傳感器在低空經(jīng)濟中的應(yīng)用

隨著科技的飛速發(fā)展和航空技術(shù)的日益成熟，低空經(jīng)濟正逐漸嶄露頭角，成為推動經(jīng)濟增長和創(chuàng)新發(fā)展的新引擎。低空經(jīng)濟是以各種有人駕駛和無人駕駛航空器的各類低空飛行活動為牽引，輻射帶動相關(guān)領(lǐng)域融合發(fā)展的綜合性經(jīng)濟形態(tài)。它不僅廣泛體現(xiàn)于第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)之中，還在促進經(jīng)濟發(fā)展、加強社會保障、服務(wù)國防事業(yè)等方面發(fā)揮著日益重要的作用。在這個充滿潛力的市場中，傳感器技術(shù)扮演著舉足輕重的角色。

飛行姿態(tài)與導航傳感器

低空飛行器，如無人機、直升機和eVTOL（電動垂直起落飛行器），主要面向應(yīng)急、物流、交通、娛樂消費、農(nóng)林巡檢五大場景。這些飛行器自主導航系統(tǒng)中用到的傳感器除了超聲波雷達，還有GPS、慣性測量單元（IMU）、視覺傳感器、激光雷達、毫米波雷達、超聲波雷達、MEMS超聲波傳感器、紅外傳感器、氣壓計、磁力計和電子氣象儀等。

超聲波雷達

在近地面范圍內(nèi)，氣壓傳感器無法應(yīng)對精準測距的要求，而超聲波雷達在近地面探測精準度有明顯優(yōu)勢，它與氣壓傳感器結(jié)合使用，能為無人機、飛行汽車等提供實時障礙物信息，避免碰撞，可保障低空飛行器在空中或近地面的平穩(wěn)飛行。此外，超聲波雷達可與其他傳感器如毫米波雷達、激光雷達、攝像頭等配合，增強環(huán)境感知能力。

毫米波雷達

毫米波雷達因其高精度測距和速度測量能力，在低空飛行器懸停測距中發(fā)揮重要作用。它采用毫米波透鏡天線技術(shù)和高精度測距算法測量目標速度，并通過電磁波傳播實現(xiàn)全天候工作。毫米波雷達波束角度小，能量集中，測量精度達毫米級別，測量范圍達到100m，具有高空間分辨率、抗外部環(huán)境干擾能力強和多目標跟蹤等優(yōu)勢，特別適合低空探測。

MEMS超聲波傳感器

MEMS超聲波傳感器對無人機低空飛行至關(guān)重要，它能夠精確探測障礙物，確保避障和安全飛行，同時實現(xiàn)精準自動著陸。這種采用MEMS微納工藝與封裝制造方法，兼具超聲波發(fā)射與接收復用功能，基于高性能壓電功能薄膜與硅基MEMS異質(zhì)集成的新一代超聲波傳感器能與IMU、GPS等傳感器數(shù)據(jù)融合，提高導航精度，增強飛行穩(wěn)定性和控制精度，從而提升無人機的整體飛行性能。

狀態(tài)監(jiān)測傳感器

傳感器還廣泛應(yīng)用于飛行器的狀態(tài)監(jiān)測，包括發(fā)動機狀態(tài)、電池包狀態(tài)、貨物狀態(tài)以及物流設(shè)備的運行狀態(tài)等，需用到壓力傳感器、電池包熱失控傳感器、電流傳感器、振動傳感器等。

壓力傳感器

在無人機系統(tǒng)中，壓力傳感器可基于氣壓隨海拔升高而降低的物理規(guī)律，通過測量大氣壓力變化來計算無人機的相對高度，同時監(jiān)測機身飛行狀態(tài)。在氣流擾動的空中，壓力傳感器提供的高度信息有助于無人機在飛行中保持穩(wěn)定。如遇到GPS信號弱或無信號的情況，壓力傳感器與毫米波雷達、激光雷達、攝像頭等傳感器融合應(yīng)用，也能為無人機提供準確的定位。

振動傳感器

振動傳感器通過將機械振動轉(zhuǎn)換為電信號來監(jiān)測飛行器的振動狀態(tài)。它們通?；谫|(zhì)量-彈簧-阻尼系統(tǒng)，當振動發(fā)生時，系統(tǒng)的質(zhì)量塊會隨之運動，通過傳感器檢測這一運動變化。例如，加速度傳感器通過測量物體加速度變化來間接測量振動，而位移傳感器則直接檢測物體在振動中的位移變化。這些傳感器能夠及時發(fā)現(xiàn)機械部件的松動、磨損等問題，如不平衡、不對中和軸承磨損，從而預防故障和事故，保障飛行器安全。

