，所述气压管与所述气孔连通。

7.如权利要求6所述的空速管，其特征在于，所述空速管还包括外管，所述外管与所述安装部的外周连接，并且，所述气压管、所述加热件、所述第一温度传感器均设置于所述外管内。

8.如权利要求7所述的空速管，其特征在于，所述探头部呈子弹头状，并且所述探头部上设置有所述安装部的端面与所述外管抵接。

9.如权利要求2所述的空速管，其特征在于，所述探头部、所述安装部、所述加热部及所述连接部同轴设置，并且，所述安装部和所述加热部均呈圆柱状，所述安装部的直径小于所述探头部的最大直径，所述加热部的直径小于所述探头部的直径，所述连接部的最大直径小于所述安装部的直径。

10.一种无人机，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的空速管。