數(shù)據(jù)采集傳感器

在巡檢過程中，傳感器還用于采集各種數(shù)據(jù)，如地形地貌、建筑物結(jié)構(gòu)、管道線路等，如激光傳感器、飛行器離地檢測傳感器等用于測量地形地貌的高度、距離等信息，內(nèi)置壓電調(diào)焦馬達的圖像傳感器用于拍攝建筑物的外觀、管道的分布等圖像信息，為后續(xù)的分析和處理提供數(shù)據(jù)支持。此外，以飛行汽車為代表的載人飛行器還需應(yīng)用CPD方案對艙內(nèi)人員健康狀況進行監(jiān)測。

飛行器離地檢測傳感器

飛行離地檢測傳感器通過TOF原理，從發(fā)出超聲波信號到接收超聲波信號的時間，實時計算檢測飛行器的離地安全距離，為低空飛行器降落提供了離地距離的數(shù)字式信號，抗干擾能力強。

內(nèi)置壓電調(diào)焦馬達的圖像傳感器

壓電調(diào)焦馬達通過精確控制和快速響應(yīng)實現(xiàn)微米級調(diào)焦精度，迅速適應(yīng)不同距離目標，使圖像傳感器攝取快速聚焦，其結(jié)構(gòu)簡單、低功耗、大推力，且無電磁干擾，適合緊湊空間。壓電調(diào)焦馬達提供的穩(wěn)定圖像質(zhì)量為后續(xù)分析處理提供準確數(shù)據(jù)支持，其可擴展性使其適用于各種圖像傳感器格式，確保飛行器在拍攝建筑物外觀、管道分布等圖像信息時，能夠獲得清晰、高質(zhì)量的圖像數(shù)據(jù)。

生命體征監(jiān)測方案

飛行過程中，生命體征監(jiān)測方案能持續(xù)檢測乘客的心率、血壓和體溫，對心臟病患者至關(guān)重要。一旦檢測到異常，系統(tǒng)會自動調(diào)整飛行計劃、尋找降落點或聯(lián)系救援。這種全航程監(jiān)測增強了飛行安全，提升了乘客信任。該方案收集的數(shù)據(jù)還能分析飛行對健康的影響，優(yōu)化設(shè)計和策略，預防健康問題引發(fā)的事故，實現(xiàn)健康管理。

環(huán)境感知傳感器

在低空飛行過程中，飛行器需要實時感知周圍環(huán)境的變化，以確保飛行安全。適用于低空飛行器的環(huán)境感知傳感器有空氣懸架溫度傳感器、光流傳感器、MEMS麥克風等。此外，飛行中的信號傳輸對于飛行安全極為重要，而信號增強器射頻模塊能夠保障飛行器在多變的環(huán)境中實現(xiàn)信號的穩(wěn)定傳輸。

信號增強器射頻模塊

信號增強器射頻模塊通過提升通信質(zhì)量和距離、增強抗干擾能力，以及提高定位精度，確保飛行器在復雜環(huán)境中穩(wěn)定傳輸信號。該模塊能夠提供高帶寬、低時延、高可靠的通信能力，滿足飛行控制和數(shù)據(jù)傳輸需求，確保用戶和無人機等操控類飛行器之間的保持良好的通訊質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率，確保飛行任務(wù)順利完成。

總結(jié)

低空經(jīng)濟的崛起為傳感器技術(shù)帶來了巨大的發(fā)展機遇。傳感器作為低空飛行器的“眼睛”和“耳朵”，負責收集外部環(huán)境的信息，是實現(xiàn)飛行器自主導航、避障、狀態(tài)監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集等功能的關(guān)鍵元器件。在低空經(jīng)濟中，傳感器技術(shù)不僅提升了飛行器的性能和安全性，還推動了相關(guān)領(lǐng)域的創(chuàng)新和發(fā)展。未來，隨著低空經(jīng)濟的進一步拓展和傳感器技術(shù)的不斷進步，傳感器將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為低空經(jīng)濟的繁榮發(fā)展貢獻力量。

本文僅供交流學習。